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5: Camada de Enlace 5-1 Capítulo 5: A Camada de Enlace e Redes Locais Nossos objetivos: Entender os princípios por trás dos serviços da camada de enlace de dados: detecção e correção de erros compartilhamento de canal de broadcast: acesso múltiplo endereçamento da camada de enlace transferência confiável de dados, controle de fluxo: feito! instanciação e implementação de diversas tecnologias de camada de enlace

5: Camada de Enlace 5-1 Capítulo 5: A Camada de Enlace e Redes Locais Nossos objetivos: Entender os princípios por trás dos serviços da camada de enlace

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Page 1: 5: Camada de Enlace 5-1 Capítulo 5: A Camada de Enlace e Redes Locais Nossos objetivos: Entender os princípios por trás dos serviços da camada de enlace

5 Camada de Enlace 5-1

Capiacutetulo 5 A Camada de Enlace e Redes Locais

Nossos objetivos Entender os princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da

camada de enlace de dados detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros compartilhamento de canal de broadcast acesso

muacuteltiplo endereccedilamento da camada de enlace transferecircncia confiaacutevel de dados controle de

fluxo feito instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas

tecnologias de camada de enlace

5 Camada de Enlace 5-2

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos52 Teacutecnicas de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de

erros 53 Protocolos de acesso muacuteltiplo 54 Endereccedilamento na Camada de Enlace55 Ethernet56 Comutadores de camada de enlace57 PPP o protocolo ponto-a-ponto58 Virtualizaccedilatildeo de enlace uma rede

como camada de enlace59 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de

paacutegina Web

5 Camada de Enlace 5-3

Camada de Enlace Introduccedilatildeo

Terminologia hospedeiros e roteadores satildeo

noacutes canais de comunicaccedilatildeo que

conectam noacutes adjacentes ao longo de um caminho de comunicaccedilatildeo satildeo enlaces (links) enlaces com fio (cabeados) enlaces sem fio (natildeo

cabeados) LANs

Pacote da camada 2 eacute um quadro (frame) encapsula o datagramaa camada de enlace eacute

responsaacutevel por transferir os datagramas entre noacutes adjacentes atraveacutes de um enlace

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Camada de Enlace Contexto

Datagrama eacute transferido por diferentes protocolos de enlace em diferentes enlaces Ex Ethernet no primeiro

enlace frame relay em enlaces intermediaacuterios e 80211 no uacuteltimo enlace

Cada protocolo de enlace provecirc diferentes serviccedilos ex pode ou natildeo prover

transporte confiaacutevel de dados atraveacutes do enlace

Analogia com um sistema de transporte

Viagem de Princeton ateacute Lausanne taxi Princeton ateacute JFK aviatildeo JFK ateacute Genebra Trem Genebra ateacute

Lausanne turista = datagrama segmento de transporte =

enlace de comunicaccedilatildeo meio de transporte = protocolo

da camada de enlace agente de viagens =

algoritmoprotocolo de roteamento

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Serviccedilos da Camada de Enlace Enquadramento (Delimitaccedilatildeo do quadro)

encapsula datagrama num quadro adicionando cabeccedilalho e cauda (trailer)

Acesso ao enlace implementa acesso ao canal se meio for

compartilhado lsquoendereccedilos fiacutesicos (MAC)rsquo satildeo usados nos cabeccedilalhos

dos quadros para identificar origem e destino de quadros em enlaces multipontobull Diferente do endereccedilo IP

Entrega confiaacutevel entre noacutes adjacentes Jaacute aprendemos como fazer isto (Capiacutetulo 3) raramente usada em canais com baixas taxas de

erro (fibra oacuteptica alguns tipos de pares tranccedilados) Canais sem fio altas taxas de erros

bull P para que confiabilidade na camada de enlace e fim-a-fim

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Serviccedilos da Camada de Enlace (mais) Controle de Fluxo

compatibilizar taxas de produccedilatildeo e consumo de quadros entre remetentes e receptores

Detecccedilatildeo de Erros erros satildeo causados por atenuaccedilatildeo do sinal e por

ruiacutedo receptor detecta presenccedila de erros

bull receptor sinaliza ao remetente para retransmissatildeo ou simplesmente descarta o quadro em erro

Correccedilatildeo de Erros mecanismo que permite que o receptor localize e

corrija o(s) erro(s) sem precisar da retransmissatildeo Half-duplex e full-duplex

com half duplex um noacute natildeo pode transmitir e receber pacotes ao mesmo tempo

5 Camada de Enlace 5-7

Onde a camada de enlace eacute implementada

em cada um dos hospedeiros

camada de enlace implementada no ldquoadaptadorrdquo (NIC ndash Network Interface Card) placa Ethernet cartatildeo

PCMCIA cartatildeo 80211 implementa as camadas

de enlace e fiacutesica conecta ao barramento

de sistema do hospedeiro

combinaccedilatildeo de hardware software e firmware

controlador

Transmissatildeofiacutesica

cpu memoacuteria

barramentodo hospedeiro(ex PCI)

placa de rede

Diagrama de blocos do hospedeiro

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlace

enlacefiacutesica

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Comunicaccedilatildeo entre Adaptadores

lado transmissor Encapsula o datagrama

em um quadro Adiciona bits de

verificaccedilatildeo de erro transferecircncia confiaacutevel de dados controle de fluxo etc

lado receptor verifica erros transporte

confiaacutevel controle de fluxo etc

extrai o datagrama passa-o para o noacute receptor

Controla-dora

Controla-dora

transmissor receptor

datagrama datagrama

datagrama

quadro

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Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos52 Teacutecnicas de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de

erros 53 Protocolos de acesso muacuteltiplo 54 Endereccedilamento na Camada de Enlace55 Ethernet56 Comutadores da camada de enlace57 PPP o protocolo ponto-a-ponto58 Virtualizaccedilatildeo de enlace uma rede

como camada de enlace59 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de

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5 Camada de Enlace 5-10

Detecccedilatildeo de ErrosEDC= bits de Detecccedilatildeo e Correccedilatildeo de Erros (redundacircncia)D = Dados protegidos por verificaccedilatildeo de erros podem incluir alguns campos do cabeccedilalho bull detecccedilatildeo de erros natildeo eacute 100 confiaacutevel

bull protocolos podem deixar passar alguns erros mas eacute rarobull quanto maior o campo EDC melhor seraacute a capacidade de

detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

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Verificaccedilotildees de Paridade

Paridade de 1 BitDetecta erros em um uacutenico bit

Paridade BidimensionalDetecta e corrige erro em um uacutenico bit

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Soma de verificaccedilatildeo da Internet

Transmissor trata o conteuacutedo do

segmento como uma sequumlecircncia de inteiros de 16 bits

Soma de verificaccedilatildeo adiccedilatildeo (complemento de 1 da soma ) do conteuacutedo do segmento

transmissor coloca o valor do checksum no campo de checksum UDP

Receptor calcula a soma de

verificaccedilatildeo do segmento recebido

verifica se o resultado eacute igual ao valor do campo da soma de verificaccedilatildeo NAtildeO - erro detectado SIM - nenhum erro foi

detectado Mas pode conter erros Mais sobre isto posteriormente hellip

Objetivo detectar ldquoerrosrdquo (ex bits trocados) no segmento transmitido (nota usado apenas na camada de transporte)

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Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica (CRC) Dados considerados como a sequumlecircncia de coeficientes de um

polinocircmio (D) Eacute escolhido um polinocircmio Gerador (G) (=gt r+1 bits)

Divide-se (moacutedulo 2) o polinocircmio D2r por G Acrescenta-se o resto (R) a D Observa-se que por construccedilatildeo a nova sequumlecircncia ltDRgt agora eacute exatamente divisiacutevel por G

Receptor conhece G divide ltDRgt por G Caso o resto seja diferente de zero detectado erro

Pode detectar todos os erros em rajadas menores do que r+1 bits

Largamente usado na praacutetica (Ethernet 80211 WiFi ATM)

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Exemplo de CRC

Queremos

D2r XOR R = nGde forma equivalente

D2r = nG XOR R de forma equivalente se dividirmos D2r

por G queremos o resto R

G

DR

r2resto

101110000 10011001 101011 1010 1001 1100 1001 1010 1001 011

D G

R

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Implementaccedilatildeo em Hardware

Aring

G=1001

D2r=101110000

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Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos52 Teacutecnicas de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de

erros 53 Protocolos de acesso muacuteltiplo 54 Endereccedilamento na Camada de Enlace55 Ethernet56 Comutadores da camada de enlace57 PPP o protocolo ponto-a-ponto58 Virtualizaccedilatildeo de enlace uma rede

como camada de enlace59 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de

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5 Camada de Enlace 5-17

Enlaces e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo

Dois tipos de enlaces Ponto-a-ponto

PPP para acesso discado

Conexatildeo entre switch Ethernet e hospedeiro

broadcast (cabo ou meio compartilhado) Ethernet tradicional Upstream HFC 80211 LAN sem fio Sateacutelite Etc

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Protocolos de Acesso Muacuteltiplo

canal de comunicaccedilatildeo uacutenico de broadcast interferecircncia quando dois ou mais noacutes transmitem

simultaneamente colisatildeo se um noacute receber dois ou mais sinais ao mesmo

tempo

Protocolo de acesso muacuteltiplo algoritmo distribuiacutedo que determina como os noacutes

compartilham o canal isto eacute determina quando um noacute pode transmitir

comunicaccedilatildeo sobre o compartilhamento do canal deve usar o proacuteprio canal natildeo haacute canal fora da faixa para coordenar a transmissatildeo

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Protocolo Ideal de Acesso Muacuteltiplo

Para um canal de broadcast com taxa de R bps

1 Quando apenas um noacute tem dados para enviar esse noacute obteacutem uma vazatildeo de R bps

2 Quando M noacutes tecircm dados para enviar cada um desses noacutes poderaacute transmitir em meacutedia a uma taxa de RM bps

3 Completamente descentralizado nenhum noacute especial (mestre) para coordenar as

transmissotildees nenhuma sincronizaccedilatildeo de reloacutegios ou slots

4 Simples para que sua implementaccedilatildeo seja barata

5 Camada de Enlace 5-20

Taxonomia dos Protocolos MACTrecircs categorias gerais Divisatildeo de Canal

divide o canal em pequenos ldquopedaccedilosrdquo (slotscompartimentos de tempo frequumlecircncia coacutedigo)

aloca pedaccedilo a um dado noacute para uso exclusivo deste Acesso Aleatoacuterio

canal natildeo eacute dividido podem ocorrer colisotildees ldquorecuperaccedilatildeordquo das colisotildees

Revezamento Noacutes se alternam em revezamento mas noacutes que

possuem mais dados a transmitir podem demorar mais quando chegar a sua vez

5 Camada de Enlace 5-21

Protocolos MAC de divisatildeo de canal TDMA

TDMA Acesso Muacuteltiplo por Divisatildeo de Tempo acesso ao canal em ldquoturnos cada estaccedilatildeo recebe um comprimento fixo de

compartimento (comprimento = tempo de tx do pacote) em cada turno

compartimentos natildeo usados permanecem ociosos Exemplo LAN com 6 estaccedilotildees compartimentos 1 3 e 4

com pacotes compartimentos 2 5 e 6 ociosos

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Protocolos MAC de divisatildeo de canal FDMA

FDMA Acesso Muacuteltiplo por Divisatildeo de Frequumlecircncia espectro do canal dividido em bandas de frequumlecircncia a cada estaccedilatildeo eacute atribuiacuteda uma banda fixa de frequumlecircncia tempo de transmissatildeo natildeo usado nas bandas permanecem

ociosos exemplo LAN com 6 estaccedilotildees 134 com pacotes bandas

256 ociosas

Bandas

de f

requumlecircnci

a tempo

cabo FDM

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Protocolos de Acesso Aleatoacuterio

Quando noacute tem um pacote para transmitirtransmite na taxa maacutexima Rnenhuma coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes

dois ou mais noacutes transmitindo ldquocolisatildeordquo O protocolo MAC de acesso aleatoacuterio

especifica como detectar colisotildeescomo se recuperar delas (atraveacutes de

retransmissotildees retardadas por exemplo) Exemplos de protocolos MAC de acesso

aleatoacuterioslotted ALOHAALOHACSMA CSMACD CSMACA

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Slotted ALOHA

Hipoacuteteses todos os quadros tecircm o

mesmo tamanho (L bits) tempo eacute dividido em slots

de tamanho igual tempo para transmitir 1 quadro (LR seg)

noacutes comeccedilam a transmitir quadros apenas no iniacutecio dos intervalos (slots)

noacutes satildeo sincronizados se 2 ou mais noacutes

transmitirem num slot todos os noacutes detectam a colisatildeo

Operaccedilatildeo quando o noacute obteacutem um novo

quadro ele espera ateacute o iniacutecio do proacuteximo slot e transmite o quadro inteiro

Se natildeo houver colisatildeo noacute poderaacute enviar um novo quadro no proacuteximo slot

caso haja uma colisatildeo (detectada antes do final do intervalo) noacute retransmite o quadro em cada intervalo subsequumlente com probabilidade p ateacute obter sucesso

5 Camada de Enlace 5-25

Slotted ALOHA

Vantagens uacutenico noacute ativo pode

transmitir continuamente na taxa maacutexima do canal

Altamente descentralizado apenas slots nos noacutes precisam estar sincronizados

simples

Desvantagens colisotildees slots

desperdiccedilados slots ociosos

(desperdiacutecio) noacutes podem ser capazes

de detectar colisotildees num tempo inferior ao da transmissatildeo do pacote

sincronizaccedilatildeo dos reloacutegios

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Eficiecircncia do Slotted Aloha

Assuma N noacutes com muitos quadros para enviar cada um transmite num slot com probabilidade p

probabilidade que noacute 1 tenha sucesso em um slot = p(1-p)N-1

probabilidade que qualquer noacute tenha sucesso = Np(1-p)N-

1

Para eficiecircncia maacutexima com N noacutes encontre p que maximiza Np(1-p)N-1

Para muitos noacutes faccedila limite para Np(1-p)N-1

quando N tende a infinito daacute 1e = 037

Eficiecircncia eacute a fraccedilatildeo de longo prazo de slots bem sucedidos quando haacute muitos noacutes cada um com muitos quadros para transmitir

Melhor caso canalusado para transmissotildees uacuteteis em 37 do tempo

5 Camada de Enlace 5-27

ALOHA Puro (sem slots) Aloha puro (sem slots) mais simples sem sincronizaccedilatildeo Ao chegar um quadro no noacute

transmite imediatamente Probabilidade de colisatildeo aumenta

quadro enviado em t0 colide com outros quadros enviados em [t0-1t0+1]

5 Camada de Enlace 5-28

Eficiecircncia do Aloha puro

P(sucesso por um dado noacute) = P(noacute transmita)

P(nenhum outro noacute transmita em [t0-1t0]

P(nenhum outro noacute transmita em [t0t0+1]

= p (1-p)N-1 (1-p)N-1

= p (1-p)2(N-1)

hellip escolhendo o valor oacutetimo de p e deixando n -gt infinito

= 1(2e) = 018 Ainda pior do que o Slotted Aloha

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CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)

CSMA (Carrier Sense Multiple Access) Escuta antes de transmitir (detecccedilatildeo de portadora)

Se o canal estiver livre transmite todo o quadro

Se o canal estiver ocupado adia a transmissatildeo

Analogia humana natildeo interrompa outros

5 Camada de Enlace 5-30

Colisotildees no CSMA

colisotildees ainda podem aconteceratraso de propagaccedilatildeo significa que dois noacutes podem natildeo ouvira transmissatildeo do outro colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo eacute desperdiccedilado

Disposiccedilatildeo espacial dos noacutes

notapapel da distacircncia e atraso de propagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo

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CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)

CSMACD detecccedilatildeo da portadora adia a transmissatildeo como no CSMAAs colisotildees satildeo detectadas em pouco tempoTransmissotildees que sofreram colisotildees satildeo

abortadas reduzindo o desperdiacutecio do canal Detecccedilatildeo de colisotildees

Faacutecil em LANs cabeadas mede a potecircncia do sinal compara o sinal recebido com o transmitido

Difiacutecil em LANs sem fio o receptor eacute desligado durante a transmissatildeo

Analogia humana bate papo educado

5 Camada de Enlace 5-32

Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD

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Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoProtocolos MAC de divisatildeo de canal

Compartilha o canal eficientemente e de forma justa em altas cargas

Ineficiente em baixas cargas atraso no canal de acesso alocaccedilatildeo de 1N da largura de banda mesmo com apenas 1 noacute ativo

Protocolos MAC de acesso aleatoacuterioeficiente em baixas cargas um uacutenico noacute

pode utilizar completamente o canalAltas cargas overhead com colisotildees

Protocolos de revezamentoProcura oferecer o melhor dos dois mundos

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Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo

Seleccedilatildeo (Polling) Noacute mestre ldquoconvidardquo

noacutes escravos a transmitir em revezamento

Usado tipicamente com dispositivos escravo burros

Preocupaccedilotildees Overhead com as

consultas (polling) Latecircncia Ponto uacutenico de

falha (mestre)

mestre

escravos

poll

dados

dados

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Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo

Passagem de permissatildeo (token)

controla permissatildeo passada de um noacute para o proacuteximo de forma sequencial

mensagem de passagem da permissatildeo

preocupaccedilotildees overhead com a

passagem de permissatildeo

latecircncia Ponto uacutenico de falha

(permissatildeo)

T

dados

(nada paramandar)

T

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Resumo dos protocolos MAC Divisatildeo do canal por tempo frequumlecircncia ou

coacutedigoDivisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequumlecircncia

Particionamento Aleatoacuterio (dinacircmico) ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDEscutar a portadora faacutecil em algumas

tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)

CSMACD usado na EthernetCSMACA usado no 80211

RevezamentoSeleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto

central passagem de permissotildeesBluetooth FDDI Token Ring (IBM)

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Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos52 Teacutecnicas de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de

erros 53 Protocolos de acesso muacuteltiplo 54 Endereccedilamento na Camada de Enlace55 Ethernet56 Comutadores da camada de enlace57 PPP o protocolo ponto-a-ponto58 Virtualizaccedilatildeo de enlace uma rede

como camada de enlace59 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de

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5 Camada de Enlace 5-38

Endereccedilos MAC

Endereccedilo IP de 32 bits Endereccedilos da camada de redeusado para levar o datagrama agrave subrede IP

destinoEndereccedilo MAC (ou LAN ou fiacutesico ou

Ethernet) levar o datagrama de uma interface ateacute outra

interface conectada fisicamente (na mesma rede)

Endereccedilo MAC de 48 bits (para a maioria das redes)bull gravado na ROM do adaptador ou configurado

por software

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Endereccedilos MAC

Cada adaptador na LAN possui um endereccedilo MAC uacutenico

Endereccedilo de Broadcast =FF-FF-FF-FF-FF-FF

= adaptador

1A-2F-BB-76-09-AD

58-23-D7-FA-20-B0

0C-C4-11-6F-E3-98

71-65-F7-2B-08-53

LAN(cabeada ousem fio)

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Endereccedilo MAC (cont)

Alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC gerenciada pelo IEEE Um fabricante compra uma parte do espaccedilo de

endereccedilos (para garantir unicidade) Analogia (a) endereccedilo MAC como nuacutemero do CPF (b) endereccedilo IP como endereccedilo postal (CEP) endereccedilo MAC tem estrutura linear =gt

portabilidadePode mover um cartatildeo LAN de uma LAN para

outra endereccedilo IP hieraacuterquico NAtildeO eacute portaacutetil (requer IP

moacutevel)Depende da subrede IP agrave qual o noacute estaacute

conectado

5 Camada de Enlace 5-41

ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de Resoluccedilatildeo de Endereccedilos)

Cada noacute IP (Host Roteador) de uma LAN possui tabela ARP

Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN

lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt TTL (Time To Live) tempo

a partir do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute esquecido (valor tiacutepico de 20 min)

Pergunta como obter oendereccedilo MAC de B a partir do endereccedilo IP de B

1A-2F-BB-76-09-AD

58-23-D7-FA-20-B0

0C-C4-11-6F-E3-98

71-65-F7-2B-08-53

LAN

237196723

237196778

237196714

237196788

5 Camada de Enlace 5-42

Protocolo ARP Mesma LAN (rede) A deseja enviar datagrama

para B e o endereccedilo MAC de B natildeo estaacute na tabela ARP

A difunde o pacote de solicitaccedilatildeo ARP que conteacutem o endereccedilo IP de B Endereccedilo MAC destino =

FF-FF-FF-FF-FF-FF todas as maacutequinas na

LAN recebem a consulta do ARP

B recebe o pacote ARP responde a A com o seu (de B) endereccedilo MAC Quadro enviado para o

endereccedilo MAC (unicast) de A

Uma cache (salva) o par de endereccedilos IP-para-MAC na sua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo fique antiquada (expire) lsquosoft statersquo informaccedilatildeo que expira (vai embora) a menos que seja renovada

ARP eacute ldquoplug-and-playrdquo os noacutes criam suas tabelas ARP sem a intervenccedilatildeo do administrador

da rede

5 Camada de Enlace 5-43

Roteando um pacote para outra LAN

passo a passo envio de datagrama de A para B via R assuma que A conhece o endereccedilo IP de B

Duas tabelas ARP no roteador R uma para cada rede IP (LAN)

A

RB

5 Camada de Enlace 5-44

A cria datagrama com origem A destino B A usa ARP para obter o endereccedilo MAC de R para

111111111110 A cria quadro da camada de enlace com o endereccedilo

MAC de R como destino quadro conteacutem datagrama IP de A para B

O adaptador de A envia o quadro O adaptador de R recebe o quadro R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verifica

que eacute destinado para B R usa ARP para obter o endereccedilo MAC de B R cria quadro contendo datagrama IP de A para B e o

envia para B

A

R B

Este eacute um exemplo muito importantendash garanta que vocecirc o entendeu

5 Camada de Enlace 5-45

Camada de Enlace

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erros 53 Protocolos de acesso muacuteltiplo 54 Endereccedilamento na Camada de Enlace55 Ethernet56 Comutadores da camada de enlace57 PPP o protocolo ponto-a-ponto58 Virtualizaccedilatildeo de enlace uma rede

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5 Camada de Enlace 5-46

Ethernet Muitiacutessimo difundida porque

Muito barata R$30 para placas 10100Mbps A mais antiga das tecnologias de rede local (meados da

deacutecada de 70) Mais simples e menos cara que redes usando ficha ou

ATM Acompanhou o aumento de velocidade 10 Mbps ndash 10

Gbps

Rascunho de Metcalfe sobre o Ethernet

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Topologia em Estrela Topologia de barramento popular ateacute meados

dos anos 90 Todos os noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo (podem colidir

um com o outro)

Agora prevalecircncia de topologia em estrela Comutador (switch) no centro Cada porta roda o protocolo Ethernet separadamente (os

noacutes natildeo colidem uns com os outros)

barramento cabo coaxial

switch

estrela

5 Camada de Enlace 5-48

Estrutura do Quadro Ethernet

Adaptador remetente encapsula datagrama IP (ou pacote de outro protocolo da camada de rede) num Quadro Ethernet

Dados 46 a 1500 bytes Preacircmbulo 7 bytes com o padratildeo 10101010 seguidos por um byte

com o padratildeo 10101011 usado para sincronizar receptor ao reloacutegio do

remetente (reloacutegios nunca satildeo exatos eacute muito provaacutevel que exista algum desvio entre eles)

5 Camada de Enlace 5-49

Estrutura de Quadro Ethernet (cont)

Endereccedilos 6 bytes para cada endereccedilo MAC se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo destino igual

ao seu ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede

caso contraacuterio o adaptador descarta o quadro Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior

usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)

CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado

5 Camada de Enlace 5-50

Ethernet natildeo confiaacutevel e natildeo orientado para conexatildeo

Natildeo orientado para conexatildeo Natildeo haacute estabelecimento de conexatildeo (saudaccedilatildeo) entre os adaptadores transmissor e receptor

Natildeo confiaacutevel o adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador transmissorfluxo de datagramas passados para a

camada de rede pode conter falhas na sequumlecircncia

falhas seratildeo preenchidas se aplicaccedilatildeo estiver usando o TCP

caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as falhas Protocolo MAC do Ethernet CSMACD sem slots

5 Camada de Enlace 5-51

Algoritmo CSMACD do Ethernet

1 Adaptador recebe datagrama da camada de rede e cria um quadro

2 Se o adaptador percebe que o canal estaacute ocioso comeccedila a transmitir o quadro Se percebe que o canal estaacute ocupado espera que o canal fique livre e transmite

3 Se o adaptador transmitir todo o quadro sem detectar outra transmissatildeo o adaptador concluiu a operaccedilatildeo com o quadro

4 Se o adaptador detectar outra transmissatildeo enquanto estiver transmitindo aborta e envia sinal de reforccedilo de colisatildeo de 48 bits

5 Apoacutes o aborto o adaptador entra na retirada (backoff) exponencial binaacuteria apoacutes a m-eacutesima colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoriamente entre 012hellip2m-1 O adaptador espera K512 tempos de bit e retorna ao Passo 2

5 Camada de Enlace 5-52

CSMACD da Ethernet (mais)

Sinal de reforccedilo de colisatildeo garante que todos os demais transmissores estejam cientes da colisatildeo 48 bits

Tempo de Bit 01 microseg para Ethernet de 10 Mbpspara K=1023 tempo de espera de cerca de 50 mseg

Retirada Exponencial Binaacuteria

Objetivo adaptar as tentativas de retransmissatildeo agrave carga atual estimada Alta carga espera

aleatoacuteria seraacute mais longa

na primeira colisatildeo escolhe K entre 01 atraso eacute de K 512 tempos de transmissatildeo de um bit

apoacutes a segunda colisatildeo escolhe K entre 0123hellip

apoacutes 10 colisotildees escolhe K entre 01234hellip1023

Vejainteraja com o applet Java siacutetio do livroaltamente recomendaacutevel

5 Camada de Enlace 5-53

Eficiecircncia do CSMACD

tprop = atraso maacuteximo de prop entre 2 noacutes na LAN

ttrans = tempo para transmitir quadro de tamanho maacuteximo

Eficiecircncia vai para 1 agrave medida que tprop vai para 0

ttrans vai para infinito Muito melhor do que ALOHA e ainda eacute

descentralizado simples e barato

transprop tt 51

1eficiecircncia

5 Camada de Enlace 5-54

Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica

Diversos padrotildees Ethernet diferentestecircm em comum o protocolo MAC e o

formato do quadrodiferentes velocidades 2Mbps 10Mbps

100Mbps 1Gbps 10Gbpsdiferentes meios da camada fiacutesica fibra

caboaplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

protocolo MACe formato do quadro

100BASE-TX

100BASE-T4

100BASE-FX100BASE-T2

100BASE-SX 100BASE-BX

camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)

5 Camada de Enlace 5-55

10Base5

httpwwwethermanagecom

5 Camada de Enlace 5-56

10Base2

httpwwwethermanagecom

5 Camada de Enlace 5-57

10BaseT

httpwwwethermanagecom

5 Camada de Enlace 5-58

Conector RJ 45

5 Camada de Enlace 5-59

100Base-TX

httpwwwethermanagecom

5 Camada de Enlace 5-60 10

Wireless Backhaul

Carrier Ethernet Access Expansion

Voice gateway

VoiceVideoTelephony

HD TVTVoD VoD

Video Source

Gaming BusinessBackup ERP

InternetVideo Source

BusinessBroadband

E-Line andE-LAN service

GlobalNationalCarrierEthernet

GlobalNationalCarrierEthernet

SmallMedium Business

Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

ResidentialTriple-Play

FTTx DSLAM Cable Modem

Broadbandmobile datavideo

Bringing vastly extended scalability for business and residential users

ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing

5 Camada de Enlace 5-61

Carrier Ethernet Defined

bull Carrier Ethernet is a ubiquitous standardized carrier-class SERVICE defined by five attributes that distinguish Carrier Ethernet from familiar LAN based Ethernet

bull It brings the compelling business benefit of the Ethernet cost model to achieve significant savings

Carrier Ethernet

bull Scalability

bull Standardized Services

bull Service Management

bull Quality of Service

bull Reliability

Carrier Ethernet Attributes

httpwwwmetroethernetforumorg

5 Camada de Enlace 5-62

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos52 Teacutecnicas de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de acesso muacuteltiplo 54 Endereccedilamento na Camada de Enlace55 Ethernet56 Comutadores da camada de enlace57 PPP o protocolo ponto-a-ponto58 Virtualizaccedilatildeo de enlace uma rede como

camada de enlace59 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina

Web

5 Camada de Enlace 5-63

Hubs

hellip repetidores (ldquoburrosrdquo) da camada fiacutesicabits vindos de um dado link saem por todos

os outros links na mesma taxatodos os noacutes conectados ao hub podem

colidir uns com os outrosnatildeo haacute bufferizaccedilatildeo de quadrosnatildeo implementa CSMACD no hub cartotildees

do hospedeiro detectam as colisotildees

par tranccedilado

hub

5 Camada de Enlace 5-64

Comutador (switch)

Dispositivo da camada de enlace mais inteligentes que os hubs tecircm papel ativo armazena e retransmite quadros Ethernetexamina o cabeccedilalho do quadro e

seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento

transparentehospedeiros ignoram a presenccedila dos

switches plug-and-play self-learning (autodidatas)

os comutadores natildeo necessitam ser configurados

5 Camada de Enlace 5-65

Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas

hospedeiros tecircm conexatildeo direta e dedicada para o switch

os switches armazenam quadros

o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplex cada link eacute o seu proacuteprio

domiacutenio de colisatildeo comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-

para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees isto natildeo eacute possiacutevel com hubs

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

switch com seis interfaces(123456)

1 23

45

6

5 Camada de Enlace 5-66

Tabela de Comutaccedilatildeo

P como eacute que o switch sabe que Arsquo eacute alcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel a partir da interface 5

R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutem (endereccedilo MAC do hospedeiro

interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)

parece uma tabela de roteamento P como satildeo criadas e mantidas as

entradas na tabela de comutaccedilatildeo haacute algo como um protocolo de

roteamento

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

switch with six interfaces(123456)

1 23

45

6

5 Camada de Enlace 5-67

switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfaces quando um quadro eacute

recebido o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada

registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo

Switch autoaprendizagem

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 23

45

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

5 Camada de Enlace 5-685 Camada de Enlace

Switch FiltragemRepasse de quadrosQuando um comutador recebe um quadroregistra o link associado com o hospedeiro

transmissorindexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo

MAC do destinoif entrada encontrada para o destino

then if dest estiver no segmento de onde veio o

quadro then descarta o quadro else repassa o quadro na interface indicada else usa inundaccedilatildeoRepassa o quadro para todas as

demais interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido

5 Camada de Enlace 5-69

Exemplo de auto aprendizagem e repasse

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 23

45

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo

destino do quadro desconhecido inundaccedilatildeo

Arsquo A

local do destino A conhecido

Arsquo 4 60

transmissatildeo seletiva

5 Camada de Enlace 5-70

Exemplo com comutador

Suponha que C envia quadro para D

comutador recebe o quadro vindo de C anota na tabela de comutaccedilatildeo que C estaacute na interface 1 dado que D natildeo se encontra na tabela encaminha o quadro para as

demais interfaces 2 e 3

quadro eacute recebido por D

hub

hub hub

comutador

A

B CD

EF G H

I

endereccedilointerface

ABEG

1123

12 3

5 Camada de Enlace 5-71

Exemplo com comutador

Suponha que D responde com um quadro para C

comutador recebe o quadro vindo de D anota na tabela de comutaccedilatildeo que D estaacute na interface 2 dado que C estaacute na tabela encaminha o quadro apenas na interface

1

quadro eacute recebido por C

hub

hub hub

comutador

A

B CD

EF G H

I

interface

ABEGC

11231

endereccedilo

5 Camada de Enlace 5-72

Interligaccedilatildeo de comutadores

Podemos interligar comutadores (switches)

A

B

P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe que deve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3

R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenico comutador)

S1

C D

E

FS2

S4

S3

HI

G

5 Camada de Enlace 5-73

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde

para C

P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4

A

B

S1

C D

E

FS2

S4

S3

HI

G

1

2

5 Camada de Enlace 5-74

Rede Institucionalcorporativa

5 Camada de Enlace 5-75

Rede institucional

Para redeexterna

roteador

Subrede IP

Servidor de mensagens

Servidor web

5 Camada de Enlace 5-76

Comutadores versus Roteadores ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa

roteadores dispositivos da camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)

comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace roteadores mantecircm tabelas de roteamento

implementam algoritmos de roteamento comutadores mantecircm tabelas de comutaccedilatildeo

implementam filtragem algoritmos de aprendizagem

5 Camada de Enlace 5-77

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos52 Teacutecnicas de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de acesso muacuteltiplo 54 Endereccedilamento na Camada de Enlace55 Ethernet56 Comutadores da camada de enlace57 PPP o protocolo ponto-a-ponto58 Virtualizaccedilatildeo de enlace uma rede como

camada de enlace59 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina

Web

5 Camada de Enlace 5-78

Siacutentese um dia na vida de um pedido web jornada completa atravessando toda a pilha de

protocolos aplicaccedilatildeo transporte rede enlace

colocando tudo junto siacutentese objetivo identificar revisar entender os

protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web

cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom

5 Camada de Enlace 5-79

Um dia na vida cenaacuterio

rede da Comcast68800013

rede do Google64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola68802024

paacutegina web

navegador

5 Camada de Enlace 5-80

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPDHCP

quadro Ethernet difundido (dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador que executa o servidor DHCP

Ethernet demultiplexado para IP demultiplexado para UDP e demultiplexado paraDHCP

o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilo do primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP Solicitaccedilatildeo DHCP encapsulada em UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023 Ethernet

5 Camada de Enlace 5-81

roteador(roda DHCP)

servidor DHCP prepara ACK DHCP contendo endereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiro roteador nome e endereccedilo IP do servidor DNS

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

encapsulamento no servidor DHCP quadro repassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente

Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador

cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

5 Camada de Enlace 5-82

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

consulta DNS criada encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviar quadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP

consulta ARP difundida recebida pelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccedilo MAC da interface do roteador

o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiro roteador podendo agora enviar o quadro contendo a consulta DNS

ARP query

EthPhy

ARP

ARP

ARP reply

antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS

5 Camada de Enlace 5-83

roteador(roda DHCP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

DNS

datagrama IP conteacutem consulta DNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador

datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelos protocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS

demultiplexado pelo servidor DNS

servidor DNS responde ao cliente com o endereccedilo IP de wwwgooglecom

rede da Comcast68800013

servidor DNS

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

Um dia na vidahellip usando DNS

5 Camada de Enlace 5-84

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP

HTTPTCPIP

EthPhy

HTTP

para enviar pedido HTTP cliente primeiro abre um socket TCP para o servidor web segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web

conexatildeo TCP estabelecida64233169105

servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCPIP

EthPhy

SYN

SYN

SYN

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)

5 Camada de Enlace 5-85

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP

HTTPTCPIP

EthPhy

HTTP

solicitaccedilatildeo HTTP enviada para o socket TCP datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhado para wwwgooglecom

datagrama IP com a resposta HTTP eacute encaminhado de volta para o cliente

64233169105

servidor web

HTTPTCPIP

EthPhy

servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTPHTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

paacutegina web finalmente() apresentada

5 Camada de Enlace 5-86

Capiacutetulo 5 Resumo

princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dados detecccedilatildeo correccedilatildeo de erros compartilhamento de canal de difusatildeo acesso

muacuteltiplo endereccedilamento da camada de enlace

instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlace Ethernet LANs comutadas redes virtualizadas como camada de enlace MPLS

siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web

  • Capiacutetulo 5 A Camada de Enlace e Redes Locais
  • Camada de Enlace
  • Camada de Enlace Introduccedilatildeo
  • Camada de Enlace Contexto
  • Serviccedilos da Camada de Enlace
  • Serviccedilos da Camada de Enlace (mais)
  • Onde a camada de enlace eacute implementada
  • Comunicaccedilatildeo entre Adaptadores
  • Camada de Enlace (2)
  • Detecccedilatildeo de Erros
  • Verificaccedilotildees de Paridade
  • Soma de verificaccedilatildeo da Internet
  • Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica (CRC)
  • Exemplo de CRC
  • Implementaccedilatildeo em Hardware
  • Camada de Enlace (3)
  • Enlaces e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolo Ideal de Acesso Muacuteltiplo
  • Taxonomia dos Protocolos MAC
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal TDMA
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal FDMA
  • Protocolos de Acesso Aleatoacuterio
  • Slotted ALOHA
  • Slotted ALOHA (2)
  • Eficiecircncia do Slotted Aloha
  • ALOHA Puro (sem slots)
  • Eficiecircncia do Aloha puro
  • CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)
  • Colisotildees no CSMA
  • CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)
  • Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (2)
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (3)
  • Resumo dos protocolos MAC
  • Camada de Enlace (4)
  • Endereccedilos MAC
  • Endereccedilos MAC (2)
  • Endereccedilo MAC (cont)
  • ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de Resoluccedilatildeo de En
  • Protocolo ARP Mesma LAN (rede)
  • Roteando um pacote para outra LAN
  • Slide 44
  • Camada de Enlace (5)
  • Ethernet
  • Topologia em Estrela
  • Estrutura do Quadro Ethernet
  • Estrutura de Quadro Ethernet (cont)
  • Ethernet natildeo confiaacutevel e natildeo orientado para conexatildeo
  • Algoritmo CSMACD do Ethernet
  • CSMACD da Ethernet (mais)
  • Eficiecircncia do CSMACD
  • Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
  • 10Base5
  • 10Base2
  • 10BaseT
  • Conector RJ 45
  • 100Base-TX
  • Slide 60
  • Carrier Ethernet Defined
  • Camada de Enlace (6)
  • Hubs
  • Comutador (switch)
  • Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
  • Tabela de Comutaccedilatildeo
  • Switch autoaprendizagem
  • Switch FiltragemRepasse de quadros
  • Exemplo de auto aprendizagem e repasse
  • Exemplo com comutador
  • Exemplo com comutador (2)
  • Interligaccedilatildeo de comutadores
  • Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores
  • Rede Institucionalcorporativa
  • Rede institucional
  • Comutadores versus Roteadores
  • Camada de Enlace (7)
  • Siacutentese um dia na vida de um pedido web
  • Um dia na vida cenaacuterio
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet (2)
  • Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
  • Um dia na vidahellip usando DNS
  • Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
  • Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
  • Capiacutetulo 5 Resumo
Page 2: 5: Camada de Enlace 5-1 Capítulo 5: A Camada de Enlace e Redes Locais Nossos objetivos: Entender os princípios por trás dos serviços da camada de enlace

5 Camada de Enlace 5-2

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos52 Teacutecnicas de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de

erros 53 Protocolos de acesso muacuteltiplo 54 Endereccedilamento na Camada de Enlace55 Ethernet56 Comutadores de camada de enlace57 PPP o protocolo ponto-a-ponto58 Virtualizaccedilatildeo de enlace uma rede

como camada de enlace59 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de

paacutegina Web

5 Camada de Enlace 5-3

Camada de Enlace Introduccedilatildeo

Terminologia hospedeiros e roteadores satildeo

noacutes canais de comunicaccedilatildeo que

conectam noacutes adjacentes ao longo de um caminho de comunicaccedilatildeo satildeo enlaces (links) enlaces com fio (cabeados) enlaces sem fio (natildeo

cabeados) LANs

Pacote da camada 2 eacute um quadro (frame) encapsula o datagramaa camada de enlace eacute

responsaacutevel por transferir os datagramas entre noacutes adjacentes atraveacutes de um enlace

5 Camada de Enlace 5-4

Camada de Enlace Contexto

Datagrama eacute transferido por diferentes protocolos de enlace em diferentes enlaces Ex Ethernet no primeiro

enlace frame relay em enlaces intermediaacuterios e 80211 no uacuteltimo enlace

Cada protocolo de enlace provecirc diferentes serviccedilos ex pode ou natildeo prover

transporte confiaacutevel de dados atraveacutes do enlace

Analogia com um sistema de transporte

Viagem de Princeton ateacute Lausanne taxi Princeton ateacute JFK aviatildeo JFK ateacute Genebra Trem Genebra ateacute

Lausanne turista = datagrama segmento de transporte =

enlace de comunicaccedilatildeo meio de transporte = protocolo

da camada de enlace agente de viagens =

algoritmoprotocolo de roteamento

5 Camada de Enlace 5-5

Serviccedilos da Camada de Enlace Enquadramento (Delimitaccedilatildeo do quadro)

encapsula datagrama num quadro adicionando cabeccedilalho e cauda (trailer)

Acesso ao enlace implementa acesso ao canal se meio for

compartilhado lsquoendereccedilos fiacutesicos (MAC)rsquo satildeo usados nos cabeccedilalhos

dos quadros para identificar origem e destino de quadros em enlaces multipontobull Diferente do endereccedilo IP

Entrega confiaacutevel entre noacutes adjacentes Jaacute aprendemos como fazer isto (Capiacutetulo 3) raramente usada em canais com baixas taxas de

erro (fibra oacuteptica alguns tipos de pares tranccedilados) Canais sem fio altas taxas de erros

bull P para que confiabilidade na camada de enlace e fim-a-fim

5 Camada de Enlace 5-6

Serviccedilos da Camada de Enlace (mais) Controle de Fluxo

compatibilizar taxas de produccedilatildeo e consumo de quadros entre remetentes e receptores

Detecccedilatildeo de Erros erros satildeo causados por atenuaccedilatildeo do sinal e por

ruiacutedo receptor detecta presenccedila de erros

bull receptor sinaliza ao remetente para retransmissatildeo ou simplesmente descarta o quadro em erro

Correccedilatildeo de Erros mecanismo que permite que o receptor localize e

corrija o(s) erro(s) sem precisar da retransmissatildeo Half-duplex e full-duplex

com half duplex um noacute natildeo pode transmitir e receber pacotes ao mesmo tempo

5 Camada de Enlace 5-7

Onde a camada de enlace eacute implementada

em cada um dos hospedeiros

camada de enlace implementada no ldquoadaptadorrdquo (NIC ndash Network Interface Card) placa Ethernet cartatildeo

PCMCIA cartatildeo 80211 implementa as camadas

de enlace e fiacutesica conecta ao barramento

de sistema do hospedeiro

combinaccedilatildeo de hardware software e firmware

controlador

Transmissatildeofiacutesica

cpu memoacuteria

barramentodo hospedeiro(ex PCI)

placa de rede

Diagrama de blocos do hospedeiro

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlace

enlacefiacutesica

5 Camada de Enlace 5-8

Comunicaccedilatildeo entre Adaptadores

lado transmissor Encapsula o datagrama

em um quadro Adiciona bits de

verificaccedilatildeo de erro transferecircncia confiaacutevel de dados controle de fluxo etc

lado receptor verifica erros transporte

confiaacutevel controle de fluxo etc

extrai o datagrama passa-o para o noacute receptor

Controla-dora

Controla-dora

transmissor receptor

datagrama datagrama

datagrama

quadro

5 Camada de Enlace 5-9

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos52 Teacutecnicas de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de

erros 53 Protocolos de acesso muacuteltiplo 54 Endereccedilamento na Camada de Enlace55 Ethernet56 Comutadores da camada de enlace57 PPP o protocolo ponto-a-ponto58 Virtualizaccedilatildeo de enlace uma rede

como camada de enlace59 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de

paacutegina Web

5 Camada de Enlace 5-10

Detecccedilatildeo de ErrosEDC= bits de Detecccedilatildeo e Correccedilatildeo de Erros (redundacircncia)D = Dados protegidos por verificaccedilatildeo de erros podem incluir alguns campos do cabeccedilalho bull detecccedilatildeo de erros natildeo eacute 100 confiaacutevel

bull protocolos podem deixar passar alguns erros mas eacute rarobull quanto maior o campo EDC melhor seraacute a capacidade de

detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

5 Camada de Enlace 5-11

Verificaccedilotildees de Paridade

Paridade de 1 BitDetecta erros em um uacutenico bit

Paridade BidimensionalDetecta e corrige erro em um uacutenico bit

5 Camada de Enlace 5-12

Soma de verificaccedilatildeo da Internet

Transmissor trata o conteuacutedo do

segmento como uma sequumlecircncia de inteiros de 16 bits

Soma de verificaccedilatildeo adiccedilatildeo (complemento de 1 da soma ) do conteuacutedo do segmento

transmissor coloca o valor do checksum no campo de checksum UDP

Receptor calcula a soma de

verificaccedilatildeo do segmento recebido

verifica se o resultado eacute igual ao valor do campo da soma de verificaccedilatildeo NAtildeO - erro detectado SIM - nenhum erro foi

detectado Mas pode conter erros Mais sobre isto posteriormente hellip

Objetivo detectar ldquoerrosrdquo (ex bits trocados) no segmento transmitido (nota usado apenas na camada de transporte)

5 Camada de Enlace 5-13

Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica (CRC) Dados considerados como a sequumlecircncia de coeficientes de um

polinocircmio (D) Eacute escolhido um polinocircmio Gerador (G) (=gt r+1 bits)

Divide-se (moacutedulo 2) o polinocircmio D2r por G Acrescenta-se o resto (R) a D Observa-se que por construccedilatildeo a nova sequumlecircncia ltDRgt agora eacute exatamente divisiacutevel por G

Receptor conhece G divide ltDRgt por G Caso o resto seja diferente de zero detectado erro

Pode detectar todos os erros em rajadas menores do que r+1 bits

Largamente usado na praacutetica (Ethernet 80211 WiFi ATM)

5 Camada de Enlace 5-14

Exemplo de CRC

Queremos

D2r XOR R = nGde forma equivalente

D2r = nG XOR R de forma equivalente se dividirmos D2r

por G queremos o resto R

G

DR

r2resto

101110000 10011001 101011 1010 1001 1100 1001 1010 1001 011

D G

R

5 Camada de Enlace 5-15

Implementaccedilatildeo em Hardware

Aring

G=1001

D2r=101110000

5 Camada de Enlace 5-16

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos52 Teacutecnicas de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de

erros 53 Protocolos de acesso muacuteltiplo 54 Endereccedilamento na Camada de Enlace55 Ethernet56 Comutadores da camada de enlace57 PPP o protocolo ponto-a-ponto58 Virtualizaccedilatildeo de enlace uma rede

como camada de enlace59 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de

paacutegina Web

5 Camada de Enlace 5-17

Enlaces e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo

Dois tipos de enlaces Ponto-a-ponto

PPP para acesso discado

Conexatildeo entre switch Ethernet e hospedeiro

broadcast (cabo ou meio compartilhado) Ethernet tradicional Upstream HFC 80211 LAN sem fio Sateacutelite Etc

5 Camada de Enlace 5-18

Protocolos de Acesso Muacuteltiplo

canal de comunicaccedilatildeo uacutenico de broadcast interferecircncia quando dois ou mais noacutes transmitem

simultaneamente colisatildeo se um noacute receber dois ou mais sinais ao mesmo

tempo

Protocolo de acesso muacuteltiplo algoritmo distribuiacutedo que determina como os noacutes

compartilham o canal isto eacute determina quando um noacute pode transmitir

comunicaccedilatildeo sobre o compartilhamento do canal deve usar o proacuteprio canal natildeo haacute canal fora da faixa para coordenar a transmissatildeo

5 Camada de Enlace 5-19

Protocolo Ideal de Acesso Muacuteltiplo

Para um canal de broadcast com taxa de R bps

1 Quando apenas um noacute tem dados para enviar esse noacute obteacutem uma vazatildeo de R bps

2 Quando M noacutes tecircm dados para enviar cada um desses noacutes poderaacute transmitir em meacutedia a uma taxa de RM bps

3 Completamente descentralizado nenhum noacute especial (mestre) para coordenar as

transmissotildees nenhuma sincronizaccedilatildeo de reloacutegios ou slots

4 Simples para que sua implementaccedilatildeo seja barata

5 Camada de Enlace 5-20

Taxonomia dos Protocolos MACTrecircs categorias gerais Divisatildeo de Canal

divide o canal em pequenos ldquopedaccedilosrdquo (slotscompartimentos de tempo frequumlecircncia coacutedigo)

aloca pedaccedilo a um dado noacute para uso exclusivo deste Acesso Aleatoacuterio

canal natildeo eacute dividido podem ocorrer colisotildees ldquorecuperaccedilatildeordquo das colisotildees

Revezamento Noacutes se alternam em revezamento mas noacutes que

possuem mais dados a transmitir podem demorar mais quando chegar a sua vez

5 Camada de Enlace 5-21

Protocolos MAC de divisatildeo de canal TDMA

TDMA Acesso Muacuteltiplo por Divisatildeo de Tempo acesso ao canal em ldquoturnos cada estaccedilatildeo recebe um comprimento fixo de

compartimento (comprimento = tempo de tx do pacote) em cada turno

compartimentos natildeo usados permanecem ociosos Exemplo LAN com 6 estaccedilotildees compartimentos 1 3 e 4

com pacotes compartimentos 2 5 e 6 ociosos

5 Camada de Enlace 5-22

Protocolos MAC de divisatildeo de canal FDMA

FDMA Acesso Muacuteltiplo por Divisatildeo de Frequumlecircncia espectro do canal dividido em bandas de frequumlecircncia a cada estaccedilatildeo eacute atribuiacuteda uma banda fixa de frequumlecircncia tempo de transmissatildeo natildeo usado nas bandas permanecem

ociosos exemplo LAN com 6 estaccedilotildees 134 com pacotes bandas

256 ociosas

Bandas

de f

requumlecircnci

a tempo

cabo FDM

5 Camada de Enlace 5-23

Protocolos de Acesso Aleatoacuterio

Quando noacute tem um pacote para transmitirtransmite na taxa maacutexima Rnenhuma coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes

dois ou mais noacutes transmitindo ldquocolisatildeordquo O protocolo MAC de acesso aleatoacuterio

especifica como detectar colisotildeescomo se recuperar delas (atraveacutes de

retransmissotildees retardadas por exemplo) Exemplos de protocolos MAC de acesso

aleatoacuterioslotted ALOHAALOHACSMA CSMACD CSMACA

5 Camada de Enlace 5-24

Slotted ALOHA

Hipoacuteteses todos os quadros tecircm o

mesmo tamanho (L bits) tempo eacute dividido em slots

de tamanho igual tempo para transmitir 1 quadro (LR seg)

noacutes comeccedilam a transmitir quadros apenas no iniacutecio dos intervalos (slots)

noacutes satildeo sincronizados se 2 ou mais noacutes

transmitirem num slot todos os noacutes detectam a colisatildeo

Operaccedilatildeo quando o noacute obteacutem um novo

quadro ele espera ateacute o iniacutecio do proacuteximo slot e transmite o quadro inteiro

Se natildeo houver colisatildeo noacute poderaacute enviar um novo quadro no proacuteximo slot

caso haja uma colisatildeo (detectada antes do final do intervalo) noacute retransmite o quadro em cada intervalo subsequumlente com probabilidade p ateacute obter sucesso

5 Camada de Enlace 5-25

Slotted ALOHA

Vantagens uacutenico noacute ativo pode

transmitir continuamente na taxa maacutexima do canal

Altamente descentralizado apenas slots nos noacutes precisam estar sincronizados

simples

Desvantagens colisotildees slots

desperdiccedilados slots ociosos

(desperdiacutecio) noacutes podem ser capazes

de detectar colisotildees num tempo inferior ao da transmissatildeo do pacote

sincronizaccedilatildeo dos reloacutegios

5 Camada de Enlace 5-26

Eficiecircncia do Slotted Aloha

Assuma N noacutes com muitos quadros para enviar cada um transmite num slot com probabilidade p

probabilidade que noacute 1 tenha sucesso em um slot = p(1-p)N-1

probabilidade que qualquer noacute tenha sucesso = Np(1-p)N-

1

Para eficiecircncia maacutexima com N noacutes encontre p que maximiza Np(1-p)N-1

Para muitos noacutes faccedila limite para Np(1-p)N-1

quando N tende a infinito daacute 1e = 037

Eficiecircncia eacute a fraccedilatildeo de longo prazo de slots bem sucedidos quando haacute muitos noacutes cada um com muitos quadros para transmitir

Melhor caso canalusado para transmissotildees uacuteteis em 37 do tempo

5 Camada de Enlace 5-27

ALOHA Puro (sem slots) Aloha puro (sem slots) mais simples sem sincronizaccedilatildeo Ao chegar um quadro no noacute

transmite imediatamente Probabilidade de colisatildeo aumenta

quadro enviado em t0 colide com outros quadros enviados em [t0-1t0+1]

5 Camada de Enlace 5-28

Eficiecircncia do Aloha puro

P(sucesso por um dado noacute) = P(noacute transmita)

P(nenhum outro noacute transmita em [t0-1t0]

P(nenhum outro noacute transmita em [t0t0+1]

= p (1-p)N-1 (1-p)N-1

= p (1-p)2(N-1)

hellip escolhendo o valor oacutetimo de p e deixando n -gt infinito

= 1(2e) = 018 Ainda pior do que o Slotted Aloha

5 Camada de Enlace 5-29

CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)

CSMA (Carrier Sense Multiple Access) Escuta antes de transmitir (detecccedilatildeo de portadora)

Se o canal estiver livre transmite todo o quadro

Se o canal estiver ocupado adia a transmissatildeo

Analogia humana natildeo interrompa outros

5 Camada de Enlace 5-30

Colisotildees no CSMA

colisotildees ainda podem aconteceratraso de propagaccedilatildeo significa que dois noacutes podem natildeo ouvira transmissatildeo do outro colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo eacute desperdiccedilado

Disposiccedilatildeo espacial dos noacutes

notapapel da distacircncia e atraso de propagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo

5 Camada de Enlace 5-31

CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)

CSMACD detecccedilatildeo da portadora adia a transmissatildeo como no CSMAAs colisotildees satildeo detectadas em pouco tempoTransmissotildees que sofreram colisotildees satildeo

abortadas reduzindo o desperdiacutecio do canal Detecccedilatildeo de colisotildees

Faacutecil em LANs cabeadas mede a potecircncia do sinal compara o sinal recebido com o transmitido

Difiacutecil em LANs sem fio o receptor eacute desligado durante a transmissatildeo

Analogia humana bate papo educado

5 Camada de Enlace 5-32

Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD

5 Camada de Enlace 5-33

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoProtocolos MAC de divisatildeo de canal

Compartilha o canal eficientemente e de forma justa em altas cargas

Ineficiente em baixas cargas atraso no canal de acesso alocaccedilatildeo de 1N da largura de banda mesmo com apenas 1 noacute ativo

Protocolos MAC de acesso aleatoacuterioeficiente em baixas cargas um uacutenico noacute

pode utilizar completamente o canalAltas cargas overhead com colisotildees

Protocolos de revezamentoProcura oferecer o melhor dos dois mundos

5 Camada de Enlace 5-34

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo

Seleccedilatildeo (Polling) Noacute mestre ldquoconvidardquo

noacutes escravos a transmitir em revezamento

Usado tipicamente com dispositivos escravo burros

Preocupaccedilotildees Overhead com as

consultas (polling) Latecircncia Ponto uacutenico de

falha (mestre)

mestre

escravos

poll

dados

dados

5 Camada de Enlace 5-35

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo

Passagem de permissatildeo (token)

controla permissatildeo passada de um noacute para o proacuteximo de forma sequencial

mensagem de passagem da permissatildeo

preocupaccedilotildees overhead com a

passagem de permissatildeo

latecircncia Ponto uacutenico de falha

(permissatildeo)

T

dados

(nada paramandar)

T

5 Camada de Enlace 5-36

Resumo dos protocolos MAC Divisatildeo do canal por tempo frequumlecircncia ou

coacutedigoDivisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequumlecircncia

Particionamento Aleatoacuterio (dinacircmico) ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDEscutar a portadora faacutecil em algumas

tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)

CSMACD usado na EthernetCSMACA usado no 80211

RevezamentoSeleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto

central passagem de permissotildeesBluetooth FDDI Token Ring (IBM)

5 Camada de Enlace 5-37

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos52 Teacutecnicas de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de

erros 53 Protocolos de acesso muacuteltiplo 54 Endereccedilamento na Camada de Enlace55 Ethernet56 Comutadores da camada de enlace57 PPP o protocolo ponto-a-ponto58 Virtualizaccedilatildeo de enlace uma rede

como camada de enlace59 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de

paacutegina Web

5 Camada de Enlace 5-38

Endereccedilos MAC

Endereccedilo IP de 32 bits Endereccedilos da camada de redeusado para levar o datagrama agrave subrede IP

destinoEndereccedilo MAC (ou LAN ou fiacutesico ou

Ethernet) levar o datagrama de uma interface ateacute outra

interface conectada fisicamente (na mesma rede)

Endereccedilo MAC de 48 bits (para a maioria das redes)bull gravado na ROM do adaptador ou configurado

por software

5 Camada de Enlace 5-39

Endereccedilos MAC

Cada adaptador na LAN possui um endereccedilo MAC uacutenico

Endereccedilo de Broadcast =FF-FF-FF-FF-FF-FF

= adaptador

1A-2F-BB-76-09-AD

58-23-D7-FA-20-B0

0C-C4-11-6F-E3-98

71-65-F7-2B-08-53

LAN(cabeada ousem fio)

5 Camada de Enlace 5-40

Endereccedilo MAC (cont)

Alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC gerenciada pelo IEEE Um fabricante compra uma parte do espaccedilo de

endereccedilos (para garantir unicidade) Analogia (a) endereccedilo MAC como nuacutemero do CPF (b) endereccedilo IP como endereccedilo postal (CEP) endereccedilo MAC tem estrutura linear =gt

portabilidadePode mover um cartatildeo LAN de uma LAN para

outra endereccedilo IP hieraacuterquico NAtildeO eacute portaacutetil (requer IP

moacutevel)Depende da subrede IP agrave qual o noacute estaacute

conectado

5 Camada de Enlace 5-41

ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de Resoluccedilatildeo de Endereccedilos)

Cada noacute IP (Host Roteador) de uma LAN possui tabela ARP

Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN

lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt TTL (Time To Live) tempo

a partir do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute esquecido (valor tiacutepico de 20 min)

Pergunta como obter oendereccedilo MAC de B a partir do endereccedilo IP de B

1A-2F-BB-76-09-AD

58-23-D7-FA-20-B0

0C-C4-11-6F-E3-98

71-65-F7-2B-08-53

LAN

237196723

237196778

237196714

237196788

5 Camada de Enlace 5-42

Protocolo ARP Mesma LAN (rede) A deseja enviar datagrama

para B e o endereccedilo MAC de B natildeo estaacute na tabela ARP

A difunde o pacote de solicitaccedilatildeo ARP que conteacutem o endereccedilo IP de B Endereccedilo MAC destino =

FF-FF-FF-FF-FF-FF todas as maacutequinas na

LAN recebem a consulta do ARP

B recebe o pacote ARP responde a A com o seu (de B) endereccedilo MAC Quadro enviado para o

endereccedilo MAC (unicast) de A

Uma cache (salva) o par de endereccedilos IP-para-MAC na sua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo fique antiquada (expire) lsquosoft statersquo informaccedilatildeo que expira (vai embora) a menos que seja renovada

ARP eacute ldquoplug-and-playrdquo os noacutes criam suas tabelas ARP sem a intervenccedilatildeo do administrador

da rede

5 Camada de Enlace 5-43

Roteando um pacote para outra LAN

passo a passo envio de datagrama de A para B via R assuma que A conhece o endereccedilo IP de B

Duas tabelas ARP no roteador R uma para cada rede IP (LAN)

A

RB

5 Camada de Enlace 5-44

A cria datagrama com origem A destino B A usa ARP para obter o endereccedilo MAC de R para

111111111110 A cria quadro da camada de enlace com o endereccedilo

MAC de R como destino quadro conteacutem datagrama IP de A para B

O adaptador de A envia o quadro O adaptador de R recebe o quadro R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verifica

que eacute destinado para B R usa ARP para obter o endereccedilo MAC de B R cria quadro contendo datagrama IP de A para B e o

envia para B

A

R B

Este eacute um exemplo muito importantendash garanta que vocecirc o entendeu

5 Camada de Enlace 5-45

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos52 Teacutecnicas de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de

erros 53 Protocolos de acesso muacuteltiplo 54 Endereccedilamento na Camada de Enlace55 Ethernet56 Comutadores da camada de enlace57 PPP o protocolo ponto-a-ponto58 Virtualizaccedilatildeo de enlace uma rede

como camada de enlace59 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de

paacutegina Web

5 Camada de Enlace 5-46

Ethernet Muitiacutessimo difundida porque

Muito barata R$30 para placas 10100Mbps A mais antiga das tecnologias de rede local (meados da

deacutecada de 70) Mais simples e menos cara que redes usando ficha ou

ATM Acompanhou o aumento de velocidade 10 Mbps ndash 10

Gbps

Rascunho de Metcalfe sobre o Ethernet

5 Camada de Enlace 5-47

Topologia em Estrela Topologia de barramento popular ateacute meados

dos anos 90 Todos os noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo (podem colidir

um com o outro)

Agora prevalecircncia de topologia em estrela Comutador (switch) no centro Cada porta roda o protocolo Ethernet separadamente (os

noacutes natildeo colidem uns com os outros)

barramento cabo coaxial

switch

estrela

5 Camada de Enlace 5-48

Estrutura do Quadro Ethernet

Adaptador remetente encapsula datagrama IP (ou pacote de outro protocolo da camada de rede) num Quadro Ethernet

Dados 46 a 1500 bytes Preacircmbulo 7 bytes com o padratildeo 10101010 seguidos por um byte

com o padratildeo 10101011 usado para sincronizar receptor ao reloacutegio do

remetente (reloacutegios nunca satildeo exatos eacute muito provaacutevel que exista algum desvio entre eles)

5 Camada de Enlace 5-49

Estrutura de Quadro Ethernet (cont)

Endereccedilos 6 bytes para cada endereccedilo MAC se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo destino igual

ao seu ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede

caso contraacuterio o adaptador descarta o quadro Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior

usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)

CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado

5 Camada de Enlace 5-50

Ethernet natildeo confiaacutevel e natildeo orientado para conexatildeo

Natildeo orientado para conexatildeo Natildeo haacute estabelecimento de conexatildeo (saudaccedilatildeo) entre os adaptadores transmissor e receptor

Natildeo confiaacutevel o adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador transmissorfluxo de datagramas passados para a

camada de rede pode conter falhas na sequumlecircncia

falhas seratildeo preenchidas se aplicaccedilatildeo estiver usando o TCP

caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as falhas Protocolo MAC do Ethernet CSMACD sem slots

5 Camada de Enlace 5-51

Algoritmo CSMACD do Ethernet

1 Adaptador recebe datagrama da camada de rede e cria um quadro

2 Se o adaptador percebe que o canal estaacute ocioso comeccedila a transmitir o quadro Se percebe que o canal estaacute ocupado espera que o canal fique livre e transmite

3 Se o adaptador transmitir todo o quadro sem detectar outra transmissatildeo o adaptador concluiu a operaccedilatildeo com o quadro

4 Se o adaptador detectar outra transmissatildeo enquanto estiver transmitindo aborta e envia sinal de reforccedilo de colisatildeo de 48 bits

5 Apoacutes o aborto o adaptador entra na retirada (backoff) exponencial binaacuteria apoacutes a m-eacutesima colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoriamente entre 012hellip2m-1 O adaptador espera K512 tempos de bit e retorna ao Passo 2

5 Camada de Enlace 5-52

CSMACD da Ethernet (mais)

Sinal de reforccedilo de colisatildeo garante que todos os demais transmissores estejam cientes da colisatildeo 48 bits

Tempo de Bit 01 microseg para Ethernet de 10 Mbpspara K=1023 tempo de espera de cerca de 50 mseg

Retirada Exponencial Binaacuteria

Objetivo adaptar as tentativas de retransmissatildeo agrave carga atual estimada Alta carga espera

aleatoacuteria seraacute mais longa

na primeira colisatildeo escolhe K entre 01 atraso eacute de K 512 tempos de transmissatildeo de um bit

apoacutes a segunda colisatildeo escolhe K entre 0123hellip

apoacutes 10 colisotildees escolhe K entre 01234hellip1023

Vejainteraja com o applet Java siacutetio do livroaltamente recomendaacutevel

5 Camada de Enlace 5-53

Eficiecircncia do CSMACD

tprop = atraso maacuteximo de prop entre 2 noacutes na LAN

ttrans = tempo para transmitir quadro de tamanho maacuteximo

Eficiecircncia vai para 1 agrave medida que tprop vai para 0

ttrans vai para infinito Muito melhor do que ALOHA e ainda eacute

descentralizado simples e barato

transprop tt 51

1eficiecircncia

5 Camada de Enlace 5-54

Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica

Diversos padrotildees Ethernet diferentestecircm em comum o protocolo MAC e o

formato do quadrodiferentes velocidades 2Mbps 10Mbps

100Mbps 1Gbps 10Gbpsdiferentes meios da camada fiacutesica fibra

caboaplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

protocolo MACe formato do quadro

100BASE-TX

100BASE-T4

100BASE-FX100BASE-T2

100BASE-SX 100BASE-BX

camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)

5 Camada de Enlace 5-55

10Base5

httpwwwethermanagecom

5 Camada de Enlace 5-56

10Base2

httpwwwethermanagecom

5 Camada de Enlace 5-57

10BaseT

httpwwwethermanagecom

5 Camada de Enlace 5-58

Conector RJ 45

5 Camada de Enlace 5-59

100Base-TX

httpwwwethermanagecom

5 Camada de Enlace 5-60 10

Wireless Backhaul

Carrier Ethernet Access Expansion

Voice gateway

VoiceVideoTelephony

HD TVTVoD VoD

Video Source

Gaming BusinessBackup ERP

InternetVideo Source

BusinessBroadband

E-Line andE-LAN service

GlobalNationalCarrierEthernet

GlobalNationalCarrierEthernet

SmallMedium Business

Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

ResidentialTriple-Play

FTTx DSLAM Cable Modem

Broadbandmobile datavideo

Bringing vastly extended scalability for business and residential users

ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing

5 Camada de Enlace 5-61

Carrier Ethernet Defined

bull Carrier Ethernet is a ubiquitous standardized carrier-class SERVICE defined by five attributes that distinguish Carrier Ethernet from familiar LAN based Ethernet

bull It brings the compelling business benefit of the Ethernet cost model to achieve significant savings

Carrier Ethernet

bull Scalability

bull Standardized Services

bull Service Management

bull Quality of Service

bull Reliability

Carrier Ethernet Attributes

httpwwwmetroethernetforumorg

5 Camada de Enlace 5-62

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos52 Teacutecnicas de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de acesso muacuteltiplo 54 Endereccedilamento na Camada de Enlace55 Ethernet56 Comutadores da camada de enlace57 PPP o protocolo ponto-a-ponto58 Virtualizaccedilatildeo de enlace uma rede como

camada de enlace59 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina

Web

5 Camada de Enlace 5-63

Hubs

hellip repetidores (ldquoburrosrdquo) da camada fiacutesicabits vindos de um dado link saem por todos

os outros links na mesma taxatodos os noacutes conectados ao hub podem

colidir uns com os outrosnatildeo haacute bufferizaccedilatildeo de quadrosnatildeo implementa CSMACD no hub cartotildees

do hospedeiro detectam as colisotildees

par tranccedilado

hub

5 Camada de Enlace 5-64

Comutador (switch)

Dispositivo da camada de enlace mais inteligentes que os hubs tecircm papel ativo armazena e retransmite quadros Ethernetexamina o cabeccedilalho do quadro e

seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento

transparentehospedeiros ignoram a presenccedila dos

switches plug-and-play self-learning (autodidatas)

os comutadores natildeo necessitam ser configurados

5 Camada de Enlace 5-65

Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas

hospedeiros tecircm conexatildeo direta e dedicada para o switch

os switches armazenam quadros

o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplex cada link eacute o seu proacuteprio

domiacutenio de colisatildeo comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-

para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees isto natildeo eacute possiacutevel com hubs

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

switch com seis interfaces(123456)

1 23

45

6

5 Camada de Enlace 5-66

Tabela de Comutaccedilatildeo

P como eacute que o switch sabe que Arsquo eacute alcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel a partir da interface 5

R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutem (endereccedilo MAC do hospedeiro

interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)

parece uma tabela de roteamento P como satildeo criadas e mantidas as

entradas na tabela de comutaccedilatildeo haacute algo como um protocolo de

roteamento

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

switch with six interfaces(123456)

1 23

45

6

5 Camada de Enlace 5-67

switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfaces quando um quadro eacute

recebido o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada

registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo

Switch autoaprendizagem

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 23

45

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

5 Camada de Enlace 5-685 Camada de Enlace

Switch FiltragemRepasse de quadrosQuando um comutador recebe um quadroregistra o link associado com o hospedeiro

transmissorindexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo

MAC do destinoif entrada encontrada para o destino

then if dest estiver no segmento de onde veio o

quadro then descarta o quadro else repassa o quadro na interface indicada else usa inundaccedilatildeoRepassa o quadro para todas as

demais interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido

5 Camada de Enlace 5-69

Exemplo de auto aprendizagem e repasse

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 23

45

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo

destino do quadro desconhecido inundaccedilatildeo

Arsquo A

local do destino A conhecido

Arsquo 4 60

transmissatildeo seletiva

5 Camada de Enlace 5-70

Exemplo com comutador

Suponha que C envia quadro para D

comutador recebe o quadro vindo de C anota na tabela de comutaccedilatildeo que C estaacute na interface 1 dado que D natildeo se encontra na tabela encaminha o quadro para as

demais interfaces 2 e 3

quadro eacute recebido por D

hub

hub hub

comutador

A

B CD

EF G H

I

endereccedilointerface

ABEG

1123

12 3

5 Camada de Enlace 5-71

Exemplo com comutador

Suponha que D responde com um quadro para C

comutador recebe o quadro vindo de D anota na tabela de comutaccedilatildeo que D estaacute na interface 2 dado que C estaacute na tabela encaminha o quadro apenas na interface

1

quadro eacute recebido por C

hub

hub hub

comutador

A

B CD

EF G H

I

interface

ABEGC

11231

endereccedilo

5 Camada de Enlace 5-72

Interligaccedilatildeo de comutadores

Podemos interligar comutadores (switches)

A

B

P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe que deve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3

R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenico comutador)

S1

C D

E

FS2

S4

S3

HI

G

5 Camada de Enlace 5-73

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde

para C

P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4

A

B

S1

C D

E

FS2

S4

S3

HI

G

1

2

5 Camada de Enlace 5-74

Rede Institucionalcorporativa

5 Camada de Enlace 5-75

Rede institucional

Para redeexterna

roteador

Subrede IP

Servidor de mensagens

Servidor web

5 Camada de Enlace 5-76

Comutadores versus Roteadores ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa

roteadores dispositivos da camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)

comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace roteadores mantecircm tabelas de roteamento

implementam algoritmos de roteamento comutadores mantecircm tabelas de comutaccedilatildeo

implementam filtragem algoritmos de aprendizagem

5 Camada de Enlace 5-77

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos52 Teacutecnicas de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de acesso muacuteltiplo 54 Endereccedilamento na Camada de Enlace55 Ethernet56 Comutadores da camada de enlace57 PPP o protocolo ponto-a-ponto58 Virtualizaccedilatildeo de enlace uma rede como

camada de enlace59 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina

Web

5 Camada de Enlace 5-78

Siacutentese um dia na vida de um pedido web jornada completa atravessando toda a pilha de

protocolos aplicaccedilatildeo transporte rede enlace

colocando tudo junto siacutentese objetivo identificar revisar entender os

protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web

cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom

5 Camada de Enlace 5-79

Um dia na vida cenaacuterio

rede da Comcast68800013

rede do Google64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola68802024

paacutegina web

navegador

5 Camada de Enlace 5-80

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPDHCP

quadro Ethernet difundido (dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador que executa o servidor DHCP

Ethernet demultiplexado para IP demultiplexado para UDP e demultiplexado paraDHCP

o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilo do primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP Solicitaccedilatildeo DHCP encapsulada em UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023 Ethernet

5 Camada de Enlace 5-81

roteador(roda DHCP)

servidor DHCP prepara ACK DHCP contendo endereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiro roteador nome e endereccedilo IP do servidor DNS

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

encapsulamento no servidor DHCP quadro repassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente

Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador

cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

5 Camada de Enlace 5-82

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

consulta DNS criada encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviar quadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP

consulta ARP difundida recebida pelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccedilo MAC da interface do roteador

o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiro roteador podendo agora enviar o quadro contendo a consulta DNS

ARP query

EthPhy

ARP

ARP

ARP reply

antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS

5 Camada de Enlace 5-83

roteador(roda DHCP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

DNS

datagrama IP conteacutem consulta DNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador

datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelos protocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS

demultiplexado pelo servidor DNS

servidor DNS responde ao cliente com o endereccedilo IP de wwwgooglecom

rede da Comcast68800013

servidor DNS

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

Um dia na vidahellip usando DNS

5 Camada de Enlace 5-84

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP

HTTPTCPIP

EthPhy

HTTP

para enviar pedido HTTP cliente primeiro abre um socket TCP para o servidor web segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web

conexatildeo TCP estabelecida64233169105

servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCPIP

EthPhy

SYN

SYN

SYN

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)

5 Camada de Enlace 5-85

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP

HTTPTCPIP

EthPhy

HTTP

solicitaccedilatildeo HTTP enviada para o socket TCP datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhado para wwwgooglecom

datagrama IP com a resposta HTTP eacute encaminhado de volta para o cliente

64233169105

servidor web

HTTPTCPIP

EthPhy

servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTPHTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

paacutegina web finalmente() apresentada

5 Camada de Enlace 5-86

Capiacutetulo 5 Resumo

princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dados detecccedilatildeo correccedilatildeo de erros compartilhamento de canal de difusatildeo acesso

muacuteltiplo endereccedilamento da camada de enlace

instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlace Ethernet LANs comutadas redes virtualizadas como camada de enlace MPLS

siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web

  • Capiacutetulo 5 A Camada de Enlace e Redes Locais
  • Camada de Enlace
  • Camada de Enlace Introduccedilatildeo
  • Camada de Enlace Contexto
  • Serviccedilos da Camada de Enlace
  • Serviccedilos da Camada de Enlace (mais)
  • Onde a camada de enlace eacute implementada
  • Comunicaccedilatildeo entre Adaptadores
  • Camada de Enlace (2)
  • Detecccedilatildeo de Erros
  • Verificaccedilotildees de Paridade
  • Soma de verificaccedilatildeo da Internet
  • Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica (CRC)
  • Exemplo de CRC
  • Implementaccedilatildeo em Hardware
  • Camada de Enlace (3)
  • Enlaces e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolo Ideal de Acesso Muacuteltiplo
  • Taxonomia dos Protocolos MAC
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal TDMA
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal FDMA
  • Protocolos de Acesso Aleatoacuterio
  • Slotted ALOHA
  • Slotted ALOHA (2)
  • Eficiecircncia do Slotted Aloha
  • ALOHA Puro (sem slots)
  • Eficiecircncia do Aloha puro
  • CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)
  • Colisotildees no CSMA
  • CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)
  • Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (2)
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (3)
  • Resumo dos protocolos MAC
  • Camada de Enlace (4)
  • Endereccedilos MAC
  • Endereccedilos MAC (2)
  • Endereccedilo MAC (cont)
  • ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de Resoluccedilatildeo de En
  • Protocolo ARP Mesma LAN (rede)
  • Roteando um pacote para outra LAN
  • Slide 44
  • Camada de Enlace (5)
  • Ethernet
  • Topologia em Estrela
  • Estrutura do Quadro Ethernet
  • Estrutura de Quadro Ethernet (cont)
  • Ethernet natildeo confiaacutevel e natildeo orientado para conexatildeo
  • Algoritmo CSMACD do Ethernet
  • CSMACD da Ethernet (mais)
  • Eficiecircncia do CSMACD
  • Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
  • 10Base5
  • 10Base2
  • 10BaseT
  • Conector RJ 45
  • 100Base-TX
  • Slide 60
  • Carrier Ethernet Defined
  • Camada de Enlace (6)
  • Hubs
  • Comutador (switch)
  • Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
  • Tabela de Comutaccedilatildeo
  • Switch autoaprendizagem
  • Switch FiltragemRepasse de quadros
  • Exemplo de auto aprendizagem e repasse
  • Exemplo com comutador
  • Exemplo com comutador (2)
  • Interligaccedilatildeo de comutadores
  • Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores
  • Rede Institucionalcorporativa
  • Rede institucional
  • Comutadores versus Roteadores
  • Camada de Enlace (7)
  • Siacutentese um dia na vida de um pedido web
  • Um dia na vida cenaacuterio
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet (2)
  • Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
  • Um dia na vidahellip usando DNS
  • Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
  • Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
  • Capiacutetulo 5 Resumo
Page 3: 5: Camada de Enlace 5-1 Capítulo 5: A Camada de Enlace e Redes Locais Nossos objetivos: Entender os princípios por trás dos serviços da camada de enlace

5 Camada de Enlace 5-3

Camada de Enlace Introduccedilatildeo

Terminologia hospedeiros e roteadores satildeo

noacutes canais de comunicaccedilatildeo que

conectam noacutes adjacentes ao longo de um caminho de comunicaccedilatildeo satildeo enlaces (links) enlaces com fio (cabeados) enlaces sem fio (natildeo

cabeados) LANs

Pacote da camada 2 eacute um quadro (frame) encapsula o datagramaa camada de enlace eacute

responsaacutevel por transferir os datagramas entre noacutes adjacentes atraveacutes de um enlace

5 Camada de Enlace 5-4

Camada de Enlace Contexto

Datagrama eacute transferido por diferentes protocolos de enlace em diferentes enlaces Ex Ethernet no primeiro

enlace frame relay em enlaces intermediaacuterios e 80211 no uacuteltimo enlace

Cada protocolo de enlace provecirc diferentes serviccedilos ex pode ou natildeo prover

transporte confiaacutevel de dados atraveacutes do enlace

Analogia com um sistema de transporte

Viagem de Princeton ateacute Lausanne taxi Princeton ateacute JFK aviatildeo JFK ateacute Genebra Trem Genebra ateacute

Lausanne turista = datagrama segmento de transporte =

enlace de comunicaccedilatildeo meio de transporte = protocolo

da camada de enlace agente de viagens =

algoritmoprotocolo de roteamento

5 Camada de Enlace 5-5

Serviccedilos da Camada de Enlace Enquadramento (Delimitaccedilatildeo do quadro)

encapsula datagrama num quadro adicionando cabeccedilalho e cauda (trailer)

Acesso ao enlace implementa acesso ao canal se meio for

compartilhado lsquoendereccedilos fiacutesicos (MAC)rsquo satildeo usados nos cabeccedilalhos

dos quadros para identificar origem e destino de quadros em enlaces multipontobull Diferente do endereccedilo IP

Entrega confiaacutevel entre noacutes adjacentes Jaacute aprendemos como fazer isto (Capiacutetulo 3) raramente usada em canais com baixas taxas de

erro (fibra oacuteptica alguns tipos de pares tranccedilados) Canais sem fio altas taxas de erros

bull P para que confiabilidade na camada de enlace e fim-a-fim

5 Camada de Enlace 5-6

Serviccedilos da Camada de Enlace (mais) Controle de Fluxo

compatibilizar taxas de produccedilatildeo e consumo de quadros entre remetentes e receptores

Detecccedilatildeo de Erros erros satildeo causados por atenuaccedilatildeo do sinal e por

ruiacutedo receptor detecta presenccedila de erros

bull receptor sinaliza ao remetente para retransmissatildeo ou simplesmente descarta o quadro em erro

Correccedilatildeo de Erros mecanismo que permite que o receptor localize e

corrija o(s) erro(s) sem precisar da retransmissatildeo Half-duplex e full-duplex

com half duplex um noacute natildeo pode transmitir e receber pacotes ao mesmo tempo

5 Camada de Enlace 5-7

Onde a camada de enlace eacute implementada

em cada um dos hospedeiros

camada de enlace implementada no ldquoadaptadorrdquo (NIC ndash Network Interface Card) placa Ethernet cartatildeo

PCMCIA cartatildeo 80211 implementa as camadas

de enlace e fiacutesica conecta ao barramento

de sistema do hospedeiro

combinaccedilatildeo de hardware software e firmware

controlador

Transmissatildeofiacutesica

cpu memoacuteria

barramentodo hospedeiro(ex PCI)

placa de rede

Diagrama de blocos do hospedeiro

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlace

enlacefiacutesica

5 Camada de Enlace 5-8

Comunicaccedilatildeo entre Adaptadores

lado transmissor Encapsula o datagrama

em um quadro Adiciona bits de

verificaccedilatildeo de erro transferecircncia confiaacutevel de dados controle de fluxo etc

lado receptor verifica erros transporte

confiaacutevel controle de fluxo etc

extrai o datagrama passa-o para o noacute receptor

Controla-dora

Controla-dora

transmissor receptor

datagrama datagrama

datagrama

quadro

5 Camada de Enlace 5-9

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos52 Teacutecnicas de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de

erros 53 Protocolos de acesso muacuteltiplo 54 Endereccedilamento na Camada de Enlace55 Ethernet56 Comutadores da camada de enlace57 PPP o protocolo ponto-a-ponto58 Virtualizaccedilatildeo de enlace uma rede

como camada de enlace59 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de

paacutegina Web

5 Camada de Enlace 5-10

Detecccedilatildeo de ErrosEDC= bits de Detecccedilatildeo e Correccedilatildeo de Erros (redundacircncia)D = Dados protegidos por verificaccedilatildeo de erros podem incluir alguns campos do cabeccedilalho bull detecccedilatildeo de erros natildeo eacute 100 confiaacutevel

bull protocolos podem deixar passar alguns erros mas eacute rarobull quanto maior o campo EDC melhor seraacute a capacidade de

detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

5 Camada de Enlace 5-11

Verificaccedilotildees de Paridade

Paridade de 1 BitDetecta erros em um uacutenico bit

Paridade BidimensionalDetecta e corrige erro em um uacutenico bit

5 Camada de Enlace 5-12

Soma de verificaccedilatildeo da Internet

Transmissor trata o conteuacutedo do

segmento como uma sequumlecircncia de inteiros de 16 bits

Soma de verificaccedilatildeo adiccedilatildeo (complemento de 1 da soma ) do conteuacutedo do segmento

transmissor coloca o valor do checksum no campo de checksum UDP

Receptor calcula a soma de

verificaccedilatildeo do segmento recebido

verifica se o resultado eacute igual ao valor do campo da soma de verificaccedilatildeo NAtildeO - erro detectado SIM - nenhum erro foi

detectado Mas pode conter erros Mais sobre isto posteriormente hellip

Objetivo detectar ldquoerrosrdquo (ex bits trocados) no segmento transmitido (nota usado apenas na camada de transporte)

5 Camada de Enlace 5-13

Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica (CRC) Dados considerados como a sequumlecircncia de coeficientes de um

polinocircmio (D) Eacute escolhido um polinocircmio Gerador (G) (=gt r+1 bits)

Divide-se (moacutedulo 2) o polinocircmio D2r por G Acrescenta-se o resto (R) a D Observa-se que por construccedilatildeo a nova sequumlecircncia ltDRgt agora eacute exatamente divisiacutevel por G

Receptor conhece G divide ltDRgt por G Caso o resto seja diferente de zero detectado erro

Pode detectar todos os erros em rajadas menores do que r+1 bits

Largamente usado na praacutetica (Ethernet 80211 WiFi ATM)

5 Camada de Enlace 5-14

Exemplo de CRC

Queremos

D2r XOR R = nGde forma equivalente

D2r = nG XOR R de forma equivalente se dividirmos D2r

por G queremos o resto R

G

DR

r2resto

101110000 10011001 101011 1010 1001 1100 1001 1010 1001 011

D G

R

5 Camada de Enlace 5-15

Implementaccedilatildeo em Hardware

Aring

G=1001

D2r=101110000

5 Camada de Enlace 5-16

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos52 Teacutecnicas de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de

erros 53 Protocolos de acesso muacuteltiplo 54 Endereccedilamento na Camada de Enlace55 Ethernet56 Comutadores da camada de enlace57 PPP o protocolo ponto-a-ponto58 Virtualizaccedilatildeo de enlace uma rede

como camada de enlace59 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de

paacutegina Web

5 Camada de Enlace 5-17

Enlaces e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo

Dois tipos de enlaces Ponto-a-ponto

PPP para acesso discado

Conexatildeo entre switch Ethernet e hospedeiro

broadcast (cabo ou meio compartilhado) Ethernet tradicional Upstream HFC 80211 LAN sem fio Sateacutelite Etc

5 Camada de Enlace 5-18

Protocolos de Acesso Muacuteltiplo

canal de comunicaccedilatildeo uacutenico de broadcast interferecircncia quando dois ou mais noacutes transmitem

simultaneamente colisatildeo se um noacute receber dois ou mais sinais ao mesmo

tempo

Protocolo de acesso muacuteltiplo algoritmo distribuiacutedo que determina como os noacutes

compartilham o canal isto eacute determina quando um noacute pode transmitir

comunicaccedilatildeo sobre o compartilhamento do canal deve usar o proacuteprio canal natildeo haacute canal fora da faixa para coordenar a transmissatildeo

5 Camada de Enlace 5-19

Protocolo Ideal de Acesso Muacuteltiplo

Para um canal de broadcast com taxa de R bps

1 Quando apenas um noacute tem dados para enviar esse noacute obteacutem uma vazatildeo de R bps

2 Quando M noacutes tecircm dados para enviar cada um desses noacutes poderaacute transmitir em meacutedia a uma taxa de RM bps

3 Completamente descentralizado nenhum noacute especial (mestre) para coordenar as

transmissotildees nenhuma sincronizaccedilatildeo de reloacutegios ou slots

4 Simples para que sua implementaccedilatildeo seja barata

5 Camada de Enlace 5-20

Taxonomia dos Protocolos MACTrecircs categorias gerais Divisatildeo de Canal

divide o canal em pequenos ldquopedaccedilosrdquo (slotscompartimentos de tempo frequumlecircncia coacutedigo)

aloca pedaccedilo a um dado noacute para uso exclusivo deste Acesso Aleatoacuterio

canal natildeo eacute dividido podem ocorrer colisotildees ldquorecuperaccedilatildeordquo das colisotildees

Revezamento Noacutes se alternam em revezamento mas noacutes que

possuem mais dados a transmitir podem demorar mais quando chegar a sua vez

5 Camada de Enlace 5-21

Protocolos MAC de divisatildeo de canal TDMA

TDMA Acesso Muacuteltiplo por Divisatildeo de Tempo acesso ao canal em ldquoturnos cada estaccedilatildeo recebe um comprimento fixo de

compartimento (comprimento = tempo de tx do pacote) em cada turno

compartimentos natildeo usados permanecem ociosos Exemplo LAN com 6 estaccedilotildees compartimentos 1 3 e 4

com pacotes compartimentos 2 5 e 6 ociosos

5 Camada de Enlace 5-22

Protocolos MAC de divisatildeo de canal FDMA

FDMA Acesso Muacuteltiplo por Divisatildeo de Frequumlecircncia espectro do canal dividido em bandas de frequumlecircncia a cada estaccedilatildeo eacute atribuiacuteda uma banda fixa de frequumlecircncia tempo de transmissatildeo natildeo usado nas bandas permanecem

ociosos exemplo LAN com 6 estaccedilotildees 134 com pacotes bandas

256 ociosas

Bandas

de f

requumlecircnci

a tempo

cabo FDM

5 Camada de Enlace 5-23

Protocolos de Acesso Aleatoacuterio

Quando noacute tem um pacote para transmitirtransmite na taxa maacutexima Rnenhuma coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes

dois ou mais noacutes transmitindo ldquocolisatildeordquo O protocolo MAC de acesso aleatoacuterio

especifica como detectar colisotildeescomo se recuperar delas (atraveacutes de

retransmissotildees retardadas por exemplo) Exemplos de protocolos MAC de acesso

aleatoacuterioslotted ALOHAALOHACSMA CSMACD CSMACA

5 Camada de Enlace 5-24

Slotted ALOHA

Hipoacuteteses todos os quadros tecircm o

mesmo tamanho (L bits) tempo eacute dividido em slots

de tamanho igual tempo para transmitir 1 quadro (LR seg)

noacutes comeccedilam a transmitir quadros apenas no iniacutecio dos intervalos (slots)

noacutes satildeo sincronizados se 2 ou mais noacutes

transmitirem num slot todos os noacutes detectam a colisatildeo

Operaccedilatildeo quando o noacute obteacutem um novo

quadro ele espera ateacute o iniacutecio do proacuteximo slot e transmite o quadro inteiro

Se natildeo houver colisatildeo noacute poderaacute enviar um novo quadro no proacuteximo slot

caso haja uma colisatildeo (detectada antes do final do intervalo) noacute retransmite o quadro em cada intervalo subsequumlente com probabilidade p ateacute obter sucesso

5 Camada de Enlace 5-25

Slotted ALOHA

Vantagens uacutenico noacute ativo pode

transmitir continuamente na taxa maacutexima do canal

Altamente descentralizado apenas slots nos noacutes precisam estar sincronizados

simples

Desvantagens colisotildees slots

desperdiccedilados slots ociosos

(desperdiacutecio) noacutes podem ser capazes

de detectar colisotildees num tempo inferior ao da transmissatildeo do pacote

sincronizaccedilatildeo dos reloacutegios

5 Camada de Enlace 5-26

Eficiecircncia do Slotted Aloha

Assuma N noacutes com muitos quadros para enviar cada um transmite num slot com probabilidade p

probabilidade que noacute 1 tenha sucesso em um slot = p(1-p)N-1

probabilidade que qualquer noacute tenha sucesso = Np(1-p)N-

1

Para eficiecircncia maacutexima com N noacutes encontre p que maximiza Np(1-p)N-1

Para muitos noacutes faccedila limite para Np(1-p)N-1

quando N tende a infinito daacute 1e = 037

Eficiecircncia eacute a fraccedilatildeo de longo prazo de slots bem sucedidos quando haacute muitos noacutes cada um com muitos quadros para transmitir

Melhor caso canalusado para transmissotildees uacuteteis em 37 do tempo

5 Camada de Enlace 5-27

ALOHA Puro (sem slots) Aloha puro (sem slots) mais simples sem sincronizaccedilatildeo Ao chegar um quadro no noacute

transmite imediatamente Probabilidade de colisatildeo aumenta

quadro enviado em t0 colide com outros quadros enviados em [t0-1t0+1]

5 Camada de Enlace 5-28

Eficiecircncia do Aloha puro

P(sucesso por um dado noacute) = P(noacute transmita)

P(nenhum outro noacute transmita em [t0-1t0]

P(nenhum outro noacute transmita em [t0t0+1]

= p (1-p)N-1 (1-p)N-1

= p (1-p)2(N-1)

hellip escolhendo o valor oacutetimo de p e deixando n -gt infinito

= 1(2e) = 018 Ainda pior do que o Slotted Aloha

5 Camada de Enlace 5-29

CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)

CSMA (Carrier Sense Multiple Access) Escuta antes de transmitir (detecccedilatildeo de portadora)

Se o canal estiver livre transmite todo o quadro

Se o canal estiver ocupado adia a transmissatildeo

Analogia humana natildeo interrompa outros

5 Camada de Enlace 5-30

Colisotildees no CSMA

colisotildees ainda podem aconteceratraso de propagaccedilatildeo significa que dois noacutes podem natildeo ouvira transmissatildeo do outro colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo eacute desperdiccedilado

Disposiccedilatildeo espacial dos noacutes

notapapel da distacircncia e atraso de propagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo

5 Camada de Enlace 5-31

CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)

CSMACD detecccedilatildeo da portadora adia a transmissatildeo como no CSMAAs colisotildees satildeo detectadas em pouco tempoTransmissotildees que sofreram colisotildees satildeo

abortadas reduzindo o desperdiacutecio do canal Detecccedilatildeo de colisotildees

Faacutecil em LANs cabeadas mede a potecircncia do sinal compara o sinal recebido com o transmitido

Difiacutecil em LANs sem fio o receptor eacute desligado durante a transmissatildeo

Analogia humana bate papo educado

5 Camada de Enlace 5-32

Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD

5 Camada de Enlace 5-33

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoProtocolos MAC de divisatildeo de canal

Compartilha o canal eficientemente e de forma justa em altas cargas

Ineficiente em baixas cargas atraso no canal de acesso alocaccedilatildeo de 1N da largura de banda mesmo com apenas 1 noacute ativo

Protocolos MAC de acesso aleatoacuterioeficiente em baixas cargas um uacutenico noacute

pode utilizar completamente o canalAltas cargas overhead com colisotildees

Protocolos de revezamentoProcura oferecer o melhor dos dois mundos

5 Camada de Enlace 5-34

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo

Seleccedilatildeo (Polling) Noacute mestre ldquoconvidardquo

noacutes escravos a transmitir em revezamento

Usado tipicamente com dispositivos escravo burros

Preocupaccedilotildees Overhead com as

consultas (polling) Latecircncia Ponto uacutenico de

falha (mestre)

mestre

escravos

poll

dados

dados

5 Camada de Enlace 5-35

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo

Passagem de permissatildeo (token)

controla permissatildeo passada de um noacute para o proacuteximo de forma sequencial

mensagem de passagem da permissatildeo

preocupaccedilotildees overhead com a

passagem de permissatildeo

latecircncia Ponto uacutenico de falha

(permissatildeo)

T

dados

(nada paramandar)

T

5 Camada de Enlace 5-36

Resumo dos protocolos MAC Divisatildeo do canal por tempo frequumlecircncia ou

coacutedigoDivisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequumlecircncia

Particionamento Aleatoacuterio (dinacircmico) ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDEscutar a portadora faacutecil em algumas

tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)

CSMACD usado na EthernetCSMACA usado no 80211

RevezamentoSeleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto

central passagem de permissotildeesBluetooth FDDI Token Ring (IBM)

5 Camada de Enlace 5-37

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos52 Teacutecnicas de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de

erros 53 Protocolos de acesso muacuteltiplo 54 Endereccedilamento na Camada de Enlace55 Ethernet56 Comutadores da camada de enlace57 PPP o protocolo ponto-a-ponto58 Virtualizaccedilatildeo de enlace uma rede

como camada de enlace59 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de

paacutegina Web

5 Camada de Enlace 5-38

Endereccedilos MAC

Endereccedilo IP de 32 bits Endereccedilos da camada de redeusado para levar o datagrama agrave subrede IP

destinoEndereccedilo MAC (ou LAN ou fiacutesico ou

Ethernet) levar o datagrama de uma interface ateacute outra

interface conectada fisicamente (na mesma rede)

Endereccedilo MAC de 48 bits (para a maioria das redes)bull gravado na ROM do adaptador ou configurado

por software

5 Camada de Enlace 5-39

Endereccedilos MAC

Cada adaptador na LAN possui um endereccedilo MAC uacutenico

Endereccedilo de Broadcast =FF-FF-FF-FF-FF-FF

= adaptador

1A-2F-BB-76-09-AD

58-23-D7-FA-20-B0

0C-C4-11-6F-E3-98

71-65-F7-2B-08-53

LAN(cabeada ousem fio)

5 Camada de Enlace 5-40

Endereccedilo MAC (cont)

Alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC gerenciada pelo IEEE Um fabricante compra uma parte do espaccedilo de

endereccedilos (para garantir unicidade) Analogia (a) endereccedilo MAC como nuacutemero do CPF (b) endereccedilo IP como endereccedilo postal (CEP) endereccedilo MAC tem estrutura linear =gt

portabilidadePode mover um cartatildeo LAN de uma LAN para

outra endereccedilo IP hieraacuterquico NAtildeO eacute portaacutetil (requer IP

moacutevel)Depende da subrede IP agrave qual o noacute estaacute

conectado

5 Camada de Enlace 5-41

ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de Resoluccedilatildeo de Endereccedilos)

Cada noacute IP (Host Roteador) de uma LAN possui tabela ARP

Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN

lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt TTL (Time To Live) tempo

a partir do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute esquecido (valor tiacutepico de 20 min)

Pergunta como obter oendereccedilo MAC de B a partir do endereccedilo IP de B

1A-2F-BB-76-09-AD

58-23-D7-FA-20-B0

0C-C4-11-6F-E3-98

71-65-F7-2B-08-53

LAN

237196723

237196778

237196714

237196788

5 Camada de Enlace 5-42

Protocolo ARP Mesma LAN (rede) A deseja enviar datagrama

para B e o endereccedilo MAC de B natildeo estaacute na tabela ARP

A difunde o pacote de solicitaccedilatildeo ARP que conteacutem o endereccedilo IP de B Endereccedilo MAC destino =

FF-FF-FF-FF-FF-FF todas as maacutequinas na

LAN recebem a consulta do ARP

B recebe o pacote ARP responde a A com o seu (de B) endereccedilo MAC Quadro enviado para o

endereccedilo MAC (unicast) de A

Uma cache (salva) o par de endereccedilos IP-para-MAC na sua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo fique antiquada (expire) lsquosoft statersquo informaccedilatildeo que expira (vai embora) a menos que seja renovada

ARP eacute ldquoplug-and-playrdquo os noacutes criam suas tabelas ARP sem a intervenccedilatildeo do administrador

da rede

5 Camada de Enlace 5-43

Roteando um pacote para outra LAN

passo a passo envio de datagrama de A para B via R assuma que A conhece o endereccedilo IP de B

Duas tabelas ARP no roteador R uma para cada rede IP (LAN)

A

RB

5 Camada de Enlace 5-44

A cria datagrama com origem A destino B A usa ARP para obter o endereccedilo MAC de R para

111111111110 A cria quadro da camada de enlace com o endereccedilo

MAC de R como destino quadro conteacutem datagrama IP de A para B

O adaptador de A envia o quadro O adaptador de R recebe o quadro R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verifica

que eacute destinado para B R usa ARP para obter o endereccedilo MAC de B R cria quadro contendo datagrama IP de A para B e o

envia para B

A

R B

Este eacute um exemplo muito importantendash garanta que vocecirc o entendeu

5 Camada de Enlace 5-45

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos52 Teacutecnicas de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de

erros 53 Protocolos de acesso muacuteltiplo 54 Endereccedilamento na Camada de Enlace55 Ethernet56 Comutadores da camada de enlace57 PPP o protocolo ponto-a-ponto58 Virtualizaccedilatildeo de enlace uma rede

como camada de enlace59 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de

paacutegina Web

5 Camada de Enlace 5-46

Ethernet Muitiacutessimo difundida porque

Muito barata R$30 para placas 10100Mbps A mais antiga das tecnologias de rede local (meados da

deacutecada de 70) Mais simples e menos cara que redes usando ficha ou

ATM Acompanhou o aumento de velocidade 10 Mbps ndash 10

Gbps

Rascunho de Metcalfe sobre o Ethernet

5 Camada de Enlace 5-47

Topologia em Estrela Topologia de barramento popular ateacute meados

dos anos 90 Todos os noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo (podem colidir

um com o outro)

Agora prevalecircncia de topologia em estrela Comutador (switch) no centro Cada porta roda o protocolo Ethernet separadamente (os

noacutes natildeo colidem uns com os outros)

barramento cabo coaxial

switch

estrela

5 Camada de Enlace 5-48

Estrutura do Quadro Ethernet

Adaptador remetente encapsula datagrama IP (ou pacote de outro protocolo da camada de rede) num Quadro Ethernet

Dados 46 a 1500 bytes Preacircmbulo 7 bytes com o padratildeo 10101010 seguidos por um byte

com o padratildeo 10101011 usado para sincronizar receptor ao reloacutegio do

remetente (reloacutegios nunca satildeo exatos eacute muito provaacutevel que exista algum desvio entre eles)

5 Camada de Enlace 5-49

Estrutura de Quadro Ethernet (cont)

Endereccedilos 6 bytes para cada endereccedilo MAC se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo destino igual

ao seu ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede

caso contraacuterio o adaptador descarta o quadro Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior

usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)

CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado

5 Camada de Enlace 5-50

Ethernet natildeo confiaacutevel e natildeo orientado para conexatildeo

Natildeo orientado para conexatildeo Natildeo haacute estabelecimento de conexatildeo (saudaccedilatildeo) entre os adaptadores transmissor e receptor

Natildeo confiaacutevel o adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador transmissorfluxo de datagramas passados para a

camada de rede pode conter falhas na sequumlecircncia

falhas seratildeo preenchidas se aplicaccedilatildeo estiver usando o TCP

caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as falhas Protocolo MAC do Ethernet CSMACD sem slots

5 Camada de Enlace 5-51

Algoritmo CSMACD do Ethernet

1 Adaptador recebe datagrama da camada de rede e cria um quadro

2 Se o adaptador percebe que o canal estaacute ocioso comeccedila a transmitir o quadro Se percebe que o canal estaacute ocupado espera que o canal fique livre e transmite

3 Se o adaptador transmitir todo o quadro sem detectar outra transmissatildeo o adaptador concluiu a operaccedilatildeo com o quadro

4 Se o adaptador detectar outra transmissatildeo enquanto estiver transmitindo aborta e envia sinal de reforccedilo de colisatildeo de 48 bits

5 Apoacutes o aborto o adaptador entra na retirada (backoff) exponencial binaacuteria apoacutes a m-eacutesima colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoriamente entre 012hellip2m-1 O adaptador espera K512 tempos de bit e retorna ao Passo 2

5 Camada de Enlace 5-52

CSMACD da Ethernet (mais)

Sinal de reforccedilo de colisatildeo garante que todos os demais transmissores estejam cientes da colisatildeo 48 bits

Tempo de Bit 01 microseg para Ethernet de 10 Mbpspara K=1023 tempo de espera de cerca de 50 mseg

Retirada Exponencial Binaacuteria

Objetivo adaptar as tentativas de retransmissatildeo agrave carga atual estimada Alta carga espera

aleatoacuteria seraacute mais longa

na primeira colisatildeo escolhe K entre 01 atraso eacute de K 512 tempos de transmissatildeo de um bit

apoacutes a segunda colisatildeo escolhe K entre 0123hellip

apoacutes 10 colisotildees escolhe K entre 01234hellip1023

Vejainteraja com o applet Java siacutetio do livroaltamente recomendaacutevel

5 Camada de Enlace 5-53

Eficiecircncia do CSMACD

tprop = atraso maacuteximo de prop entre 2 noacutes na LAN

ttrans = tempo para transmitir quadro de tamanho maacuteximo

Eficiecircncia vai para 1 agrave medida que tprop vai para 0

ttrans vai para infinito Muito melhor do que ALOHA e ainda eacute

descentralizado simples e barato

transprop tt 51

1eficiecircncia

5 Camada de Enlace 5-54

Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica

Diversos padrotildees Ethernet diferentestecircm em comum o protocolo MAC e o

formato do quadrodiferentes velocidades 2Mbps 10Mbps

100Mbps 1Gbps 10Gbpsdiferentes meios da camada fiacutesica fibra

caboaplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

protocolo MACe formato do quadro

100BASE-TX

100BASE-T4

100BASE-FX100BASE-T2

100BASE-SX 100BASE-BX

camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)

5 Camada de Enlace 5-55

10Base5

httpwwwethermanagecom

5 Camada de Enlace 5-56

10Base2

httpwwwethermanagecom

5 Camada de Enlace 5-57

10BaseT

httpwwwethermanagecom

5 Camada de Enlace 5-58

Conector RJ 45

5 Camada de Enlace 5-59

100Base-TX

httpwwwethermanagecom

5 Camada de Enlace 5-60 10

Wireless Backhaul

Carrier Ethernet Access Expansion

Voice gateway

VoiceVideoTelephony

HD TVTVoD VoD

Video Source

Gaming BusinessBackup ERP

InternetVideo Source

BusinessBroadband

E-Line andE-LAN service

GlobalNationalCarrierEthernet

GlobalNationalCarrierEthernet

SmallMedium Business

Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

ResidentialTriple-Play

FTTx DSLAM Cable Modem

Broadbandmobile datavideo

Bringing vastly extended scalability for business and residential users

ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing

5 Camada de Enlace 5-61

Carrier Ethernet Defined

bull Carrier Ethernet is a ubiquitous standardized carrier-class SERVICE defined by five attributes that distinguish Carrier Ethernet from familiar LAN based Ethernet

bull It brings the compelling business benefit of the Ethernet cost model to achieve significant savings

Carrier Ethernet

bull Scalability

bull Standardized Services

bull Service Management

bull Quality of Service

bull Reliability

Carrier Ethernet Attributes

httpwwwmetroethernetforumorg

5 Camada de Enlace 5-62

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos52 Teacutecnicas de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de acesso muacuteltiplo 54 Endereccedilamento na Camada de Enlace55 Ethernet56 Comutadores da camada de enlace57 PPP o protocolo ponto-a-ponto58 Virtualizaccedilatildeo de enlace uma rede como

camada de enlace59 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina

Web

5 Camada de Enlace 5-63

Hubs

hellip repetidores (ldquoburrosrdquo) da camada fiacutesicabits vindos de um dado link saem por todos

os outros links na mesma taxatodos os noacutes conectados ao hub podem

colidir uns com os outrosnatildeo haacute bufferizaccedilatildeo de quadrosnatildeo implementa CSMACD no hub cartotildees

do hospedeiro detectam as colisotildees

par tranccedilado

hub

5 Camada de Enlace 5-64

Comutador (switch)

Dispositivo da camada de enlace mais inteligentes que os hubs tecircm papel ativo armazena e retransmite quadros Ethernetexamina o cabeccedilalho do quadro e

seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento

transparentehospedeiros ignoram a presenccedila dos

switches plug-and-play self-learning (autodidatas)

os comutadores natildeo necessitam ser configurados

5 Camada de Enlace 5-65

Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas

hospedeiros tecircm conexatildeo direta e dedicada para o switch

os switches armazenam quadros

o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplex cada link eacute o seu proacuteprio

domiacutenio de colisatildeo comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-

para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees isto natildeo eacute possiacutevel com hubs

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

switch com seis interfaces(123456)

1 23

45

6

5 Camada de Enlace 5-66

Tabela de Comutaccedilatildeo

P como eacute que o switch sabe que Arsquo eacute alcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel a partir da interface 5

R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutem (endereccedilo MAC do hospedeiro

interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)

parece uma tabela de roteamento P como satildeo criadas e mantidas as

entradas na tabela de comutaccedilatildeo haacute algo como um protocolo de

roteamento

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

switch with six interfaces(123456)

1 23

45

6

5 Camada de Enlace 5-67

switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfaces quando um quadro eacute

recebido o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada

registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo

Switch autoaprendizagem

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 23

45

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

5 Camada de Enlace 5-685 Camada de Enlace

Switch FiltragemRepasse de quadrosQuando um comutador recebe um quadroregistra o link associado com o hospedeiro

transmissorindexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo

MAC do destinoif entrada encontrada para o destino

then if dest estiver no segmento de onde veio o

quadro then descarta o quadro else repassa o quadro na interface indicada else usa inundaccedilatildeoRepassa o quadro para todas as

demais interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido

5 Camada de Enlace 5-69

Exemplo de auto aprendizagem e repasse

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 23

45

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo

destino do quadro desconhecido inundaccedilatildeo

Arsquo A

local do destino A conhecido

Arsquo 4 60

transmissatildeo seletiva

5 Camada de Enlace 5-70

Exemplo com comutador

Suponha que C envia quadro para D

comutador recebe o quadro vindo de C anota na tabela de comutaccedilatildeo que C estaacute na interface 1 dado que D natildeo se encontra na tabela encaminha o quadro para as

demais interfaces 2 e 3

quadro eacute recebido por D

hub

hub hub

comutador

A

B CD

EF G H

I

endereccedilointerface

ABEG

1123

12 3

5 Camada de Enlace 5-71

Exemplo com comutador

Suponha que D responde com um quadro para C

comutador recebe o quadro vindo de D anota na tabela de comutaccedilatildeo que D estaacute na interface 2 dado que C estaacute na tabela encaminha o quadro apenas na interface

1

quadro eacute recebido por C

hub

hub hub

comutador

A

B CD

EF G H

I

interface

ABEGC

11231

endereccedilo

5 Camada de Enlace 5-72

Interligaccedilatildeo de comutadores

Podemos interligar comutadores (switches)

A

B

P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe que deve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3

R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenico comutador)

S1

C D

E

FS2

S4

S3

HI

G

5 Camada de Enlace 5-73

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde

para C

P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4

A

B

S1

C D

E

FS2

S4

S3

HI

G

1

2

5 Camada de Enlace 5-74

Rede Institucionalcorporativa

5 Camada de Enlace 5-75

Rede institucional

Para redeexterna

roteador

Subrede IP

Servidor de mensagens

Servidor web

5 Camada de Enlace 5-76

Comutadores versus Roteadores ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa

roteadores dispositivos da camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)

comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace roteadores mantecircm tabelas de roteamento

implementam algoritmos de roteamento comutadores mantecircm tabelas de comutaccedilatildeo

implementam filtragem algoritmos de aprendizagem

5 Camada de Enlace 5-77

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos52 Teacutecnicas de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de acesso muacuteltiplo 54 Endereccedilamento na Camada de Enlace55 Ethernet56 Comutadores da camada de enlace57 PPP o protocolo ponto-a-ponto58 Virtualizaccedilatildeo de enlace uma rede como

camada de enlace59 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina

Web

5 Camada de Enlace 5-78

Siacutentese um dia na vida de um pedido web jornada completa atravessando toda a pilha de

protocolos aplicaccedilatildeo transporte rede enlace

colocando tudo junto siacutentese objetivo identificar revisar entender os

protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web

cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom

5 Camada de Enlace 5-79

Um dia na vida cenaacuterio

rede da Comcast68800013

rede do Google64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola68802024

paacutegina web

navegador

5 Camada de Enlace 5-80

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPDHCP

quadro Ethernet difundido (dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador que executa o servidor DHCP

Ethernet demultiplexado para IP demultiplexado para UDP e demultiplexado paraDHCP

o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilo do primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP Solicitaccedilatildeo DHCP encapsulada em UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023 Ethernet

5 Camada de Enlace 5-81

roteador(roda DHCP)

servidor DHCP prepara ACK DHCP contendo endereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiro roteador nome e endereccedilo IP do servidor DNS

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

encapsulamento no servidor DHCP quadro repassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente

Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador

cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

5 Camada de Enlace 5-82

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

consulta DNS criada encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviar quadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP

consulta ARP difundida recebida pelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccedilo MAC da interface do roteador

o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiro roteador podendo agora enviar o quadro contendo a consulta DNS

ARP query

EthPhy

ARP

ARP

ARP reply

antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS

5 Camada de Enlace 5-83

roteador(roda DHCP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

DNS

datagrama IP conteacutem consulta DNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador

datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelos protocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS

demultiplexado pelo servidor DNS

servidor DNS responde ao cliente com o endereccedilo IP de wwwgooglecom

rede da Comcast68800013

servidor DNS

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

Um dia na vidahellip usando DNS

5 Camada de Enlace 5-84

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP

HTTPTCPIP

EthPhy

HTTP

para enviar pedido HTTP cliente primeiro abre um socket TCP para o servidor web segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web

conexatildeo TCP estabelecida64233169105

servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCPIP

EthPhy

SYN

SYN

SYN

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)

5 Camada de Enlace 5-85

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP

HTTPTCPIP

EthPhy

HTTP

solicitaccedilatildeo HTTP enviada para o socket TCP datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhado para wwwgooglecom

datagrama IP com a resposta HTTP eacute encaminhado de volta para o cliente

64233169105

servidor web

HTTPTCPIP

EthPhy

servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTPHTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

paacutegina web finalmente() apresentada

5 Camada de Enlace 5-86

Capiacutetulo 5 Resumo

princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dados detecccedilatildeo correccedilatildeo de erros compartilhamento de canal de difusatildeo acesso

muacuteltiplo endereccedilamento da camada de enlace

instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlace Ethernet LANs comutadas redes virtualizadas como camada de enlace MPLS

siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web

  • Capiacutetulo 5 A Camada de Enlace e Redes Locais
  • Camada de Enlace
  • Camada de Enlace Introduccedilatildeo
  • Camada de Enlace Contexto
  • Serviccedilos da Camada de Enlace
  • Serviccedilos da Camada de Enlace (mais)
  • Onde a camada de enlace eacute implementada
  • Comunicaccedilatildeo entre Adaptadores
  • Camada de Enlace (2)
  • Detecccedilatildeo de Erros
  • Verificaccedilotildees de Paridade
  • Soma de verificaccedilatildeo da Internet
  • Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica (CRC)
  • Exemplo de CRC
  • Implementaccedilatildeo em Hardware
  • Camada de Enlace (3)
  • Enlaces e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolo Ideal de Acesso Muacuteltiplo
  • Taxonomia dos Protocolos MAC
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal TDMA
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal FDMA
  • Protocolos de Acesso Aleatoacuterio
  • Slotted ALOHA
  • Slotted ALOHA (2)
  • Eficiecircncia do Slotted Aloha
  • ALOHA Puro (sem slots)
  • Eficiecircncia do Aloha puro
  • CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)
  • Colisotildees no CSMA
  • CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)
  • Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (2)
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (3)
  • Resumo dos protocolos MAC
  • Camada de Enlace (4)
  • Endereccedilos MAC
  • Endereccedilos MAC (2)
  • Endereccedilo MAC (cont)
  • ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de Resoluccedilatildeo de En
  • Protocolo ARP Mesma LAN (rede)
  • Roteando um pacote para outra LAN
  • Slide 44
  • Camada de Enlace (5)
  • Ethernet
  • Topologia em Estrela
  • Estrutura do Quadro Ethernet
  • Estrutura de Quadro Ethernet (cont)
  • Ethernet natildeo confiaacutevel e natildeo orientado para conexatildeo
  • Algoritmo CSMACD do Ethernet
  • CSMACD da Ethernet (mais)
  • Eficiecircncia do CSMACD
  • Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
  • 10Base5
  • 10Base2
  • 10BaseT
  • Conector RJ 45
  • 100Base-TX
  • Slide 60
  • Carrier Ethernet Defined
  • Camada de Enlace (6)
  • Hubs
  • Comutador (switch)
  • Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
  • Tabela de Comutaccedilatildeo
  • Switch autoaprendizagem
  • Switch FiltragemRepasse de quadros
  • Exemplo de auto aprendizagem e repasse
  • Exemplo com comutador
  • Exemplo com comutador (2)
  • Interligaccedilatildeo de comutadores
  • Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores
  • Rede Institucionalcorporativa
  • Rede institucional
  • Comutadores versus Roteadores
  • Camada de Enlace (7)
  • Siacutentese um dia na vida de um pedido web
  • Um dia na vida cenaacuterio
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet (2)
  • Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
  • Um dia na vidahellip usando DNS
  • Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
  • Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
  • Capiacutetulo 5 Resumo
Page 4: 5: Camada de Enlace 5-1 Capítulo 5: A Camada de Enlace e Redes Locais Nossos objetivos: Entender os princípios por trás dos serviços da camada de enlace

5 Camada de Enlace 5-4

Camada de Enlace Contexto

Datagrama eacute transferido por diferentes protocolos de enlace em diferentes enlaces Ex Ethernet no primeiro

enlace frame relay em enlaces intermediaacuterios e 80211 no uacuteltimo enlace

Cada protocolo de enlace provecirc diferentes serviccedilos ex pode ou natildeo prover

transporte confiaacutevel de dados atraveacutes do enlace

Analogia com um sistema de transporte

Viagem de Princeton ateacute Lausanne taxi Princeton ateacute JFK aviatildeo JFK ateacute Genebra Trem Genebra ateacute

Lausanne turista = datagrama segmento de transporte =

enlace de comunicaccedilatildeo meio de transporte = protocolo

da camada de enlace agente de viagens =

algoritmoprotocolo de roteamento

5 Camada de Enlace 5-5

Serviccedilos da Camada de Enlace Enquadramento (Delimitaccedilatildeo do quadro)

encapsula datagrama num quadro adicionando cabeccedilalho e cauda (trailer)

Acesso ao enlace implementa acesso ao canal se meio for

compartilhado lsquoendereccedilos fiacutesicos (MAC)rsquo satildeo usados nos cabeccedilalhos

dos quadros para identificar origem e destino de quadros em enlaces multipontobull Diferente do endereccedilo IP

Entrega confiaacutevel entre noacutes adjacentes Jaacute aprendemos como fazer isto (Capiacutetulo 3) raramente usada em canais com baixas taxas de

erro (fibra oacuteptica alguns tipos de pares tranccedilados) Canais sem fio altas taxas de erros

bull P para que confiabilidade na camada de enlace e fim-a-fim

5 Camada de Enlace 5-6

Serviccedilos da Camada de Enlace (mais) Controle de Fluxo

compatibilizar taxas de produccedilatildeo e consumo de quadros entre remetentes e receptores

Detecccedilatildeo de Erros erros satildeo causados por atenuaccedilatildeo do sinal e por

ruiacutedo receptor detecta presenccedila de erros

bull receptor sinaliza ao remetente para retransmissatildeo ou simplesmente descarta o quadro em erro

Correccedilatildeo de Erros mecanismo que permite que o receptor localize e

corrija o(s) erro(s) sem precisar da retransmissatildeo Half-duplex e full-duplex

com half duplex um noacute natildeo pode transmitir e receber pacotes ao mesmo tempo

5 Camada de Enlace 5-7

Onde a camada de enlace eacute implementada

em cada um dos hospedeiros

camada de enlace implementada no ldquoadaptadorrdquo (NIC ndash Network Interface Card) placa Ethernet cartatildeo

PCMCIA cartatildeo 80211 implementa as camadas

de enlace e fiacutesica conecta ao barramento

de sistema do hospedeiro

combinaccedilatildeo de hardware software e firmware

controlador

Transmissatildeofiacutesica

cpu memoacuteria

barramentodo hospedeiro(ex PCI)

placa de rede

Diagrama de blocos do hospedeiro

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlace

enlacefiacutesica

5 Camada de Enlace 5-8

Comunicaccedilatildeo entre Adaptadores

lado transmissor Encapsula o datagrama

em um quadro Adiciona bits de

verificaccedilatildeo de erro transferecircncia confiaacutevel de dados controle de fluxo etc

lado receptor verifica erros transporte

confiaacutevel controle de fluxo etc

extrai o datagrama passa-o para o noacute receptor

Controla-dora

Controla-dora

transmissor receptor

datagrama datagrama

datagrama

quadro

5 Camada de Enlace 5-9

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos52 Teacutecnicas de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de

erros 53 Protocolos de acesso muacuteltiplo 54 Endereccedilamento na Camada de Enlace55 Ethernet56 Comutadores da camada de enlace57 PPP o protocolo ponto-a-ponto58 Virtualizaccedilatildeo de enlace uma rede

como camada de enlace59 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de

paacutegina Web

5 Camada de Enlace 5-10

Detecccedilatildeo de ErrosEDC= bits de Detecccedilatildeo e Correccedilatildeo de Erros (redundacircncia)D = Dados protegidos por verificaccedilatildeo de erros podem incluir alguns campos do cabeccedilalho bull detecccedilatildeo de erros natildeo eacute 100 confiaacutevel

bull protocolos podem deixar passar alguns erros mas eacute rarobull quanto maior o campo EDC melhor seraacute a capacidade de

detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

5 Camada de Enlace 5-11

Verificaccedilotildees de Paridade

Paridade de 1 BitDetecta erros em um uacutenico bit

Paridade BidimensionalDetecta e corrige erro em um uacutenico bit

5 Camada de Enlace 5-12

Soma de verificaccedilatildeo da Internet

Transmissor trata o conteuacutedo do

segmento como uma sequumlecircncia de inteiros de 16 bits

Soma de verificaccedilatildeo adiccedilatildeo (complemento de 1 da soma ) do conteuacutedo do segmento

transmissor coloca o valor do checksum no campo de checksum UDP

Receptor calcula a soma de

verificaccedilatildeo do segmento recebido

verifica se o resultado eacute igual ao valor do campo da soma de verificaccedilatildeo NAtildeO - erro detectado SIM - nenhum erro foi

detectado Mas pode conter erros Mais sobre isto posteriormente hellip

Objetivo detectar ldquoerrosrdquo (ex bits trocados) no segmento transmitido (nota usado apenas na camada de transporte)

5 Camada de Enlace 5-13

Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica (CRC) Dados considerados como a sequumlecircncia de coeficientes de um

polinocircmio (D) Eacute escolhido um polinocircmio Gerador (G) (=gt r+1 bits)

Divide-se (moacutedulo 2) o polinocircmio D2r por G Acrescenta-se o resto (R) a D Observa-se que por construccedilatildeo a nova sequumlecircncia ltDRgt agora eacute exatamente divisiacutevel por G

Receptor conhece G divide ltDRgt por G Caso o resto seja diferente de zero detectado erro

Pode detectar todos os erros em rajadas menores do que r+1 bits

Largamente usado na praacutetica (Ethernet 80211 WiFi ATM)

5 Camada de Enlace 5-14

Exemplo de CRC

Queremos

D2r XOR R = nGde forma equivalente

D2r = nG XOR R de forma equivalente se dividirmos D2r

por G queremos o resto R

G

DR

r2resto

101110000 10011001 101011 1010 1001 1100 1001 1010 1001 011

D G

R

5 Camada de Enlace 5-15

Implementaccedilatildeo em Hardware

Aring

G=1001

D2r=101110000

5 Camada de Enlace 5-16

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos52 Teacutecnicas de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de

erros 53 Protocolos de acesso muacuteltiplo 54 Endereccedilamento na Camada de Enlace55 Ethernet56 Comutadores da camada de enlace57 PPP o protocolo ponto-a-ponto58 Virtualizaccedilatildeo de enlace uma rede

como camada de enlace59 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de

paacutegina Web

5 Camada de Enlace 5-17

Enlaces e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo

Dois tipos de enlaces Ponto-a-ponto

PPP para acesso discado

Conexatildeo entre switch Ethernet e hospedeiro

broadcast (cabo ou meio compartilhado) Ethernet tradicional Upstream HFC 80211 LAN sem fio Sateacutelite Etc

5 Camada de Enlace 5-18

Protocolos de Acesso Muacuteltiplo

canal de comunicaccedilatildeo uacutenico de broadcast interferecircncia quando dois ou mais noacutes transmitem

simultaneamente colisatildeo se um noacute receber dois ou mais sinais ao mesmo

tempo

Protocolo de acesso muacuteltiplo algoritmo distribuiacutedo que determina como os noacutes

compartilham o canal isto eacute determina quando um noacute pode transmitir

comunicaccedilatildeo sobre o compartilhamento do canal deve usar o proacuteprio canal natildeo haacute canal fora da faixa para coordenar a transmissatildeo

5 Camada de Enlace 5-19

Protocolo Ideal de Acesso Muacuteltiplo

Para um canal de broadcast com taxa de R bps

1 Quando apenas um noacute tem dados para enviar esse noacute obteacutem uma vazatildeo de R bps

2 Quando M noacutes tecircm dados para enviar cada um desses noacutes poderaacute transmitir em meacutedia a uma taxa de RM bps

3 Completamente descentralizado nenhum noacute especial (mestre) para coordenar as

transmissotildees nenhuma sincronizaccedilatildeo de reloacutegios ou slots

4 Simples para que sua implementaccedilatildeo seja barata

5 Camada de Enlace 5-20

Taxonomia dos Protocolos MACTrecircs categorias gerais Divisatildeo de Canal

divide o canal em pequenos ldquopedaccedilosrdquo (slotscompartimentos de tempo frequumlecircncia coacutedigo)

aloca pedaccedilo a um dado noacute para uso exclusivo deste Acesso Aleatoacuterio

canal natildeo eacute dividido podem ocorrer colisotildees ldquorecuperaccedilatildeordquo das colisotildees

Revezamento Noacutes se alternam em revezamento mas noacutes que

possuem mais dados a transmitir podem demorar mais quando chegar a sua vez

5 Camada de Enlace 5-21

Protocolos MAC de divisatildeo de canal TDMA

TDMA Acesso Muacuteltiplo por Divisatildeo de Tempo acesso ao canal em ldquoturnos cada estaccedilatildeo recebe um comprimento fixo de

compartimento (comprimento = tempo de tx do pacote) em cada turno

compartimentos natildeo usados permanecem ociosos Exemplo LAN com 6 estaccedilotildees compartimentos 1 3 e 4

com pacotes compartimentos 2 5 e 6 ociosos

5 Camada de Enlace 5-22

Protocolos MAC de divisatildeo de canal FDMA

FDMA Acesso Muacuteltiplo por Divisatildeo de Frequumlecircncia espectro do canal dividido em bandas de frequumlecircncia a cada estaccedilatildeo eacute atribuiacuteda uma banda fixa de frequumlecircncia tempo de transmissatildeo natildeo usado nas bandas permanecem

ociosos exemplo LAN com 6 estaccedilotildees 134 com pacotes bandas

256 ociosas

Bandas

de f

requumlecircnci

a tempo

cabo FDM

5 Camada de Enlace 5-23

Protocolos de Acesso Aleatoacuterio

Quando noacute tem um pacote para transmitirtransmite na taxa maacutexima Rnenhuma coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes

dois ou mais noacutes transmitindo ldquocolisatildeordquo O protocolo MAC de acesso aleatoacuterio

especifica como detectar colisotildeescomo se recuperar delas (atraveacutes de

retransmissotildees retardadas por exemplo) Exemplos de protocolos MAC de acesso

aleatoacuterioslotted ALOHAALOHACSMA CSMACD CSMACA

5 Camada de Enlace 5-24

Slotted ALOHA

Hipoacuteteses todos os quadros tecircm o

mesmo tamanho (L bits) tempo eacute dividido em slots

de tamanho igual tempo para transmitir 1 quadro (LR seg)

noacutes comeccedilam a transmitir quadros apenas no iniacutecio dos intervalos (slots)

noacutes satildeo sincronizados se 2 ou mais noacutes

transmitirem num slot todos os noacutes detectam a colisatildeo

Operaccedilatildeo quando o noacute obteacutem um novo

quadro ele espera ateacute o iniacutecio do proacuteximo slot e transmite o quadro inteiro

Se natildeo houver colisatildeo noacute poderaacute enviar um novo quadro no proacuteximo slot

caso haja uma colisatildeo (detectada antes do final do intervalo) noacute retransmite o quadro em cada intervalo subsequumlente com probabilidade p ateacute obter sucesso

5 Camada de Enlace 5-25

Slotted ALOHA

Vantagens uacutenico noacute ativo pode

transmitir continuamente na taxa maacutexima do canal

Altamente descentralizado apenas slots nos noacutes precisam estar sincronizados

simples

Desvantagens colisotildees slots

desperdiccedilados slots ociosos

(desperdiacutecio) noacutes podem ser capazes

de detectar colisotildees num tempo inferior ao da transmissatildeo do pacote

sincronizaccedilatildeo dos reloacutegios

5 Camada de Enlace 5-26

Eficiecircncia do Slotted Aloha

Assuma N noacutes com muitos quadros para enviar cada um transmite num slot com probabilidade p

probabilidade que noacute 1 tenha sucesso em um slot = p(1-p)N-1

probabilidade que qualquer noacute tenha sucesso = Np(1-p)N-

1

Para eficiecircncia maacutexima com N noacutes encontre p que maximiza Np(1-p)N-1

Para muitos noacutes faccedila limite para Np(1-p)N-1

quando N tende a infinito daacute 1e = 037

Eficiecircncia eacute a fraccedilatildeo de longo prazo de slots bem sucedidos quando haacute muitos noacutes cada um com muitos quadros para transmitir

Melhor caso canalusado para transmissotildees uacuteteis em 37 do tempo

5 Camada de Enlace 5-27

ALOHA Puro (sem slots) Aloha puro (sem slots) mais simples sem sincronizaccedilatildeo Ao chegar um quadro no noacute

transmite imediatamente Probabilidade de colisatildeo aumenta

quadro enviado em t0 colide com outros quadros enviados em [t0-1t0+1]

5 Camada de Enlace 5-28

Eficiecircncia do Aloha puro

P(sucesso por um dado noacute) = P(noacute transmita)

P(nenhum outro noacute transmita em [t0-1t0]

P(nenhum outro noacute transmita em [t0t0+1]

= p (1-p)N-1 (1-p)N-1

= p (1-p)2(N-1)

hellip escolhendo o valor oacutetimo de p e deixando n -gt infinito

= 1(2e) = 018 Ainda pior do que o Slotted Aloha

5 Camada de Enlace 5-29

CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)

CSMA (Carrier Sense Multiple Access) Escuta antes de transmitir (detecccedilatildeo de portadora)

Se o canal estiver livre transmite todo o quadro

Se o canal estiver ocupado adia a transmissatildeo

Analogia humana natildeo interrompa outros

5 Camada de Enlace 5-30

Colisotildees no CSMA

colisotildees ainda podem aconteceratraso de propagaccedilatildeo significa que dois noacutes podem natildeo ouvira transmissatildeo do outro colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo eacute desperdiccedilado

Disposiccedilatildeo espacial dos noacutes

notapapel da distacircncia e atraso de propagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo

5 Camada de Enlace 5-31

CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)

CSMACD detecccedilatildeo da portadora adia a transmissatildeo como no CSMAAs colisotildees satildeo detectadas em pouco tempoTransmissotildees que sofreram colisotildees satildeo

abortadas reduzindo o desperdiacutecio do canal Detecccedilatildeo de colisotildees

Faacutecil em LANs cabeadas mede a potecircncia do sinal compara o sinal recebido com o transmitido

Difiacutecil em LANs sem fio o receptor eacute desligado durante a transmissatildeo

Analogia humana bate papo educado

5 Camada de Enlace 5-32

Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD

5 Camada de Enlace 5-33

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoProtocolos MAC de divisatildeo de canal

Compartilha o canal eficientemente e de forma justa em altas cargas

Ineficiente em baixas cargas atraso no canal de acesso alocaccedilatildeo de 1N da largura de banda mesmo com apenas 1 noacute ativo

Protocolos MAC de acesso aleatoacuterioeficiente em baixas cargas um uacutenico noacute

pode utilizar completamente o canalAltas cargas overhead com colisotildees

Protocolos de revezamentoProcura oferecer o melhor dos dois mundos

5 Camada de Enlace 5-34

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo

Seleccedilatildeo (Polling) Noacute mestre ldquoconvidardquo

noacutes escravos a transmitir em revezamento

Usado tipicamente com dispositivos escravo burros

Preocupaccedilotildees Overhead com as

consultas (polling) Latecircncia Ponto uacutenico de

falha (mestre)

mestre

escravos

poll

dados

dados

5 Camada de Enlace 5-35

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo

Passagem de permissatildeo (token)

controla permissatildeo passada de um noacute para o proacuteximo de forma sequencial

mensagem de passagem da permissatildeo

preocupaccedilotildees overhead com a

passagem de permissatildeo

latecircncia Ponto uacutenico de falha

(permissatildeo)

T

dados

(nada paramandar)

T

5 Camada de Enlace 5-36

Resumo dos protocolos MAC Divisatildeo do canal por tempo frequumlecircncia ou

coacutedigoDivisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequumlecircncia

Particionamento Aleatoacuterio (dinacircmico) ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDEscutar a portadora faacutecil em algumas

tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)

CSMACD usado na EthernetCSMACA usado no 80211

RevezamentoSeleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto

central passagem de permissotildeesBluetooth FDDI Token Ring (IBM)

5 Camada de Enlace 5-37

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos52 Teacutecnicas de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de

erros 53 Protocolos de acesso muacuteltiplo 54 Endereccedilamento na Camada de Enlace55 Ethernet56 Comutadores da camada de enlace57 PPP o protocolo ponto-a-ponto58 Virtualizaccedilatildeo de enlace uma rede

como camada de enlace59 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de

paacutegina Web

5 Camada de Enlace 5-38

Endereccedilos MAC

Endereccedilo IP de 32 bits Endereccedilos da camada de redeusado para levar o datagrama agrave subrede IP

destinoEndereccedilo MAC (ou LAN ou fiacutesico ou

Ethernet) levar o datagrama de uma interface ateacute outra

interface conectada fisicamente (na mesma rede)

Endereccedilo MAC de 48 bits (para a maioria das redes)bull gravado na ROM do adaptador ou configurado

por software

5 Camada de Enlace 5-39

Endereccedilos MAC

Cada adaptador na LAN possui um endereccedilo MAC uacutenico

Endereccedilo de Broadcast =FF-FF-FF-FF-FF-FF

= adaptador

1A-2F-BB-76-09-AD

58-23-D7-FA-20-B0

0C-C4-11-6F-E3-98

71-65-F7-2B-08-53

LAN(cabeada ousem fio)

5 Camada de Enlace 5-40

Endereccedilo MAC (cont)

Alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC gerenciada pelo IEEE Um fabricante compra uma parte do espaccedilo de

endereccedilos (para garantir unicidade) Analogia (a) endereccedilo MAC como nuacutemero do CPF (b) endereccedilo IP como endereccedilo postal (CEP) endereccedilo MAC tem estrutura linear =gt

portabilidadePode mover um cartatildeo LAN de uma LAN para

outra endereccedilo IP hieraacuterquico NAtildeO eacute portaacutetil (requer IP

moacutevel)Depende da subrede IP agrave qual o noacute estaacute

conectado

5 Camada de Enlace 5-41

ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de Resoluccedilatildeo de Endereccedilos)

Cada noacute IP (Host Roteador) de uma LAN possui tabela ARP

Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN

lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt TTL (Time To Live) tempo

a partir do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute esquecido (valor tiacutepico de 20 min)

Pergunta como obter oendereccedilo MAC de B a partir do endereccedilo IP de B

1A-2F-BB-76-09-AD

58-23-D7-FA-20-B0

0C-C4-11-6F-E3-98

71-65-F7-2B-08-53

LAN

237196723

237196778

237196714

237196788

5 Camada de Enlace 5-42

Protocolo ARP Mesma LAN (rede) A deseja enviar datagrama

para B e o endereccedilo MAC de B natildeo estaacute na tabela ARP

A difunde o pacote de solicitaccedilatildeo ARP que conteacutem o endereccedilo IP de B Endereccedilo MAC destino =

FF-FF-FF-FF-FF-FF todas as maacutequinas na

LAN recebem a consulta do ARP

B recebe o pacote ARP responde a A com o seu (de B) endereccedilo MAC Quadro enviado para o

endereccedilo MAC (unicast) de A

Uma cache (salva) o par de endereccedilos IP-para-MAC na sua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo fique antiquada (expire) lsquosoft statersquo informaccedilatildeo que expira (vai embora) a menos que seja renovada

ARP eacute ldquoplug-and-playrdquo os noacutes criam suas tabelas ARP sem a intervenccedilatildeo do administrador

da rede

5 Camada de Enlace 5-43

Roteando um pacote para outra LAN

passo a passo envio de datagrama de A para B via R assuma que A conhece o endereccedilo IP de B

Duas tabelas ARP no roteador R uma para cada rede IP (LAN)

A

RB

5 Camada de Enlace 5-44

A cria datagrama com origem A destino B A usa ARP para obter o endereccedilo MAC de R para

111111111110 A cria quadro da camada de enlace com o endereccedilo

MAC de R como destino quadro conteacutem datagrama IP de A para B

O adaptador de A envia o quadro O adaptador de R recebe o quadro R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verifica

que eacute destinado para B R usa ARP para obter o endereccedilo MAC de B R cria quadro contendo datagrama IP de A para B e o

envia para B

A

R B

Este eacute um exemplo muito importantendash garanta que vocecirc o entendeu

5 Camada de Enlace 5-45

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos52 Teacutecnicas de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de

erros 53 Protocolos de acesso muacuteltiplo 54 Endereccedilamento na Camada de Enlace55 Ethernet56 Comutadores da camada de enlace57 PPP o protocolo ponto-a-ponto58 Virtualizaccedilatildeo de enlace uma rede

como camada de enlace59 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de

paacutegina Web

5 Camada de Enlace 5-46

Ethernet Muitiacutessimo difundida porque

Muito barata R$30 para placas 10100Mbps A mais antiga das tecnologias de rede local (meados da

deacutecada de 70) Mais simples e menos cara que redes usando ficha ou

ATM Acompanhou o aumento de velocidade 10 Mbps ndash 10

Gbps

Rascunho de Metcalfe sobre o Ethernet

5 Camada de Enlace 5-47

Topologia em Estrela Topologia de barramento popular ateacute meados

dos anos 90 Todos os noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo (podem colidir

um com o outro)

Agora prevalecircncia de topologia em estrela Comutador (switch) no centro Cada porta roda o protocolo Ethernet separadamente (os

noacutes natildeo colidem uns com os outros)

barramento cabo coaxial

switch

estrela

5 Camada de Enlace 5-48

Estrutura do Quadro Ethernet

Adaptador remetente encapsula datagrama IP (ou pacote de outro protocolo da camada de rede) num Quadro Ethernet

Dados 46 a 1500 bytes Preacircmbulo 7 bytes com o padratildeo 10101010 seguidos por um byte

com o padratildeo 10101011 usado para sincronizar receptor ao reloacutegio do

remetente (reloacutegios nunca satildeo exatos eacute muito provaacutevel que exista algum desvio entre eles)

5 Camada de Enlace 5-49

Estrutura de Quadro Ethernet (cont)

Endereccedilos 6 bytes para cada endereccedilo MAC se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo destino igual

ao seu ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede

caso contraacuterio o adaptador descarta o quadro Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior

usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)

CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado

5 Camada de Enlace 5-50

Ethernet natildeo confiaacutevel e natildeo orientado para conexatildeo

Natildeo orientado para conexatildeo Natildeo haacute estabelecimento de conexatildeo (saudaccedilatildeo) entre os adaptadores transmissor e receptor

Natildeo confiaacutevel o adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador transmissorfluxo de datagramas passados para a

camada de rede pode conter falhas na sequumlecircncia

falhas seratildeo preenchidas se aplicaccedilatildeo estiver usando o TCP

caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as falhas Protocolo MAC do Ethernet CSMACD sem slots

5 Camada de Enlace 5-51

Algoritmo CSMACD do Ethernet

1 Adaptador recebe datagrama da camada de rede e cria um quadro

2 Se o adaptador percebe que o canal estaacute ocioso comeccedila a transmitir o quadro Se percebe que o canal estaacute ocupado espera que o canal fique livre e transmite

3 Se o adaptador transmitir todo o quadro sem detectar outra transmissatildeo o adaptador concluiu a operaccedilatildeo com o quadro

4 Se o adaptador detectar outra transmissatildeo enquanto estiver transmitindo aborta e envia sinal de reforccedilo de colisatildeo de 48 bits

5 Apoacutes o aborto o adaptador entra na retirada (backoff) exponencial binaacuteria apoacutes a m-eacutesima colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoriamente entre 012hellip2m-1 O adaptador espera K512 tempos de bit e retorna ao Passo 2

5 Camada de Enlace 5-52

CSMACD da Ethernet (mais)

Sinal de reforccedilo de colisatildeo garante que todos os demais transmissores estejam cientes da colisatildeo 48 bits

Tempo de Bit 01 microseg para Ethernet de 10 Mbpspara K=1023 tempo de espera de cerca de 50 mseg

Retirada Exponencial Binaacuteria

Objetivo adaptar as tentativas de retransmissatildeo agrave carga atual estimada Alta carga espera

aleatoacuteria seraacute mais longa

na primeira colisatildeo escolhe K entre 01 atraso eacute de K 512 tempos de transmissatildeo de um bit

apoacutes a segunda colisatildeo escolhe K entre 0123hellip

apoacutes 10 colisotildees escolhe K entre 01234hellip1023

Vejainteraja com o applet Java siacutetio do livroaltamente recomendaacutevel

5 Camada de Enlace 5-53

Eficiecircncia do CSMACD

tprop = atraso maacuteximo de prop entre 2 noacutes na LAN

ttrans = tempo para transmitir quadro de tamanho maacuteximo

Eficiecircncia vai para 1 agrave medida que tprop vai para 0

ttrans vai para infinito Muito melhor do que ALOHA e ainda eacute

descentralizado simples e barato

transprop tt 51

1eficiecircncia

5 Camada de Enlace 5-54

Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica

Diversos padrotildees Ethernet diferentestecircm em comum o protocolo MAC e o

formato do quadrodiferentes velocidades 2Mbps 10Mbps

100Mbps 1Gbps 10Gbpsdiferentes meios da camada fiacutesica fibra

caboaplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

protocolo MACe formato do quadro

100BASE-TX

100BASE-T4

100BASE-FX100BASE-T2

100BASE-SX 100BASE-BX

camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)

5 Camada de Enlace 5-55

10Base5

httpwwwethermanagecom

5 Camada de Enlace 5-56

10Base2

httpwwwethermanagecom

5 Camada de Enlace 5-57

10BaseT

httpwwwethermanagecom

5 Camada de Enlace 5-58

Conector RJ 45

5 Camada de Enlace 5-59

100Base-TX

httpwwwethermanagecom

5 Camada de Enlace 5-60 10

Wireless Backhaul

Carrier Ethernet Access Expansion

Voice gateway

VoiceVideoTelephony

HD TVTVoD VoD

Video Source

Gaming BusinessBackup ERP

InternetVideo Source

BusinessBroadband

E-Line andE-LAN service

GlobalNationalCarrierEthernet

GlobalNationalCarrierEthernet

SmallMedium Business

Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

ResidentialTriple-Play

FTTx DSLAM Cable Modem

Broadbandmobile datavideo

Bringing vastly extended scalability for business and residential users

ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing

5 Camada de Enlace 5-61

Carrier Ethernet Defined

bull Carrier Ethernet is a ubiquitous standardized carrier-class SERVICE defined by five attributes that distinguish Carrier Ethernet from familiar LAN based Ethernet

bull It brings the compelling business benefit of the Ethernet cost model to achieve significant savings

Carrier Ethernet

bull Scalability

bull Standardized Services

bull Service Management

bull Quality of Service

bull Reliability

Carrier Ethernet Attributes

httpwwwmetroethernetforumorg

5 Camada de Enlace 5-62

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos52 Teacutecnicas de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de acesso muacuteltiplo 54 Endereccedilamento na Camada de Enlace55 Ethernet56 Comutadores da camada de enlace57 PPP o protocolo ponto-a-ponto58 Virtualizaccedilatildeo de enlace uma rede como

camada de enlace59 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina

Web

5 Camada de Enlace 5-63

Hubs

hellip repetidores (ldquoburrosrdquo) da camada fiacutesicabits vindos de um dado link saem por todos

os outros links na mesma taxatodos os noacutes conectados ao hub podem

colidir uns com os outrosnatildeo haacute bufferizaccedilatildeo de quadrosnatildeo implementa CSMACD no hub cartotildees

do hospedeiro detectam as colisotildees

par tranccedilado

hub

5 Camada de Enlace 5-64

Comutador (switch)

Dispositivo da camada de enlace mais inteligentes que os hubs tecircm papel ativo armazena e retransmite quadros Ethernetexamina o cabeccedilalho do quadro e

seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento

transparentehospedeiros ignoram a presenccedila dos

switches plug-and-play self-learning (autodidatas)

os comutadores natildeo necessitam ser configurados

5 Camada de Enlace 5-65

Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas

hospedeiros tecircm conexatildeo direta e dedicada para o switch

os switches armazenam quadros

o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplex cada link eacute o seu proacuteprio

domiacutenio de colisatildeo comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-

para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees isto natildeo eacute possiacutevel com hubs

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

switch com seis interfaces(123456)

1 23

45

6

5 Camada de Enlace 5-66

Tabela de Comutaccedilatildeo

P como eacute que o switch sabe que Arsquo eacute alcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel a partir da interface 5

R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutem (endereccedilo MAC do hospedeiro

interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)

parece uma tabela de roteamento P como satildeo criadas e mantidas as

entradas na tabela de comutaccedilatildeo haacute algo como um protocolo de

roteamento

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

switch with six interfaces(123456)

1 23

45

6

5 Camada de Enlace 5-67

switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfaces quando um quadro eacute

recebido o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada

registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo

Switch autoaprendizagem

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 23

45

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

5 Camada de Enlace 5-685 Camada de Enlace

Switch FiltragemRepasse de quadrosQuando um comutador recebe um quadroregistra o link associado com o hospedeiro

transmissorindexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo

MAC do destinoif entrada encontrada para o destino

then if dest estiver no segmento de onde veio o

quadro then descarta o quadro else repassa o quadro na interface indicada else usa inundaccedilatildeoRepassa o quadro para todas as

demais interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido

5 Camada de Enlace 5-69

Exemplo de auto aprendizagem e repasse

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 23

45

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo

destino do quadro desconhecido inundaccedilatildeo

Arsquo A

local do destino A conhecido

Arsquo 4 60

transmissatildeo seletiva

5 Camada de Enlace 5-70

Exemplo com comutador

Suponha que C envia quadro para D

comutador recebe o quadro vindo de C anota na tabela de comutaccedilatildeo que C estaacute na interface 1 dado que D natildeo se encontra na tabela encaminha o quadro para as

demais interfaces 2 e 3

quadro eacute recebido por D

hub

hub hub

comutador

A

B CD

EF G H

I

endereccedilointerface

ABEG

1123

12 3

5 Camada de Enlace 5-71

Exemplo com comutador

Suponha que D responde com um quadro para C

comutador recebe o quadro vindo de D anota na tabela de comutaccedilatildeo que D estaacute na interface 2 dado que C estaacute na tabela encaminha o quadro apenas na interface

1

quadro eacute recebido por C

hub

hub hub

comutador

A

B CD

EF G H

I

interface

ABEGC

11231

endereccedilo

5 Camada de Enlace 5-72

Interligaccedilatildeo de comutadores

Podemos interligar comutadores (switches)

A

B

P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe que deve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3

R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenico comutador)

S1

C D

E

FS2

S4

S3

HI

G

5 Camada de Enlace 5-73

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde

para C

P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4

A

B

S1

C D

E

FS2

S4

S3

HI

G

1

2

5 Camada de Enlace 5-74

Rede Institucionalcorporativa

5 Camada de Enlace 5-75

Rede institucional

Para redeexterna

roteador

Subrede IP

Servidor de mensagens

Servidor web

5 Camada de Enlace 5-76

Comutadores versus Roteadores ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa

roteadores dispositivos da camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)

comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace roteadores mantecircm tabelas de roteamento

implementam algoritmos de roteamento comutadores mantecircm tabelas de comutaccedilatildeo

implementam filtragem algoritmos de aprendizagem

5 Camada de Enlace 5-77

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos52 Teacutecnicas de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de acesso muacuteltiplo 54 Endereccedilamento na Camada de Enlace55 Ethernet56 Comutadores da camada de enlace57 PPP o protocolo ponto-a-ponto58 Virtualizaccedilatildeo de enlace uma rede como

camada de enlace59 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina

Web

5 Camada de Enlace 5-78

Siacutentese um dia na vida de um pedido web jornada completa atravessando toda a pilha de

protocolos aplicaccedilatildeo transporte rede enlace

colocando tudo junto siacutentese objetivo identificar revisar entender os

protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web

cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom

5 Camada de Enlace 5-79

Um dia na vida cenaacuterio

rede da Comcast68800013

rede do Google64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola68802024

paacutegina web

navegador

5 Camada de Enlace 5-80

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPDHCP

quadro Ethernet difundido (dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador que executa o servidor DHCP

Ethernet demultiplexado para IP demultiplexado para UDP e demultiplexado paraDHCP

o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilo do primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP Solicitaccedilatildeo DHCP encapsulada em UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023 Ethernet

5 Camada de Enlace 5-81

roteador(roda DHCP)

servidor DHCP prepara ACK DHCP contendo endereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiro roteador nome e endereccedilo IP do servidor DNS

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

encapsulamento no servidor DHCP quadro repassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente

Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador

cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

5 Camada de Enlace 5-82

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

consulta DNS criada encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviar quadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP

consulta ARP difundida recebida pelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccedilo MAC da interface do roteador

o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiro roteador podendo agora enviar o quadro contendo a consulta DNS

ARP query

EthPhy

ARP

ARP

ARP reply

antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS

5 Camada de Enlace 5-83

roteador(roda DHCP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

DNS

datagrama IP conteacutem consulta DNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador

datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelos protocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS

demultiplexado pelo servidor DNS

servidor DNS responde ao cliente com o endereccedilo IP de wwwgooglecom

rede da Comcast68800013

servidor DNS

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

Um dia na vidahellip usando DNS

5 Camada de Enlace 5-84

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP

HTTPTCPIP

EthPhy

HTTP

para enviar pedido HTTP cliente primeiro abre um socket TCP para o servidor web segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web

conexatildeo TCP estabelecida64233169105

servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCPIP

EthPhy

SYN

SYN

SYN

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)

5 Camada de Enlace 5-85

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP

HTTPTCPIP

EthPhy

HTTP

solicitaccedilatildeo HTTP enviada para o socket TCP datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhado para wwwgooglecom

datagrama IP com a resposta HTTP eacute encaminhado de volta para o cliente

64233169105

servidor web

HTTPTCPIP

EthPhy

servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTPHTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

paacutegina web finalmente() apresentada

5 Camada de Enlace 5-86

Capiacutetulo 5 Resumo

princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dados detecccedilatildeo correccedilatildeo de erros compartilhamento de canal de difusatildeo acesso

muacuteltiplo endereccedilamento da camada de enlace

instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlace Ethernet LANs comutadas redes virtualizadas como camada de enlace MPLS

siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web

  • Capiacutetulo 5 A Camada de Enlace e Redes Locais
  • Camada de Enlace
  • Camada de Enlace Introduccedilatildeo
  • Camada de Enlace Contexto
  • Serviccedilos da Camada de Enlace
  • Serviccedilos da Camada de Enlace (mais)
  • Onde a camada de enlace eacute implementada
  • Comunicaccedilatildeo entre Adaptadores
  • Camada de Enlace (2)
  • Detecccedilatildeo de Erros
  • Verificaccedilotildees de Paridade
  • Soma de verificaccedilatildeo da Internet
  • Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica (CRC)
  • Exemplo de CRC
  • Implementaccedilatildeo em Hardware
  • Camada de Enlace (3)
  • Enlaces e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolo Ideal de Acesso Muacuteltiplo
  • Taxonomia dos Protocolos MAC
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal TDMA
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal FDMA
  • Protocolos de Acesso Aleatoacuterio
  • Slotted ALOHA
  • Slotted ALOHA (2)
  • Eficiecircncia do Slotted Aloha
  • ALOHA Puro (sem slots)
  • Eficiecircncia do Aloha puro
  • CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)
  • Colisotildees no CSMA
  • CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)
  • Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (2)
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (3)
  • Resumo dos protocolos MAC
  • Camada de Enlace (4)
  • Endereccedilos MAC
  • Endereccedilos MAC (2)
  • Endereccedilo MAC (cont)
  • ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de Resoluccedilatildeo de En
  • Protocolo ARP Mesma LAN (rede)
  • Roteando um pacote para outra LAN
  • Slide 44
  • Camada de Enlace (5)
  • Ethernet
  • Topologia em Estrela
  • Estrutura do Quadro Ethernet
  • Estrutura de Quadro Ethernet (cont)
  • Ethernet natildeo confiaacutevel e natildeo orientado para conexatildeo
  • Algoritmo CSMACD do Ethernet
  • CSMACD da Ethernet (mais)
  • Eficiecircncia do CSMACD
  • Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
  • 10Base5
  • 10Base2
  • 10BaseT
  • Conector RJ 45
  • 100Base-TX
  • Slide 60
  • Carrier Ethernet Defined
  • Camada de Enlace (6)
  • Hubs
  • Comutador (switch)
  • Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
  • Tabela de Comutaccedilatildeo
  • Switch autoaprendizagem
  • Switch FiltragemRepasse de quadros
  • Exemplo de auto aprendizagem e repasse
  • Exemplo com comutador
  • Exemplo com comutador (2)
  • Interligaccedilatildeo de comutadores
  • Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores
  • Rede Institucionalcorporativa
  • Rede institucional
  • Comutadores versus Roteadores
  • Camada de Enlace (7)
  • Siacutentese um dia na vida de um pedido web
  • Um dia na vida cenaacuterio
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet (2)
  • Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
  • Um dia na vidahellip usando DNS
  • Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
  • Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
  • Capiacutetulo 5 Resumo
Page 5: 5: Camada de Enlace 5-1 Capítulo 5: A Camada de Enlace e Redes Locais Nossos objetivos: Entender os princípios por trás dos serviços da camada de enlace

5 Camada de Enlace 5-5

Serviccedilos da Camada de Enlace Enquadramento (Delimitaccedilatildeo do quadro)

encapsula datagrama num quadro adicionando cabeccedilalho e cauda (trailer)

Acesso ao enlace implementa acesso ao canal se meio for

compartilhado lsquoendereccedilos fiacutesicos (MAC)rsquo satildeo usados nos cabeccedilalhos

dos quadros para identificar origem e destino de quadros em enlaces multipontobull Diferente do endereccedilo IP

Entrega confiaacutevel entre noacutes adjacentes Jaacute aprendemos como fazer isto (Capiacutetulo 3) raramente usada em canais com baixas taxas de

erro (fibra oacuteptica alguns tipos de pares tranccedilados) Canais sem fio altas taxas de erros

bull P para que confiabilidade na camada de enlace e fim-a-fim

5 Camada de Enlace 5-6

Serviccedilos da Camada de Enlace (mais) Controle de Fluxo

compatibilizar taxas de produccedilatildeo e consumo de quadros entre remetentes e receptores

Detecccedilatildeo de Erros erros satildeo causados por atenuaccedilatildeo do sinal e por

ruiacutedo receptor detecta presenccedila de erros

bull receptor sinaliza ao remetente para retransmissatildeo ou simplesmente descarta o quadro em erro

Correccedilatildeo de Erros mecanismo que permite que o receptor localize e

corrija o(s) erro(s) sem precisar da retransmissatildeo Half-duplex e full-duplex

com half duplex um noacute natildeo pode transmitir e receber pacotes ao mesmo tempo

5 Camada de Enlace 5-7

Onde a camada de enlace eacute implementada

em cada um dos hospedeiros

camada de enlace implementada no ldquoadaptadorrdquo (NIC ndash Network Interface Card) placa Ethernet cartatildeo

PCMCIA cartatildeo 80211 implementa as camadas

de enlace e fiacutesica conecta ao barramento

de sistema do hospedeiro

combinaccedilatildeo de hardware software e firmware

controlador

Transmissatildeofiacutesica

cpu memoacuteria

barramentodo hospedeiro(ex PCI)

placa de rede

Diagrama de blocos do hospedeiro

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlace

enlacefiacutesica

5 Camada de Enlace 5-8

Comunicaccedilatildeo entre Adaptadores

lado transmissor Encapsula o datagrama

em um quadro Adiciona bits de

verificaccedilatildeo de erro transferecircncia confiaacutevel de dados controle de fluxo etc

lado receptor verifica erros transporte

confiaacutevel controle de fluxo etc

extrai o datagrama passa-o para o noacute receptor

Controla-dora

Controla-dora

transmissor receptor

datagrama datagrama

datagrama

quadro

5 Camada de Enlace 5-9

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos52 Teacutecnicas de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de

erros 53 Protocolos de acesso muacuteltiplo 54 Endereccedilamento na Camada de Enlace55 Ethernet56 Comutadores da camada de enlace57 PPP o protocolo ponto-a-ponto58 Virtualizaccedilatildeo de enlace uma rede

como camada de enlace59 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de

paacutegina Web

5 Camada de Enlace 5-10

Detecccedilatildeo de ErrosEDC= bits de Detecccedilatildeo e Correccedilatildeo de Erros (redundacircncia)D = Dados protegidos por verificaccedilatildeo de erros podem incluir alguns campos do cabeccedilalho bull detecccedilatildeo de erros natildeo eacute 100 confiaacutevel

bull protocolos podem deixar passar alguns erros mas eacute rarobull quanto maior o campo EDC melhor seraacute a capacidade de

detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

5 Camada de Enlace 5-11

Verificaccedilotildees de Paridade

Paridade de 1 BitDetecta erros em um uacutenico bit

Paridade BidimensionalDetecta e corrige erro em um uacutenico bit

5 Camada de Enlace 5-12

Soma de verificaccedilatildeo da Internet

Transmissor trata o conteuacutedo do

segmento como uma sequumlecircncia de inteiros de 16 bits

Soma de verificaccedilatildeo adiccedilatildeo (complemento de 1 da soma ) do conteuacutedo do segmento

transmissor coloca o valor do checksum no campo de checksum UDP

Receptor calcula a soma de

verificaccedilatildeo do segmento recebido

verifica se o resultado eacute igual ao valor do campo da soma de verificaccedilatildeo NAtildeO - erro detectado SIM - nenhum erro foi

detectado Mas pode conter erros Mais sobre isto posteriormente hellip

Objetivo detectar ldquoerrosrdquo (ex bits trocados) no segmento transmitido (nota usado apenas na camada de transporte)

5 Camada de Enlace 5-13

Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica (CRC) Dados considerados como a sequumlecircncia de coeficientes de um

polinocircmio (D) Eacute escolhido um polinocircmio Gerador (G) (=gt r+1 bits)

Divide-se (moacutedulo 2) o polinocircmio D2r por G Acrescenta-se o resto (R) a D Observa-se que por construccedilatildeo a nova sequumlecircncia ltDRgt agora eacute exatamente divisiacutevel por G

Receptor conhece G divide ltDRgt por G Caso o resto seja diferente de zero detectado erro

Pode detectar todos os erros em rajadas menores do que r+1 bits

Largamente usado na praacutetica (Ethernet 80211 WiFi ATM)

5 Camada de Enlace 5-14

Exemplo de CRC

Queremos

D2r XOR R = nGde forma equivalente

D2r = nG XOR R de forma equivalente se dividirmos D2r

por G queremos o resto R

G

DR

r2resto

101110000 10011001 101011 1010 1001 1100 1001 1010 1001 011

D G

R

5 Camada de Enlace 5-15

Implementaccedilatildeo em Hardware

Aring

G=1001

D2r=101110000

5 Camada de Enlace 5-16

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos52 Teacutecnicas de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de

erros 53 Protocolos de acesso muacuteltiplo 54 Endereccedilamento na Camada de Enlace55 Ethernet56 Comutadores da camada de enlace57 PPP o protocolo ponto-a-ponto58 Virtualizaccedilatildeo de enlace uma rede

como camada de enlace59 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de

paacutegina Web

5 Camada de Enlace 5-17

Enlaces e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo

Dois tipos de enlaces Ponto-a-ponto

PPP para acesso discado

Conexatildeo entre switch Ethernet e hospedeiro

broadcast (cabo ou meio compartilhado) Ethernet tradicional Upstream HFC 80211 LAN sem fio Sateacutelite Etc

5 Camada de Enlace 5-18

Protocolos de Acesso Muacuteltiplo

canal de comunicaccedilatildeo uacutenico de broadcast interferecircncia quando dois ou mais noacutes transmitem

simultaneamente colisatildeo se um noacute receber dois ou mais sinais ao mesmo

tempo

Protocolo de acesso muacuteltiplo algoritmo distribuiacutedo que determina como os noacutes

compartilham o canal isto eacute determina quando um noacute pode transmitir

comunicaccedilatildeo sobre o compartilhamento do canal deve usar o proacuteprio canal natildeo haacute canal fora da faixa para coordenar a transmissatildeo

5 Camada de Enlace 5-19

Protocolo Ideal de Acesso Muacuteltiplo

Para um canal de broadcast com taxa de R bps

1 Quando apenas um noacute tem dados para enviar esse noacute obteacutem uma vazatildeo de R bps

2 Quando M noacutes tecircm dados para enviar cada um desses noacutes poderaacute transmitir em meacutedia a uma taxa de RM bps

3 Completamente descentralizado nenhum noacute especial (mestre) para coordenar as

transmissotildees nenhuma sincronizaccedilatildeo de reloacutegios ou slots

4 Simples para que sua implementaccedilatildeo seja barata

5 Camada de Enlace 5-20

Taxonomia dos Protocolos MACTrecircs categorias gerais Divisatildeo de Canal

divide o canal em pequenos ldquopedaccedilosrdquo (slotscompartimentos de tempo frequumlecircncia coacutedigo)

aloca pedaccedilo a um dado noacute para uso exclusivo deste Acesso Aleatoacuterio

canal natildeo eacute dividido podem ocorrer colisotildees ldquorecuperaccedilatildeordquo das colisotildees

Revezamento Noacutes se alternam em revezamento mas noacutes que

possuem mais dados a transmitir podem demorar mais quando chegar a sua vez

5 Camada de Enlace 5-21

Protocolos MAC de divisatildeo de canal TDMA

TDMA Acesso Muacuteltiplo por Divisatildeo de Tempo acesso ao canal em ldquoturnos cada estaccedilatildeo recebe um comprimento fixo de

compartimento (comprimento = tempo de tx do pacote) em cada turno

compartimentos natildeo usados permanecem ociosos Exemplo LAN com 6 estaccedilotildees compartimentos 1 3 e 4

com pacotes compartimentos 2 5 e 6 ociosos

5 Camada de Enlace 5-22

Protocolos MAC de divisatildeo de canal FDMA

FDMA Acesso Muacuteltiplo por Divisatildeo de Frequumlecircncia espectro do canal dividido em bandas de frequumlecircncia a cada estaccedilatildeo eacute atribuiacuteda uma banda fixa de frequumlecircncia tempo de transmissatildeo natildeo usado nas bandas permanecem

ociosos exemplo LAN com 6 estaccedilotildees 134 com pacotes bandas

256 ociosas

Bandas

de f

requumlecircnci

a tempo

cabo FDM

5 Camada de Enlace 5-23

Protocolos de Acesso Aleatoacuterio

Quando noacute tem um pacote para transmitirtransmite na taxa maacutexima Rnenhuma coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes

dois ou mais noacutes transmitindo ldquocolisatildeordquo O protocolo MAC de acesso aleatoacuterio

especifica como detectar colisotildeescomo se recuperar delas (atraveacutes de

retransmissotildees retardadas por exemplo) Exemplos de protocolos MAC de acesso

aleatoacuterioslotted ALOHAALOHACSMA CSMACD CSMACA

5 Camada de Enlace 5-24

Slotted ALOHA

Hipoacuteteses todos os quadros tecircm o

mesmo tamanho (L bits) tempo eacute dividido em slots

de tamanho igual tempo para transmitir 1 quadro (LR seg)

noacutes comeccedilam a transmitir quadros apenas no iniacutecio dos intervalos (slots)

noacutes satildeo sincronizados se 2 ou mais noacutes

transmitirem num slot todos os noacutes detectam a colisatildeo

Operaccedilatildeo quando o noacute obteacutem um novo

quadro ele espera ateacute o iniacutecio do proacuteximo slot e transmite o quadro inteiro

Se natildeo houver colisatildeo noacute poderaacute enviar um novo quadro no proacuteximo slot

caso haja uma colisatildeo (detectada antes do final do intervalo) noacute retransmite o quadro em cada intervalo subsequumlente com probabilidade p ateacute obter sucesso

5 Camada de Enlace 5-25

Slotted ALOHA

Vantagens uacutenico noacute ativo pode

transmitir continuamente na taxa maacutexima do canal

Altamente descentralizado apenas slots nos noacutes precisam estar sincronizados

simples

Desvantagens colisotildees slots

desperdiccedilados slots ociosos

(desperdiacutecio) noacutes podem ser capazes

de detectar colisotildees num tempo inferior ao da transmissatildeo do pacote

sincronizaccedilatildeo dos reloacutegios

5 Camada de Enlace 5-26

Eficiecircncia do Slotted Aloha

Assuma N noacutes com muitos quadros para enviar cada um transmite num slot com probabilidade p

probabilidade que noacute 1 tenha sucesso em um slot = p(1-p)N-1

probabilidade que qualquer noacute tenha sucesso = Np(1-p)N-

1

Para eficiecircncia maacutexima com N noacutes encontre p que maximiza Np(1-p)N-1

Para muitos noacutes faccedila limite para Np(1-p)N-1

quando N tende a infinito daacute 1e = 037

Eficiecircncia eacute a fraccedilatildeo de longo prazo de slots bem sucedidos quando haacute muitos noacutes cada um com muitos quadros para transmitir

Melhor caso canalusado para transmissotildees uacuteteis em 37 do tempo

5 Camada de Enlace 5-27

ALOHA Puro (sem slots) Aloha puro (sem slots) mais simples sem sincronizaccedilatildeo Ao chegar um quadro no noacute

transmite imediatamente Probabilidade de colisatildeo aumenta

quadro enviado em t0 colide com outros quadros enviados em [t0-1t0+1]

5 Camada de Enlace 5-28

Eficiecircncia do Aloha puro

P(sucesso por um dado noacute) = P(noacute transmita)

P(nenhum outro noacute transmita em [t0-1t0]

P(nenhum outro noacute transmita em [t0t0+1]

= p (1-p)N-1 (1-p)N-1

= p (1-p)2(N-1)

hellip escolhendo o valor oacutetimo de p e deixando n -gt infinito

= 1(2e) = 018 Ainda pior do que o Slotted Aloha

5 Camada de Enlace 5-29

CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)

CSMA (Carrier Sense Multiple Access) Escuta antes de transmitir (detecccedilatildeo de portadora)

Se o canal estiver livre transmite todo o quadro

Se o canal estiver ocupado adia a transmissatildeo

Analogia humana natildeo interrompa outros

5 Camada de Enlace 5-30

Colisotildees no CSMA

colisotildees ainda podem aconteceratraso de propagaccedilatildeo significa que dois noacutes podem natildeo ouvira transmissatildeo do outro colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo eacute desperdiccedilado

Disposiccedilatildeo espacial dos noacutes

notapapel da distacircncia e atraso de propagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo

5 Camada de Enlace 5-31

CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)

CSMACD detecccedilatildeo da portadora adia a transmissatildeo como no CSMAAs colisotildees satildeo detectadas em pouco tempoTransmissotildees que sofreram colisotildees satildeo

abortadas reduzindo o desperdiacutecio do canal Detecccedilatildeo de colisotildees

Faacutecil em LANs cabeadas mede a potecircncia do sinal compara o sinal recebido com o transmitido

Difiacutecil em LANs sem fio o receptor eacute desligado durante a transmissatildeo

Analogia humana bate papo educado

5 Camada de Enlace 5-32

Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD

5 Camada de Enlace 5-33

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoProtocolos MAC de divisatildeo de canal

Compartilha o canal eficientemente e de forma justa em altas cargas

Ineficiente em baixas cargas atraso no canal de acesso alocaccedilatildeo de 1N da largura de banda mesmo com apenas 1 noacute ativo

Protocolos MAC de acesso aleatoacuterioeficiente em baixas cargas um uacutenico noacute

pode utilizar completamente o canalAltas cargas overhead com colisotildees

Protocolos de revezamentoProcura oferecer o melhor dos dois mundos

5 Camada de Enlace 5-34

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo

Seleccedilatildeo (Polling) Noacute mestre ldquoconvidardquo

noacutes escravos a transmitir em revezamento

Usado tipicamente com dispositivos escravo burros

Preocupaccedilotildees Overhead com as

consultas (polling) Latecircncia Ponto uacutenico de

falha (mestre)

mestre

escravos

poll

dados

dados

5 Camada de Enlace 5-35

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo

Passagem de permissatildeo (token)

controla permissatildeo passada de um noacute para o proacuteximo de forma sequencial

mensagem de passagem da permissatildeo

preocupaccedilotildees overhead com a

passagem de permissatildeo

latecircncia Ponto uacutenico de falha

(permissatildeo)

T

dados

(nada paramandar)

T

5 Camada de Enlace 5-36

Resumo dos protocolos MAC Divisatildeo do canal por tempo frequumlecircncia ou

coacutedigoDivisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequumlecircncia

Particionamento Aleatoacuterio (dinacircmico) ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDEscutar a portadora faacutecil em algumas

tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)

CSMACD usado na EthernetCSMACA usado no 80211

RevezamentoSeleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto

central passagem de permissotildeesBluetooth FDDI Token Ring (IBM)

5 Camada de Enlace 5-37

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos52 Teacutecnicas de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de

erros 53 Protocolos de acesso muacuteltiplo 54 Endereccedilamento na Camada de Enlace55 Ethernet56 Comutadores da camada de enlace57 PPP o protocolo ponto-a-ponto58 Virtualizaccedilatildeo de enlace uma rede

como camada de enlace59 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de

paacutegina Web

5 Camada de Enlace 5-38

Endereccedilos MAC

Endereccedilo IP de 32 bits Endereccedilos da camada de redeusado para levar o datagrama agrave subrede IP

destinoEndereccedilo MAC (ou LAN ou fiacutesico ou

Ethernet) levar o datagrama de uma interface ateacute outra

interface conectada fisicamente (na mesma rede)

Endereccedilo MAC de 48 bits (para a maioria das redes)bull gravado na ROM do adaptador ou configurado

por software

5 Camada de Enlace 5-39

Endereccedilos MAC

Cada adaptador na LAN possui um endereccedilo MAC uacutenico

Endereccedilo de Broadcast =FF-FF-FF-FF-FF-FF

= adaptador

1A-2F-BB-76-09-AD

58-23-D7-FA-20-B0

0C-C4-11-6F-E3-98

71-65-F7-2B-08-53

LAN(cabeada ousem fio)

5 Camada de Enlace 5-40

Endereccedilo MAC (cont)

Alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC gerenciada pelo IEEE Um fabricante compra uma parte do espaccedilo de

endereccedilos (para garantir unicidade) Analogia (a) endereccedilo MAC como nuacutemero do CPF (b) endereccedilo IP como endereccedilo postal (CEP) endereccedilo MAC tem estrutura linear =gt

portabilidadePode mover um cartatildeo LAN de uma LAN para

outra endereccedilo IP hieraacuterquico NAtildeO eacute portaacutetil (requer IP

moacutevel)Depende da subrede IP agrave qual o noacute estaacute

conectado

5 Camada de Enlace 5-41

ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de Resoluccedilatildeo de Endereccedilos)

Cada noacute IP (Host Roteador) de uma LAN possui tabela ARP

Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN

lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt TTL (Time To Live) tempo

a partir do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute esquecido (valor tiacutepico de 20 min)

Pergunta como obter oendereccedilo MAC de B a partir do endereccedilo IP de B

1A-2F-BB-76-09-AD

58-23-D7-FA-20-B0

0C-C4-11-6F-E3-98

71-65-F7-2B-08-53

LAN

237196723

237196778

237196714

237196788

5 Camada de Enlace 5-42

Protocolo ARP Mesma LAN (rede) A deseja enviar datagrama

para B e o endereccedilo MAC de B natildeo estaacute na tabela ARP

A difunde o pacote de solicitaccedilatildeo ARP que conteacutem o endereccedilo IP de B Endereccedilo MAC destino =

FF-FF-FF-FF-FF-FF todas as maacutequinas na

LAN recebem a consulta do ARP

B recebe o pacote ARP responde a A com o seu (de B) endereccedilo MAC Quadro enviado para o

endereccedilo MAC (unicast) de A

Uma cache (salva) o par de endereccedilos IP-para-MAC na sua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo fique antiquada (expire) lsquosoft statersquo informaccedilatildeo que expira (vai embora) a menos que seja renovada

ARP eacute ldquoplug-and-playrdquo os noacutes criam suas tabelas ARP sem a intervenccedilatildeo do administrador

da rede

5 Camada de Enlace 5-43

Roteando um pacote para outra LAN

passo a passo envio de datagrama de A para B via R assuma que A conhece o endereccedilo IP de B

Duas tabelas ARP no roteador R uma para cada rede IP (LAN)

A

RB

5 Camada de Enlace 5-44

A cria datagrama com origem A destino B A usa ARP para obter o endereccedilo MAC de R para

111111111110 A cria quadro da camada de enlace com o endereccedilo

MAC de R como destino quadro conteacutem datagrama IP de A para B

O adaptador de A envia o quadro O adaptador de R recebe o quadro R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verifica

que eacute destinado para B R usa ARP para obter o endereccedilo MAC de B R cria quadro contendo datagrama IP de A para B e o

envia para B

A

R B

Este eacute um exemplo muito importantendash garanta que vocecirc o entendeu

5 Camada de Enlace 5-45

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos52 Teacutecnicas de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de

erros 53 Protocolos de acesso muacuteltiplo 54 Endereccedilamento na Camada de Enlace55 Ethernet56 Comutadores da camada de enlace57 PPP o protocolo ponto-a-ponto58 Virtualizaccedilatildeo de enlace uma rede

como camada de enlace59 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de

paacutegina Web

5 Camada de Enlace 5-46

Ethernet Muitiacutessimo difundida porque

Muito barata R$30 para placas 10100Mbps A mais antiga das tecnologias de rede local (meados da

deacutecada de 70) Mais simples e menos cara que redes usando ficha ou

ATM Acompanhou o aumento de velocidade 10 Mbps ndash 10

Gbps

Rascunho de Metcalfe sobre o Ethernet

5 Camada de Enlace 5-47

Topologia em Estrela Topologia de barramento popular ateacute meados

dos anos 90 Todos os noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo (podem colidir

um com o outro)

Agora prevalecircncia de topologia em estrela Comutador (switch) no centro Cada porta roda o protocolo Ethernet separadamente (os

noacutes natildeo colidem uns com os outros)

barramento cabo coaxial

switch

estrela

5 Camada de Enlace 5-48

Estrutura do Quadro Ethernet

Adaptador remetente encapsula datagrama IP (ou pacote de outro protocolo da camada de rede) num Quadro Ethernet

Dados 46 a 1500 bytes Preacircmbulo 7 bytes com o padratildeo 10101010 seguidos por um byte

com o padratildeo 10101011 usado para sincronizar receptor ao reloacutegio do

remetente (reloacutegios nunca satildeo exatos eacute muito provaacutevel que exista algum desvio entre eles)

5 Camada de Enlace 5-49

Estrutura de Quadro Ethernet (cont)

Endereccedilos 6 bytes para cada endereccedilo MAC se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo destino igual

ao seu ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede

caso contraacuterio o adaptador descarta o quadro Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior

usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)

CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado

5 Camada de Enlace 5-50

Ethernet natildeo confiaacutevel e natildeo orientado para conexatildeo

Natildeo orientado para conexatildeo Natildeo haacute estabelecimento de conexatildeo (saudaccedilatildeo) entre os adaptadores transmissor e receptor

Natildeo confiaacutevel o adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador transmissorfluxo de datagramas passados para a

camada de rede pode conter falhas na sequumlecircncia

falhas seratildeo preenchidas se aplicaccedilatildeo estiver usando o TCP

caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as falhas Protocolo MAC do Ethernet CSMACD sem slots

5 Camada de Enlace 5-51

Algoritmo CSMACD do Ethernet

1 Adaptador recebe datagrama da camada de rede e cria um quadro

2 Se o adaptador percebe que o canal estaacute ocioso comeccedila a transmitir o quadro Se percebe que o canal estaacute ocupado espera que o canal fique livre e transmite

3 Se o adaptador transmitir todo o quadro sem detectar outra transmissatildeo o adaptador concluiu a operaccedilatildeo com o quadro

4 Se o adaptador detectar outra transmissatildeo enquanto estiver transmitindo aborta e envia sinal de reforccedilo de colisatildeo de 48 bits

5 Apoacutes o aborto o adaptador entra na retirada (backoff) exponencial binaacuteria apoacutes a m-eacutesima colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoriamente entre 012hellip2m-1 O adaptador espera K512 tempos de bit e retorna ao Passo 2

5 Camada de Enlace 5-52

CSMACD da Ethernet (mais)

Sinal de reforccedilo de colisatildeo garante que todos os demais transmissores estejam cientes da colisatildeo 48 bits

Tempo de Bit 01 microseg para Ethernet de 10 Mbpspara K=1023 tempo de espera de cerca de 50 mseg

Retirada Exponencial Binaacuteria

Objetivo adaptar as tentativas de retransmissatildeo agrave carga atual estimada Alta carga espera

aleatoacuteria seraacute mais longa

na primeira colisatildeo escolhe K entre 01 atraso eacute de K 512 tempos de transmissatildeo de um bit

apoacutes a segunda colisatildeo escolhe K entre 0123hellip

apoacutes 10 colisotildees escolhe K entre 01234hellip1023

Vejainteraja com o applet Java siacutetio do livroaltamente recomendaacutevel

5 Camada de Enlace 5-53

Eficiecircncia do CSMACD

tprop = atraso maacuteximo de prop entre 2 noacutes na LAN

ttrans = tempo para transmitir quadro de tamanho maacuteximo

Eficiecircncia vai para 1 agrave medida que tprop vai para 0

ttrans vai para infinito Muito melhor do que ALOHA e ainda eacute

descentralizado simples e barato

transprop tt 51

1eficiecircncia

5 Camada de Enlace 5-54

Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica

Diversos padrotildees Ethernet diferentestecircm em comum o protocolo MAC e o

formato do quadrodiferentes velocidades 2Mbps 10Mbps

100Mbps 1Gbps 10Gbpsdiferentes meios da camada fiacutesica fibra

caboaplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

protocolo MACe formato do quadro

100BASE-TX

100BASE-T4

100BASE-FX100BASE-T2

100BASE-SX 100BASE-BX

camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)

5 Camada de Enlace 5-55

10Base5

httpwwwethermanagecom

5 Camada de Enlace 5-56

10Base2

httpwwwethermanagecom

5 Camada de Enlace 5-57

10BaseT

httpwwwethermanagecom

5 Camada de Enlace 5-58

Conector RJ 45

5 Camada de Enlace 5-59

100Base-TX

httpwwwethermanagecom

5 Camada de Enlace 5-60 10

Wireless Backhaul

Carrier Ethernet Access Expansion

Voice gateway

VoiceVideoTelephony

HD TVTVoD VoD

Video Source

Gaming BusinessBackup ERP

InternetVideo Source

BusinessBroadband

E-Line andE-LAN service

GlobalNationalCarrierEthernet

GlobalNationalCarrierEthernet

SmallMedium Business

Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

ResidentialTriple-Play

FTTx DSLAM Cable Modem

Broadbandmobile datavideo

Bringing vastly extended scalability for business and residential users

ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing

5 Camada de Enlace 5-61

Carrier Ethernet Defined

bull Carrier Ethernet is a ubiquitous standardized carrier-class SERVICE defined by five attributes that distinguish Carrier Ethernet from familiar LAN based Ethernet

bull It brings the compelling business benefit of the Ethernet cost model to achieve significant savings

Carrier Ethernet

bull Scalability

bull Standardized Services

bull Service Management

bull Quality of Service

bull Reliability

Carrier Ethernet Attributes

httpwwwmetroethernetforumorg

5 Camada de Enlace 5-62

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos52 Teacutecnicas de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de acesso muacuteltiplo 54 Endereccedilamento na Camada de Enlace55 Ethernet56 Comutadores da camada de enlace57 PPP o protocolo ponto-a-ponto58 Virtualizaccedilatildeo de enlace uma rede como

camada de enlace59 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina

Web

5 Camada de Enlace 5-63

Hubs

hellip repetidores (ldquoburrosrdquo) da camada fiacutesicabits vindos de um dado link saem por todos

os outros links na mesma taxatodos os noacutes conectados ao hub podem

colidir uns com os outrosnatildeo haacute bufferizaccedilatildeo de quadrosnatildeo implementa CSMACD no hub cartotildees

do hospedeiro detectam as colisotildees

par tranccedilado

hub

5 Camada de Enlace 5-64

Comutador (switch)

Dispositivo da camada de enlace mais inteligentes que os hubs tecircm papel ativo armazena e retransmite quadros Ethernetexamina o cabeccedilalho do quadro e

seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento

transparentehospedeiros ignoram a presenccedila dos

switches plug-and-play self-learning (autodidatas)

os comutadores natildeo necessitam ser configurados

5 Camada de Enlace 5-65

Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas

hospedeiros tecircm conexatildeo direta e dedicada para o switch

os switches armazenam quadros

o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplex cada link eacute o seu proacuteprio

domiacutenio de colisatildeo comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-

para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees isto natildeo eacute possiacutevel com hubs

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

switch com seis interfaces(123456)

1 23

45

6

5 Camada de Enlace 5-66

Tabela de Comutaccedilatildeo

P como eacute que o switch sabe que Arsquo eacute alcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel a partir da interface 5

R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutem (endereccedilo MAC do hospedeiro

interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)

parece uma tabela de roteamento P como satildeo criadas e mantidas as

entradas na tabela de comutaccedilatildeo haacute algo como um protocolo de

roteamento

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

switch with six interfaces(123456)

1 23

45

6

5 Camada de Enlace 5-67

switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfaces quando um quadro eacute

recebido o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada

registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo

Switch autoaprendizagem

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 23

45

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

5 Camada de Enlace 5-685 Camada de Enlace

Switch FiltragemRepasse de quadrosQuando um comutador recebe um quadroregistra o link associado com o hospedeiro

transmissorindexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo

MAC do destinoif entrada encontrada para o destino

then if dest estiver no segmento de onde veio o

quadro then descarta o quadro else repassa o quadro na interface indicada else usa inundaccedilatildeoRepassa o quadro para todas as

demais interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido

5 Camada de Enlace 5-69

Exemplo de auto aprendizagem e repasse

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 23

45

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo

destino do quadro desconhecido inundaccedilatildeo

Arsquo A

local do destino A conhecido

Arsquo 4 60

transmissatildeo seletiva

5 Camada de Enlace 5-70

Exemplo com comutador

Suponha que C envia quadro para D

comutador recebe o quadro vindo de C anota na tabela de comutaccedilatildeo que C estaacute na interface 1 dado que D natildeo se encontra na tabela encaminha o quadro para as

demais interfaces 2 e 3

quadro eacute recebido por D

hub

hub hub

comutador

A

B CD

EF G H

I

endereccedilointerface

ABEG

1123

12 3

5 Camada de Enlace 5-71

Exemplo com comutador

Suponha que D responde com um quadro para C

comutador recebe o quadro vindo de D anota na tabela de comutaccedilatildeo que D estaacute na interface 2 dado que C estaacute na tabela encaminha o quadro apenas na interface

1

quadro eacute recebido por C

hub

hub hub

comutador

A

B CD

EF G H

I

interface

ABEGC

11231

endereccedilo

5 Camada de Enlace 5-72

Interligaccedilatildeo de comutadores

Podemos interligar comutadores (switches)

A

B

P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe que deve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3

R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenico comutador)

S1

C D

E

FS2

S4

S3

HI

G

5 Camada de Enlace 5-73

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde

para C

P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4

A

B

S1

C D

E

FS2

S4

S3

HI

G

1

2

5 Camada de Enlace 5-74

Rede Institucionalcorporativa

5 Camada de Enlace 5-75

Rede institucional

Para redeexterna

roteador

Subrede IP

Servidor de mensagens

Servidor web

5 Camada de Enlace 5-76

Comutadores versus Roteadores ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa

roteadores dispositivos da camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)

comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace roteadores mantecircm tabelas de roteamento

implementam algoritmos de roteamento comutadores mantecircm tabelas de comutaccedilatildeo

implementam filtragem algoritmos de aprendizagem

5 Camada de Enlace 5-77

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos52 Teacutecnicas de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de acesso muacuteltiplo 54 Endereccedilamento na Camada de Enlace55 Ethernet56 Comutadores da camada de enlace57 PPP o protocolo ponto-a-ponto58 Virtualizaccedilatildeo de enlace uma rede como

camada de enlace59 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina

Web

5 Camada de Enlace 5-78

Siacutentese um dia na vida de um pedido web jornada completa atravessando toda a pilha de

protocolos aplicaccedilatildeo transporte rede enlace

colocando tudo junto siacutentese objetivo identificar revisar entender os

protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web

cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom

5 Camada de Enlace 5-79

Um dia na vida cenaacuterio

rede da Comcast68800013

rede do Google64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola68802024

paacutegina web

navegador

5 Camada de Enlace 5-80

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPDHCP

quadro Ethernet difundido (dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador que executa o servidor DHCP

Ethernet demultiplexado para IP demultiplexado para UDP e demultiplexado paraDHCP

o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilo do primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP Solicitaccedilatildeo DHCP encapsulada em UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023 Ethernet

5 Camada de Enlace 5-81

roteador(roda DHCP)

servidor DHCP prepara ACK DHCP contendo endereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiro roteador nome e endereccedilo IP do servidor DNS

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

encapsulamento no servidor DHCP quadro repassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente

Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador

cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

5 Camada de Enlace 5-82

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

consulta DNS criada encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviar quadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP

consulta ARP difundida recebida pelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccedilo MAC da interface do roteador

o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiro roteador podendo agora enviar o quadro contendo a consulta DNS

ARP query

EthPhy

ARP

ARP

ARP reply

antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS

5 Camada de Enlace 5-83

roteador(roda DHCP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

DNS

datagrama IP conteacutem consulta DNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador

datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelos protocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS

demultiplexado pelo servidor DNS

servidor DNS responde ao cliente com o endereccedilo IP de wwwgooglecom

rede da Comcast68800013

servidor DNS

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

Um dia na vidahellip usando DNS

5 Camada de Enlace 5-84

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP

HTTPTCPIP

EthPhy

HTTP

para enviar pedido HTTP cliente primeiro abre um socket TCP para o servidor web segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web

conexatildeo TCP estabelecida64233169105

servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCPIP

EthPhy

SYN

SYN

SYN

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)

5 Camada de Enlace 5-85

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP

HTTPTCPIP

EthPhy

HTTP

solicitaccedilatildeo HTTP enviada para o socket TCP datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhado para wwwgooglecom

datagrama IP com a resposta HTTP eacute encaminhado de volta para o cliente

64233169105

servidor web

HTTPTCPIP

EthPhy

servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTPHTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

paacutegina web finalmente() apresentada

5 Camada de Enlace 5-86

Capiacutetulo 5 Resumo

princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dados detecccedilatildeo correccedilatildeo de erros compartilhamento de canal de difusatildeo acesso

muacuteltiplo endereccedilamento da camada de enlace

instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlace Ethernet LANs comutadas redes virtualizadas como camada de enlace MPLS

siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web

  • Capiacutetulo 5 A Camada de Enlace e Redes Locais
  • Camada de Enlace
  • Camada de Enlace Introduccedilatildeo
  • Camada de Enlace Contexto
  • Serviccedilos da Camada de Enlace
  • Serviccedilos da Camada de Enlace (mais)
  • Onde a camada de enlace eacute implementada
  • Comunicaccedilatildeo entre Adaptadores
  • Camada de Enlace (2)
  • Detecccedilatildeo de Erros
  • Verificaccedilotildees de Paridade
  • Soma de verificaccedilatildeo da Internet
  • Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica (CRC)
  • Exemplo de CRC
  • Implementaccedilatildeo em Hardware
  • Camada de Enlace (3)
  • Enlaces e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolo Ideal de Acesso Muacuteltiplo
  • Taxonomia dos Protocolos MAC
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal TDMA
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal FDMA
  • Protocolos de Acesso Aleatoacuterio
  • Slotted ALOHA
  • Slotted ALOHA (2)
  • Eficiecircncia do Slotted Aloha
  • ALOHA Puro (sem slots)
  • Eficiecircncia do Aloha puro
  • CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)
  • Colisotildees no CSMA
  • CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)
  • Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (2)
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (3)
  • Resumo dos protocolos MAC
  • Camada de Enlace (4)
  • Endereccedilos MAC
  • Endereccedilos MAC (2)
  • Endereccedilo MAC (cont)
  • ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de Resoluccedilatildeo de En
  • Protocolo ARP Mesma LAN (rede)
  • Roteando um pacote para outra LAN
  • Slide 44
  • Camada de Enlace (5)
  • Ethernet
  • Topologia em Estrela
  • Estrutura do Quadro Ethernet
  • Estrutura de Quadro Ethernet (cont)
  • Ethernet natildeo confiaacutevel e natildeo orientado para conexatildeo
  • Algoritmo CSMACD do Ethernet
  • CSMACD da Ethernet (mais)
  • Eficiecircncia do CSMACD
  • Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
  • 10Base5
  • 10Base2
  • 10BaseT
  • Conector RJ 45
  • 100Base-TX
  • Slide 60
  • Carrier Ethernet Defined
  • Camada de Enlace (6)
  • Hubs
  • Comutador (switch)
  • Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
  • Tabela de Comutaccedilatildeo
  • Switch autoaprendizagem
  • Switch FiltragemRepasse de quadros
  • Exemplo de auto aprendizagem e repasse
  • Exemplo com comutador
  • Exemplo com comutador (2)
  • Interligaccedilatildeo de comutadores
  • Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores
  • Rede Institucionalcorporativa
  • Rede institucional
  • Comutadores versus Roteadores
  • Camada de Enlace (7)
  • Siacutentese um dia na vida de um pedido web
  • Um dia na vida cenaacuterio
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet (2)
  • Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
  • Um dia na vidahellip usando DNS
  • Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
  • Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
  • Capiacutetulo 5 Resumo
Page 6: 5: Camada de Enlace 5-1 Capítulo 5: A Camada de Enlace e Redes Locais Nossos objetivos: Entender os princípios por trás dos serviços da camada de enlace

5 Camada de Enlace 5-6

Serviccedilos da Camada de Enlace (mais) Controle de Fluxo

compatibilizar taxas de produccedilatildeo e consumo de quadros entre remetentes e receptores

Detecccedilatildeo de Erros erros satildeo causados por atenuaccedilatildeo do sinal e por

ruiacutedo receptor detecta presenccedila de erros

bull receptor sinaliza ao remetente para retransmissatildeo ou simplesmente descarta o quadro em erro

Correccedilatildeo de Erros mecanismo que permite que o receptor localize e

corrija o(s) erro(s) sem precisar da retransmissatildeo Half-duplex e full-duplex

com half duplex um noacute natildeo pode transmitir e receber pacotes ao mesmo tempo

5 Camada de Enlace 5-7

Onde a camada de enlace eacute implementada

em cada um dos hospedeiros

camada de enlace implementada no ldquoadaptadorrdquo (NIC ndash Network Interface Card) placa Ethernet cartatildeo

PCMCIA cartatildeo 80211 implementa as camadas

de enlace e fiacutesica conecta ao barramento

de sistema do hospedeiro

combinaccedilatildeo de hardware software e firmware

controlador

Transmissatildeofiacutesica

cpu memoacuteria

barramentodo hospedeiro(ex PCI)

placa de rede

Diagrama de blocos do hospedeiro

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlace

enlacefiacutesica

5 Camada de Enlace 5-8

Comunicaccedilatildeo entre Adaptadores

lado transmissor Encapsula o datagrama

em um quadro Adiciona bits de

verificaccedilatildeo de erro transferecircncia confiaacutevel de dados controle de fluxo etc

lado receptor verifica erros transporte

confiaacutevel controle de fluxo etc

extrai o datagrama passa-o para o noacute receptor

Controla-dora

Controla-dora

transmissor receptor

datagrama datagrama

datagrama

quadro

5 Camada de Enlace 5-9

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos52 Teacutecnicas de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de

erros 53 Protocolos de acesso muacuteltiplo 54 Endereccedilamento na Camada de Enlace55 Ethernet56 Comutadores da camada de enlace57 PPP o protocolo ponto-a-ponto58 Virtualizaccedilatildeo de enlace uma rede

como camada de enlace59 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de

paacutegina Web

5 Camada de Enlace 5-10

Detecccedilatildeo de ErrosEDC= bits de Detecccedilatildeo e Correccedilatildeo de Erros (redundacircncia)D = Dados protegidos por verificaccedilatildeo de erros podem incluir alguns campos do cabeccedilalho bull detecccedilatildeo de erros natildeo eacute 100 confiaacutevel

bull protocolos podem deixar passar alguns erros mas eacute rarobull quanto maior o campo EDC melhor seraacute a capacidade de

detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

5 Camada de Enlace 5-11

Verificaccedilotildees de Paridade

Paridade de 1 BitDetecta erros em um uacutenico bit

Paridade BidimensionalDetecta e corrige erro em um uacutenico bit

5 Camada de Enlace 5-12

Soma de verificaccedilatildeo da Internet

Transmissor trata o conteuacutedo do

segmento como uma sequumlecircncia de inteiros de 16 bits

Soma de verificaccedilatildeo adiccedilatildeo (complemento de 1 da soma ) do conteuacutedo do segmento

transmissor coloca o valor do checksum no campo de checksum UDP

Receptor calcula a soma de

verificaccedilatildeo do segmento recebido

verifica se o resultado eacute igual ao valor do campo da soma de verificaccedilatildeo NAtildeO - erro detectado SIM - nenhum erro foi

detectado Mas pode conter erros Mais sobre isto posteriormente hellip

Objetivo detectar ldquoerrosrdquo (ex bits trocados) no segmento transmitido (nota usado apenas na camada de transporte)

5 Camada de Enlace 5-13

Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica (CRC) Dados considerados como a sequumlecircncia de coeficientes de um

polinocircmio (D) Eacute escolhido um polinocircmio Gerador (G) (=gt r+1 bits)

Divide-se (moacutedulo 2) o polinocircmio D2r por G Acrescenta-se o resto (R) a D Observa-se que por construccedilatildeo a nova sequumlecircncia ltDRgt agora eacute exatamente divisiacutevel por G

Receptor conhece G divide ltDRgt por G Caso o resto seja diferente de zero detectado erro

Pode detectar todos os erros em rajadas menores do que r+1 bits

Largamente usado na praacutetica (Ethernet 80211 WiFi ATM)

5 Camada de Enlace 5-14

Exemplo de CRC

Queremos

D2r XOR R = nGde forma equivalente

D2r = nG XOR R de forma equivalente se dividirmos D2r

por G queremos o resto R

G

DR

r2resto

101110000 10011001 101011 1010 1001 1100 1001 1010 1001 011

D G

R

5 Camada de Enlace 5-15

Implementaccedilatildeo em Hardware

Aring

G=1001

D2r=101110000

5 Camada de Enlace 5-16

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos52 Teacutecnicas de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de

erros 53 Protocolos de acesso muacuteltiplo 54 Endereccedilamento na Camada de Enlace55 Ethernet56 Comutadores da camada de enlace57 PPP o protocolo ponto-a-ponto58 Virtualizaccedilatildeo de enlace uma rede

como camada de enlace59 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de

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5 Camada de Enlace 5-17

Enlaces e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo

Dois tipos de enlaces Ponto-a-ponto

PPP para acesso discado

Conexatildeo entre switch Ethernet e hospedeiro

broadcast (cabo ou meio compartilhado) Ethernet tradicional Upstream HFC 80211 LAN sem fio Sateacutelite Etc

5 Camada de Enlace 5-18

Protocolos de Acesso Muacuteltiplo

canal de comunicaccedilatildeo uacutenico de broadcast interferecircncia quando dois ou mais noacutes transmitem

simultaneamente colisatildeo se um noacute receber dois ou mais sinais ao mesmo

tempo

Protocolo de acesso muacuteltiplo algoritmo distribuiacutedo que determina como os noacutes

compartilham o canal isto eacute determina quando um noacute pode transmitir

comunicaccedilatildeo sobre o compartilhamento do canal deve usar o proacuteprio canal natildeo haacute canal fora da faixa para coordenar a transmissatildeo

5 Camada de Enlace 5-19

Protocolo Ideal de Acesso Muacuteltiplo

Para um canal de broadcast com taxa de R bps

1 Quando apenas um noacute tem dados para enviar esse noacute obteacutem uma vazatildeo de R bps

2 Quando M noacutes tecircm dados para enviar cada um desses noacutes poderaacute transmitir em meacutedia a uma taxa de RM bps

3 Completamente descentralizado nenhum noacute especial (mestre) para coordenar as

transmissotildees nenhuma sincronizaccedilatildeo de reloacutegios ou slots

4 Simples para que sua implementaccedilatildeo seja barata

5 Camada de Enlace 5-20

Taxonomia dos Protocolos MACTrecircs categorias gerais Divisatildeo de Canal

divide o canal em pequenos ldquopedaccedilosrdquo (slotscompartimentos de tempo frequumlecircncia coacutedigo)

aloca pedaccedilo a um dado noacute para uso exclusivo deste Acesso Aleatoacuterio

canal natildeo eacute dividido podem ocorrer colisotildees ldquorecuperaccedilatildeordquo das colisotildees

Revezamento Noacutes se alternam em revezamento mas noacutes que

possuem mais dados a transmitir podem demorar mais quando chegar a sua vez

5 Camada de Enlace 5-21

Protocolos MAC de divisatildeo de canal TDMA

TDMA Acesso Muacuteltiplo por Divisatildeo de Tempo acesso ao canal em ldquoturnos cada estaccedilatildeo recebe um comprimento fixo de

compartimento (comprimento = tempo de tx do pacote) em cada turno

compartimentos natildeo usados permanecem ociosos Exemplo LAN com 6 estaccedilotildees compartimentos 1 3 e 4

com pacotes compartimentos 2 5 e 6 ociosos

5 Camada de Enlace 5-22

Protocolos MAC de divisatildeo de canal FDMA

FDMA Acesso Muacuteltiplo por Divisatildeo de Frequumlecircncia espectro do canal dividido em bandas de frequumlecircncia a cada estaccedilatildeo eacute atribuiacuteda uma banda fixa de frequumlecircncia tempo de transmissatildeo natildeo usado nas bandas permanecem

ociosos exemplo LAN com 6 estaccedilotildees 134 com pacotes bandas

256 ociosas

Bandas

de f

requumlecircnci

a tempo

cabo FDM

5 Camada de Enlace 5-23

Protocolos de Acesso Aleatoacuterio

Quando noacute tem um pacote para transmitirtransmite na taxa maacutexima Rnenhuma coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes

dois ou mais noacutes transmitindo ldquocolisatildeordquo O protocolo MAC de acesso aleatoacuterio

especifica como detectar colisotildeescomo se recuperar delas (atraveacutes de

retransmissotildees retardadas por exemplo) Exemplos de protocolos MAC de acesso

aleatoacuterioslotted ALOHAALOHACSMA CSMACD CSMACA

5 Camada de Enlace 5-24

Slotted ALOHA

Hipoacuteteses todos os quadros tecircm o

mesmo tamanho (L bits) tempo eacute dividido em slots

de tamanho igual tempo para transmitir 1 quadro (LR seg)

noacutes comeccedilam a transmitir quadros apenas no iniacutecio dos intervalos (slots)

noacutes satildeo sincronizados se 2 ou mais noacutes

transmitirem num slot todos os noacutes detectam a colisatildeo

Operaccedilatildeo quando o noacute obteacutem um novo

quadro ele espera ateacute o iniacutecio do proacuteximo slot e transmite o quadro inteiro

Se natildeo houver colisatildeo noacute poderaacute enviar um novo quadro no proacuteximo slot

caso haja uma colisatildeo (detectada antes do final do intervalo) noacute retransmite o quadro em cada intervalo subsequumlente com probabilidade p ateacute obter sucesso

5 Camada de Enlace 5-25

Slotted ALOHA

Vantagens uacutenico noacute ativo pode

transmitir continuamente na taxa maacutexima do canal

Altamente descentralizado apenas slots nos noacutes precisam estar sincronizados

simples

Desvantagens colisotildees slots

desperdiccedilados slots ociosos

(desperdiacutecio) noacutes podem ser capazes

de detectar colisotildees num tempo inferior ao da transmissatildeo do pacote

sincronizaccedilatildeo dos reloacutegios

5 Camada de Enlace 5-26

Eficiecircncia do Slotted Aloha

Assuma N noacutes com muitos quadros para enviar cada um transmite num slot com probabilidade p

probabilidade que noacute 1 tenha sucesso em um slot = p(1-p)N-1

probabilidade que qualquer noacute tenha sucesso = Np(1-p)N-

1

Para eficiecircncia maacutexima com N noacutes encontre p que maximiza Np(1-p)N-1

Para muitos noacutes faccedila limite para Np(1-p)N-1

quando N tende a infinito daacute 1e = 037

Eficiecircncia eacute a fraccedilatildeo de longo prazo de slots bem sucedidos quando haacute muitos noacutes cada um com muitos quadros para transmitir

Melhor caso canalusado para transmissotildees uacuteteis em 37 do tempo

5 Camada de Enlace 5-27

ALOHA Puro (sem slots) Aloha puro (sem slots) mais simples sem sincronizaccedilatildeo Ao chegar um quadro no noacute

transmite imediatamente Probabilidade de colisatildeo aumenta

quadro enviado em t0 colide com outros quadros enviados em [t0-1t0+1]

5 Camada de Enlace 5-28

Eficiecircncia do Aloha puro

P(sucesso por um dado noacute) = P(noacute transmita)

P(nenhum outro noacute transmita em [t0-1t0]

P(nenhum outro noacute transmita em [t0t0+1]

= p (1-p)N-1 (1-p)N-1

= p (1-p)2(N-1)

hellip escolhendo o valor oacutetimo de p e deixando n -gt infinito

= 1(2e) = 018 Ainda pior do que o Slotted Aloha

5 Camada de Enlace 5-29

CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)

CSMA (Carrier Sense Multiple Access) Escuta antes de transmitir (detecccedilatildeo de portadora)

Se o canal estiver livre transmite todo o quadro

Se o canal estiver ocupado adia a transmissatildeo

Analogia humana natildeo interrompa outros

5 Camada de Enlace 5-30

Colisotildees no CSMA

colisotildees ainda podem aconteceratraso de propagaccedilatildeo significa que dois noacutes podem natildeo ouvira transmissatildeo do outro colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo eacute desperdiccedilado

Disposiccedilatildeo espacial dos noacutes

notapapel da distacircncia e atraso de propagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo

5 Camada de Enlace 5-31

CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)

CSMACD detecccedilatildeo da portadora adia a transmissatildeo como no CSMAAs colisotildees satildeo detectadas em pouco tempoTransmissotildees que sofreram colisotildees satildeo

abortadas reduzindo o desperdiacutecio do canal Detecccedilatildeo de colisotildees

Faacutecil em LANs cabeadas mede a potecircncia do sinal compara o sinal recebido com o transmitido

Difiacutecil em LANs sem fio o receptor eacute desligado durante a transmissatildeo

Analogia humana bate papo educado

5 Camada de Enlace 5-32

Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD

5 Camada de Enlace 5-33

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoProtocolos MAC de divisatildeo de canal

Compartilha o canal eficientemente e de forma justa em altas cargas

Ineficiente em baixas cargas atraso no canal de acesso alocaccedilatildeo de 1N da largura de banda mesmo com apenas 1 noacute ativo

Protocolos MAC de acesso aleatoacuterioeficiente em baixas cargas um uacutenico noacute

pode utilizar completamente o canalAltas cargas overhead com colisotildees

Protocolos de revezamentoProcura oferecer o melhor dos dois mundos

5 Camada de Enlace 5-34

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo

Seleccedilatildeo (Polling) Noacute mestre ldquoconvidardquo

noacutes escravos a transmitir em revezamento

Usado tipicamente com dispositivos escravo burros

Preocupaccedilotildees Overhead com as

consultas (polling) Latecircncia Ponto uacutenico de

falha (mestre)

mestre

escravos

poll

dados

dados

5 Camada de Enlace 5-35

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo

Passagem de permissatildeo (token)

controla permissatildeo passada de um noacute para o proacuteximo de forma sequencial

mensagem de passagem da permissatildeo

preocupaccedilotildees overhead com a

passagem de permissatildeo

latecircncia Ponto uacutenico de falha

(permissatildeo)

T

dados

(nada paramandar)

T

5 Camada de Enlace 5-36

Resumo dos protocolos MAC Divisatildeo do canal por tempo frequumlecircncia ou

coacutedigoDivisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequumlecircncia

Particionamento Aleatoacuterio (dinacircmico) ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDEscutar a portadora faacutecil em algumas

tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)

CSMACD usado na EthernetCSMACA usado no 80211

RevezamentoSeleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto

central passagem de permissotildeesBluetooth FDDI Token Ring (IBM)

5 Camada de Enlace 5-37

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos52 Teacutecnicas de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de

erros 53 Protocolos de acesso muacuteltiplo 54 Endereccedilamento na Camada de Enlace55 Ethernet56 Comutadores da camada de enlace57 PPP o protocolo ponto-a-ponto58 Virtualizaccedilatildeo de enlace uma rede

como camada de enlace59 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de

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5 Camada de Enlace 5-38

Endereccedilos MAC

Endereccedilo IP de 32 bits Endereccedilos da camada de redeusado para levar o datagrama agrave subrede IP

destinoEndereccedilo MAC (ou LAN ou fiacutesico ou

Ethernet) levar o datagrama de uma interface ateacute outra

interface conectada fisicamente (na mesma rede)

Endereccedilo MAC de 48 bits (para a maioria das redes)bull gravado na ROM do adaptador ou configurado

por software

5 Camada de Enlace 5-39

Endereccedilos MAC

Cada adaptador na LAN possui um endereccedilo MAC uacutenico

Endereccedilo de Broadcast =FF-FF-FF-FF-FF-FF

= adaptador

1A-2F-BB-76-09-AD

58-23-D7-FA-20-B0

0C-C4-11-6F-E3-98

71-65-F7-2B-08-53

LAN(cabeada ousem fio)

5 Camada de Enlace 5-40

Endereccedilo MAC (cont)

Alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC gerenciada pelo IEEE Um fabricante compra uma parte do espaccedilo de

endereccedilos (para garantir unicidade) Analogia (a) endereccedilo MAC como nuacutemero do CPF (b) endereccedilo IP como endereccedilo postal (CEP) endereccedilo MAC tem estrutura linear =gt

portabilidadePode mover um cartatildeo LAN de uma LAN para

outra endereccedilo IP hieraacuterquico NAtildeO eacute portaacutetil (requer IP

moacutevel)Depende da subrede IP agrave qual o noacute estaacute

conectado

5 Camada de Enlace 5-41

ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de Resoluccedilatildeo de Endereccedilos)

Cada noacute IP (Host Roteador) de uma LAN possui tabela ARP

Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN

lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt TTL (Time To Live) tempo

a partir do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute esquecido (valor tiacutepico de 20 min)

Pergunta como obter oendereccedilo MAC de B a partir do endereccedilo IP de B

1A-2F-BB-76-09-AD

58-23-D7-FA-20-B0

0C-C4-11-6F-E3-98

71-65-F7-2B-08-53

LAN

237196723

237196778

237196714

237196788

5 Camada de Enlace 5-42

Protocolo ARP Mesma LAN (rede) A deseja enviar datagrama

para B e o endereccedilo MAC de B natildeo estaacute na tabela ARP

A difunde o pacote de solicitaccedilatildeo ARP que conteacutem o endereccedilo IP de B Endereccedilo MAC destino =

FF-FF-FF-FF-FF-FF todas as maacutequinas na

LAN recebem a consulta do ARP

B recebe o pacote ARP responde a A com o seu (de B) endereccedilo MAC Quadro enviado para o

endereccedilo MAC (unicast) de A

Uma cache (salva) o par de endereccedilos IP-para-MAC na sua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo fique antiquada (expire) lsquosoft statersquo informaccedilatildeo que expira (vai embora) a menos que seja renovada

ARP eacute ldquoplug-and-playrdquo os noacutes criam suas tabelas ARP sem a intervenccedilatildeo do administrador

da rede

5 Camada de Enlace 5-43

Roteando um pacote para outra LAN

passo a passo envio de datagrama de A para B via R assuma que A conhece o endereccedilo IP de B

Duas tabelas ARP no roteador R uma para cada rede IP (LAN)

A

RB

5 Camada de Enlace 5-44

A cria datagrama com origem A destino B A usa ARP para obter o endereccedilo MAC de R para

111111111110 A cria quadro da camada de enlace com o endereccedilo

MAC de R como destino quadro conteacutem datagrama IP de A para B

O adaptador de A envia o quadro O adaptador de R recebe o quadro R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verifica

que eacute destinado para B R usa ARP para obter o endereccedilo MAC de B R cria quadro contendo datagrama IP de A para B e o

envia para B

A

R B

Este eacute um exemplo muito importantendash garanta que vocecirc o entendeu

5 Camada de Enlace 5-45

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos52 Teacutecnicas de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de

erros 53 Protocolos de acesso muacuteltiplo 54 Endereccedilamento na Camada de Enlace55 Ethernet56 Comutadores da camada de enlace57 PPP o protocolo ponto-a-ponto58 Virtualizaccedilatildeo de enlace uma rede

como camada de enlace59 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de

paacutegina Web

5 Camada de Enlace 5-46

Ethernet Muitiacutessimo difundida porque

Muito barata R$30 para placas 10100Mbps A mais antiga das tecnologias de rede local (meados da

deacutecada de 70) Mais simples e menos cara que redes usando ficha ou

ATM Acompanhou o aumento de velocidade 10 Mbps ndash 10

Gbps

Rascunho de Metcalfe sobre o Ethernet

5 Camada de Enlace 5-47

Topologia em Estrela Topologia de barramento popular ateacute meados

dos anos 90 Todos os noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo (podem colidir

um com o outro)

Agora prevalecircncia de topologia em estrela Comutador (switch) no centro Cada porta roda o protocolo Ethernet separadamente (os

noacutes natildeo colidem uns com os outros)

barramento cabo coaxial

switch

estrela

5 Camada de Enlace 5-48

Estrutura do Quadro Ethernet

Adaptador remetente encapsula datagrama IP (ou pacote de outro protocolo da camada de rede) num Quadro Ethernet

Dados 46 a 1500 bytes Preacircmbulo 7 bytes com o padratildeo 10101010 seguidos por um byte

com o padratildeo 10101011 usado para sincronizar receptor ao reloacutegio do

remetente (reloacutegios nunca satildeo exatos eacute muito provaacutevel que exista algum desvio entre eles)

5 Camada de Enlace 5-49

Estrutura de Quadro Ethernet (cont)

Endereccedilos 6 bytes para cada endereccedilo MAC se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo destino igual

ao seu ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede

caso contraacuterio o adaptador descarta o quadro Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior

usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)

CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado

5 Camada de Enlace 5-50

Ethernet natildeo confiaacutevel e natildeo orientado para conexatildeo

Natildeo orientado para conexatildeo Natildeo haacute estabelecimento de conexatildeo (saudaccedilatildeo) entre os adaptadores transmissor e receptor

Natildeo confiaacutevel o adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador transmissorfluxo de datagramas passados para a

camada de rede pode conter falhas na sequumlecircncia

falhas seratildeo preenchidas se aplicaccedilatildeo estiver usando o TCP

caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as falhas Protocolo MAC do Ethernet CSMACD sem slots

5 Camada de Enlace 5-51

Algoritmo CSMACD do Ethernet

1 Adaptador recebe datagrama da camada de rede e cria um quadro

2 Se o adaptador percebe que o canal estaacute ocioso comeccedila a transmitir o quadro Se percebe que o canal estaacute ocupado espera que o canal fique livre e transmite

3 Se o adaptador transmitir todo o quadro sem detectar outra transmissatildeo o adaptador concluiu a operaccedilatildeo com o quadro

4 Se o adaptador detectar outra transmissatildeo enquanto estiver transmitindo aborta e envia sinal de reforccedilo de colisatildeo de 48 bits

5 Apoacutes o aborto o adaptador entra na retirada (backoff) exponencial binaacuteria apoacutes a m-eacutesima colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoriamente entre 012hellip2m-1 O adaptador espera K512 tempos de bit e retorna ao Passo 2

5 Camada de Enlace 5-52

CSMACD da Ethernet (mais)

Sinal de reforccedilo de colisatildeo garante que todos os demais transmissores estejam cientes da colisatildeo 48 bits

Tempo de Bit 01 microseg para Ethernet de 10 Mbpspara K=1023 tempo de espera de cerca de 50 mseg

Retirada Exponencial Binaacuteria

Objetivo adaptar as tentativas de retransmissatildeo agrave carga atual estimada Alta carga espera

aleatoacuteria seraacute mais longa

na primeira colisatildeo escolhe K entre 01 atraso eacute de K 512 tempos de transmissatildeo de um bit

apoacutes a segunda colisatildeo escolhe K entre 0123hellip

apoacutes 10 colisotildees escolhe K entre 01234hellip1023

Vejainteraja com o applet Java siacutetio do livroaltamente recomendaacutevel

5 Camada de Enlace 5-53

Eficiecircncia do CSMACD

tprop = atraso maacuteximo de prop entre 2 noacutes na LAN

ttrans = tempo para transmitir quadro de tamanho maacuteximo

Eficiecircncia vai para 1 agrave medida que tprop vai para 0

ttrans vai para infinito Muito melhor do que ALOHA e ainda eacute

descentralizado simples e barato

transprop tt 51

1eficiecircncia

5 Camada de Enlace 5-54

Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica

Diversos padrotildees Ethernet diferentestecircm em comum o protocolo MAC e o

formato do quadrodiferentes velocidades 2Mbps 10Mbps

100Mbps 1Gbps 10Gbpsdiferentes meios da camada fiacutesica fibra

caboaplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

protocolo MACe formato do quadro

100BASE-TX

100BASE-T4

100BASE-FX100BASE-T2

100BASE-SX 100BASE-BX

camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)

5 Camada de Enlace 5-55

10Base5

httpwwwethermanagecom

5 Camada de Enlace 5-56

10Base2

httpwwwethermanagecom

5 Camada de Enlace 5-57

10BaseT

httpwwwethermanagecom

5 Camada de Enlace 5-58

Conector RJ 45

5 Camada de Enlace 5-59

100Base-TX

httpwwwethermanagecom

5 Camada de Enlace 5-60 10

Wireless Backhaul

Carrier Ethernet Access Expansion

Voice gateway

VoiceVideoTelephony

HD TVTVoD VoD

Video Source

Gaming BusinessBackup ERP

InternetVideo Source

BusinessBroadband

E-Line andE-LAN service

GlobalNationalCarrierEthernet

GlobalNationalCarrierEthernet

SmallMedium Business

Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

ResidentialTriple-Play

FTTx DSLAM Cable Modem

Broadbandmobile datavideo

Bringing vastly extended scalability for business and residential users

ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing

5 Camada de Enlace 5-61

Carrier Ethernet Defined

bull Carrier Ethernet is a ubiquitous standardized carrier-class SERVICE defined by five attributes that distinguish Carrier Ethernet from familiar LAN based Ethernet

bull It brings the compelling business benefit of the Ethernet cost model to achieve significant savings

Carrier Ethernet

bull Scalability

bull Standardized Services

bull Service Management

bull Quality of Service

bull Reliability

Carrier Ethernet Attributes

httpwwwmetroethernetforumorg

5 Camada de Enlace 5-62

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos52 Teacutecnicas de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de acesso muacuteltiplo 54 Endereccedilamento na Camada de Enlace55 Ethernet56 Comutadores da camada de enlace57 PPP o protocolo ponto-a-ponto58 Virtualizaccedilatildeo de enlace uma rede como

camada de enlace59 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina

Web

5 Camada de Enlace 5-63

Hubs

hellip repetidores (ldquoburrosrdquo) da camada fiacutesicabits vindos de um dado link saem por todos

os outros links na mesma taxatodos os noacutes conectados ao hub podem

colidir uns com os outrosnatildeo haacute bufferizaccedilatildeo de quadrosnatildeo implementa CSMACD no hub cartotildees

do hospedeiro detectam as colisotildees

par tranccedilado

hub

5 Camada de Enlace 5-64

Comutador (switch)

Dispositivo da camada de enlace mais inteligentes que os hubs tecircm papel ativo armazena e retransmite quadros Ethernetexamina o cabeccedilalho do quadro e

seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento

transparentehospedeiros ignoram a presenccedila dos

switches plug-and-play self-learning (autodidatas)

os comutadores natildeo necessitam ser configurados

5 Camada de Enlace 5-65

Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas

hospedeiros tecircm conexatildeo direta e dedicada para o switch

os switches armazenam quadros

o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplex cada link eacute o seu proacuteprio

domiacutenio de colisatildeo comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-

para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees isto natildeo eacute possiacutevel com hubs

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

switch com seis interfaces(123456)

1 23

45

6

5 Camada de Enlace 5-66

Tabela de Comutaccedilatildeo

P como eacute que o switch sabe que Arsquo eacute alcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel a partir da interface 5

R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutem (endereccedilo MAC do hospedeiro

interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)

parece uma tabela de roteamento P como satildeo criadas e mantidas as

entradas na tabela de comutaccedilatildeo haacute algo como um protocolo de

roteamento

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

switch with six interfaces(123456)

1 23

45

6

5 Camada de Enlace 5-67

switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfaces quando um quadro eacute

recebido o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada

registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo

Switch autoaprendizagem

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 23

45

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

5 Camada de Enlace 5-685 Camada de Enlace

Switch FiltragemRepasse de quadrosQuando um comutador recebe um quadroregistra o link associado com o hospedeiro

transmissorindexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo

MAC do destinoif entrada encontrada para o destino

then if dest estiver no segmento de onde veio o

quadro then descarta o quadro else repassa o quadro na interface indicada else usa inundaccedilatildeoRepassa o quadro para todas as

demais interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido

5 Camada de Enlace 5-69

Exemplo de auto aprendizagem e repasse

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 23

45

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo

destino do quadro desconhecido inundaccedilatildeo

Arsquo A

local do destino A conhecido

Arsquo 4 60

transmissatildeo seletiva

5 Camada de Enlace 5-70

Exemplo com comutador

Suponha que C envia quadro para D

comutador recebe o quadro vindo de C anota na tabela de comutaccedilatildeo que C estaacute na interface 1 dado que D natildeo se encontra na tabela encaminha o quadro para as

demais interfaces 2 e 3

quadro eacute recebido por D

hub

hub hub

comutador

A

B CD

EF G H

I

endereccedilointerface

ABEG

1123

12 3

5 Camada de Enlace 5-71

Exemplo com comutador

Suponha que D responde com um quadro para C

comutador recebe o quadro vindo de D anota na tabela de comutaccedilatildeo que D estaacute na interface 2 dado que C estaacute na tabela encaminha o quadro apenas na interface

1

quadro eacute recebido por C

hub

hub hub

comutador

A

B CD

EF G H

I

interface

ABEGC

11231

endereccedilo

5 Camada de Enlace 5-72

Interligaccedilatildeo de comutadores

Podemos interligar comutadores (switches)

A

B

P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe que deve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3

R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenico comutador)

S1

C D

E

FS2

S4

S3

HI

G

5 Camada de Enlace 5-73

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde

para C

P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4

A

B

S1

C D

E

FS2

S4

S3

HI

G

1

2

5 Camada de Enlace 5-74

Rede Institucionalcorporativa

5 Camada de Enlace 5-75

Rede institucional

Para redeexterna

roteador

Subrede IP

Servidor de mensagens

Servidor web

5 Camada de Enlace 5-76

Comutadores versus Roteadores ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa

roteadores dispositivos da camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)

comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace roteadores mantecircm tabelas de roteamento

implementam algoritmos de roteamento comutadores mantecircm tabelas de comutaccedilatildeo

implementam filtragem algoritmos de aprendizagem

5 Camada de Enlace 5-77

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos52 Teacutecnicas de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de acesso muacuteltiplo 54 Endereccedilamento na Camada de Enlace55 Ethernet56 Comutadores da camada de enlace57 PPP o protocolo ponto-a-ponto58 Virtualizaccedilatildeo de enlace uma rede como

camada de enlace59 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina

Web

5 Camada de Enlace 5-78

Siacutentese um dia na vida de um pedido web jornada completa atravessando toda a pilha de

protocolos aplicaccedilatildeo transporte rede enlace

colocando tudo junto siacutentese objetivo identificar revisar entender os

protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web

cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom

5 Camada de Enlace 5-79

Um dia na vida cenaacuterio

rede da Comcast68800013

rede do Google64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola68802024

paacutegina web

navegador

5 Camada de Enlace 5-80

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPDHCP

quadro Ethernet difundido (dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador que executa o servidor DHCP

Ethernet demultiplexado para IP demultiplexado para UDP e demultiplexado paraDHCP

o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilo do primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP Solicitaccedilatildeo DHCP encapsulada em UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023 Ethernet

5 Camada de Enlace 5-81

roteador(roda DHCP)

servidor DHCP prepara ACK DHCP contendo endereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiro roteador nome e endereccedilo IP do servidor DNS

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

encapsulamento no servidor DHCP quadro repassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente

Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador

cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

5 Camada de Enlace 5-82

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

consulta DNS criada encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviar quadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP

consulta ARP difundida recebida pelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccedilo MAC da interface do roteador

o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiro roteador podendo agora enviar o quadro contendo a consulta DNS

ARP query

EthPhy

ARP

ARP

ARP reply

antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS

5 Camada de Enlace 5-83

roteador(roda DHCP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

DNS

datagrama IP conteacutem consulta DNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador

datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelos protocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS

demultiplexado pelo servidor DNS

servidor DNS responde ao cliente com o endereccedilo IP de wwwgooglecom

rede da Comcast68800013

servidor DNS

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

Um dia na vidahellip usando DNS

5 Camada de Enlace 5-84

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP

HTTPTCPIP

EthPhy

HTTP

para enviar pedido HTTP cliente primeiro abre um socket TCP para o servidor web segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web

conexatildeo TCP estabelecida64233169105

servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCPIP

EthPhy

SYN

SYN

SYN

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)

5 Camada de Enlace 5-85

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP

HTTPTCPIP

EthPhy

HTTP

solicitaccedilatildeo HTTP enviada para o socket TCP datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhado para wwwgooglecom

datagrama IP com a resposta HTTP eacute encaminhado de volta para o cliente

64233169105

servidor web

HTTPTCPIP

EthPhy

servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTPHTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

paacutegina web finalmente() apresentada

5 Camada de Enlace 5-86

Capiacutetulo 5 Resumo

princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dados detecccedilatildeo correccedilatildeo de erros compartilhamento de canal de difusatildeo acesso

muacuteltiplo endereccedilamento da camada de enlace

instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlace Ethernet LANs comutadas redes virtualizadas como camada de enlace MPLS

siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web

  • Capiacutetulo 5 A Camada de Enlace e Redes Locais
  • Camada de Enlace
  • Camada de Enlace Introduccedilatildeo
  • Camada de Enlace Contexto
  • Serviccedilos da Camada de Enlace
  • Serviccedilos da Camada de Enlace (mais)
  • Onde a camada de enlace eacute implementada
  • Comunicaccedilatildeo entre Adaptadores
  • Camada de Enlace (2)
  • Detecccedilatildeo de Erros
  • Verificaccedilotildees de Paridade
  • Soma de verificaccedilatildeo da Internet
  • Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica (CRC)
  • Exemplo de CRC
  • Implementaccedilatildeo em Hardware
  • Camada de Enlace (3)
  • Enlaces e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolo Ideal de Acesso Muacuteltiplo
  • Taxonomia dos Protocolos MAC
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal TDMA
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal FDMA
  • Protocolos de Acesso Aleatoacuterio
  • Slotted ALOHA
  • Slotted ALOHA (2)
  • Eficiecircncia do Slotted Aloha
  • ALOHA Puro (sem slots)
  • Eficiecircncia do Aloha puro
  • CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)
  • Colisotildees no CSMA
  • CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)
  • Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (2)
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (3)
  • Resumo dos protocolos MAC
  • Camada de Enlace (4)
  • Endereccedilos MAC
  • Endereccedilos MAC (2)
  • Endereccedilo MAC (cont)
  • ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de Resoluccedilatildeo de En
  • Protocolo ARP Mesma LAN (rede)
  • Roteando um pacote para outra LAN
  • Slide 44
  • Camada de Enlace (5)
  • Ethernet
  • Topologia em Estrela
  • Estrutura do Quadro Ethernet
  • Estrutura de Quadro Ethernet (cont)
  • Ethernet natildeo confiaacutevel e natildeo orientado para conexatildeo
  • Algoritmo CSMACD do Ethernet
  • CSMACD da Ethernet (mais)
  • Eficiecircncia do CSMACD
  • Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
  • 10Base5
  • 10Base2
  • 10BaseT
  • Conector RJ 45
  • 100Base-TX
  • Slide 60
  • Carrier Ethernet Defined
  • Camada de Enlace (6)
  • Hubs
  • Comutador (switch)
  • Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
  • Tabela de Comutaccedilatildeo
  • Switch autoaprendizagem
  • Switch FiltragemRepasse de quadros
  • Exemplo de auto aprendizagem e repasse
  • Exemplo com comutador
  • Exemplo com comutador (2)
  • Interligaccedilatildeo de comutadores
  • Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores
  • Rede Institucionalcorporativa
  • Rede institucional
  • Comutadores versus Roteadores
  • Camada de Enlace (7)
  • Siacutentese um dia na vida de um pedido web
  • Um dia na vida cenaacuterio
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet (2)
  • Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
  • Um dia na vidahellip usando DNS
  • Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
  • Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
  • Capiacutetulo 5 Resumo
Page 7: 5: Camada de Enlace 5-1 Capítulo 5: A Camada de Enlace e Redes Locais Nossos objetivos: Entender os princípios por trás dos serviços da camada de enlace

5 Camada de Enlace 5-7

Onde a camada de enlace eacute implementada

em cada um dos hospedeiros

camada de enlace implementada no ldquoadaptadorrdquo (NIC ndash Network Interface Card) placa Ethernet cartatildeo

PCMCIA cartatildeo 80211 implementa as camadas

de enlace e fiacutesica conecta ao barramento

de sistema do hospedeiro

combinaccedilatildeo de hardware software e firmware

controlador

Transmissatildeofiacutesica

cpu memoacuteria

barramentodo hospedeiro(ex PCI)

placa de rede

Diagrama de blocos do hospedeiro

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlace

enlacefiacutesica

5 Camada de Enlace 5-8

Comunicaccedilatildeo entre Adaptadores

lado transmissor Encapsula o datagrama

em um quadro Adiciona bits de

verificaccedilatildeo de erro transferecircncia confiaacutevel de dados controle de fluxo etc

lado receptor verifica erros transporte

confiaacutevel controle de fluxo etc

extrai o datagrama passa-o para o noacute receptor

Controla-dora

Controla-dora

transmissor receptor

datagrama datagrama

datagrama

quadro

5 Camada de Enlace 5-9

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos52 Teacutecnicas de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de

erros 53 Protocolos de acesso muacuteltiplo 54 Endereccedilamento na Camada de Enlace55 Ethernet56 Comutadores da camada de enlace57 PPP o protocolo ponto-a-ponto58 Virtualizaccedilatildeo de enlace uma rede

como camada de enlace59 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de

paacutegina Web

5 Camada de Enlace 5-10

Detecccedilatildeo de ErrosEDC= bits de Detecccedilatildeo e Correccedilatildeo de Erros (redundacircncia)D = Dados protegidos por verificaccedilatildeo de erros podem incluir alguns campos do cabeccedilalho bull detecccedilatildeo de erros natildeo eacute 100 confiaacutevel

bull protocolos podem deixar passar alguns erros mas eacute rarobull quanto maior o campo EDC melhor seraacute a capacidade de

detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

5 Camada de Enlace 5-11

Verificaccedilotildees de Paridade

Paridade de 1 BitDetecta erros em um uacutenico bit

Paridade BidimensionalDetecta e corrige erro em um uacutenico bit

5 Camada de Enlace 5-12

Soma de verificaccedilatildeo da Internet

Transmissor trata o conteuacutedo do

segmento como uma sequumlecircncia de inteiros de 16 bits

Soma de verificaccedilatildeo adiccedilatildeo (complemento de 1 da soma ) do conteuacutedo do segmento

transmissor coloca o valor do checksum no campo de checksum UDP

Receptor calcula a soma de

verificaccedilatildeo do segmento recebido

verifica se o resultado eacute igual ao valor do campo da soma de verificaccedilatildeo NAtildeO - erro detectado SIM - nenhum erro foi

detectado Mas pode conter erros Mais sobre isto posteriormente hellip

Objetivo detectar ldquoerrosrdquo (ex bits trocados) no segmento transmitido (nota usado apenas na camada de transporte)

5 Camada de Enlace 5-13

Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica (CRC) Dados considerados como a sequumlecircncia de coeficientes de um

polinocircmio (D) Eacute escolhido um polinocircmio Gerador (G) (=gt r+1 bits)

Divide-se (moacutedulo 2) o polinocircmio D2r por G Acrescenta-se o resto (R) a D Observa-se que por construccedilatildeo a nova sequumlecircncia ltDRgt agora eacute exatamente divisiacutevel por G

Receptor conhece G divide ltDRgt por G Caso o resto seja diferente de zero detectado erro

Pode detectar todos os erros em rajadas menores do que r+1 bits

Largamente usado na praacutetica (Ethernet 80211 WiFi ATM)

5 Camada de Enlace 5-14

Exemplo de CRC

Queremos

D2r XOR R = nGde forma equivalente

D2r = nG XOR R de forma equivalente se dividirmos D2r

por G queremos o resto R

G

DR

r2resto

101110000 10011001 101011 1010 1001 1100 1001 1010 1001 011

D G

R

5 Camada de Enlace 5-15

Implementaccedilatildeo em Hardware

Aring

G=1001

D2r=101110000

5 Camada de Enlace 5-16

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos52 Teacutecnicas de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de

erros 53 Protocolos de acesso muacuteltiplo 54 Endereccedilamento na Camada de Enlace55 Ethernet56 Comutadores da camada de enlace57 PPP o protocolo ponto-a-ponto58 Virtualizaccedilatildeo de enlace uma rede

como camada de enlace59 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de

paacutegina Web

5 Camada de Enlace 5-17

Enlaces e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo

Dois tipos de enlaces Ponto-a-ponto

PPP para acesso discado

Conexatildeo entre switch Ethernet e hospedeiro

broadcast (cabo ou meio compartilhado) Ethernet tradicional Upstream HFC 80211 LAN sem fio Sateacutelite Etc

5 Camada de Enlace 5-18

Protocolos de Acesso Muacuteltiplo

canal de comunicaccedilatildeo uacutenico de broadcast interferecircncia quando dois ou mais noacutes transmitem

simultaneamente colisatildeo se um noacute receber dois ou mais sinais ao mesmo

tempo

Protocolo de acesso muacuteltiplo algoritmo distribuiacutedo que determina como os noacutes

compartilham o canal isto eacute determina quando um noacute pode transmitir

comunicaccedilatildeo sobre o compartilhamento do canal deve usar o proacuteprio canal natildeo haacute canal fora da faixa para coordenar a transmissatildeo

5 Camada de Enlace 5-19

Protocolo Ideal de Acesso Muacuteltiplo

Para um canal de broadcast com taxa de R bps

1 Quando apenas um noacute tem dados para enviar esse noacute obteacutem uma vazatildeo de R bps

2 Quando M noacutes tecircm dados para enviar cada um desses noacutes poderaacute transmitir em meacutedia a uma taxa de RM bps

3 Completamente descentralizado nenhum noacute especial (mestre) para coordenar as

transmissotildees nenhuma sincronizaccedilatildeo de reloacutegios ou slots

4 Simples para que sua implementaccedilatildeo seja barata

5 Camada de Enlace 5-20

Taxonomia dos Protocolos MACTrecircs categorias gerais Divisatildeo de Canal

divide o canal em pequenos ldquopedaccedilosrdquo (slotscompartimentos de tempo frequumlecircncia coacutedigo)

aloca pedaccedilo a um dado noacute para uso exclusivo deste Acesso Aleatoacuterio

canal natildeo eacute dividido podem ocorrer colisotildees ldquorecuperaccedilatildeordquo das colisotildees

Revezamento Noacutes se alternam em revezamento mas noacutes que

possuem mais dados a transmitir podem demorar mais quando chegar a sua vez

5 Camada de Enlace 5-21

Protocolos MAC de divisatildeo de canal TDMA

TDMA Acesso Muacuteltiplo por Divisatildeo de Tempo acesso ao canal em ldquoturnos cada estaccedilatildeo recebe um comprimento fixo de

compartimento (comprimento = tempo de tx do pacote) em cada turno

compartimentos natildeo usados permanecem ociosos Exemplo LAN com 6 estaccedilotildees compartimentos 1 3 e 4

com pacotes compartimentos 2 5 e 6 ociosos

5 Camada de Enlace 5-22

Protocolos MAC de divisatildeo de canal FDMA

FDMA Acesso Muacuteltiplo por Divisatildeo de Frequumlecircncia espectro do canal dividido em bandas de frequumlecircncia a cada estaccedilatildeo eacute atribuiacuteda uma banda fixa de frequumlecircncia tempo de transmissatildeo natildeo usado nas bandas permanecem

ociosos exemplo LAN com 6 estaccedilotildees 134 com pacotes bandas

256 ociosas

Bandas

de f

requumlecircnci

a tempo

cabo FDM

5 Camada de Enlace 5-23

Protocolos de Acesso Aleatoacuterio

Quando noacute tem um pacote para transmitirtransmite na taxa maacutexima Rnenhuma coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes

dois ou mais noacutes transmitindo ldquocolisatildeordquo O protocolo MAC de acesso aleatoacuterio

especifica como detectar colisotildeescomo se recuperar delas (atraveacutes de

retransmissotildees retardadas por exemplo) Exemplos de protocolos MAC de acesso

aleatoacuterioslotted ALOHAALOHACSMA CSMACD CSMACA

5 Camada de Enlace 5-24

Slotted ALOHA

Hipoacuteteses todos os quadros tecircm o

mesmo tamanho (L bits) tempo eacute dividido em slots

de tamanho igual tempo para transmitir 1 quadro (LR seg)

noacutes comeccedilam a transmitir quadros apenas no iniacutecio dos intervalos (slots)

noacutes satildeo sincronizados se 2 ou mais noacutes

transmitirem num slot todos os noacutes detectam a colisatildeo

Operaccedilatildeo quando o noacute obteacutem um novo

quadro ele espera ateacute o iniacutecio do proacuteximo slot e transmite o quadro inteiro

Se natildeo houver colisatildeo noacute poderaacute enviar um novo quadro no proacuteximo slot

caso haja uma colisatildeo (detectada antes do final do intervalo) noacute retransmite o quadro em cada intervalo subsequumlente com probabilidade p ateacute obter sucesso

5 Camada de Enlace 5-25

Slotted ALOHA

Vantagens uacutenico noacute ativo pode

transmitir continuamente na taxa maacutexima do canal

Altamente descentralizado apenas slots nos noacutes precisam estar sincronizados

simples

Desvantagens colisotildees slots

desperdiccedilados slots ociosos

(desperdiacutecio) noacutes podem ser capazes

de detectar colisotildees num tempo inferior ao da transmissatildeo do pacote

sincronizaccedilatildeo dos reloacutegios

5 Camada de Enlace 5-26

Eficiecircncia do Slotted Aloha

Assuma N noacutes com muitos quadros para enviar cada um transmite num slot com probabilidade p

probabilidade que noacute 1 tenha sucesso em um slot = p(1-p)N-1

probabilidade que qualquer noacute tenha sucesso = Np(1-p)N-

1

Para eficiecircncia maacutexima com N noacutes encontre p que maximiza Np(1-p)N-1

Para muitos noacutes faccedila limite para Np(1-p)N-1

quando N tende a infinito daacute 1e = 037

Eficiecircncia eacute a fraccedilatildeo de longo prazo de slots bem sucedidos quando haacute muitos noacutes cada um com muitos quadros para transmitir

Melhor caso canalusado para transmissotildees uacuteteis em 37 do tempo

5 Camada de Enlace 5-27

ALOHA Puro (sem slots) Aloha puro (sem slots) mais simples sem sincronizaccedilatildeo Ao chegar um quadro no noacute

transmite imediatamente Probabilidade de colisatildeo aumenta

quadro enviado em t0 colide com outros quadros enviados em [t0-1t0+1]

5 Camada de Enlace 5-28

Eficiecircncia do Aloha puro

P(sucesso por um dado noacute) = P(noacute transmita)

P(nenhum outro noacute transmita em [t0-1t0]

P(nenhum outro noacute transmita em [t0t0+1]

= p (1-p)N-1 (1-p)N-1

= p (1-p)2(N-1)

hellip escolhendo o valor oacutetimo de p e deixando n -gt infinito

= 1(2e) = 018 Ainda pior do que o Slotted Aloha

5 Camada de Enlace 5-29

CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)

CSMA (Carrier Sense Multiple Access) Escuta antes de transmitir (detecccedilatildeo de portadora)

Se o canal estiver livre transmite todo o quadro

Se o canal estiver ocupado adia a transmissatildeo

Analogia humana natildeo interrompa outros

5 Camada de Enlace 5-30

Colisotildees no CSMA

colisotildees ainda podem aconteceratraso de propagaccedilatildeo significa que dois noacutes podem natildeo ouvira transmissatildeo do outro colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo eacute desperdiccedilado

Disposiccedilatildeo espacial dos noacutes

notapapel da distacircncia e atraso de propagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo

5 Camada de Enlace 5-31

CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)

CSMACD detecccedilatildeo da portadora adia a transmissatildeo como no CSMAAs colisotildees satildeo detectadas em pouco tempoTransmissotildees que sofreram colisotildees satildeo

abortadas reduzindo o desperdiacutecio do canal Detecccedilatildeo de colisotildees

Faacutecil em LANs cabeadas mede a potecircncia do sinal compara o sinal recebido com o transmitido

Difiacutecil em LANs sem fio o receptor eacute desligado durante a transmissatildeo

Analogia humana bate papo educado

5 Camada de Enlace 5-32

Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD

5 Camada de Enlace 5-33

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoProtocolos MAC de divisatildeo de canal

Compartilha o canal eficientemente e de forma justa em altas cargas

Ineficiente em baixas cargas atraso no canal de acesso alocaccedilatildeo de 1N da largura de banda mesmo com apenas 1 noacute ativo

Protocolos MAC de acesso aleatoacuterioeficiente em baixas cargas um uacutenico noacute

pode utilizar completamente o canalAltas cargas overhead com colisotildees

Protocolos de revezamentoProcura oferecer o melhor dos dois mundos

5 Camada de Enlace 5-34

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo

Seleccedilatildeo (Polling) Noacute mestre ldquoconvidardquo

noacutes escravos a transmitir em revezamento

Usado tipicamente com dispositivos escravo burros

Preocupaccedilotildees Overhead com as

consultas (polling) Latecircncia Ponto uacutenico de

falha (mestre)

mestre

escravos

poll

dados

dados

5 Camada de Enlace 5-35

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo

Passagem de permissatildeo (token)

controla permissatildeo passada de um noacute para o proacuteximo de forma sequencial

mensagem de passagem da permissatildeo

preocupaccedilotildees overhead com a

passagem de permissatildeo

latecircncia Ponto uacutenico de falha

(permissatildeo)

T

dados

(nada paramandar)

T

5 Camada de Enlace 5-36

Resumo dos protocolos MAC Divisatildeo do canal por tempo frequumlecircncia ou

coacutedigoDivisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequumlecircncia

Particionamento Aleatoacuterio (dinacircmico) ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDEscutar a portadora faacutecil em algumas

tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)

CSMACD usado na EthernetCSMACA usado no 80211

RevezamentoSeleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto

central passagem de permissotildeesBluetooth FDDI Token Ring (IBM)

5 Camada de Enlace 5-37

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos52 Teacutecnicas de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de

erros 53 Protocolos de acesso muacuteltiplo 54 Endereccedilamento na Camada de Enlace55 Ethernet56 Comutadores da camada de enlace57 PPP o protocolo ponto-a-ponto58 Virtualizaccedilatildeo de enlace uma rede

como camada de enlace59 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de

paacutegina Web

5 Camada de Enlace 5-38

Endereccedilos MAC

Endereccedilo IP de 32 bits Endereccedilos da camada de redeusado para levar o datagrama agrave subrede IP

destinoEndereccedilo MAC (ou LAN ou fiacutesico ou

Ethernet) levar o datagrama de uma interface ateacute outra

interface conectada fisicamente (na mesma rede)

Endereccedilo MAC de 48 bits (para a maioria das redes)bull gravado na ROM do adaptador ou configurado

por software

5 Camada de Enlace 5-39

Endereccedilos MAC

Cada adaptador na LAN possui um endereccedilo MAC uacutenico

Endereccedilo de Broadcast =FF-FF-FF-FF-FF-FF

= adaptador

1A-2F-BB-76-09-AD

58-23-D7-FA-20-B0

0C-C4-11-6F-E3-98

71-65-F7-2B-08-53

LAN(cabeada ousem fio)

5 Camada de Enlace 5-40

Endereccedilo MAC (cont)

Alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC gerenciada pelo IEEE Um fabricante compra uma parte do espaccedilo de

endereccedilos (para garantir unicidade) Analogia (a) endereccedilo MAC como nuacutemero do CPF (b) endereccedilo IP como endereccedilo postal (CEP) endereccedilo MAC tem estrutura linear =gt

portabilidadePode mover um cartatildeo LAN de uma LAN para

outra endereccedilo IP hieraacuterquico NAtildeO eacute portaacutetil (requer IP

moacutevel)Depende da subrede IP agrave qual o noacute estaacute

conectado

5 Camada de Enlace 5-41

ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de Resoluccedilatildeo de Endereccedilos)

Cada noacute IP (Host Roteador) de uma LAN possui tabela ARP

Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN

lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt TTL (Time To Live) tempo

a partir do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute esquecido (valor tiacutepico de 20 min)

Pergunta como obter oendereccedilo MAC de B a partir do endereccedilo IP de B

1A-2F-BB-76-09-AD

58-23-D7-FA-20-B0

0C-C4-11-6F-E3-98

71-65-F7-2B-08-53

LAN

237196723

237196778

237196714

237196788

5 Camada de Enlace 5-42

Protocolo ARP Mesma LAN (rede) A deseja enviar datagrama

para B e o endereccedilo MAC de B natildeo estaacute na tabela ARP

A difunde o pacote de solicitaccedilatildeo ARP que conteacutem o endereccedilo IP de B Endereccedilo MAC destino =

FF-FF-FF-FF-FF-FF todas as maacutequinas na

LAN recebem a consulta do ARP

B recebe o pacote ARP responde a A com o seu (de B) endereccedilo MAC Quadro enviado para o

endereccedilo MAC (unicast) de A

Uma cache (salva) o par de endereccedilos IP-para-MAC na sua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo fique antiquada (expire) lsquosoft statersquo informaccedilatildeo que expira (vai embora) a menos que seja renovada

ARP eacute ldquoplug-and-playrdquo os noacutes criam suas tabelas ARP sem a intervenccedilatildeo do administrador

da rede

5 Camada de Enlace 5-43

Roteando um pacote para outra LAN

passo a passo envio de datagrama de A para B via R assuma que A conhece o endereccedilo IP de B

Duas tabelas ARP no roteador R uma para cada rede IP (LAN)

A

RB

5 Camada de Enlace 5-44

A cria datagrama com origem A destino B A usa ARP para obter o endereccedilo MAC de R para

111111111110 A cria quadro da camada de enlace com o endereccedilo

MAC de R como destino quadro conteacutem datagrama IP de A para B

O adaptador de A envia o quadro O adaptador de R recebe o quadro R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verifica

que eacute destinado para B R usa ARP para obter o endereccedilo MAC de B R cria quadro contendo datagrama IP de A para B e o

envia para B

A

R B

Este eacute um exemplo muito importantendash garanta que vocecirc o entendeu

5 Camada de Enlace 5-45

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos52 Teacutecnicas de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de

erros 53 Protocolos de acesso muacuteltiplo 54 Endereccedilamento na Camada de Enlace55 Ethernet56 Comutadores da camada de enlace57 PPP o protocolo ponto-a-ponto58 Virtualizaccedilatildeo de enlace uma rede

como camada de enlace59 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de

paacutegina Web

5 Camada de Enlace 5-46

Ethernet Muitiacutessimo difundida porque

Muito barata R$30 para placas 10100Mbps A mais antiga das tecnologias de rede local (meados da

deacutecada de 70) Mais simples e menos cara que redes usando ficha ou

ATM Acompanhou o aumento de velocidade 10 Mbps ndash 10

Gbps

Rascunho de Metcalfe sobre o Ethernet

5 Camada de Enlace 5-47

Topologia em Estrela Topologia de barramento popular ateacute meados

dos anos 90 Todos os noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo (podem colidir

um com o outro)

Agora prevalecircncia de topologia em estrela Comutador (switch) no centro Cada porta roda o protocolo Ethernet separadamente (os

noacutes natildeo colidem uns com os outros)

barramento cabo coaxial

switch

estrela

5 Camada de Enlace 5-48

Estrutura do Quadro Ethernet

Adaptador remetente encapsula datagrama IP (ou pacote de outro protocolo da camada de rede) num Quadro Ethernet

Dados 46 a 1500 bytes Preacircmbulo 7 bytes com o padratildeo 10101010 seguidos por um byte

com o padratildeo 10101011 usado para sincronizar receptor ao reloacutegio do

remetente (reloacutegios nunca satildeo exatos eacute muito provaacutevel que exista algum desvio entre eles)

5 Camada de Enlace 5-49

Estrutura de Quadro Ethernet (cont)

Endereccedilos 6 bytes para cada endereccedilo MAC se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo destino igual

ao seu ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede

caso contraacuterio o adaptador descarta o quadro Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior

usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)

CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado

5 Camada de Enlace 5-50

Ethernet natildeo confiaacutevel e natildeo orientado para conexatildeo

Natildeo orientado para conexatildeo Natildeo haacute estabelecimento de conexatildeo (saudaccedilatildeo) entre os adaptadores transmissor e receptor

Natildeo confiaacutevel o adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador transmissorfluxo de datagramas passados para a

camada de rede pode conter falhas na sequumlecircncia

falhas seratildeo preenchidas se aplicaccedilatildeo estiver usando o TCP

caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as falhas Protocolo MAC do Ethernet CSMACD sem slots

5 Camada de Enlace 5-51

Algoritmo CSMACD do Ethernet

1 Adaptador recebe datagrama da camada de rede e cria um quadro

2 Se o adaptador percebe que o canal estaacute ocioso comeccedila a transmitir o quadro Se percebe que o canal estaacute ocupado espera que o canal fique livre e transmite

3 Se o adaptador transmitir todo o quadro sem detectar outra transmissatildeo o adaptador concluiu a operaccedilatildeo com o quadro

4 Se o adaptador detectar outra transmissatildeo enquanto estiver transmitindo aborta e envia sinal de reforccedilo de colisatildeo de 48 bits

5 Apoacutes o aborto o adaptador entra na retirada (backoff) exponencial binaacuteria apoacutes a m-eacutesima colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoriamente entre 012hellip2m-1 O adaptador espera K512 tempos de bit e retorna ao Passo 2

5 Camada de Enlace 5-52

CSMACD da Ethernet (mais)

Sinal de reforccedilo de colisatildeo garante que todos os demais transmissores estejam cientes da colisatildeo 48 bits

Tempo de Bit 01 microseg para Ethernet de 10 Mbpspara K=1023 tempo de espera de cerca de 50 mseg

Retirada Exponencial Binaacuteria

Objetivo adaptar as tentativas de retransmissatildeo agrave carga atual estimada Alta carga espera

aleatoacuteria seraacute mais longa

na primeira colisatildeo escolhe K entre 01 atraso eacute de K 512 tempos de transmissatildeo de um bit

apoacutes a segunda colisatildeo escolhe K entre 0123hellip

apoacutes 10 colisotildees escolhe K entre 01234hellip1023

Vejainteraja com o applet Java siacutetio do livroaltamente recomendaacutevel

5 Camada de Enlace 5-53

Eficiecircncia do CSMACD

tprop = atraso maacuteximo de prop entre 2 noacutes na LAN

ttrans = tempo para transmitir quadro de tamanho maacuteximo

Eficiecircncia vai para 1 agrave medida que tprop vai para 0

ttrans vai para infinito Muito melhor do que ALOHA e ainda eacute

descentralizado simples e barato

transprop tt 51

1eficiecircncia

5 Camada de Enlace 5-54

Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica

Diversos padrotildees Ethernet diferentestecircm em comum o protocolo MAC e o

formato do quadrodiferentes velocidades 2Mbps 10Mbps

100Mbps 1Gbps 10Gbpsdiferentes meios da camada fiacutesica fibra

caboaplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

protocolo MACe formato do quadro

100BASE-TX

100BASE-T4

100BASE-FX100BASE-T2

100BASE-SX 100BASE-BX

camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)

5 Camada de Enlace 5-55

10Base5

httpwwwethermanagecom

5 Camada de Enlace 5-56

10Base2

httpwwwethermanagecom

5 Camada de Enlace 5-57

10BaseT

httpwwwethermanagecom

5 Camada de Enlace 5-58

Conector RJ 45

5 Camada de Enlace 5-59

100Base-TX

httpwwwethermanagecom

5 Camada de Enlace 5-60 10

Wireless Backhaul

Carrier Ethernet Access Expansion

Voice gateway

VoiceVideoTelephony

HD TVTVoD VoD

Video Source

Gaming BusinessBackup ERP

InternetVideo Source

BusinessBroadband

E-Line andE-LAN service

GlobalNationalCarrierEthernet

GlobalNationalCarrierEthernet

SmallMedium Business

Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

ResidentialTriple-Play

FTTx DSLAM Cable Modem

Broadbandmobile datavideo

Bringing vastly extended scalability for business and residential users

ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing

5 Camada de Enlace 5-61

Carrier Ethernet Defined

bull Carrier Ethernet is a ubiquitous standardized carrier-class SERVICE defined by five attributes that distinguish Carrier Ethernet from familiar LAN based Ethernet

bull It brings the compelling business benefit of the Ethernet cost model to achieve significant savings

Carrier Ethernet

bull Scalability

bull Standardized Services

bull Service Management

bull Quality of Service

bull Reliability

Carrier Ethernet Attributes

httpwwwmetroethernetforumorg

5 Camada de Enlace 5-62

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos52 Teacutecnicas de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de acesso muacuteltiplo 54 Endereccedilamento na Camada de Enlace55 Ethernet56 Comutadores da camada de enlace57 PPP o protocolo ponto-a-ponto58 Virtualizaccedilatildeo de enlace uma rede como

camada de enlace59 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina

Web

5 Camada de Enlace 5-63

Hubs

hellip repetidores (ldquoburrosrdquo) da camada fiacutesicabits vindos de um dado link saem por todos

os outros links na mesma taxatodos os noacutes conectados ao hub podem

colidir uns com os outrosnatildeo haacute bufferizaccedilatildeo de quadrosnatildeo implementa CSMACD no hub cartotildees

do hospedeiro detectam as colisotildees

par tranccedilado

hub

5 Camada de Enlace 5-64

Comutador (switch)

Dispositivo da camada de enlace mais inteligentes que os hubs tecircm papel ativo armazena e retransmite quadros Ethernetexamina o cabeccedilalho do quadro e

seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento

transparentehospedeiros ignoram a presenccedila dos

switches plug-and-play self-learning (autodidatas)

os comutadores natildeo necessitam ser configurados

5 Camada de Enlace 5-65

Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas

hospedeiros tecircm conexatildeo direta e dedicada para o switch

os switches armazenam quadros

o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplex cada link eacute o seu proacuteprio

domiacutenio de colisatildeo comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-

para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees isto natildeo eacute possiacutevel com hubs

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

switch com seis interfaces(123456)

1 23

45

6

5 Camada de Enlace 5-66

Tabela de Comutaccedilatildeo

P como eacute que o switch sabe que Arsquo eacute alcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel a partir da interface 5

R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutem (endereccedilo MAC do hospedeiro

interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)

parece uma tabela de roteamento P como satildeo criadas e mantidas as

entradas na tabela de comutaccedilatildeo haacute algo como um protocolo de

roteamento

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

switch with six interfaces(123456)

1 23

45

6

5 Camada de Enlace 5-67

switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfaces quando um quadro eacute

recebido o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada

registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo

Switch autoaprendizagem

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 23

45

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

5 Camada de Enlace 5-685 Camada de Enlace

Switch FiltragemRepasse de quadrosQuando um comutador recebe um quadroregistra o link associado com o hospedeiro

transmissorindexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo

MAC do destinoif entrada encontrada para o destino

then if dest estiver no segmento de onde veio o

quadro then descarta o quadro else repassa o quadro na interface indicada else usa inundaccedilatildeoRepassa o quadro para todas as

demais interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido

5 Camada de Enlace 5-69

Exemplo de auto aprendizagem e repasse

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 23

45

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo

destino do quadro desconhecido inundaccedilatildeo

Arsquo A

local do destino A conhecido

Arsquo 4 60

transmissatildeo seletiva

5 Camada de Enlace 5-70

Exemplo com comutador

Suponha que C envia quadro para D

comutador recebe o quadro vindo de C anota na tabela de comutaccedilatildeo que C estaacute na interface 1 dado que D natildeo se encontra na tabela encaminha o quadro para as

demais interfaces 2 e 3

quadro eacute recebido por D

hub

hub hub

comutador

A

B CD

EF G H

I

endereccedilointerface

ABEG

1123

12 3

5 Camada de Enlace 5-71

Exemplo com comutador

Suponha que D responde com um quadro para C

comutador recebe o quadro vindo de D anota na tabela de comutaccedilatildeo que D estaacute na interface 2 dado que C estaacute na tabela encaminha o quadro apenas na interface

1

quadro eacute recebido por C

hub

hub hub

comutador

A

B CD

EF G H

I

interface

ABEGC

11231

endereccedilo

5 Camada de Enlace 5-72

Interligaccedilatildeo de comutadores

Podemos interligar comutadores (switches)

A

B

P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe que deve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3

R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenico comutador)

S1

C D

E

FS2

S4

S3

HI

G

5 Camada de Enlace 5-73

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde

para C

P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4

A

B

S1

C D

E

FS2

S4

S3

HI

G

1

2

5 Camada de Enlace 5-74

Rede Institucionalcorporativa

5 Camada de Enlace 5-75

Rede institucional

Para redeexterna

roteador

Subrede IP

Servidor de mensagens

Servidor web

5 Camada de Enlace 5-76

Comutadores versus Roteadores ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa

roteadores dispositivos da camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)

comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace roteadores mantecircm tabelas de roteamento

implementam algoritmos de roteamento comutadores mantecircm tabelas de comutaccedilatildeo

implementam filtragem algoritmos de aprendizagem

5 Camada de Enlace 5-77

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos52 Teacutecnicas de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de acesso muacuteltiplo 54 Endereccedilamento na Camada de Enlace55 Ethernet56 Comutadores da camada de enlace57 PPP o protocolo ponto-a-ponto58 Virtualizaccedilatildeo de enlace uma rede como

camada de enlace59 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina

Web

5 Camada de Enlace 5-78

Siacutentese um dia na vida de um pedido web jornada completa atravessando toda a pilha de

protocolos aplicaccedilatildeo transporte rede enlace

colocando tudo junto siacutentese objetivo identificar revisar entender os

protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web

cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom

5 Camada de Enlace 5-79

Um dia na vida cenaacuterio

rede da Comcast68800013

rede do Google64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola68802024

paacutegina web

navegador

5 Camada de Enlace 5-80

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPDHCP

quadro Ethernet difundido (dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador que executa o servidor DHCP

Ethernet demultiplexado para IP demultiplexado para UDP e demultiplexado paraDHCP

o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilo do primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP Solicitaccedilatildeo DHCP encapsulada em UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023 Ethernet

5 Camada de Enlace 5-81

roteador(roda DHCP)

servidor DHCP prepara ACK DHCP contendo endereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiro roteador nome e endereccedilo IP do servidor DNS

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

encapsulamento no servidor DHCP quadro repassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente

Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador

cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

5 Camada de Enlace 5-82

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

consulta DNS criada encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviar quadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP

consulta ARP difundida recebida pelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccedilo MAC da interface do roteador

o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiro roteador podendo agora enviar o quadro contendo a consulta DNS

ARP query

EthPhy

ARP

ARP

ARP reply

antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS

5 Camada de Enlace 5-83

roteador(roda DHCP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

DNS

datagrama IP conteacutem consulta DNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador

datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelos protocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS

demultiplexado pelo servidor DNS

servidor DNS responde ao cliente com o endereccedilo IP de wwwgooglecom

rede da Comcast68800013

servidor DNS

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

Um dia na vidahellip usando DNS

5 Camada de Enlace 5-84

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP

HTTPTCPIP

EthPhy

HTTP

para enviar pedido HTTP cliente primeiro abre um socket TCP para o servidor web segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web

conexatildeo TCP estabelecida64233169105

servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCPIP

EthPhy

SYN

SYN

SYN

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)

5 Camada de Enlace 5-85

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP

HTTPTCPIP

EthPhy

HTTP

solicitaccedilatildeo HTTP enviada para o socket TCP datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhado para wwwgooglecom

datagrama IP com a resposta HTTP eacute encaminhado de volta para o cliente

64233169105

servidor web

HTTPTCPIP

EthPhy

servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTPHTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

paacutegina web finalmente() apresentada

5 Camada de Enlace 5-86

Capiacutetulo 5 Resumo

princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dados detecccedilatildeo correccedilatildeo de erros compartilhamento de canal de difusatildeo acesso

muacuteltiplo endereccedilamento da camada de enlace

instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlace Ethernet LANs comutadas redes virtualizadas como camada de enlace MPLS

siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web

  • Capiacutetulo 5 A Camada de Enlace e Redes Locais
  • Camada de Enlace
  • Camada de Enlace Introduccedilatildeo
  • Camada de Enlace Contexto
  • Serviccedilos da Camada de Enlace
  • Serviccedilos da Camada de Enlace (mais)
  • Onde a camada de enlace eacute implementada
  • Comunicaccedilatildeo entre Adaptadores
  • Camada de Enlace (2)
  • Detecccedilatildeo de Erros
  • Verificaccedilotildees de Paridade
  • Soma de verificaccedilatildeo da Internet
  • Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica (CRC)
  • Exemplo de CRC
  • Implementaccedilatildeo em Hardware
  • Camada de Enlace (3)
  • Enlaces e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolo Ideal de Acesso Muacuteltiplo
  • Taxonomia dos Protocolos MAC
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal TDMA
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal FDMA
  • Protocolos de Acesso Aleatoacuterio
  • Slotted ALOHA
  • Slotted ALOHA (2)
  • Eficiecircncia do Slotted Aloha
  • ALOHA Puro (sem slots)
  • Eficiecircncia do Aloha puro
  • CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)
  • Colisotildees no CSMA
  • CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)
  • Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (2)
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (3)
  • Resumo dos protocolos MAC
  • Camada de Enlace (4)
  • Endereccedilos MAC
  • Endereccedilos MAC (2)
  • Endereccedilo MAC (cont)
  • ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de Resoluccedilatildeo de En
  • Protocolo ARP Mesma LAN (rede)
  • Roteando um pacote para outra LAN
  • Slide 44
  • Camada de Enlace (5)
  • Ethernet
  • Topologia em Estrela
  • Estrutura do Quadro Ethernet
  • Estrutura de Quadro Ethernet (cont)
  • Ethernet natildeo confiaacutevel e natildeo orientado para conexatildeo
  • Algoritmo CSMACD do Ethernet
  • CSMACD da Ethernet (mais)
  • Eficiecircncia do CSMACD
  • Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
  • 10Base5
  • 10Base2
  • 10BaseT
  • Conector RJ 45
  • 100Base-TX
  • Slide 60
  • Carrier Ethernet Defined
  • Camada de Enlace (6)
  • Hubs
  • Comutador (switch)
  • Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
  • Tabela de Comutaccedilatildeo
  • Switch autoaprendizagem
  • Switch FiltragemRepasse de quadros
  • Exemplo de auto aprendizagem e repasse
  • Exemplo com comutador
  • Exemplo com comutador (2)
  • Interligaccedilatildeo de comutadores
  • Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores
  • Rede Institucionalcorporativa
  • Rede institucional
  • Comutadores versus Roteadores
  • Camada de Enlace (7)
  • Siacutentese um dia na vida de um pedido web
  • Um dia na vida cenaacuterio
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet (2)
  • Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
  • Um dia na vidahellip usando DNS
  • Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
  • Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
  • Capiacutetulo 5 Resumo
Page 8: 5: Camada de Enlace 5-1 Capítulo 5: A Camada de Enlace e Redes Locais Nossos objetivos: Entender os princípios por trás dos serviços da camada de enlace

5 Camada de Enlace 5-8

Comunicaccedilatildeo entre Adaptadores

lado transmissor Encapsula o datagrama

em um quadro Adiciona bits de

verificaccedilatildeo de erro transferecircncia confiaacutevel de dados controle de fluxo etc

lado receptor verifica erros transporte

confiaacutevel controle de fluxo etc

extrai o datagrama passa-o para o noacute receptor

Controla-dora

Controla-dora

transmissor receptor

datagrama datagrama

datagrama

quadro

5 Camada de Enlace 5-9

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos52 Teacutecnicas de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de

erros 53 Protocolos de acesso muacuteltiplo 54 Endereccedilamento na Camada de Enlace55 Ethernet56 Comutadores da camada de enlace57 PPP o protocolo ponto-a-ponto58 Virtualizaccedilatildeo de enlace uma rede

como camada de enlace59 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de

paacutegina Web

5 Camada de Enlace 5-10

Detecccedilatildeo de ErrosEDC= bits de Detecccedilatildeo e Correccedilatildeo de Erros (redundacircncia)D = Dados protegidos por verificaccedilatildeo de erros podem incluir alguns campos do cabeccedilalho bull detecccedilatildeo de erros natildeo eacute 100 confiaacutevel

bull protocolos podem deixar passar alguns erros mas eacute rarobull quanto maior o campo EDC melhor seraacute a capacidade de

detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

5 Camada de Enlace 5-11

Verificaccedilotildees de Paridade

Paridade de 1 BitDetecta erros em um uacutenico bit

Paridade BidimensionalDetecta e corrige erro em um uacutenico bit

5 Camada de Enlace 5-12

Soma de verificaccedilatildeo da Internet

Transmissor trata o conteuacutedo do

segmento como uma sequumlecircncia de inteiros de 16 bits

Soma de verificaccedilatildeo adiccedilatildeo (complemento de 1 da soma ) do conteuacutedo do segmento

transmissor coloca o valor do checksum no campo de checksum UDP

Receptor calcula a soma de

verificaccedilatildeo do segmento recebido

verifica se o resultado eacute igual ao valor do campo da soma de verificaccedilatildeo NAtildeO - erro detectado SIM - nenhum erro foi

detectado Mas pode conter erros Mais sobre isto posteriormente hellip

Objetivo detectar ldquoerrosrdquo (ex bits trocados) no segmento transmitido (nota usado apenas na camada de transporte)

5 Camada de Enlace 5-13

Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica (CRC) Dados considerados como a sequumlecircncia de coeficientes de um

polinocircmio (D) Eacute escolhido um polinocircmio Gerador (G) (=gt r+1 bits)

Divide-se (moacutedulo 2) o polinocircmio D2r por G Acrescenta-se o resto (R) a D Observa-se que por construccedilatildeo a nova sequumlecircncia ltDRgt agora eacute exatamente divisiacutevel por G

Receptor conhece G divide ltDRgt por G Caso o resto seja diferente de zero detectado erro

Pode detectar todos os erros em rajadas menores do que r+1 bits

Largamente usado na praacutetica (Ethernet 80211 WiFi ATM)

5 Camada de Enlace 5-14

Exemplo de CRC

Queremos

D2r XOR R = nGde forma equivalente

D2r = nG XOR R de forma equivalente se dividirmos D2r

por G queremos o resto R

G

DR

r2resto

101110000 10011001 101011 1010 1001 1100 1001 1010 1001 011

D G

R

5 Camada de Enlace 5-15

Implementaccedilatildeo em Hardware

Aring

G=1001

D2r=101110000

5 Camada de Enlace 5-16

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos52 Teacutecnicas de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de

erros 53 Protocolos de acesso muacuteltiplo 54 Endereccedilamento na Camada de Enlace55 Ethernet56 Comutadores da camada de enlace57 PPP o protocolo ponto-a-ponto58 Virtualizaccedilatildeo de enlace uma rede

como camada de enlace59 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de

paacutegina Web

5 Camada de Enlace 5-17

Enlaces e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo

Dois tipos de enlaces Ponto-a-ponto

PPP para acesso discado

Conexatildeo entre switch Ethernet e hospedeiro

broadcast (cabo ou meio compartilhado) Ethernet tradicional Upstream HFC 80211 LAN sem fio Sateacutelite Etc

5 Camada de Enlace 5-18

Protocolos de Acesso Muacuteltiplo

canal de comunicaccedilatildeo uacutenico de broadcast interferecircncia quando dois ou mais noacutes transmitem

simultaneamente colisatildeo se um noacute receber dois ou mais sinais ao mesmo

tempo

Protocolo de acesso muacuteltiplo algoritmo distribuiacutedo que determina como os noacutes

compartilham o canal isto eacute determina quando um noacute pode transmitir

comunicaccedilatildeo sobre o compartilhamento do canal deve usar o proacuteprio canal natildeo haacute canal fora da faixa para coordenar a transmissatildeo

5 Camada de Enlace 5-19

Protocolo Ideal de Acesso Muacuteltiplo

Para um canal de broadcast com taxa de R bps

1 Quando apenas um noacute tem dados para enviar esse noacute obteacutem uma vazatildeo de R bps

2 Quando M noacutes tecircm dados para enviar cada um desses noacutes poderaacute transmitir em meacutedia a uma taxa de RM bps

3 Completamente descentralizado nenhum noacute especial (mestre) para coordenar as

transmissotildees nenhuma sincronizaccedilatildeo de reloacutegios ou slots

4 Simples para que sua implementaccedilatildeo seja barata

5 Camada de Enlace 5-20

Taxonomia dos Protocolos MACTrecircs categorias gerais Divisatildeo de Canal

divide o canal em pequenos ldquopedaccedilosrdquo (slotscompartimentos de tempo frequumlecircncia coacutedigo)

aloca pedaccedilo a um dado noacute para uso exclusivo deste Acesso Aleatoacuterio

canal natildeo eacute dividido podem ocorrer colisotildees ldquorecuperaccedilatildeordquo das colisotildees

Revezamento Noacutes se alternam em revezamento mas noacutes que

possuem mais dados a transmitir podem demorar mais quando chegar a sua vez

5 Camada de Enlace 5-21

Protocolos MAC de divisatildeo de canal TDMA

TDMA Acesso Muacuteltiplo por Divisatildeo de Tempo acesso ao canal em ldquoturnos cada estaccedilatildeo recebe um comprimento fixo de

compartimento (comprimento = tempo de tx do pacote) em cada turno

compartimentos natildeo usados permanecem ociosos Exemplo LAN com 6 estaccedilotildees compartimentos 1 3 e 4

com pacotes compartimentos 2 5 e 6 ociosos

5 Camada de Enlace 5-22

Protocolos MAC de divisatildeo de canal FDMA

FDMA Acesso Muacuteltiplo por Divisatildeo de Frequumlecircncia espectro do canal dividido em bandas de frequumlecircncia a cada estaccedilatildeo eacute atribuiacuteda uma banda fixa de frequumlecircncia tempo de transmissatildeo natildeo usado nas bandas permanecem

ociosos exemplo LAN com 6 estaccedilotildees 134 com pacotes bandas

256 ociosas

Bandas

de f

requumlecircnci

a tempo

cabo FDM

5 Camada de Enlace 5-23

Protocolos de Acesso Aleatoacuterio

Quando noacute tem um pacote para transmitirtransmite na taxa maacutexima Rnenhuma coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes

dois ou mais noacutes transmitindo ldquocolisatildeordquo O protocolo MAC de acesso aleatoacuterio

especifica como detectar colisotildeescomo se recuperar delas (atraveacutes de

retransmissotildees retardadas por exemplo) Exemplos de protocolos MAC de acesso

aleatoacuterioslotted ALOHAALOHACSMA CSMACD CSMACA

5 Camada de Enlace 5-24

Slotted ALOHA

Hipoacuteteses todos os quadros tecircm o

mesmo tamanho (L bits) tempo eacute dividido em slots

de tamanho igual tempo para transmitir 1 quadro (LR seg)

noacutes comeccedilam a transmitir quadros apenas no iniacutecio dos intervalos (slots)

noacutes satildeo sincronizados se 2 ou mais noacutes

transmitirem num slot todos os noacutes detectam a colisatildeo

Operaccedilatildeo quando o noacute obteacutem um novo

quadro ele espera ateacute o iniacutecio do proacuteximo slot e transmite o quadro inteiro

Se natildeo houver colisatildeo noacute poderaacute enviar um novo quadro no proacuteximo slot

caso haja uma colisatildeo (detectada antes do final do intervalo) noacute retransmite o quadro em cada intervalo subsequumlente com probabilidade p ateacute obter sucesso

5 Camada de Enlace 5-25

Slotted ALOHA

Vantagens uacutenico noacute ativo pode

transmitir continuamente na taxa maacutexima do canal

Altamente descentralizado apenas slots nos noacutes precisam estar sincronizados

simples

Desvantagens colisotildees slots

desperdiccedilados slots ociosos

(desperdiacutecio) noacutes podem ser capazes

de detectar colisotildees num tempo inferior ao da transmissatildeo do pacote

sincronizaccedilatildeo dos reloacutegios

5 Camada de Enlace 5-26

Eficiecircncia do Slotted Aloha

Assuma N noacutes com muitos quadros para enviar cada um transmite num slot com probabilidade p

probabilidade que noacute 1 tenha sucesso em um slot = p(1-p)N-1

probabilidade que qualquer noacute tenha sucesso = Np(1-p)N-

1

Para eficiecircncia maacutexima com N noacutes encontre p que maximiza Np(1-p)N-1

Para muitos noacutes faccedila limite para Np(1-p)N-1

quando N tende a infinito daacute 1e = 037

Eficiecircncia eacute a fraccedilatildeo de longo prazo de slots bem sucedidos quando haacute muitos noacutes cada um com muitos quadros para transmitir

Melhor caso canalusado para transmissotildees uacuteteis em 37 do tempo

5 Camada de Enlace 5-27

ALOHA Puro (sem slots) Aloha puro (sem slots) mais simples sem sincronizaccedilatildeo Ao chegar um quadro no noacute

transmite imediatamente Probabilidade de colisatildeo aumenta

quadro enviado em t0 colide com outros quadros enviados em [t0-1t0+1]

5 Camada de Enlace 5-28

Eficiecircncia do Aloha puro

P(sucesso por um dado noacute) = P(noacute transmita)

P(nenhum outro noacute transmita em [t0-1t0]

P(nenhum outro noacute transmita em [t0t0+1]

= p (1-p)N-1 (1-p)N-1

= p (1-p)2(N-1)

hellip escolhendo o valor oacutetimo de p e deixando n -gt infinito

= 1(2e) = 018 Ainda pior do que o Slotted Aloha

5 Camada de Enlace 5-29

CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)

CSMA (Carrier Sense Multiple Access) Escuta antes de transmitir (detecccedilatildeo de portadora)

Se o canal estiver livre transmite todo o quadro

Se o canal estiver ocupado adia a transmissatildeo

Analogia humana natildeo interrompa outros

5 Camada de Enlace 5-30

Colisotildees no CSMA

colisotildees ainda podem aconteceratraso de propagaccedilatildeo significa que dois noacutes podem natildeo ouvira transmissatildeo do outro colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo eacute desperdiccedilado

Disposiccedilatildeo espacial dos noacutes

notapapel da distacircncia e atraso de propagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo

5 Camada de Enlace 5-31

CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)

CSMACD detecccedilatildeo da portadora adia a transmissatildeo como no CSMAAs colisotildees satildeo detectadas em pouco tempoTransmissotildees que sofreram colisotildees satildeo

abortadas reduzindo o desperdiacutecio do canal Detecccedilatildeo de colisotildees

Faacutecil em LANs cabeadas mede a potecircncia do sinal compara o sinal recebido com o transmitido

Difiacutecil em LANs sem fio o receptor eacute desligado durante a transmissatildeo

Analogia humana bate papo educado

5 Camada de Enlace 5-32

Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD

5 Camada de Enlace 5-33

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoProtocolos MAC de divisatildeo de canal

Compartilha o canal eficientemente e de forma justa em altas cargas

Ineficiente em baixas cargas atraso no canal de acesso alocaccedilatildeo de 1N da largura de banda mesmo com apenas 1 noacute ativo

Protocolos MAC de acesso aleatoacuterioeficiente em baixas cargas um uacutenico noacute

pode utilizar completamente o canalAltas cargas overhead com colisotildees

Protocolos de revezamentoProcura oferecer o melhor dos dois mundos

5 Camada de Enlace 5-34

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo

Seleccedilatildeo (Polling) Noacute mestre ldquoconvidardquo

noacutes escravos a transmitir em revezamento

Usado tipicamente com dispositivos escravo burros

Preocupaccedilotildees Overhead com as

consultas (polling) Latecircncia Ponto uacutenico de

falha (mestre)

mestre

escravos

poll

dados

dados

5 Camada de Enlace 5-35

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo

Passagem de permissatildeo (token)

controla permissatildeo passada de um noacute para o proacuteximo de forma sequencial

mensagem de passagem da permissatildeo

preocupaccedilotildees overhead com a

passagem de permissatildeo

latecircncia Ponto uacutenico de falha

(permissatildeo)

T

dados

(nada paramandar)

T

5 Camada de Enlace 5-36

Resumo dos protocolos MAC Divisatildeo do canal por tempo frequumlecircncia ou

coacutedigoDivisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequumlecircncia

Particionamento Aleatoacuterio (dinacircmico) ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDEscutar a portadora faacutecil em algumas

tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)

CSMACD usado na EthernetCSMACA usado no 80211

RevezamentoSeleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto

central passagem de permissotildeesBluetooth FDDI Token Ring (IBM)

5 Camada de Enlace 5-37

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos52 Teacutecnicas de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de

erros 53 Protocolos de acesso muacuteltiplo 54 Endereccedilamento na Camada de Enlace55 Ethernet56 Comutadores da camada de enlace57 PPP o protocolo ponto-a-ponto58 Virtualizaccedilatildeo de enlace uma rede

como camada de enlace59 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de

paacutegina Web

5 Camada de Enlace 5-38

Endereccedilos MAC

Endereccedilo IP de 32 bits Endereccedilos da camada de redeusado para levar o datagrama agrave subrede IP

destinoEndereccedilo MAC (ou LAN ou fiacutesico ou

Ethernet) levar o datagrama de uma interface ateacute outra

interface conectada fisicamente (na mesma rede)

Endereccedilo MAC de 48 bits (para a maioria das redes)bull gravado na ROM do adaptador ou configurado

por software

5 Camada de Enlace 5-39

Endereccedilos MAC

Cada adaptador na LAN possui um endereccedilo MAC uacutenico

Endereccedilo de Broadcast =FF-FF-FF-FF-FF-FF

= adaptador

1A-2F-BB-76-09-AD

58-23-D7-FA-20-B0

0C-C4-11-6F-E3-98

71-65-F7-2B-08-53

LAN(cabeada ousem fio)

5 Camada de Enlace 5-40

Endereccedilo MAC (cont)

Alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC gerenciada pelo IEEE Um fabricante compra uma parte do espaccedilo de

endereccedilos (para garantir unicidade) Analogia (a) endereccedilo MAC como nuacutemero do CPF (b) endereccedilo IP como endereccedilo postal (CEP) endereccedilo MAC tem estrutura linear =gt

portabilidadePode mover um cartatildeo LAN de uma LAN para

outra endereccedilo IP hieraacuterquico NAtildeO eacute portaacutetil (requer IP

moacutevel)Depende da subrede IP agrave qual o noacute estaacute

conectado

5 Camada de Enlace 5-41

ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de Resoluccedilatildeo de Endereccedilos)

Cada noacute IP (Host Roteador) de uma LAN possui tabela ARP

Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN

lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt TTL (Time To Live) tempo

a partir do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute esquecido (valor tiacutepico de 20 min)

Pergunta como obter oendereccedilo MAC de B a partir do endereccedilo IP de B

1A-2F-BB-76-09-AD

58-23-D7-FA-20-B0

0C-C4-11-6F-E3-98

71-65-F7-2B-08-53

LAN

237196723

237196778

237196714

237196788

5 Camada de Enlace 5-42

Protocolo ARP Mesma LAN (rede) A deseja enviar datagrama

para B e o endereccedilo MAC de B natildeo estaacute na tabela ARP

A difunde o pacote de solicitaccedilatildeo ARP que conteacutem o endereccedilo IP de B Endereccedilo MAC destino =

FF-FF-FF-FF-FF-FF todas as maacutequinas na

LAN recebem a consulta do ARP

B recebe o pacote ARP responde a A com o seu (de B) endereccedilo MAC Quadro enviado para o

endereccedilo MAC (unicast) de A

Uma cache (salva) o par de endereccedilos IP-para-MAC na sua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo fique antiquada (expire) lsquosoft statersquo informaccedilatildeo que expira (vai embora) a menos que seja renovada

ARP eacute ldquoplug-and-playrdquo os noacutes criam suas tabelas ARP sem a intervenccedilatildeo do administrador

da rede

5 Camada de Enlace 5-43

Roteando um pacote para outra LAN

passo a passo envio de datagrama de A para B via R assuma que A conhece o endereccedilo IP de B

Duas tabelas ARP no roteador R uma para cada rede IP (LAN)

A

RB

5 Camada de Enlace 5-44

A cria datagrama com origem A destino B A usa ARP para obter o endereccedilo MAC de R para

111111111110 A cria quadro da camada de enlace com o endereccedilo

MAC de R como destino quadro conteacutem datagrama IP de A para B

O adaptador de A envia o quadro O adaptador de R recebe o quadro R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verifica

que eacute destinado para B R usa ARP para obter o endereccedilo MAC de B R cria quadro contendo datagrama IP de A para B e o

envia para B

A

R B

Este eacute um exemplo muito importantendash garanta que vocecirc o entendeu

5 Camada de Enlace 5-45

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos52 Teacutecnicas de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de

erros 53 Protocolos de acesso muacuteltiplo 54 Endereccedilamento na Camada de Enlace55 Ethernet56 Comutadores da camada de enlace57 PPP o protocolo ponto-a-ponto58 Virtualizaccedilatildeo de enlace uma rede

como camada de enlace59 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de

paacutegina Web

5 Camada de Enlace 5-46

Ethernet Muitiacutessimo difundida porque

Muito barata R$30 para placas 10100Mbps A mais antiga das tecnologias de rede local (meados da

deacutecada de 70) Mais simples e menos cara que redes usando ficha ou

ATM Acompanhou o aumento de velocidade 10 Mbps ndash 10

Gbps

Rascunho de Metcalfe sobre o Ethernet

5 Camada de Enlace 5-47

Topologia em Estrela Topologia de barramento popular ateacute meados

dos anos 90 Todos os noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo (podem colidir

um com o outro)

Agora prevalecircncia de topologia em estrela Comutador (switch) no centro Cada porta roda o protocolo Ethernet separadamente (os

noacutes natildeo colidem uns com os outros)

barramento cabo coaxial

switch

estrela

5 Camada de Enlace 5-48

Estrutura do Quadro Ethernet

Adaptador remetente encapsula datagrama IP (ou pacote de outro protocolo da camada de rede) num Quadro Ethernet

Dados 46 a 1500 bytes Preacircmbulo 7 bytes com o padratildeo 10101010 seguidos por um byte

com o padratildeo 10101011 usado para sincronizar receptor ao reloacutegio do

remetente (reloacutegios nunca satildeo exatos eacute muito provaacutevel que exista algum desvio entre eles)

5 Camada de Enlace 5-49

Estrutura de Quadro Ethernet (cont)

Endereccedilos 6 bytes para cada endereccedilo MAC se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo destino igual

ao seu ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede

caso contraacuterio o adaptador descarta o quadro Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior

usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)

CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado

5 Camada de Enlace 5-50

Ethernet natildeo confiaacutevel e natildeo orientado para conexatildeo

Natildeo orientado para conexatildeo Natildeo haacute estabelecimento de conexatildeo (saudaccedilatildeo) entre os adaptadores transmissor e receptor

Natildeo confiaacutevel o adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador transmissorfluxo de datagramas passados para a

camada de rede pode conter falhas na sequumlecircncia

falhas seratildeo preenchidas se aplicaccedilatildeo estiver usando o TCP

caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as falhas Protocolo MAC do Ethernet CSMACD sem slots

5 Camada de Enlace 5-51

Algoritmo CSMACD do Ethernet

1 Adaptador recebe datagrama da camada de rede e cria um quadro

2 Se o adaptador percebe que o canal estaacute ocioso comeccedila a transmitir o quadro Se percebe que o canal estaacute ocupado espera que o canal fique livre e transmite

3 Se o adaptador transmitir todo o quadro sem detectar outra transmissatildeo o adaptador concluiu a operaccedilatildeo com o quadro

4 Se o adaptador detectar outra transmissatildeo enquanto estiver transmitindo aborta e envia sinal de reforccedilo de colisatildeo de 48 bits

5 Apoacutes o aborto o adaptador entra na retirada (backoff) exponencial binaacuteria apoacutes a m-eacutesima colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoriamente entre 012hellip2m-1 O adaptador espera K512 tempos de bit e retorna ao Passo 2

5 Camada de Enlace 5-52

CSMACD da Ethernet (mais)

Sinal de reforccedilo de colisatildeo garante que todos os demais transmissores estejam cientes da colisatildeo 48 bits

Tempo de Bit 01 microseg para Ethernet de 10 Mbpspara K=1023 tempo de espera de cerca de 50 mseg

Retirada Exponencial Binaacuteria

Objetivo adaptar as tentativas de retransmissatildeo agrave carga atual estimada Alta carga espera

aleatoacuteria seraacute mais longa

na primeira colisatildeo escolhe K entre 01 atraso eacute de K 512 tempos de transmissatildeo de um bit

apoacutes a segunda colisatildeo escolhe K entre 0123hellip

apoacutes 10 colisotildees escolhe K entre 01234hellip1023

Vejainteraja com o applet Java siacutetio do livroaltamente recomendaacutevel

5 Camada de Enlace 5-53

Eficiecircncia do CSMACD

tprop = atraso maacuteximo de prop entre 2 noacutes na LAN

ttrans = tempo para transmitir quadro de tamanho maacuteximo

Eficiecircncia vai para 1 agrave medida que tprop vai para 0

ttrans vai para infinito Muito melhor do que ALOHA e ainda eacute

descentralizado simples e barato

transprop tt 51

1eficiecircncia

5 Camada de Enlace 5-54

Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica

Diversos padrotildees Ethernet diferentestecircm em comum o protocolo MAC e o

formato do quadrodiferentes velocidades 2Mbps 10Mbps

100Mbps 1Gbps 10Gbpsdiferentes meios da camada fiacutesica fibra

caboaplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

protocolo MACe formato do quadro

100BASE-TX

100BASE-T4

100BASE-FX100BASE-T2

100BASE-SX 100BASE-BX

camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)

5 Camada de Enlace 5-55

10Base5

httpwwwethermanagecom

5 Camada de Enlace 5-56

10Base2

httpwwwethermanagecom

5 Camada de Enlace 5-57

10BaseT

httpwwwethermanagecom

5 Camada de Enlace 5-58

Conector RJ 45

5 Camada de Enlace 5-59

100Base-TX

httpwwwethermanagecom

5 Camada de Enlace 5-60 10

Wireless Backhaul

Carrier Ethernet Access Expansion

Voice gateway

VoiceVideoTelephony

HD TVTVoD VoD

Video Source

Gaming BusinessBackup ERP

InternetVideo Source

BusinessBroadband

E-Line andE-LAN service

GlobalNationalCarrierEthernet

GlobalNationalCarrierEthernet

SmallMedium Business

Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

ResidentialTriple-Play

FTTx DSLAM Cable Modem

Broadbandmobile datavideo

Bringing vastly extended scalability for business and residential users

ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing

5 Camada de Enlace 5-61

Carrier Ethernet Defined

bull Carrier Ethernet is a ubiquitous standardized carrier-class SERVICE defined by five attributes that distinguish Carrier Ethernet from familiar LAN based Ethernet

bull It brings the compelling business benefit of the Ethernet cost model to achieve significant savings

Carrier Ethernet

bull Scalability

bull Standardized Services

bull Service Management

bull Quality of Service

bull Reliability

Carrier Ethernet Attributes

httpwwwmetroethernetforumorg

5 Camada de Enlace 5-62

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos52 Teacutecnicas de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de acesso muacuteltiplo 54 Endereccedilamento na Camada de Enlace55 Ethernet56 Comutadores da camada de enlace57 PPP o protocolo ponto-a-ponto58 Virtualizaccedilatildeo de enlace uma rede como

camada de enlace59 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina

Web

5 Camada de Enlace 5-63

Hubs

hellip repetidores (ldquoburrosrdquo) da camada fiacutesicabits vindos de um dado link saem por todos

os outros links na mesma taxatodos os noacutes conectados ao hub podem

colidir uns com os outrosnatildeo haacute bufferizaccedilatildeo de quadrosnatildeo implementa CSMACD no hub cartotildees

do hospedeiro detectam as colisotildees

par tranccedilado

hub

5 Camada de Enlace 5-64

Comutador (switch)

Dispositivo da camada de enlace mais inteligentes que os hubs tecircm papel ativo armazena e retransmite quadros Ethernetexamina o cabeccedilalho do quadro e

seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento

transparentehospedeiros ignoram a presenccedila dos

switches plug-and-play self-learning (autodidatas)

os comutadores natildeo necessitam ser configurados

5 Camada de Enlace 5-65

Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas

hospedeiros tecircm conexatildeo direta e dedicada para o switch

os switches armazenam quadros

o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplex cada link eacute o seu proacuteprio

domiacutenio de colisatildeo comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-

para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees isto natildeo eacute possiacutevel com hubs

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

switch com seis interfaces(123456)

1 23

45

6

5 Camada de Enlace 5-66

Tabela de Comutaccedilatildeo

P como eacute que o switch sabe que Arsquo eacute alcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel a partir da interface 5

R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutem (endereccedilo MAC do hospedeiro

interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)

parece uma tabela de roteamento P como satildeo criadas e mantidas as

entradas na tabela de comutaccedilatildeo haacute algo como um protocolo de

roteamento

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

switch with six interfaces(123456)

1 23

45

6

5 Camada de Enlace 5-67

switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfaces quando um quadro eacute

recebido o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada

registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo

Switch autoaprendizagem

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 23

45

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

5 Camada de Enlace 5-685 Camada de Enlace

Switch FiltragemRepasse de quadrosQuando um comutador recebe um quadroregistra o link associado com o hospedeiro

transmissorindexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo

MAC do destinoif entrada encontrada para o destino

then if dest estiver no segmento de onde veio o

quadro then descarta o quadro else repassa o quadro na interface indicada else usa inundaccedilatildeoRepassa o quadro para todas as

demais interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido

5 Camada de Enlace 5-69

Exemplo de auto aprendizagem e repasse

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 23

45

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo

destino do quadro desconhecido inundaccedilatildeo

Arsquo A

local do destino A conhecido

Arsquo 4 60

transmissatildeo seletiva

5 Camada de Enlace 5-70

Exemplo com comutador

Suponha que C envia quadro para D

comutador recebe o quadro vindo de C anota na tabela de comutaccedilatildeo que C estaacute na interface 1 dado que D natildeo se encontra na tabela encaminha o quadro para as

demais interfaces 2 e 3

quadro eacute recebido por D

hub

hub hub

comutador

A

B CD

EF G H

I

endereccedilointerface

ABEG

1123

12 3

5 Camada de Enlace 5-71

Exemplo com comutador

Suponha que D responde com um quadro para C

comutador recebe o quadro vindo de D anota na tabela de comutaccedilatildeo que D estaacute na interface 2 dado que C estaacute na tabela encaminha o quadro apenas na interface

1

quadro eacute recebido por C

hub

hub hub

comutador

A

B CD

EF G H

I

interface

ABEGC

11231

endereccedilo

5 Camada de Enlace 5-72

Interligaccedilatildeo de comutadores

Podemos interligar comutadores (switches)

A

B

P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe que deve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3

R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenico comutador)

S1

C D

E

FS2

S4

S3

HI

G

5 Camada de Enlace 5-73

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde

para C

P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4

A

B

S1

C D

E

FS2

S4

S3

HI

G

1

2

5 Camada de Enlace 5-74

Rede Institucionalcorporativa

5 Camada de Enlace 5-75

Rede institucional

Para redeexterna

roteador

Subrede IP

Servidor de mensagens

Servidor web

5 Camada de Enlace 5-76

Comutadores versus Roteadores ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa

roteadores dispositivos da camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)

comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace roteadores mantecircm tabelas de roteamento

implementam algoritmos de roteamento comutadores mantecircm tabelas de comutaccedilatildeo

implementam filtragem algoritmos de aprendizagem

5 Camada de Enlace 5-77

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos52 Teacutecnicas de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de acesso muacuteltiplo 54 Endereccedilamento na Camada de Enlace55 Ethernet56 Comutadores da camada de enlace57 PPP o protocolo ponto-a-ponto58 Virtualizaccedilatildeo de enlace uma rede como

camada de enlace59 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina

Web

5 Camada de Enlace 5-78

Siacutentese um dia na vida de um pedido web jornada completa atravessando toda a pilha de

protocolos aplicaccedilatildeo transporte rede enlace

colocando tudo junto siacutentese objetivo identificar revisar entender os

protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web

cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom

5 Camada de Enlace 5-79

Um dia na vida cenaacuterio

rede da Comcast68800013

rede do Google64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola68802024

paacutegina web

navegador

5 Camada de Enlace 5-80

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPDHCP

quadro Ethernet difundido (dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador que executa o servidor DHCP

Ethernet demultiplexado para IP demultiplexado para UDP e demultiplexado paraDHCP

o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilo do primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP Solicitaccedilatildeo DHCP encapsulada em UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023 Ethernet

5 Camada de Enlace 5-81

roteador(roda DHCP)

servidor DHCP prepara ACK DHCP contendo endereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiro roteador nome e endereccedilo IP do servidor DNS

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

encapsulamento no servidor DHCP quadro repassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente

Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador

cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

5 Camada de Enlace 5-82

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

consulta DNS criada encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviar quadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP

consulta ARP difundida recebida pelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccedilo MAC da interface do roteador

o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiro roteador podendo agora enviar o quadro contendo a consulta DNS

ARP query

EthPhy

ARP

ARP

ARP reply

antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS

5 Camada de Enlace 5-83

roteador(roda DHCP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

DNS

datagrama IP conteacutem consulta DNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador

datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelos protocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS

demultiplexado pelo servidor DNS

servidor DNS responde ao cliente com o endereccedilo IP de wwwgooglecom

rede da Comcast68800013

servidor DNS

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

Um dia na vidahellip usando DNS

5 Camada de Enlace 5-84

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP

HTTPTCPIP

EthPhy

HTTP

para enviar pedido HTTP cliente primeiro abre um socket TCP para o servidor web segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web

conexatildeo TCP estabelecida64233169105

servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCPIP

EthPhy

SYN

SYN

SYN

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)

5 Camada de Enlace 5-85

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP

HTTPTCPIP

EthPhy

HTTP

solicitaccedilatildeo HTTP enviada para o socket TCP datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhado para wwwgooglecom

datagrama IP com a resposta HTTP eacute encaminhado de volta para o cliente

64233169105

servidor web

HTTPTCPIP

EthPhy

servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTPHTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

paacutegina web finalmente() apresentada

5 Camada de Enlace 5-86

Capiacutetulo 5 Resumo

princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dados detecccedilatildeo correccedilatildeo de erros compartilhamento de canal de difusatildeo acesso

muacuteltiplo endereccedilamento da camada de enlace

instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlace Ethernet LANs comutadas redes virtualizadas como camada de enlace MPLS

siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web

  • Capiacutetulo 5 A Camada de Enlace e Redes Locais
  • Camada de Enlace
  • Camada de Enlace Introduccedilatildeo
  • Camada de Enlace Contexto
  • Serviccedilos da Camada de Enlace
  • Serviccedilos da Camada de Enlace (mais)
  • Onde a camada de enlace eacute implementada
  • Comunicaccedilatildeo entre Adaptadores
  • Camada de Enlace (2)
  • Detecccedilatildeo de Erros
  • Verificaccedilotildees de Paridade
  • Soma de verificaccedilatildeo da Internet
  • Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica (CRC)
  • Exemplo de CRC
  • Implementaccedilatildeo em Hardware
  • Camada de Enlace (3)
  • Enlaces e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolo Ideal de Acesso Muacuteltiplo
  • Taxonomia dos Protocolos MAC
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal TDMA
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal FDMA
  • Protocolos de Acesso Aleatoacuterio
  • Slotted ALOHA
  • Slotted ALOHA (2)
  • Eficiecircncia do Slotted Aloha
  • ALOHA Puro (sem slots)
  • Eficiecircncia do Aloha puro
  • CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)
  • Colisotildees no CSMA
  • CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)
  • Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (2)
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (3)
  • Resumo dos protocolos MAC
  • Camada de Enlace (4)
  • Endereccedilos MAC
  • Endereccedilos MAC (2)
  • Endereccedilo MAC (cont)
  • ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de Resoluccedilatildeo de En
  • Protocolo ARP Mesma LAN (rede)
  • Roteando um pacote para outra LAN
  • Slide 44
  • Camada de Enlace (5)
  • Ethernet
  • Topologia em Estrela
  • Estrutura do Quadro Ethernet
  • Estrutura de Quadro Ethernet (cont)
  • Ethernet natildeo confiaacutevel e natildeo orientado para conexatildeo
  • Algoritmo CSMACD do Ethernet
  • CSMACD da Ethernet (mais)
  • Eficiecircncia do CSMACD
  • Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
  • 10Base5
  • 10Base2
  • 10BaseT
  • Conector RJ 45
  • 100Base-TX
  • Slide 60
  • Carrier Ethernet Defined
  • Camada de Enlace (6)
  • Hubs
  • Comutador (switch)
  • Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
  • Tabela de Comutaccedilatildeo
  • Switch autoaprendizagem
  • Switch FiltragemRepasse de quadros
  • Exemplo de auto aprendizagem e repasse
  • Exemplo com comutador
  • Exemplo com comutador (2)
  • Interligaccedilatildeo de comutadores
  • Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores
  • Rede Institucionalcorporativa
  • Rede institucional
  • Comutadores versus Roteadores
  • Camada de Enlace (7)
  • Siacutentese um dia na vida de um pedido web
  • Um dia na vida cenaacuterio
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet (2)
  • Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
  • Um dia na vidahellip usando DNS
  • Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
  • Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
  • Capiacutetulo 5 Resumo
Page 9: 5: Camada de Enlace 5-1 Capítulo 5: A Camada de Enlace e Redes Locais Nossos objetivos: Entender os princípios por trás dos serviços da camada de enlace

5 Camada de Enlace 5-9

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos52 Teacutecnicas de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de

erros 53 Protocolos de acesso muacuteltiplo 54 Endereccedilamento na Camada de Enlace55 Ethernet56 Comutadores da camada de enlace57 PPP o protocolo ponto-a-ponto58 Virtualizaccedilatildeo de enlace uma rede

como camada de enlace59 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de

paacutegina Web

5 Camada de Enlace 5-10

Detecccedilatildeo de ErrosEDC= bits de Detecccedilatildeo e Correccedilatildeo de Erros (redundacircncia)D = Dados protegidos por verificaccedilatildeo de erros podem incluir alguns campos do cabeccedilalho bull detecccedilatildeo de erros natildeo eacute 100 confiaacutevel

bull protocolos podem deixar passar alguns erros mas eacute rarobull quanto maior o campo EDC melhor seraacute a capacidade de

detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

5 Camada de Enlace 5-11

Verificaccedilotildees de Paridade

Paridade de 1 BitDetecta erros em um uacutenico bit

Paridade BidimensionalDetecta e corrige erro em um uacutenico bit

5 Camada de Enlace 5-12

Soma de verificaccedilatildeo da Internet

Transmissor trata o conteuacutedo do

segmento como uma sequumlecircncia de inteiros de 16 bits

Soma de verificaccedilatildeo adiccedilatildeo (complemento de 1 da soma ) do conteuacutedo do segmento

transmissor coloca o valor do checksum no campo de checksum UDP

Receptor calcula a soma de

verificaccedilatildeo do segmento recebido

verifica se o resultado eacute igual ao valor do campo da soma de verificaccedilatildeo NAtildeO - erro detectado SIM - nenhum erro foi

detectado Mas pode conter erros Mais sobre isto posteriormente hellip

Objetivo detectar ldquoerrosrdquo (ex bits trocados) no segmento transmitido (nota usado apenas na camada de transporte)

5 Camada de Enlace 5-13

Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica (CRC) Dados considerados como a sequumlecircncia de coeficientes de um

polinocircmio (D) Eacute escolhido um polinocircmio Gerador (G) (=gt r+1 bits)

Divide-se (moacutedulo 2) o polinocircmio D2r por G Acrescenta-se o resto (R) a D Observa-se que por construccedilatildeo a nova sequumlecircncia ltDRgt agora eacute exatamente divisiacutevel por G

Receptor conhece G divide ltDRgt por G Caso o resto seja diferente de zero detectado erro

Pode detectar todos os erros em rajadas menores do que r+1 bits

Largamente usado na praacutetica (Ethernet 80211 WiFi ATM)

5 Camada de Enlace 5-14

Exemplo de CRC

Queremos

D2r XOR R = nGde forma equivalente

D2r = nG XOR R de forma equivalente se dividirmos D2r

por G queremos o resto R

G

DR

r2resto

101110000 10011001 101011 1010 1001 1100 1001 1010 1001 011

D G

R

5 Camada de Enlace 5-15

Implementaccedilatildeo em Hardware

Aring

G=1001

D2r=101110000

5 Camada de Enlace 5-16

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos52 Teacutecnicas de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de

erros 53 Protocolos de acesso muacuteltiplo 54 Endereccedilamento na Camada de Enlace55 Ethernet56 Comutadores da camada de enlace57 PPP o protocolo ponto-a-ponto58 Virtualizaccedilatildeo de enlace uma rede

como camada de enlace59 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de

paacutegina Web

5 Camada de Enlace 5-17

Enlaces e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo

Dois tipos de enlaces Ponto-a-ponto

PPP para acesso discado

Conexatildeo entre switch Ethernet e hospedeiro

broadcast (cabo ou meio compartilhado) Ethernet tradicional Upstream HFC 80211 LAN sem fio Sateacutelite Etc

5 Camada de Enlace 5-18

Protocolos de Acesso Muacuteltiplo

canal de comunicaccedilatildeo uacutenico de broadcast interferecircncia quando dois ou mais noacutes transmitem

simultaneamente colisatildeo se um noacute receber dois ou mais sinais ao mesmo

tempo

Protocolo de acesso muacuteltiplo algoritmo distribuiacutedo que determina como os noacutes

compartilham o canal isto eacute determina quando um noacute pode transmitir

comunicaccedilatildeo sobre o compartilhamento do canal deve usar o proacuteprio canal natildeo haacute canal fora da faixa para coordenar a transmissatildeo

5 Camada de Enlace 5-19

Protocolo Ideal de Acesso Muacuteltiplo

Para um canal de broadcast com taxa de R bps

1 Quando apenas um noacute tem dados para enviar esse noacute obteacutem uma vazatildeo de R bps

2 Quando M noacutes tecircm dados para enviar cada um desses noacutes poderaacute transmitir em meacutedia a uma taxa de RM bps

3 Completamente descentralizado nenhum noacute especial (mestre) para coordenar as

transmissotildees nenhuma sincronizaccedilatildeo de reloacutegios ou slots

4 Simples para que sua implementaccedilatildeo seja barata

5 Camada de Enlace 5-20

Taxonomia dos Protocolos MACTrecircs categorias gerais Divisatildeo de Canal

divide o canal em pequenos ldquopedaccedilosrdquo (slotscompartimentos de tempo frequumlecircncia coacutedigo)

aloca pedaccedilo a um dado noacute para uso exclusivo deste Acesso Aleatoacuterio

canal natildeo eacute dividido podem ocorrer colisotildees ldquorecuperaccedilatildeordquo das colisotildees

Revezamento Noacutes se alternam em revezamento mas noacutes que

possuem mais dados a transmitir podem demorar mais quando chegar a sua vez

5 Camada de Enlace 5-21

Protocolos MAC de divisatildeo de canal TDMA

TDMA Acesso Muacuteltiplo por Divisatildeo de Tempo acesso ao canal em ldquoturnos cada estaccedilatildeo recebe um comprimento fixo de

compartimento (comprimento = tempo de tx do pacote) em cada turno

compartimentos natildeo usados permanecem ociosos Exemplo LAN com 6 estaccedilotildees compartimentos 1 3 e 4

com pacotes compartimentos 2 5 e 6 ociosos

5 Camada de Enlace 5-22

Protocolos MAC de divisatildeo de canal FDMA

FDMA Acesso Muacuteltiplo por Divisatildeo de Frequumlecircncia espectro do canal dividido em bandas de frequumlecircncia a cada estaccedilatildeo eacute atribuiacuteda uma banda fixa de frequumlecircncia tempo de transmissatildeo natildeo usado nas bandas permanecem

ociosos exemplo LAN com 6 estaccedilotildees 134 com pacotes bandas

256 ociosas

Bandas

de f

requumlecircnci

a tempo

cabo FDM

5 Camada de Enlace 5-23

Protocolos de Acesso Aleatoacuterio

Quando noacute tem um pacote para transmitirtransmite na taxa maacutexima Rnenhuma coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes

dois ou mais noacutes transmitindo ldquocolisatildeordquo O protocolo MAC de acesso aleatoacuterio

especifica como detectar colisotildeescomo se recuperar delas (atraveacutes de

retransmissotildees retardadas por exemplo) Exemplos de protocolos MAC de acesso

aleatoacuterioslotted ALOHAALOHACSMA CSMACD CSMACA

5 Camada de Enlace 5-24

Slotted ALOHA

Hipoacuteteses todos os quadros tecircm o

mesmo tamanho (L bits) tempo eacute dividido em slots

de tamanho igual tempo para transmitir 1 quadro (LR seg)

noacutes comeccedilam a transmitir quadros apenas no iniacutecio dos intervalos (slots)

noacutes satildeo sincronizados se 2 ou mais noacutes

transmitirem num slot todos os noacutes detectam a colisatildeo

Operaccedilatildeo quando o noacute obteacutem um novo

quadro ele espera ateacute o iniacutecio do proacuteximo slot e transmite o quadro inteiro

Se natildeo houver colisatildeo noacute poderaacute enviar um novo quadro no proacuteximo slot

caso haja uma colisatildeo (detectada antes do final do intervalo) noacute retransmite o quadro em cada intervalo subsequumlente com probabilidade p ateacute obter sucesso

5 Camada de Enlace 5-25

Slotted ALOHA

Vantagens uacutenico noacute ativo pode

transmitir continuamente na taxa maacutexima do canal

Altamente descentralizado apenas slots nos noacutes precisam estar sincronizados

simples

Desvantagens colisotildees slots

desperdiccedilados slots ociosos

(desperdiacutecio) noacutes podem ser capazes

de detectar colisotildees num tempo inferior ao da transmissatildeo do pacote

sincronizaccedilatildeo dos reloacutegios

5 Camada de Enlace 5-26

Eficiecircncia do Slotted Aloha

Assuma N noacutes com muitos quadros para enviar cada um transmite num slot com probabilidade p

probabilidade que noacute 1 tenha sucesso em um slot = p(1-p)N-1

probabilidade que qualquer noacute tenha sucesso = Np(1-p)N-

1

Para eficiecircncia maacutexima com N noacutes encontre p que maximiza Np(1-p)N-1

Para muitos noacutes faccedila limite para Np(1-p)N-1

quando N tende a infinito daacute 1e = 037

Eficiecircncia eacute a fraccedilatildeo de longo prazo de slots bem sucedidos quando haacute muitos noacutes cada um com muitos quadros para transmitir

Melhor caso canalusado para transmissotildees uacuteteis em 37 do tempo

5 Camada de Enlace 5-27

ALOHA Puro (sem slots) Aloha puro (sem slots) mais simples sem sincronizaccedilatildeo Ao chegar um quadro no noacute

transmite imediatamente Probabilidade de colisatildeo aumenta

quadro enviado em t0 colide com outros quadros enviados em [t0-1t0+1]

5 Camada de Enlace 5-28

Eficiecircncia do Aloha puro

P(sucesso por um dado noacute) = P(noacute transmita)

P(nenhum outro noacute transmita em [t0-1t0]

P(nenhum outro noacute transmita em [t0t0+1]

= p (1-p)N-1 (1-p)N-1

= p (1-p)2(N-1)

hellip escolhendo o valor oacutetimo de p e deixando n -gt infinito

= 1(2e) = 018 Ainda pior do que o Slotted Aloha

5 Camada de Enlace 5-29

CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)

CSMA (Carrier Sense Multiple Access) Escuta antes de transmitir (detecccedilatildeo de portadora)

Se o canal estiver livre transmite todo o quadro

Se o canal estiver ocupado adia a transmissatildeo

Analogia humana natildeo interrompa outros

5 Camada de Enlace 5-30

Colisotildees no CSMA

colisotildees ainda podem aconteceratraso de propagaccedilatildeo significa que dois noacutes podem natildeo ouvira transmissatildeo do outro colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo eacute desperdiccedilado

Disposiccedilatildeo espacial dos noacutes

notapapel da distacircncia e atraso de propagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo

5 Camada de Enlace 5-31

CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)

CSMACD detecccedilatildeo da portadora adia a transmissatildeo como no CSMAAs colisotildees satildeo detectadas em pouco tempoTransmissotildees que sofreram colisotildees satildeo

abortadas reduzindo o desperdiacutecio do canal Detecccedilatildeo de colisotildees

Faacutecil em LANs cabeadas mede a potecircncia do sinal compara o sinal recebido com o transmitido

Difiacutecil em LANs sem fio o receptor eacute desligado durante a transmissatildeo

Analogia humana bate papo educado

5 Camada de Enlace 5-32

Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD

5 Camada de Enlace 5-33

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoProtocolos MAC de divisatildeo de canal

Compartilha o canal eficientemente e de forma justa em altas cargas

Ineficiente em baixas cargas atraso no canal de acesso alocaccedilatildeo de 1N da largura de banda mesmo com apenas 1 noacute ativo

Protocolos MAC de acesso aleatoacuterioeficiente em baixas cargas um uacutenico noacute

pode utilizar completamente o canalAltas cargas overhead com colisotildees

Protocolos de revezamentoProcura oferecer o melhor dos dois mundos

5 Camada de Enlace 5-34

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo

Seleccedilatildeo (Polling) Noacute mestre ldquoconvidardquo

noacutes escravos a transmitir em revezamento

Usado tipicamente com dispositivos escravo burros

Preocupaccedilotildees Overhead com as

consultas (polling) Latecircncia Ponto uacutenico de

falha (mestre)

mestre

escravos

poll

dados

dados

5 Camada de Enlace 5-35

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo

Passagem de permissatildeo (token)

controla permissatildeo passada de um noacute para o proacuteximo de forma sequencial

mensagem de passagem da permissatildeo

preocupaccedilotildees overhead com a

passagem de permissatildeo

latecircncia Ponto uacutenico de falha

(permissatildeo)

T

dados

(nada paramandar)

T

5 Camada de Enlace 5-36

Resumo dos protocolos MAC Divisatildeo do canal por tempo frequumlecircncia ou

coacutedigoDivisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequumlecircncia

Particionamento Aleatoacuterio (dinacircmico) ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDEscutar a portadora faacutecil em algumas

tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)

CSMACD usado na EthernetCSMACA usado no 80211

RevezamentoSeleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto

central passagem de permissotildeesBluetooth FDDI Token Ring (IBM)

5 Camada de Enlace 5-37

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos52 Teacutecnicas de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de

erros 53 Protocolos de acesso muacuteltiplo 54 Endereccedilamento na Camada de Enlace55 Ethernet56 Comutadores da camada de enlace57 PPP o protocolo ponto-a-ponto58 Virtualizaccedilatildeo de enlace uma rede

como camada de enlace59 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de

paacutegina Web

5 Camada de Enlace 5-38

Endereccedilos MAC

Endereccedilo IP de 32 bits Endereccedilos da camada de redeusado para levar o datagrama agrave subrede IP

destinoEndereccedilo MAC (ou LAN ou fiacutesico ou

Ethernet) levar o datagrama de uma interface ateacute outra

interface conectada fisicamente (na mesma rede)

Endereccedilo MAC de 48 bits (para a maioria das redes)bull gravado na ROM do adaptador ou configurado

por software

5 Camada de Enlace 5-39

Endereccedilos MAC

Cada adaptador na LAN possui um endereccedilo MAC uacutenico

Endereccedilo de Broadcast =FF-FF-FF-FF-FF-FF

= adaptador

1A-2F-BB-76-09-AD

58-23-D7-FA-20-B0

0C-C4-11-6F-E3-98

71-65-F7-2B-08-53

LAN(cabeada ousem fio)

5 Camada de Enlace 5-40

Endereccedilo MAC (cont)

Alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC gerenciada pelo IEEE Um fabricante compra uma parte do espaccedilo de

endereccedilos (para garantir unicidade) Analogia (a) endereccedilo MAC como nuacutemero do CPF (b) endereccedilo IP como endereccedilo postal (CEP) endereccedilo MAC tem estrutura linear =gt

portabilidadePode mover um cartatildeo LAN de uma LAN para

outra endereccedilo IP hieraacuterquico NAtildeO eacute portaacutetil (requer IP

moacutevel)Depende da subrede IP agrave qual o noacute estaacute

conectado

5 Camada de Enlace 5-41

ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de Resoluccedilatildeo de Endereccedilos)

Cada noacute IP (Host Roteador) de uma LAN possui tabela ARP

Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN

lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt TTL (Time To Live) tempo

a partir do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute esquecido (valor tiacutepico de 20 min)

Pergunta como obter oendereccedilo MAC de B a partir do endereccedilo IP de B

1A-2F-BB-76-09-AD

58-23-D7-FA-20-B0

0C-C4-11-6F-E3-98

71-65-F7-2B-08-53

LAN

237196723

237196778

237196714

237196788

5 Camada de Enlace 5-42

Protocolo ARP Mesma LAN (rede) A deseja enviar datagrama

para B e o endereccedilo MAC de B natildeo estaacute na tabela ARP

A difunde o pacote de solicitaccedilatildeo ARP que conteacutem o endereccedilo IP de B Endereccedilo MAC destino =

FF-FF-FF-FF-FF-FF todas as maacutequinas na

LAN recebem a consulta do ARP

B recebe o pacote ARP responde a A com o seu (de B) endereccedilo MAC Quadro enviado para o

endereccedilo MAC (unicast) de A

Uma cache (salva) o par de endereccedilos IP-para-MAC na sua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo fique antiquada (expire) lsquosoft statersquo informaccedilatildeo que expira (vai embora) a menos que seja renovada

ARP eacute ldquoplug-and-playrdquo os noacutes criam suas tabelas ARP sem a intervenccedilatildeo do administrador

da rede

5 Camada de Enlace 5-43

Roteando um pacote para outra LAN

passo a passo envio de datagrama de A para B via R assuma que A conhece o endereccedilo IP de B

Duas tabelas ARP no roteador R uma para cada rede IP (LAN)

A

RB

5 Camada de Enlace 5-44

A cria datagrama com origem A destino B A usa ARP para obter o endereccedilo MAC de R para

111111111110 A cria quadro da camada de enlace com o endereccedilo

MAC de R como destino quadro conteacutem datagrama IP de A para B

O adaptador de A envia o quadro O adaptador de R recebe o quadro R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verifica

que eacute destinado para B R usa ARP para obter o endereccedilo MAC de B R cria quadro contendo datagrama IP de A para B e o

envia para B

A

R B

Este eacute um exemplo muito importantendash garanta que vocecirc o entendeu

5 Camada de Enlace 5-45

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos52 Teacutecnicas de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de

erros 53 Protocolos de acesso muacuteltiplo 54 Endereccedilamento na Camada de Enlace55 Ethernet56 Comutadores da camada de enlace57 PPP o protocolo ponto-a-ponto58 Virtualizaccedilatildeo de enlace uma rede

como camada de enlace59 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de

paacutegina Web

5 Camada de Enlace 5-46

Ethernet Muitiacutessimo difundida porque

Muito barata R$30 para placas 10100Mbps A mais antiga das tecnologias de rede local (meados da

deacutecada de 70) Mais simples e menos cara que redes usando ficha ou

ATM Acompanhou o aumento de velocidade 10 Mbps ndash 10

Gbps

Rascunho de Metcalfe sobre o Ethernet

5 Camada de Enlace 5-47

Topologia em Estrela Topologia de barramento popular ateacute meados

dos anos 90 Todos os noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo (podem colidir

um com o outro)

Agora prevalecircncia de topologia em estrela Comutador (switch) no centro Cada porta roda o protocolo Ethernet separadamente (os

noacutes natildeo colidem uns com os outros)

barramento cabo coaxial

switch

estrela

5 Camada de Enlace 5-48

Estrutura do Quadro Ethernet

Adaptador remetente encapsula datagrama IP (ou pacote de outro protocolo da camada de rede) num Quadro Ethernet

Dados 46 a 1500 bytes Preacircmbulo 7 bytes com o padratildeo 10101010 seguidos por um byte

com o padratildeo 10101011 usado para sincronizar receptor ao reloacutegio do

remetente (reloacutegios nunca satildeo exatos eacute muito provaacutevel que exista algum desvio entre eles)

5 Camada de Enlace 5-49

Estrutura de Quadro Ethernet (cont)

Endereccedilos 6 bytes para cada endereccedilo MAC se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo destino igual

ao seu ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede

caso contraacuterio o adaptador descarta o quadro Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior

usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)

CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado

5 Camada de Enlace 5-50

Ethernet natildeo confiaacutevel e natildeo orientado para conexatildeo

Natildeo orientado para conexatildeo Natildeo haacute estabelecimento de conexatildeo (saudaccedilatildeo) entre os adaptadores transmissor e receptor

Natildeo confiaacutevel o adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador transmissorfluxo de datagramas passados para a

camada de rede pode conter falhas na sequumlecircncia

falhas seratildeo preenchidas se aplicaccedilatildeo estiver usando o TCP

caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as falhas Protocolo MAC do Ethernet CSMACD sem slots

5 Camada de Enlace 5-51

Algoritmo CSMACD do Ethernet

1 Adaptador recebe datagrama da camada de rede e cria um quadro

2 Se o adaptador percebe que o canal estaacute ocioso comeccedila a transmitir o quadro Se percebe que o canal estaacute ocupado espera que o canal fique livre e transmite

3 Se o adaptador transmitir todo o quadro sem detectar outra transmissatildeo o adaptador concluiu a operaccedilatildeo com o quadro

4 Se o adaptador detectar outra transmissatildeo enquanto estiver transmitindo aborta e envia sinal de reforccedilo de colisatildeo de 48 bits

5 Apoacutes o aborto o adaptador entra na retirada (backoff) exponencial binaacuteria apoacutes a m-eacutesima colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoriamente entre 012hellip2m-1 O adaptador espera K512 tempos de bit e retorna ao Passo 2

5 Camada de Enlace 5-52

CSMACD da Ethernet (mais)

Sinal de reforccedilo de colisatildeo garante que todos os demais transmissores estejam cientes da colisatildeo 48 bits

Tempo de Bit 01 microseg para Ethernet de 10 Mbpspara K=1023 tempo de espera de cerca de 50 mseg

Retirada Exponencial Binaacuteria

Objetivo adaptar as tentativas de retransmissatildeo agrave carga atual estimada Alta carga espera

aleatoacuteria seraacute mais longa

na primeira colisatildeo escolhe K entre 01 atraso eacute de K 512 tempos de transmissatildeo de um bit

apoacutes a segunda colisatildeo escolhe K entre 0123hellip

apoacutes 10 colisotildees escolhe K entre 01234hellip1023

Vejainteraja com o applet Java siacutetio do livroaltamente recomendaacutevel

5 Camada de Enlace 5-53

Eficiecircncia do CSMACD

tprop = atraso maacuteximo de prop entre 2 noacutes na LAN

ttrans = tempo para transmitir quadro de tamanho maacuteximo

Eficiecircncia vai para 1 agrave medida que tprop vai para 0

ttrans vai para infinito Muito melhor do que ALOHA e ainda eacute

descentralizado simples e barato

transprop tt 51

1eficiecircncia

5 Camada de Enlace 5-54

Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica

Diversos padrotildees Ethernet diferentestecircm em comum o protocolo MAC e o

formato do quadrodiferentes velocidades 2Mbps 10Mbps

100Mbps 1Gbps 10Gbpsdiferentes meios da camada fiacutesica fibra

caboaplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

protocolo MACe formato do quadro

100BASE-TX

100BASE-T4

100BASE-FX100BASE-T2

100BASE-SX 100BASE-BX

camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)

5 Camada de Enlace 5-55

10Base5

httpwwwethermanagecom

5 Camada de Enlace 5-56

10Base2

httpwwwethermanagecom

5 Camada de Enlace 5-57

10BaseT

httpwwwethermanagecom

5 Camada de Enlace 5-58

Conector RJ 45

5 Camada de Enlace 5-59

100Base-TX

httpwwwethermanagecom

5 Camada de Enlace 5-60 10

Wireless Backhaul

Carrier Ethernet Access Expansion

Voice gateway

VoiceVideoTelephony

HD TVTVoD VoD

Video Source

Gaming BusinessBackup ERP

InternetVideo Source

BusinessBroadband

E-Line andE-LAN service

GlobalNationalCarrierEthernet

GlobalNationalCarrierEthernet

SmallMedium Business

Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

ResidentialTriple-Play

FTTx DSLAM Cable Modem

Broadbandmobile datavideo

Bringing vastly extended scalability for business and residential users

ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing

5 Camada de Enlace 5-61

Carrier Ethernet Defined

bull Carrier Ethernet is a ubiquitous standardized carrier-class SERVICE defined by five attributes that distinguish Carrier Ethernet from familiar LAN based Ethernet

bull It brings the compelling business benefit of the Ethernet cost model to achieve significant savings

Carrier Ethernet

bull Scalability

bull Standardized Services

bull Service Management

bull Quality of Service

bull Reliability

Carrier Ethernet Attributes

httpwwwmetroethernetforumorg

5 Camada de Enlace 5-62

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos52 Teacutecnicas de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de acesso muacuteltiplo 54 Endereccedilamento na Camada de Enlace55 Ethernet56 Comutadores da camada de enlace57 PPP o protocolo ponto-a-ponto58 Virtualizaccedilatildeo de enlace uma rede como

camada de enlace59 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina

Web

5 Camada de Enlace 5-63

Hubs

hellip repetidores (ldquoburrosrdquo) da camada fiacutesicabits vindos de um dado link saem por todos

os outros links na mesma taxatodos os noacutes conectados ao hub podem

colidir uns com os outrosnatildeo haacute bufferizaccedilatildeo de quadrosnatildeo implementa CSMACD no hub cartotildees

do hospedeiro detectam as colisotildees

par tranccedilado

hub

5 Camada de Enlace 5-64

Comutador (switch)

Dispositivo da camada de enlace mais inteligentes que os hubs tecircm papel ativo armazena e retransmite quadros Ethernetexamina o cabeccedilalho do quadro e

seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento

transparentehospedeiros ignoram a presenccedila dos

switches plug-and-play self-learning (autodidatas)

os comutadores natildeo necessitam ser configurados

5 Camada de Enlace 5-65

Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas

hospedeiros tecircm conexatildeo direta e dedicada para o switch

os switches armazenam quadros

o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplex cada link eacute o seu proacuteprio

domiacutenio de colisatildeo comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-

para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees isto natildeo eacute possiacutevel com hubs

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

switch com seis interfaces(123456)

1 23

45

6

5 Camada de Enlace 5-66

Tabela de Comutaccedilatildeo

P como eacute que o switch sabe que Arsquo eacute alcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel a partir da interface 5

R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutem (endereccedilo MAC do hospedeiro

interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)

parece uma tabela de roteamento P como satildeo criadas e mantidas as

entradas na tabela de comutaccedilatildeo haacute algo como um protocolo de

roteamento

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

switch with six interfaces(123456)

1 23

45

6

5 Camada de Enlace 5-67

switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfaces quando um quadro eacute

recebido o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada

registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo

Switch autoaprendizagem

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 23

45

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

5 Camada de Enlace 5-685 Camada de Enlace

Switch FiltragemRepasse de quadrosQuando um comutador recebe um quadroregistra o link associado com o hospedeiro

transmissorindexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo

MAC do destinoif entrada encontrada para o destino

then if dest estiver no segmento de onde veio o

quadro then descarta o quadro else repassa o quadro na interface indicada else usa inundaccedilatildeoRepassa o quadro para todas as

demais interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido

5 Camada de Enlace 5-69

Exemplo de auto aprendizagem e repasse

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 23

45

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo

destino do quadro desconhecido inundaccedilatildeo

Arsquo A

local do destino A conhecido

Arsquo 4 60

transmissatildeo seletiva

5 Camada de Enlace 5-70

Exemplo com comutador

Suponha que C envia quadro para D

comutador recebe o quadro vindo de C anota na tabela de comutaccedilatildeo que C estaacute na interface 1 dado que D natildeo se encontra na tabela encaminha o quadro para as

demais interfaces 2 e 3

quadro eacute recebido por D

hub

hub hub

comutador

A

B CD

EF G H

I

endereccedilointerface

ABEG

1123

12 3

5 Camada de Enlace 5-71

Exemplo com comutador

Suponha que D responde com um quadro para C

comutador recebe o quadro vindo de D anota na tabela de comutaccedilatildeo que D estaacute na interface 2 dado que C estaacute na tabela encaminha o quadro apenas na interface

1

quadro eacute recebido por C

hub

hub hub

comutador

A

B CD

EF G H

I

interface

ABEGC

11231

endereccedilo

5 Camada de Enlace 5-72

Interligaccedilatildeo de comutadores

Podemos interligar comutadores (switches)

A

B

P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe que deve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3

R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenico comutador)

S1

C D

E

FS2

S4

S3

HI

G

5 Camada de Enlace 5-73

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde

para C

P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4

A

B

S1

C D

E

FS2

S4

S3

HI

G

1

2

5 Camada de Enlace 5-74

Rede Institucionalcorporativa

5 Camada de Enlace 5-75

Rede institucional

Para redeexterna

roteador

Subrede IP

Servidor de mensagens

Servidor web

5 Camada de Enlace 5-76

Comutadores versus Roteadores ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa

roteadores dispositivos da camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)

comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace roteadores mantecircm tabelas de roteamento

implementam algoritmos de roteamento comutadores mantecircm tabelas de comutaccedilatildeo

implementam filtragem algoritmos de aprendizagem

5 Camada de Enlace 5-77

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos52 Teacutecnicas de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de acesso muacuteltiplo 54 Endereccedilamento na Camada de Enlace55 Ethernet56 Comutadores da camada de enlace57 PPP o protocolo ponto-a-ponto58 Virtualizaccedilatildeo de enlace uma rede como

camada de enlace59 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina

Web

5 Camada de Enlace 5-78

Siacutentese um dia na vida de um pedido web jornada completa atravessando toda a pilha de

protocolos aplicaccedilatildeo transporte rede enlace

colocando tudo junto siacutentese objetivo identificar revisar entender os

protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web

cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom

5 Camada de Enlace 5-79

Um dia na vida cenaacuterio

rede da Comcast68800013

rede do Google64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola68802024

paacutegina web

navegador

5 Camada de Enlace 5-80

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPDHCP

quadro Ethernet difundido (dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador que executa o servidor DHCP

Ethernet demultiplexado para IP demultiplexado para UDP e demultiplexado paraDHCP

o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilo do primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP Solicitaccedilatildeo DHCP encapsulada em UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023 Ethernet

5 Camada de Enlace 5-81

roteador(roda DHCP)

servidor DHCP prepara ACK DHCP contendo endereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiro roteador nome e endereccedilo IP do servidor DNS

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

encapsulamento no servidor DHCP quadro repassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente

Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador

cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

5 Camada de Enlace 5-82

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

consulta DNS criada encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviar quadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP

consulta ARP difundida recebida pelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccedilo MAC da interface do roteador

o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiro roteador podendo agora enviar o quadro contendo a consulta DNS

ARP query

EthPhy

ARP

ARP

ARP reply

antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS

5 Camada de Enlace 5-83

roteador(roda DHCP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

DNS

datagrama IP conteacutem consulta DNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador

datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelos protocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS

demultiplexado pelo servidor DNS

servidor DNS responde ao cliente com o endereccedilo IP de wwwgooglecom

rede da Comcast68800013

servidor DNS

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

Um dia na vidahellip usando DNS

5 Camada de Enlace 5-84

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP

HTTPTCPIP

EthPhy

HTTP

para enviar pedido HTTP cliente primeiro abre um socket TCP para o servidor web segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web

conexatildeo TCP estabelecida64233169105

servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCPIP

EthPhy

SYN

SYN

SYN

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)

5 Camada de Enlace 5-85

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP

HTTPTCPIP

EthPhy

HTTP

solicitaccedilatildeo HTTP enviada para o socket TCP datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhado para wwwgooglecom

datagrama IP com a resposta HTTP eacute encaminhado de volta para o cliente

64233169105

servidor web

HTTPTCPIP

EthPhy

servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTPHTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

paacutegina web finalmente() apresentada

5 Camada de Enlace 5-86

Capiacutetulo 5 Resumo

princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dados detecccedilatildeo correccedilatildeo de erros compartilhamento de canal de difusatildeo acesso

muacuteltiplo endereccedilamento da camada de enlace

instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlace Ethernet LANs comutadas redes virtualizadas como camada de enlace MPLS

siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web

  • Capiacutetulo 5 A Camada de Enlace e Redes Locais
  • Camada de Enlace
  • Camada de Enlace Introduccedilatildeo
  • Camada de Enlace Contexto
  • Serviccedilos da Camada de Enlace
  • Serviccedilos da Camada de Enlace (mais)
  • Onde a camada de enlace eacute implementada
  • Comunicaccedilatildeo entre Adaptadores
  • Camada de Enlace (2)
  • Detecccedilatildeo de Erros
  • Verificaccedilotildees de Paridade
  • Soma de verificaccedilatildeo da Internet
  • Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica (CRC)
  • Exemplo de CRC
  • Implementaccedilatildeo em Hardware
  • Camada de Enlace (3)
  • Enlaces e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolo Ideal de Acesso Muacuteltiplo
  • Taxonomia dos Protocolos MAC
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal TDMA
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal FDMA
  • Protocolos de Acesso Aleatoacuterio
  • Slotted ALOHA
  • Slotted ALOHA (2)
  • Eficiecircncia do Slotted Aloha
  • ALOHA Puro (sem slots)
  • Eficiecircncia do Aloha puro
  • CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)
  • Colisotildees no CSMA
  • CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)
  • Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (2)
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (3)
  • Resumo dos protocolos MAC
  • Camada de Enlace (4)
  • Endereccedilos MAC
  • Endereccedilos MAC (2)
  • Endereccedilo MAC (cont)
  • ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de Resoluccedilatildeo de En
  • Protocolo ARP Mesma LAN (rede)
  • Roteando um pacote para outra LAN
  • Slide 44
  • Camada de Enlace (5)
  • Ethernet
  • Topologia em Estrela
  • Estrutura do Quadro Ethernet
  • Estrutura de Quadro Ethernet (cont)
  • Ethernet natildeo confiaacutevel e natildeo orientado para conexatildeo
  • Algoritmo CSMACD do Ethernet
  • CSMACD da Ethernet (mais)
  • Eficiecircncia do CSMACD
  • Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
  • 10Base5
  • 10Base2
  • 10BaseT
  • Conector RJ 45
  • 100Base-TX
  • Slide 60
  • Carrier Ethernet Defined
  • Camada de Enlace (6)
  • Hubs
  • Comutador (switch)
  • Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
  • Tabela de Comutaccedilatildeo
  • Switch autoaprendizagem
  • Switch FiltragemRepasse de quadros
  • Exemplo de auto aprendizagem e repasse
  • Exemplo com comutador
  • Exemplo com comutador (2)
  • Interligaccedilatildeo de comutadores
  • Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores
  • Rede Institucionalcorporativa
  • Rede institucional
  • Comutadores versus Roteadores
  • Camada de Enlace (7)
  • Siacutentese um dia na vida de um pedido web
  • Um dia na vida cenaacuterio
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet (2)
  • Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
  • Um dia na vidahellip usando DNS
  • Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
  • Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
  • Capiacutetulo 5 Resumo
Page 10: 5: Camada de Enlace 5-1 Capítulo 5: A Camada de Enlace e Redes Locais Nossos objetivos: Entender os princípios por trás dos serviços da camada de enlace

5 Camada de Enlace 5-10

Detecccedilatildeo de ErrosEDC= bits de Detecccedilatildeo e Correccedilatildeo de Erros (redundacircncia)D = Dados protegidos por verificaccedilatildeo de erros podem incluir alguns campos do cabeccedilalho bull detecccedilatildeo de erros natildeo eacute 100 confiaacutevel

bull protocolos podem deixar passar alguns erros mas eacute rarobull quanto maior o campo EDC melhor seraacute a capacidade de

detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

5 Camada de Enlace 5-11

Verificaccedilotildees de Paridade

Paridade de 1 BitDetecta erros em um uacutenico bit

Paridade BidimensionalDetecta e corrige erro em um uacutenico bit

5 Camada de Enlace 5-12

Soma de verificaccedilatildeo da Internet

Transmissor trata o conteuacutedo do

segmento como uma sequumlecircncia de inteiros de 16 bits

Soma de verificaccedilatildeo adiccedilatildeo (complemento de 1 da soma ) do conteuacutedo do segmento

transmissor coloca o valor do checksum no campo de checksum UDP

Receptor calcula a soma de

verificaccedilatildeo do segmento recebido

verifica se o resultado eacute igual ao valor do campo da soma de verificaccedilatildeo NAtildeO - erro detectado SIM - nenhum erro foi

detectado Mas pode conter erros Mais sobre isto posteriormente hellip

Objetivo detectar ldquoerrosrdquo (ex bits trocados) no segmento transmitido (nota usado apenas na camada de transporte)

5 Camada de Enlace 5-13

Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica (CRC) Dados considerados como a sequumlecircncia de coeficientes de um

polinocircmio (D) Eacute escolhido um polinocircmio Gerador (G) (=gt r+1 bits)

Divide-se (moacutedulo 2) o polinocircmio D2r por G Acrescenta-se o resto (R) a D Observa-se que por construccedilatildeo a nova sequumlecircncia ltDRgt agora eacute exatamente divisiacutevel por G

Receptor conhece G divide ltDRgt por G Caso o resto seja diferente de zero detectado erro

Pode detectar todos os erros em rajadas menores do que r+1 bits

Largamente usado na praacutetica (Ethernet 80211 WiFi ATM)

5 Camada de Enlace 5-14

Exemplo de CRC

Queremos

D2r XOR R = nGde forma equivalente

D2r = nG XOR R de forma equivalente se dividirmos D2r

por G queremos o resto R

G

DR

r2resto

101110000 10011001 101011 1010 1001 1100 1001 1010 1001 011

D G

R

5 Camada de Enlace 5-15

Implementaccedilatildeo em Hardware

Aring

G=1001

D2r=101110000

5 Camada de Enlace 5-16

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos52 Teacutecnicas de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de

erros 53 Protocolos de acesso muacuteltiplo 54 Endereccedilamento na Camada de Enlace55 Ethernet56 Comutadores da camada de enlace57 PPP o protocolo ponto-a-ponto58 Virtualizaccedilatildeo de enlace uma rede

como camada de enlace59 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de

paacutegina Web

5 Camada de Enlace 5-17

Enlaces e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo

Dois tipos de enlaces Ponto-a-ponto

PPP para acesso discado

Conexatildeo entre switch Ethernet e hospedeiro

broadcast (cabo ou meio compartilhado) Ethernet tradicional Upstream HFC 80211 LAN sem fio Sateacutelite Etc

5 Camada de Enlace 5-18

Protocolos de Acesso Muacuteltiplo

canal de comunicaccedilatildeo uacutenico de broadcast interferecircncia quando dois ou mais noacutes transmitem

simultaneamente colisatildeo se um noacute receber dois ou mais sinais ao mesmo

tempo

Protocolo de acesso muacuteltiplo algoritmo distribuiacutedo que determina como os noacutes

compartilham o canal isto eacute determina quando um noacute pode transmitir

comunicaccedilatildeo sobre o compartilhamento do canal deve usar o proacuteprio canal natildeo haacute canal fora da faixa para coordenar a transmissatildeo

5 Camada de Enlace 5-19

Protocolo Ideal de Acesso Muacuteltiplo

Para um canal de broadcast com taxa de R bps

1 Quando apenas um noacute tem dados para enviar esse noacute obteacutem uma vazatildeo de R bps

2 Quando M noacutes tecircm dados para enviar cada um desses noacutes poderaacute transmitir em meacutedia a uma taxa de RM bps

3 Completamente descentralizado nenhum noacute especial (mestre) para coordenar as

transmissotildees nenhuma sincronizaccedilatildeo de reloacutegios ou slots

4 Simples para que sua implementaccedilatildeo seja barata

5 Camada de Enlace 5-20

Taxonomia dos Protocolos MACTrecircs categorias gerais Divisatildeo de Canal

divide o canal em pequenos ldquopedaccedilosrdquo (slotscompartimentos de tempo frequumlecircncia coacutedigo)

aloca pedaccedilo a um dado noacute para uso exclusivo deste Acesso Aleatoacuterio

canal natildeo eacute dividido podem ocorrer colisotildees ldquorecuperaccedilatildeordquo das colisotildees

Revezamento Noacutes se alternam em revezamento mas noacutes que

possuem mais dados a transmitir podem demorar mais quando chegar a sua vez

5 Camada de Enlace 5-21

Protocolos MAC de divisatildeo de canal TDMA

TDMA Acesso Muacuteltiplo por Divisatildeo de Tempo acesso ao canal em ldquoturnos cada estaccedilatildeo recebe um comprimento fixo de

compartimento (comprimento = tempo de tx do pacote) em cada turno

compartimentos natildeo usados permanecem ociosos Exemplo LAN com 6 estaccedilotildees compartimentos 1 3 e 4

com pacotes compartimentos 2 5 e 6 ociosos

5 Camada de Enlace 5-22

Protocolos MAC de divisatildeo de canal FDMA

FDMA Acesso Muacuteltiplo por Divisatildeo de Frequumlecircncia espectro do canal dividido em bandas de frequumlecircncia a cada estaccedilatildeo eacute atribuiacuteda uma banda fixa de frequumlecircncia tempo de transmissatildeo natildeo usado nas bandas permanecem

ociosos exemplo LAN com 6 estaccedilotildees 134 com pacotes bandas

256 ociosas

Bandas

de f

requumlecircnci

a tempo

cabo FDM

5 Camada de Enlace 5-23

Protocolos de Acesso Aleatoacuterio

Quando noacute tem um pacote para transmitirtransmite na taxa maacutexima Rnenhuma coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes

dois ou mais noacutes transmitindo ldquocolisatildeordquo O protocolo MAC de acesso aleatoacuterio

especifica como detectar colisotildeescomo se recuperar delas (atraveacutes de

retransmissotildees retardadas por exemplo) Exemplos de protocolos MAC de acesso

aleatoacuterioslotted ALOHAALOHACSMA CSMACD CSMACA

5 Camada de Enlace 5-24

Slotted ALOHA

Hipoacuteteses todos os quadros tecircm o

mesmo tamanho (L bits) tempo eacute dividido em slots

de tamanho igual tempo para transmitir 1 quadro (LR seg)

noacutes comeccedilam a transmitir quadros apenas no iniacutecio dos intervalos (slots)

noacutes satildeo sincronizados se 2 ou mais noacutes

transmitirem num slot todos os noacutes detectam a colisatildeo

Operaccedilatildeo quando o noacute obteacutem um novo

quadro ele espera ateacute o iniacutecio do proacuteximo slot e transmite o quadro inteiro

Se natildeo houver colisatildeo noacute poderaacute enviar um novo quadro no proacuteximo slot

caso haja uma colisatildeo (detectada antes do final do intervalo) noacute retransmite o quadro em cada intervalo subsequumlente com probabilidade p ateacute obter sucesso

5 Camada de Enlace 5-25

Slotted ALOHA

Vantagens uacutenico noacute ativo pode

transmitir continuamente na taxa maacutexima do canal

Altamente descentralizado apenas slots nos noacutes precisam estar sincronizados

simples

Desvantagens colisotildees slots

desperdiccedilados slots ociosos

(desperdiacutecio) noacutes podem ser capazes

de detectar colisotildees num tempo inferior ao da transmissatildeo do pacote

sincronizaccedilatildeo dos reloacutegios

5 Camada de Enlace 5-26

Eficiecircncia do Slotted Aloha

Assuma N noacutes com muitos quadros para enviar cada um transmite num slot com probabilidade p

probabilidade que noacute 1 tenha sucesso em um slot = p(1-p)N-1

probabilidade que qualquer noacute tenha sucesso = Np(1-p)N-

1

Para eficiecircncia maacutexima com N noacutes encontre p que maximiza Np(1-p)N-1

Para muitos noacutes faccedila limite para Np(1-p)N-1

quando N tende a infinito daacute 1e = 037

Eficiecircncia eacute a fraccedilatildeo de longo prazo de slots bem sucedidos quando haacute muitos noacutes cada um com muitos quadros para transmitir

Melhor caso canalusado para transmissotildees uacuteteis em 37 do tempo

5 Camada de Enlace 5-27

ALOHA Puro (sem slots) Aloha puro (sem slots) mais simples sem sincronizaccedilatildeo Ao chegar um quadro no noacute

transmite imediatamente Probabilidade de colisatildeo aumenta

quadro enviado em t0 colide com outros quadros enviados em [t0-1t0+1]

5 Camada de Enlace 5-28

Eficiecircncia do Aloha puro

P(sucesso por um dado noacute) = P(noacute transmita)

P(nenhum outro noacute transmita em [t0-1t0]

P(nenhum outro noacute transmita em [t0t0+1]

= p (1-p)N-1 (1-p)N-1

= p (1-p)2(N-1)

hellip escolhendo o valor oacutetimo de p e deixando n -gt infinito

= 1(2e) = 018 Ainda pior do que o Slotted Aloha

5 Camada de Enlace 5-29

CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)

CSMA (Carrier Sense Multiple Access) Escuta antes de transmitir (detecccedilatildeo de portadora)

Se o canal estiver livre transmite todo o quadro

Se o canal estiver ocupado adia a transmissatildeo

Analogia humana natildeo interrompa outros

5 Camada de Enlace 5-30

Colisotildees no CSMA

colisotildees ainda podem aconteceratraso de propagaccedilatildeo significa que dois noacutes podem natildeo ouvira transmissatildeo do outro colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo eacute desperdiccedilado

Disposiccedilatildeo espacial dos noacutes

notapapel da distacircncia e atraso de propagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo

5 Camada de Enlace 5-31

CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)

CSMACD detecccedilatildeo da portadora adia a transmissatildeo como no CSMAAs colisotildees satildeo detectadas em pouco tempoTransmissotildees que sofreram colisotildees satildeo

abortadas reduzindo o desperdiacutecio do canal Detecccedilatildeo de colisotildees

Faacutecil em LANs cabeadas mede a potecircncia do sinal compara o sinal recebido com o transmitido

Difiacutecil em LANs sem fio o receptor eacute desligado durante a transmissatildeo

Analogia humana bate papo educado

5 Camada de Enlace 5-32

Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD

5 Camada de Enlace 5-33

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoProtocolos MAC de divisatildeo de canal

Compartilha o canal eficientemente e de forma justa em altas cargas

Ineficiente em baixas cargas atraso no canal de acesso alocaccedilatildeo de 1N da largura de banda mesmo com apenas 1 noacute ativo

Protocolos MAC de acesso aleatoacuterioeficiente em baixas cargas um uacutenico noacute

pode utilizar completamente o canalAltas cargas overhead com colisotildees

Protocolos de revezamentoProcura oferecer o melhor dos dois mundos

5 Camada de Enlace 5-34

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo

Seleccedilatildeo (Polling) Noacute mestre ldquoconvidardquo

noacutes escravos a transmitir em revezamento

Usado tipicamente com dispositivos escravo burros

Preocupaccedilotildees Overhead com as

consultas (polling) Latecircncia Ponto uacutenico de

falha (mestre)

mestre

escravos

poll

dados

dados

5 Camada de Enlace 5-35

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo

Passagem de permissatildeo (token)

controla permissatildeo passada de um noacute para o proacuteximo de forma sequencial

mensagem de passagem da permissatildeo

preocupaccedilotildees overhead com a

passagem de permissatildeo

latecircncia Ponto uacutenico de falha

(permissatildeo)

T

dados

(nada paramandar)

T

5 Camada de Enlace 5-36

Resumo dos protocolos MAC Divisatildeo do canal por tempo frequumlecircncia ou

coacutedigoDivisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequumlecircncia

Particionamento Aleatoacuterio (dinacircmico) ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDEscutar a portadora faacutecil em algumas

tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)

CSMACD usado na EthernetCSMACA usado no 80211

RevezamentoSeleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto

central passagem de permissotildeesBluetooth FDDI Token Ring (IBM)

5 Camada de Enlace 5-37

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos52 Teacutecnicas de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de

erros 53 Protocolos de acesso muacuteltiplo 54 Endereccedilamento na Camada de Enlace55 Ethernet56 Comutadores da camada de enlace57 PPP o protocolo ponto-a-ponto58 Virtualizaccedilatildeo de enlace uma rede

como camada de enlace59 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de

paacutegina Web

5 Camada de Enlace 5-38

Endereccedilos MAC

Endereccedilo IP de 32 bits Endereccedilos da camada de redeusado para levar o datagrama agrave subrede IP

destinoEndereccedilo MAC (ou LAN ou fiacutesico ou

Ethernet) levar o datagrama de uma interface ateacute outra

interface conectada fisicamente (na mesma rede)

Endereccedilo MAC de 48 bits (para a maioria das redes)bull gravado na ROM do adaptador ou configurado

por software

5 Camada de Enlace 5-39

Endereccedilos MAC

Cada adaptador na LAN possui um endereccedilo MAC uacutenico

Endereccedilo de Broadcast =FF-FF-FF-FF-FF-FF

= adaptador

1A-2F-BB-76-09-AD

58-23-D7-FA-20-B0

0C-C4-11-6F-E3-98

71-65-F7-2B-08-53

LAN(cabeada ousem fio)

5 Camada de Enlace 5-40

Endereccedilo MAC (cont)

Alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC gerenciada pelo IEEE Um fabricante compra uma parte do espaccedilo de

endereccedilos (para garantir unicidade) Analogia (a) endereccedilo MAC como nuacutemero do CPF (b) endereccedilo IP como endereccedilo postal (CEP) endereccedilo MAC tem estrutura linear =gt

portabilidadePode mover um cartatildeo LAN de uma LAN para

outra endereccedilo IP hieraacuterquico NAtildeO eacute portaacutetil (requer IP

moacutevel)Depende da subrede IP agrave qual o noacute estaacute

conectado

5 Camada de Enlace 5-41

ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de Resoluccedilatildeo de Endereccedilos)

Cada noacute IP (Host Roteador) de uma LAN possui tabela ARP

Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN

lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt TTL (Time To Live) tempo

a partir do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute esquecido (valor tiacutepico de 20 min)

Pergunta como obter oendereccedilo MAC de B a partir do endereccedilo IP de B

1A-2F-BB-76-09-AD

58-23-D7-FA-20-B0

0C-C4-11-6F-E3-98

71-65-F7-2B-08-53

LAN

237196723

237196778

237196714

237196788

5 Camada de Enlace 5-42

Protocolo ARP Mesma LAN (rede) A deseja enviar datagrama

para B e o endereccedilo MAC de B natildeo estaacute na tabela ARP

A difunde o pacote de solicitaccedilatildeo ARP que conteacutem o endereccedilo IP de B Endereccedilo MAC destino =

FF-FF-FF-FF-FF-FF todas as maacutequinas na

LAN recebem a consulta do ARP

B recebe o pacote ARP responde a A com o seu (de B) endereccedilo MAC Quadro enviado para o

endereccedilo MAC (unicast) de A

Uma cache (salva) o par de endereccedilos IP-para-MAC na sua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo fique antiquada (expire) lsquosoft statersquo informaccedilatildeo que expira (vai embora) a menos que seja renovada

ARP eacute ldquoplug-and-playrdquo os noacutes criam suas tabelas ARP sem a intervenccedilatildeo do administrador

da rede

5 Camada de Enlace 5-43

Roteando um pacote para outra LAN

passo a passo envio de datagrama de A para B via R assuma que A conhece o endereccedilo IP de B

Duas tabelas ARP no roteador R uma para cada rede IP (LAN)

A

RB

5 Camada de Enlace 5-44

A cria datagrama com origem A destino B A usa ARP para obter o endereccedilo MAC de R para

111111111110 A cria quadro da camada de enlace com o endereccedilo

MAC de R como destino quadro conteacutem datagrama IP de A para B

O adaptador de A envia o quadro O adaptador de R recebe o quadro R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verifica

que eacute destinado para B R usa ARP para obter o endereccedilo MAC de B R cria quadro contendo datagrama IP de A para B e o

envia para B

A

R B

Este eacute um exemplo muito importantendash garanta que vocecirc o entendeu

5 Camada de Enlace 5-45

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos52 Teacutecnicas de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de

erros 53 Protocolos de acesso muacuteltiplo 54 Endereccedilamento na Camada de Enlace55 Ethernet56 Comutadores da camada de enlace57 PPP o protocolo ponto-a-ponto58 Virtualizaccedilatildeo de enlace uma rede

como camada de enlace59 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de

paacutegina Web

5 Camada de Enlace 5-46

Ethernet Muitiacutessimo difundida porque

Muito barata R$30 para placas 10100Mbps A mais antiga das tecnologias de rede local (meados da

deacutecada de 70) Mais simples e menos cara que redes usando ficha ou

ATM Acompanhou o aumento de velocidade 10 Mbps ndash 10

Gbps

Rascunho de Metcalfe sobre o Ethernet

5 Camada de Enlace 5-47

Topologia em Estrela Topologia de barramento popular ateacute meados

dos anos 90 Todos os noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo (podem colidir

um com o outro)

Agora prevalecircncia de topologia em estrela Comutador (switch) no centro Cada porta roda o protocolo Ethernet separadamente (os

noacutes natildeo colidem uns com os outros)

barramento cabo coaxial

switch

estrela

5 Camada de Enlace 5-48

Estrutura do Quadro Ethernet

Adaptador remetente encapsula datagrama IP (ou pacote de outro protocolo da camada de rede) num Quadro Ethernet

Dados 46 a 1500 bytes Preacircmbulo 7 bytes com o padratildeo 10101010 seguidos por um byte

com o padratildeo 10101011 usado para sincronizar receptor ao reloacutegio do

remetente (reloacutegios nunca satildeo exatos eacute muito provaacutevel que exista algum desvio entre eles)

5 Camada de Enlace 5-49

Estrutura de Quadro Ethernet (cont)

Endereccedilos 6 bytes para cada endereccedilo MAC se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo destino igual

ao seu ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede

caso contraacuterio o adaptador descarta o quadro Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior

usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)

CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado

5 Camada de Enlace 5-50

Ethernet natildeo confiaacutevel e natildeo orientado para conexatildeo

Natildeo orientado para conexatildeo Natildeo haacute estabelecimento de conexatildeo (saudaccedilatildeo) entre os adaptadores transmissor e receptor

Natildeo confiaacutevel o adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador transmissorfluxo de datagramas passados para a

camada de rede pode conter falhas na sequumlecircncia

falhas seratildeo preenchidas se aplicaccedilatildeo estiver usando o TCP

caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as falhas Protocolo MAC do Ethernet CSMACD sem slots

5 Camada de Enlace 5-51

Algoritmo CSMACD do Ethernet

1 Adaptador recebe datagrama da camada de rede e cria um quadro

2 Se o adaptador percebe que o canal estaacute ocioso comeccedila a transmitir o quadro Se percebe que o canal estaacute ocupado espera que o canal fique livre e transmite

3 Se o adaptador transmitir todo o quadro sem detectar outra transmissatildeo o adaptador concluiu a operaccedilatildeo com o quadro

4 Se o adaptador detectar outra transmissatildeo enquanto estiver transmitindo aborta e envia sinal de reforccedilo de colisatildeo de 48 bits

5 Apoacutes o aborto o adaptador entra na retirada (backoff) exponencial binaacuteria apoacutes a m-eacutesima colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoriamente entre 012hellip2m-1 O adaptador espera K512 tempos de bit e retorna ao Passo 2

5 Camada de Enlace 5-52

CSMACD da Ethernet (mais)

Sinal de reforccedilo de colisatildeo garante que todos os demais transmissores estejam cientes da colisatildeo 48 bits

Tempo de Bit 01 microseg para Ethernet de 10 Mbpspara K=1023 tempo de espera de cerca de 50 mseg

Retirada Exponencial Binaacuteria

Objetivo adaptar as tentativas de retransmissatildeo agrave carga atual estimada Alta carga espera

aleatoacuteria seraacute mais longa

na primeira colisatildeo escolhe K entre 01 atraso eacute de K 512 tempos de transmissatildeo de um bit

apoacutes a segunda colisatildeo escolhe K entre 0123hellip

apoacutes 10 colisotildees escolhe K entre 01234hellip1023

Vejainteraja com o applet Java siacutetio do livroaltamente recomendaacutevel

5 Camada de Enlace 5-53

Eficiecircncia do CSMACD

tprop = atraso maacuteximo de prop entre 2 noacutes na LAN

ttrans = tempo para transmitir quadro de tamanho maacuteximo

Eficiecircncia vai para 1 agrave medida que tprop vai para 0

ttrans vai para infinito Muito melhor do que ALOHA e ainda eacute

descentralizado simples e barato

transprop tt 51

1eficiecircncia

5 Camada de Enlace 5-54

Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica

Diversos padrotildees Ethernet diferentestecircm em comum o protocolo MAC e o

formato do quadrodiferentes velocidades 2Mbps 10Mbps

100Mbps 1Gbps 10Gbpsdiferentes meios da camada fiacutesica fibra

caboaplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

protocolo MACe formato do quadro

100BASE-TX

100BASE-T4

100BASE-FX100BASE-T2

100BASE-SX 100BASE-BX

camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)

5 Camada de Enlace 5-55

10Base5

httpwwwethermanagecom

5 Camada de Enlace 5-56

10Base2

httpwwwethermanagecom

5 Camada de Enlace 5-57

10BaseT

httpwwwethermanagecom

5 Camada de Enlace 5-58

Conector RJ 45

5 Camada de Enlace 5-59

100Base-TX

httpwwwethermanagecom

5 Camada de Enlace 5-60 10

Wireless Backhaul

Carrier Ethernet Access Expansion

Voice gateway

VoiceVideoTelephony

HD TVTVoD VoD

Video Source

Gaming BusinessBackup ERP

InternetVideo Source

BusinessBroadband

E-Line andE-LAN service

GlobalNationalCarrierEthernet

GlobalNationalCarrierEthernet

SmallMedium Business

Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

ResidentialTriple-Play

FTTx DSLAM Cable Modem

Broadbandmobile datavideo

Bringing vastly extended scalability for business and residential users

ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing

5 Camada de Enlace 5-61

Carrier Ethernet Defined

bull Carrier Ethernet is a ubiquitous standardized carrier-class SERVICE defined by five attributes that distinguish Carrier Ethernet from familiar LAN based Ethernet

bull It brings the compelling business benefit of the Ethernet cost model to achieve significant savings

Carrier Ethernet

bull Scalability

bull Standardized Services

bull Service Management

bull Quality of Service

bull Reliability

Carrier Ethernet Attributes

httpwwwmetroethernetforumorg

5 Camada de Enlace 5-62

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos52 Teacutecnicas de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de acesso muacuteltiplo 54 Endereccedilamento na Camada de Enlace55 Ethernet56 Comutadores da camada de enlace57 PPP o protocolo ponto-a-ponto58 Virtualizaccedilatildeo de enlace uma rede como

camada de enlace59 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina

Web

5 Camada de Enlace 5-63

Hubs

hellip repetidores (ldquoburrosrdquo) da camada fiacutesicabits vindos de um dado link saem por todos

os outros links na mesma taxatodos os noacutes conectados ao hub podem

colidir uns com os outrosnatildeo haacute bufferizaccedilatildeo de quadrosnatildeo implementa CSMACD no hub cartotildees

do hospedeiro detectam as colisotildees

par tranccedilado

hub

5 Camada de Enlace 5-64

Comutador (switch)

Dispositivo da camada de enlace mais inteligentes que os hubs tecircm papel ativo armazena e retransmite quadros Ethernetexamina o cabeccedilalho do quadro e

seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento

transparentehospedeiros ignoram a presenccedila dos

switches plug-and-play self-learning (autodidatas)

os comutadores natildeo necessitam ser configurados

5 Camada de Enlace 5-65

Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas

hospedeiros tecircm conexatildeo direta e dedicada para o switch

os switches armazenam quadros

o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplex cada link eacute o seu proacuteprio

domiacutenio de colisatildeo comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-

para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees isto natildeo eacute possiacutevel com hubs

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

switch com seis interfaces(123456)

1 23

45

6

5 Camada de Enlace 5-66

Tabela de Comutaccedilatildeo

P como eacute que o switch sabe que Arsquo eacute alcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel a partir da interface 5

R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutem (endereccedilo MAC do hospedeiro

interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)

parece uma tabela de roteamento P como satildeo criadas e mantidas as

entradas na tabela de comutaccedilatildeo haacute algo como um protocolo de

roteamento

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

switch with six interfaces(123456)

1 23

45

6

5 Camada de Enlace 5-67

switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfaces quando um quadro eacute

recebido o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada

registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo

Switch autoaprendizagem

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 23

45

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

5 Camada de Enlace 5-685 Camada de Enlace

Switch FiltragemRepasse de quadrosQuando um comutador recebe um quadroregistra o link associado com o hospedeiro

transmissorindexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo

MAC do destinoif entrada encontrada para o destino

then if dest estiver no segmento de onde veio o

quadro then descarta o quadro else repassa o quadro na interface indicada else usa inundaccedilatildeoRepassa o quadro para todas as

demais interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido

5 Camada de Enlace 5-69

Exemplo de auto aprendizagem e repasse

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 23

45

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo

destino do quadro desconhecido inundaccedilatildeo

Arsquo A

local do destino A conhecido

Arsquo 4 60

transmissatildeo seletiva

5 Camada de Enlace 5-70

Exemplo com comutador

Suponha que C envia quadro para D

comutador recebe o quadro vindo de C anota na tabela de comutaccedilatildeo que C estaacute na interface 1 dado que D natildeo se encontra na tabela encaminha o quadro para as

demais interfaces 2 e 3

quadro eacute recebido por D

hub

hub hub

comutador

A

B CD

EF G H

I

endereccedilointerface

ABEG

1123

12 3

5 Camada de Enlace 5-71

Exemplo com comutador

Suponha que D responde com um quadro para C

comutador recebe o quadro vindo de D anota na tabela de comutaccedilatildeo que D estaacute na interface 2 dado que C estaacute na tabela encaminha o quadro apenas na interface

1

quadro eacute recebido por C

hub

hub hub

comutador

A

B CD

EF G H

I

interface

ABEGC

11231

endereccedilo

5 Camada de Enlace 5-72

Interligaccedilatildeo de comutadores

Podemos interligar comutadores (switches)

A

B

P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe que deve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3

R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenico comutador)

S1

C D

E

FS2

S4

S3

HI

G

5 Camada de Enlace 5-73

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde

para C

P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4

A

B

S1

C D

E

FS2

S4

S3

HI

G

1

2

5 Camada de Enlace 5-74

Rede Institucionalcorporativa

5 Camada de Enlace 5-75

Rede institucional

Para redeexterna

roteador

Subrede IP

Servidor de mensagens

Servidor web

5 Camada de Enlace 5-76

Comutadores versus Roteadores ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa

roteadores dispositivos da camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)

comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace roteadores mantecircm tabelas de roteamento

implementam algoritmos de roteamento comutadores mantecircm tabelas de comutaccedilatildeo

implementam filtragem algoritmos de aprendizagem

5 Camada de Enlace 5-77

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos52 Teacutecnicas de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de acesso muacuteltiplo 54 Endereccedilamento na Camada de Enlace55 Ethernet56 Comutadores da camada de enlace57 PPP o protocolo ponto-a-ponto58 Virtualizaccedilatildeo de enlace uma rede como

camada de enlace59 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina

Web

5 Camada de Enlace 5-78

Siacutentese um dia na vida de um pedido web jornada completa atravessando toda a pilha de

protocolos aplicaccedilatildeo transporte rede enlace

colocando tudo junto siacutentese objetivo identificar revisar entender os

protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web

cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom

5 Camada de Enlace 5-79

Um dia na vida cenaacuterio

rede da Comcast68800013

rede do Google64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola68802024

paacutegina web

navegador

5 Camada de Enlace 5-80

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPDHCP

quadro Ethernet difundido (dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador que executa o servidor DHCP

Ethernet demultiplexado para IP demultiplexado para UDP e demultiplexado paraDHCP

o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilo do primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP Solicitaccedilatildeo DHCP encapsulada em UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023 Ethernet

5 Camada de Enlace 5-81

roteador(roda DHCP)

servidor DHCP prepara ACK DHCP contendo endereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiro roteador nome e endereccedilo IP do servidor DNS

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

encapsulamento no servidor DHCP quadro repassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente

Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador

cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

5 Camada de Enlace 5-82

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

consulta DNS criada encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviar quadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP

consulta ARP difundida recebida pelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccedilo MAC da interface do roteador

o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiro roteador podendo agora enviar o quadro contendo a consulta DNS

ARP query

EthPhy

ARP

ARP

ARP reply

antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS

5 Camada de Enlace 5-83

roteador(roda DHCP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

DNS

datagrama IP conteacutem consulta DNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador

datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelos protocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS

demultiplexado pelo servidor DNS

servidor DNS responde ao cliente com o endereccedilo IP de wwwgooglecom

rede da Comcast68800013

servidor DNS

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

Um dia na vidahellip usando DNS

5 Camada de Enlace 5-84

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP

HTTPTCPIP

EthPhy

HTTP

para enviar pedido HTTP cliente primeiro abre um socket TCP para o servidor web segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web

conexatildeo TCP estabelecida64233169105

servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCPIP

EthPhy

SYN

SYN

SYN

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)

5 Camada de Enlace 5-85

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP

HTTPTCPIP

EthPhy

HTTP

solicitaccedilatildeo HTTP enviada para o socket TCP datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhado para wwwgooglecom

datagrama IP com a resposta HTTP eacute encaminhado de volta para o cliente

64233169105

servidor web

HTTPTCPIP

EthPhy

servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTPHTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

paacutegina web finalmente() apresentada

5 Camada de Enlace 5-86

Capiacutetulo 5 Resumo

princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dados detecccedilatildeo correccedilatildeo de erros compartilhamento de canal de difusatildeo acesso

muacuteltiplo endereccedilamento da camada de enlace

instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlace Ethernet LANs comutadas redes virtualizadas como camada de enlace MPLS

siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web

  • Capiacutetulo 5 A Camada de Enlace e Redes Locais
  • Camada de Enlace
  • Camada de Enlace Introduccedilatildeo
  • Camada de Enlace Contexto
  • Serviccedilos da Camada de Enlace
  • Serviccedilos da Camada de Enlace (mais)
  • Onde a camada de enlace eacute implementada
  • Comunicaccedilatildeo entre Adaptadores
  • Camada de Enlace (2)
  • Detecccedilatildeo de Erros
  • Verificaccedilotildees de Paridade
  • Soma de verificaccedilatildeo da Internet
  • Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica (CRC)
  • Exemplo de CRC
  • Implementaccedilatildeo em Hardware
  • Camada de Enlace (3)
  • Enlaces e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolo Ideal de Acesso Muacuteltiplo
  • Taxonomia dos Protocolos MAC
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal TDMA
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal FDMA
  • Protocolos de Acesso Aleatoacuterio
  • Slotted ALOHA
  • Slotted ALOHA (2)
  • Eficiecircncia do Slotted Aloha
  • ALOHA Puro (sem slots)
  • Eficiecircncia do Aloha puro
  • CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)
  • Colisotildees no CSMA
  • CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)
  • Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (2)
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (3)
  • Resumo dos protocolos MAC
  • Camada de Enlace (4)
  • Endereccedilos MAC
  • Endereccedilos MAC (2)
  • Endereccedilo MAC (cont)
  • ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de Resoluccedilatildeo de En
  • Protocolo ARP Mesma LAN (rede)
  • Roteando um pacote para outra LAN
  • Slide 44
  • Camada de Enlace (5)
  • Ethernet
  • Topologia em Estrela
  • Estrutura do Quadro Ethernet
  • Estrutura de Quadro Ethernet (cont)
  • Ethernet natildeo confiaacutevel e natildeo orientado para conexatildeo
  • Algoritmo CSMACD do Ethernet
  • CSMACD da Ethernet (mais)
  • Eficiecircncia do CSMACD
  • Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
  • 10Base5
  • 10Base2
  • 10BaseT
  • Conector RJ 45
  • 100Base-TX
  • Slide 60
  • Carrier Ethernet Defined
  • Camada de Enlace (6)
  • Hubs
  • Comutador (switch)
  • Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
  • Tabela de Comutaccedilatildeo
  • Switch autoaprendizagem
  • Switch FiltragemRepasse de quadros
  • Exemplo de auto aprendizagem e repasse
  • Exemplo com comutador
  • Exemplo com comutador (2)
  • Interligaccedilatildeo de comutadores
  • Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores
  • Rede Institucionalcorporativa
  • Rede institucional
  • Comutadores versus Roteadores
  • Camada de Enlace (7)
  • Siacutentese um dia na vida de um pedido web
  • Um dia na vida cenaacuterio
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet (2)
  • Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
  • Um dia na vidahellip usando DNS
  • Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
  • Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
  • Capiacutetulo 5 Resumo
Page 11: 5: Camada de Enlace 5-1 Capítulo 5: A Camada de Enlace e Redes Locais Nossos objetivos: Entender os princípios por trás dos serviços da camada de enlace

5 Camada de Enlace 5-11

Verificaccedilotildees de Paridade

Paridade de 1 BitDetecta erros em um uacutenico bit

Paridade BidimensionalDetecta e corrige erro em um uacutenico bit

5 Camada de Enlace 5-12

Soma de verificaccedilatildeo da Internet

Transmissor trata o conteuacutedo do

segmento como uma sequumlecircncia de inteiros de 16 bits

Soma de verificaccedilatildeo adiccedilatildeo (complemento de 1 da soma ) do conteuacutedo do segmento

transmissor coloca o valor do checksum no campo de checksum UDP

Receptor calcula a soma de

verificaccedilatildeo do segmento recebido

verifica se o resultado eacute igual ao valor do campo da soma de verificaccedilatildeo NAtildeO - erro detectado SIM - nenhum erro foi

detectado Mas pode conter erros Mais sobre isto posteriormente hellip

Objetivo detectar ldquoerrosrdquo (ex bits trocados) no segmento transmitido (nota usado apenas na camada de transporte)

5 Camada de Enlace 5-13

Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica (CRC) Dados considerados como a sequumlecircncia de coeficientes de um

polinocircmio (D) Eacute escolhido um polinocircmio Gerador (G) (=gt r+1 bits)

Divide-se (moacutedulo 2) o polinocircmio D2r por G Acrescenta-se o resto (R) a D Observa-se que por construccedilatildeo a nova sequumlecircncia ltDRgt agora eacute exatamente divisiacutevel por G

Receptor conhece G divide ltDRgt por G Caso o resto seja diferente de zero detectado erro

Pode detectar todos os erros em rajadas menores do que r+1 bits

Largamente usado na praacutetica (Ethernet 80211 WiFi ATM)

5 Camada de Enlace 5-14

Exemplo de CRC

Queremos

D2r XOR R = nGde forma equivalente

D2r = nG XOR R de forma equivalente se dividirmos D2r

por G queremos o resto R

G

DR

r2resto

101110000 10011001 101011 1010 1001 1100 1001 1010 1001 011

D G

R

5 Camada de Enlace 5-15

Implementaccedilatildeo em Hardware

Aring

G=1001

D2r=101110000

5 Camada de Enlace 5-16

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos52 Teacutecnicas de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de

erros 53 Protocolos de acesso muacuteltiplo 54 Endereccedilamento na Camada de Enlace55 Ethernet56 Comutadores da camada de enlace57 PPP o protocolo ponto-a-ponto58 Virtualizaccedilatildeo de enlace uma rede

como camada de enlace59 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de

paacutegina Web

5 Camada de Enlace 5-17

Enlaces e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo

Dois tipos de enlaces Ponto-a-ponto

PPP para acesso discado

Conexatildeo entre switch Ethernet e hospedeiro

broadcast (cabo ou meio compartilhado) Ethernet tradicional Upstream HFC 80211 LAN sem fio Sateacutelite Etc

5 Camada de Enlace 5-18

Protocolos de Acesso Muacuteltiplo

canal de comunicaccedilatildeo uacutenico de broadcast interferecircncia quando dois ou mais noacutes transmitem

simultaneamente colisatildeo se um noacute receber dois ou mais sinais ao mesmo

tempo

Protocolo de acesso muacuteltiplo algoritmo distribuiacutedo que determina como os noacutes

compartilham o canal isto eacute determina quando um noacute pode transmitir

comunicaccedilatildeo sobre o compartilhamento do canal deve usar o proacuteprio canal natildeo haacute canal fora da faixa para coordenar a transmissatildeo

5 Camada de Enlace 5-19

Protocolo Ideal de Acesso Muacuteltiplo

Para um canal de broadcast com taxa de R bps

1 Quando apenas um noacute tem dados para enviar esse noacute obteacutem uma vazatildeo de R bps

2 Quando M noacutes tecircm dados para enviar cada um desses noacutes poderaacute transmitir em meacutedia a uma taxa de RM bps

3 Completamente descentralizado nenhum noacute especial (mestre) para coordenar as

transmissotildees nenhuma sincronizaccedilatildeo de reloacutegios ou slots

4 Simples para que sua implementaccedilatildeo seja barata

5 Camada de Enlace 5-20

Taxonomia dos Protocolos MACTrecircs categorias gerais Divisatildeo de Canal

divide o canal em pequenos ldquopedaccedilosrdquo (slotscompartimentos de tempo frequumlecircncia coacutedigo)

aloca pedaccedilo a um dado noacute para uso exclusivo deste Acesso Aleatoacuterio

canal natildeo eacute dividido podem ocorrer colisotildees ldquorecuperaccedilatildeordquo das colisotildees

Revezamento Noacutes se alternam em revezamento mas noacutes que

possuem mais dados a transmitir podem demorar mais quando chegar a sua vez

5 Camada de Enlace 5-21

Protocolos MAC de divisatildeo de canal TDMA

TDMA Acesso Muacuteltiplo por Divisatildeo de Tempo acesso ao canal em ldquoturnos cada estaccedilatildeo recebe um comprimento fixo de

compartimento (comprimento = tempo de tx do pacote) em cada turno

compartimentos natildeo usados permanecem ociosos Exemplo LAN com 6 estaccedilotildees compartimentos 1 3 e 4

com pacotes compartimentos 2 5 e 6 ociosos

5 Camada de Enlace 5-22

Protocolos MAC de divisatildeo de canal FDMA

FDMA Acesso Muacuteltiplo por Divisatildeo de Frequumlecircncia espectro do canal dividido em bandas de frequumlecircncia a cada estaccedilatildeo eacute atribuiacuteda uma banda fixa de frequumlecircncia tempo de transmissatildeo natildeo usado nas bandas permanecem

ociosos exemplo LAN com 6 estaccedilotildees 134 com pacotes bandas

256 ociosas

Bandas

de f

requumlecircnci

a tempo

cabo FDM

5 Camada de Enlace 5-23

Protocolos de Acesso Aleatoacuterio

Quando noacute tem um pacote para transmitirtransmite na taxa maacutexima Rnenhuma coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes

dois ou mais noacutes transmitindo ldquocolisatildeordquo O protocolo MAC de acesso aleatoacuterio

especifica como detectar colisotildeescomo se recuperar delas (atraveacutes de

retransmissotildees retardadas por exemplo) Exemplos de protocolos MAC de acesso

aleatoacuterioslotted ALOHAALOHACSMA CSMACD CSMACA

5 Camada de Enlace 5-24

Slotted ALOHA

Hipoacuteteses todos os quadros tecircm o

mesmo tamanho (L bits) tempo eacute dividido em slots

de tamanho igual tempo para transmitir 1 quadro (LR seg)

noacutes comeccedilam a transmitir quadros apenas no iniacutecio dos intervalos (slots)

noacutes satildeo sincronizados se 2 ou mais noacutes

transmitirem num slot todos os noacutes detectam a colisatildeo

Operaccedilatildeo quando o noacute obteacutem um novo

quadro ele espera ateacute o iniacutecio do proacuteximo slot e transmite o quadro inteiro

Se natildeo houver colisatildeo noacute poderaacute enviar um novo quadro no proacuteximo slot

caso haja uma colisatildeo (detectada antes do final do intervalo) noacute retransmite o quadro em cada intervalo subsequumlente com probabilidade p ateacute obter sucesso

5 Camada de Enlace 5-25

Slotted ALOHA

Vantagens uacutenico noacute ativo pode

transmitir continuamente na taxa maacutexima do canal

Altamente descentralizado apenas slots nos noacutes precisam estar sincronizados

simples

Desvantagens colisotildees slots

desperdiccedilados slots ociosos

(desperdiacutecio) noacutes podem ser capazes

de detectar colisotildees num tempo inferior ao da transmissatildeo do pacote

sincronizaccedilatildeo dos reloacutegios

5 Camada de Enlace 5-26

Eficiecircncia do Slotted Aloha

Assuma N noacutes com muitos quadros para enviar cada um transmite num slot com probabilidade p

probabilidade que noacute 1 tenha sucesso em um slot = p(1-p)N-1

probabilidade que qualquer noacute tenha sucesso = Np(1-p)N-

1

Para eficiecircncia maacutexima com N noacutes encontre p que maximiza Np(1-p)N-1

Para muitos noacutes faccedila limite para Np(1-p)N-1

quando N tende a infinito daacute 1e = 037

Eficiecircncia eacute a fraccedilatildeo de longo prazo de slots bem sucedidos quando haacute muitos noacutes cada um com muitos quadros para transmitir

Melhor caso canalusado para transmissotildees uacuteteis em 37 do tempo

5 Camada de Enlace 5-27

ALOHA Puro (sem slots) Aloha puro (sem slots) mais simples sem sincronizaccedilatildeo Ao chegar um quadro no noacute

transmite imediatamente Probabilidade de colisatildeo aumenta

quadro enviado em t0 colide com outros quadros enviados em [t0-1t0+1]

5 Camada de Enlace 5-28

Eficiecircncia do Aloha puro

P(sucesso por um dado noacute) = P(noacute transmita)

P(nenhum outro noacute transmita em [t0-1t0]

P(nenhum outro noacute transmita em [t0t0+1]

= p (1-p)N-1 (1-p)N-1

= p (1-p)2(N-1)

hellip escolhendo o valor oacutetimo de p e deixando n -gt infinito

= 1(2e) = 018 Ainda pior do que o Slotted Aloha

5 Camada de Enlace 5-29

CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)

CSMA (Carrier Sense Multiple Access) Escuta antes de transmitir (detecccedilatildeo de portadora)

Se o canal estiver livre transmite todo o quadro

Se o canal estiver ocupado adia a transmissatildeo

Analogia humana natildeo interrompa outros

5 Camada de Enlace 5-30

Colisotildees no CSMA

colisotildees ainda podem aconteceratraso de propagaccedilatildeo significa que dois noacutes podem natildeo ouvira transmissatildeo do outro colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo eacute desperdiccedilado

Disposiccedilatildeo espacial dos noacutes

notapapel da distacircncia e atraso de propagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo

5 Camada de Enlace 5-31

CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)

CSMACD detecccedilatildeo da portadora adia a transmissatildeo como no CSMAAs colisotildees satildeo detectadas em pouco tempoTransmissotildees que sofreram colisotildees satildeo

abortadas reduzindo o desperdiacutecio do canal Detecccedilatildeo de colisotildees

Faacutecil em LANs cabeadas mede a potecircncia do sinal compara o sinal recebido com o transmitido

Difiacutecil em LANs sem fio o receptor eacute desligado durante a transmissatildeo

Analogia humana bate papo educado

5 Camada de Enlace 5-32

Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD

5 Camada de Enlace 5-33

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoProtocolos MAC de divisatildeo de canal

Compartilha o canal eficientemente e de forma justa em altas cargas

Ineficiente em baixas cargas atraso no canal de acesso alocaccedilatildeo de 1N da largura de banda mesmo com apenas 1 noacute ativo

Protocolos MAC de acesso aleatoacuterioeficiente em baixas cargas um uacutenico noacute

pode utilizar completamente o canalAltas cargas overhead com colisotildees

Protocolos de revezamentoProcura oferecer o melhor dos dois mundos

5 Camada de Enlace 5-34

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo

Seleccedilatildeo (Polling) Noacute mestre ldquoconvidardquo

noacutes escravos a transmitir em revezamento

Usado tipicamente com dispositivos escravo burros

Preocupaccedilotildees Overhead com as

consultas (polling) Latecircncia Ponto uacutenico de

falha (mestre)

mestre

escravos

poll

dados

dados

5 Camada de Enlace 5-35

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo

Passagem de permissatildeo (token)

controla permissatildeo passada de um noacute para o proacuteximo de forma sequencial

mensagem de passagem da permissatildeo

preocupaccedilotildees overhead com a

passagem de permissatildeo

latecircncia Ponto uacutenico de falha

(permissatildeo)

T

dados

(nada paramandar)

T

5 Camada de Enlace 5-36

Resumo dos protocolos MAC Divisatildeo do canal por tempo frequumlecircncia ou

coacutedigoDivisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequumlecircncia

Particionamento Aleatoacuterio (dinacircmico) ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDEscutar a portadora faacutecil em algumas

tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)

CSMACD usado na EthernetCSMACA usado no 80211

RevezamentoSeleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto

central passagem de permissotildeesBluetooth FDDI Token Ring (IBM)

5 Camada de Enlace 5-37

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos52 Teacutecnicas de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de

erros 53 Protocolos de acesso muacuteltiplo 54 Endereccedilamento na Camada de Enlace55 Ethernet56 Comutadores da camada de enlace57 PPP o protocolo ponto-a-ponto58 Virtualizaccedilatildeo de enlace uma rede

como camada de enlace59 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de

paacutegina Web

5 Camada de Enlace 5-38

Endereccedilos MAC

Endereccedilo IP de 32 bits Endereccedilos da camada de redeusado para levar o datagrama agrave subrede IP

destinoEndereccedilo MAC (ou LAN ou fiacutesico ou

Ethernet) levar o datagrama de uma interface ateacute outra

interface conectada fisicamente (na mesma rede)

Endereccedilo MAC de 48 bits (para a maioria das redes)bull gravado na ROM do adaptador ou configurado

por software

5 Camada de Enlace 5-39

Endereccedilos MAC

Cada adaptador na LAN possui um endereccedilo MAC uacutenico

Endereccedilo de Broadcast =FF-FF-FF-FF-FF-FF

= adaptador

1A-2F-BB-76-09-AD

58-23-D7-FA-20-B0

0C-C4-11-6F-E3-98

71-65-F7-2B-08-53

LAN(cabeada ousem fio)

5 Camada de Enlace 5-40

Endereccedilo MAC (cont)

Alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC gerenciada pelo IEEE Um fabricante compra uma parte do espaccedilo de

endereccedilos (para garantir unicidade) Analogia (a) endereccedilo MAC como nuacutemero do CPF (b) endereccedilo IP como endereccedilo postal (CEP) endereccedilo MAC tem estrutura linear =gt

portabilidadePode mover um cartatildeo LAN de uma LAN para

outra endereccedilo IP hieraacuterquico NAtildeO eacute portaacutetil (requer IP

moacutevel)Depende da subrede IP agrave qual o noacute estaacute

conectado

5 Camada de Enlace 5-41

ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de Resoluccedilatildeo de Endereccedilos)

Cada noacute IP (Host Roteador) de uma LAN possui tabela ARP

Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN

lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt TTL (Time To Live) tempo

a partir do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute esquecido (valor tiacutepico de 20 min)

Pergunta como obter oendereccedilo MAC de B a partir do endereccedilo IP de B

1A-2F-BB-76-09-AD

58-23-D7-FA-20-B0

0C-C4-11-6F-E3-98

71-65-F7-2B-08-53

LAN

237196723

237196778

237196714

237196788

5 Camada de Enlace 5-42

Protocolo ARP Mesma LAN (rede) A deseja enviar datagrama

para B e o endereccedilo MAC de B natildeo estaacute na tabela ARP

A difunde o pacote de solicitaccedilatildeo ARP que conteacutem o endereccedilo IP de B Endereccedilo MAC destino =

FF-FF-FF-FF-FF-FF todas as maacutequinas na

LAN recebem a consulta do ARP

B recebe o pacote ARP responde a A com o seu (de B) endereccedilo MAC Quadro enviado para o

endereccedilo MAC (unicast) de A

Uma cache (salva) o par de endereccedilos IP-para-MAC na sua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo fique antiquada (expire) lsquosoft statersquo informaccedilatildeo que expira (vai embora) a menos que seja renovada

ARP eacute ldquoplug-and-playrdquo os noacutes criam suas tabelas ARP sem a intervenccedilatildeo do administrador

da rede

5 Camada de Enlace 5-43

Roteando um pacote para outra LAN

passo a passo envio de datagrama de A para B via R assuma que A conhece o endereccedilo IP de B

Duas tabelas ARP no roteador R uma para cada rede IP (LAN)

A

RB

5 Camada de Enlace 5-44

A cria datagrama com origem A destino B A usa ARP para obter o endereccedilo MAC de R para

111111111110 A cria quadro da camada de enlace com o endereccedilo

MAC de R como destino quadro conteacutem datagrama IP de A para B

O adaptador de A envia o quadro O adaptador de R recebe o quadro R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verifica

que eacute destinado para B R usa ARP para obter o endereccedilo MAC de B R cria quadro contendo datagrama IP de A para B e o

envia para B

A

R B

Este eacute um exemplo muito importantendash garanta que vocecirc o entendeu

5 Camada de Enlace 5-45

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos52 Teacutecnicas de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de

erros 53 Protocolos de acesso muacuteltiplo 54 Endereccedilamento na Camada de Enlace55 Ethernet56 Comutadores da camada de enlace57 PPP o protocolo ponto-a-ponto58 Virtualizaccedilatildeo de enlace uma rede

como camada de enlace59 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de

paacutegina Web

5 Camada de Enlace 5-46

Ethernet Muitiacutessimo difundida porque

Muito barata R$30 para placas 10100Mbps A mais antiga das tecnologias de rede local (meados da

deacutecada de 70) Mais simples e menos cara que redes usando ficha ou

ATM Acompanhou o aumento de velocidade 10 Mbps ndash 10

Gbps

Rascunho de Metcalfe sobre o Ethernet

5 Camada de Enlace 5-47

Topologia em Estrela Topologia de barramento popular ateacute meados

dos anos 90 Todos os noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo (podem colidir

um com o outro)

Agora prevalecircncia de topologia em estrela Comutador (switch) no centro Cada porta roda o protocolo Ethernet separadamente (os

noacutes natildeo colidem uns com os outros)

barramento cabo coaxial

switch

estrela

5 Camada de Enlace 5-48

Estrutura do Quadro Ethernet

Adaptador remetente encapsula datagrama IP (ou pacote de outro protocolo da camada de rede) num Quadro Ethernet

Dados 46 a 1500 bytes Preacircmbulo 7 bytes com o padratildeo 10101010 seguidos por um byte

com o padratildeo 10101011 usado para sincronizar receptor ao reloacutegio do

remetente (reloacutegios nunca satildeo exatos eacute muito provaacutevel que exista algum desvio entre eles)

5 Camada de Enlace 5-49

Estrutura de Quadro Ethernet (cont)

Endereccedilos 6 bytes para cada endereccedilo MAC se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo destino igual

ao seu ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede

caso contraacuterio o adaptador descarta o quadro Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior

usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)

CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado

5 Camada de Enlace 5-50

Ethernet natildeo confiaacutevel e natildeo orientado para conexatildeo

Natildeo orientado para conexatildeo Natildeo haacute estabelecimento de conexatildeo (saudaccedilatildeo) entre os adaptadores transmissor e receptor

Natildeo confiaacutevel o adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador transmissorfluxo de datagramas passados para a

camada de rede pode conter falhas na sequumlecircncia

falhas seratildeo preenchidas se aplicaccedilatildeo estiver usando o TCP

caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as falhas Protocolo MAC do Ethernet CSMACD sem slots

5 Camada de Enlace 5-51

Algoritmo CSMACD do Ethernet

1 Adaptador recebe datagrama da camada de rede e cria um quadro

2 Se o adaptador percebe que o canal estaacute ocioso comeccedila a transmitir o quadro Se percebe que o canal estaacute ocupado espera que o canal fique livre e transmite

3 Se o adaptador transmitir todo o quadro sem detectar outra transmissatildeo o adaptador concluiu a operaccedilatildeo com o quadro

4 Se o adaptador detectar outra transmissatildeo enquanto estiver transmitindo aborta e envia sinal de reforccedilo de colisatildeo de 48 bits

5 Apoacutes o aborto o adaptador entra na retirada (backoff) exponencial binaacuteria apoacutes a m-eacutesima colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoriamente entre 012hellip2m-1 O adaptador espera K512 tempos de bit e retorna ao Passo 2

5 Camada de Enlace 5-52

CSMACD da Ethernet (mais)

Sinal de reforccedilo de colisatildeo garante que todos os demais transmissores estejam cientes da colisatildeo 48 bits

Tempo de Bit 01 microseg para Ethernet de 10 Mbpspara K=1023 tempo de espera de cerca de 50 mseg

Retirada Exponencial Binaacuteria

Objetivo adaptar as tentativas de retransmissatildeo agrave carga atual estimada Alta carga espera

aleatoacuteria seraacute mais longa

na primeira colisatildeo escolhe K entre 01 atraso eacute de K 512 tempos de transmissatildeo de um bit

apoacutes a segunda colisatildeo escolhe K entre 0123hellip

apoacutes 10 colisotildees escolhe K entre 01234hellip1023

Vejainteraja com o applet Java siacutetio do livroaltamente recomendaacutevel

5 Camada de Enlace 5-53

Eficiecircncia do CSMACD

tprop = atraso maacuteximo de prop entre 2 noacutes na LAN

ttrans = tempo para transmitir quadro de tamanho maacuteximo

Eficiecircncia vai para 1 agrave medida que tprop vai para 0

ttrans vai para infinito Muito melhor do que ALOHA e ainda eacute

descentralizado simples e barato

transprop tt 51

1eficiecircncia

5 Camada de Enlace 5-54

Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica

Diversos padrotildees Ethernet diferentestecircm em comum o protocolo MAC e o

formato do quadrodiferentes velocidades 2Mbps 10Mbps

100Mbps 1Gbps 10Gbpsdiferentes meios da camada fiacutesica fibra

caboaplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

protocolo MACe formato do quadro

100BASE-TX

100BASE-T4

100BASE-FX100BASE-T2

100BASE-SX 100BASE-BX

camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)

5 Camada de Enlace 5-55

10Base5

httpwwwethermanagecom

5 Camada de Enlace 5-56

10Base2

httpwwwethermanagecom

5 Camada de Enlace 5-57

10BaseT

httpwwwethermanagecom

5 Camada de Enlace 5-58

Conector RJ 45

5 Camada de Enlace 5-59

100Base-TX

httpwwwethermanagecom

5 Camada de Enlace 5-60 10

Wireless Backhaul

Carrier Ethernet Access Expansion

Voice gateway

VoiceVideoTelephony

HD TVTVoD VoD

Video Source

Gaming BusinessBackup ERP

InternetVideo Source

BusinessBroadband

E-Line andE-LAN service

GlobalNationalCarrierEthernet

GlobalNationalCarrierEthernet

SmallMedium Business

Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

ResidentialTriple-Play

FTTx DSLAM Cable Modem

Broadbandmobile datavideo

Bringing vastly extended scalability for business and residential users

ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing

5 Camada de Enlace 5-61

Carrier Ethernet Defined

bull Carrier Ethernet is a ubiquitous standardized carrier-class SERVICE defined by five attributes that distinguish Carrier Ethernet from familiar LAN based Ethernet

bull It brings the compelling business benefit of the Ethernet cost model to achieve significant savings

Carrier Ethernet

bull Scalability

bull Standardized Services

bull Service Management

bull Quality of Service

bull Reliability

Carrier Ethernet Attributes

httpwwwmetroethernetforumorg

5 Camada de Enlace 5-62

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos52 Teacutecnicas de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de acesso muacuteltiplo 54 Endereccedilamento na Camada de Enlace55 Ethernet56 Comutadores da camada de enlace57 PPP o protocolo ponto-a-ponto58 Virtualizaccedilatildeo de enlace uma rede como

camada de enlace59 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina

Web

5 Camada de Enlace 5-63

Hubs

hellip repetidores (ldquoburrosrdquo) da camada fiacutesicabits vindos de um dado link saem por todos

os outros links na mesma taxatodos os noacutes conectados ao hub podem

colidir uns com os outrosnatildeo haacute bufferizaccedilatildeo de quadrosnatildeo implementa CSMACD no hub cartotildees

do hospedeiro detectam as colisotildees

par tranccedilado

hub

5 Camada de Enlace 5-64

Comutador (switch)

Dispositivo da camada de enlace mais inteligentes que os hubs tecircm papel ativo armazena e retransmite quadros Ethernetexamina o cabeccedilalho do quadro e

seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento

transparentehospedeiros ignoram a presenccedila dos

switches plug-and-play self-learning (autodidatas)

os comutadores natildeo necessitam ser configurados

5 Camada de Enlace 5-65

Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas

hospedeiros tecircm conexatildeo direta e dedicada para o switch

os switches armazenam quadros

o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplex cada link eacute o seu proacuteprio

domiacutenio de colisatildeo comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-

para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees isto natildeo eacute possiacutevel com hubs

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

switch com seis interfaces(123456)

1 23

45

6

5 Camada de Enlace 5-66

Tabela de Comutaccedilatildeo

P como eacute que o switch sabe que Arsquo eacute alcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel a partir da interface 5

R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutem (endereccedilo MAC do hospedeiro

interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)

parece uma tabela de roteamento P como satildeo criadas e mantidas as

entradas na tabela de comutaccedilatildeo haacute algo como um protocolo de

roteamento

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

switch with six interfaces(123456)

1 23

45

6

5 Camada de Enlace 5-67

switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfaces quando um quadro eacute

recebido o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada

registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo

Switch autoaprendizagem

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 23

45

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

5 Camada de Enlace 5-685 Camada de Enlace

Switch FiltragemRepasse de quadrosQuando um comutador recebe um quadroregistra o link associado com o hospedeiro

transmissorindexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo

MAC do destinoif entrada encontrada para o destino

then if dest estiver no segmento de onde veio o

quadro then descarta o quadro else repassa o quadro na interface indicada else usa inundaccedilatildeoRepassa o quadro para todas as

demais interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido

5 Camada de Enlace 5-69

Exemplo de auto aprendizagem e repasse

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 23

45

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo

destino do quadro desconhecido inundaccedilatildeo

Arsquo A

local do destino A conhecido

Arsquo 4 60

transmissatildeo seletiva

5 Camada de Enlace 5-70

Exemplo com comutador

Suponha que C envia quadro para D

comutador recebe o quadro vindo de C anota na tabela de comutaccedilatildeo que C estaacute na interface 1 dado que D natildeo se encontra na tabela encaminha o quadro para as

demais interfaces 2 e 3

quadro eacute recebido por D

hub

hub hub

comutador

A

B CD

EF G H

I

endereccedilointerface

ABEG

1123

12 3

5 Camada de Enlace 5-71

Exemplo com comutador

Suponha que D responde com um quadro para C

comutador recebe o quadro vindo de D anota na tabela de comutaccedilatildeo que D estaacute na interface 2 dado que C estaacute na tabela encaminha o quadro apenas na interface

1

quadro eacute recebido por C

hub

hub hub

comutador

A

B CD

EF G H

I

interface

ABEGC

11231

endereccedilo

5 Camada de Enlace 5-72

Interligaccedilatildeo de comutadores

Podemos interligar comutadores (switches)

A

B

P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe que deve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3

R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenico comutador)

S1

C D

E

FS2

S4

S3

HI

G

5 Camada de Enlace 5-73

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde

para C

P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4

A

B

S1

C D

E

FS2

S4

S3

HI

G

1

2

5 Camada de Enlace 5-74

Rede Institucionalcorporativa

5 Camada de Enlace 5-75

Rede institucional

Para redeexterna

roteador

Subrede IP

Servidor de mensagens

Servidor web

5 Camada de Enlace 5-76

Comutadores versus Roteadores ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa

roteadores dispositivos da camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)

comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace roteadores mantecircm tabelas de roteamento

implementam algoritmos de roteamento comutadores mantecircm tabelas de comutaccedilatildeo

implementam filtragem algoritmos de aprendizagem

5 Camada de Enlace 5-77

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos52 Teacutecnicas de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de acesso muacuteltiplo 54 Endereccedilamento na Camada de Enlace55 Ethernet56 Comutadores da camada de enlace57 PPP o protocolo ponto-a-ponto58 Virtualizaccedilatildeo de enlace uma rede como

camada de enlace59 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina

Web

5 Camada de Enlace 5-78

Siacutentese um dia na vida de um pedido web jornada completa atravessando toda a pilha de

protocolos aplicaccedilatildeo transporte rede enlace

colocando tudo junto siacutentese objetivo identificar revisar entender os

protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web

cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom

5 Camada de Enlace 5-79

Um dia na vida cenaacuterio

rede da Comcast68800013

rede do Google64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola68802024

paacutegina web

navegador

5 Camada de Enlace 5-80

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPDHCP

quadro Ethernet difundido (dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador que executa o servidor DHCP

Ethernet demultiplexado para IP demultiplexado para UDP e demultiplexado paraDHCP

o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilo do primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP Solicitaccedilatildeo DHCP encapsulada em UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023 Ethernet

5 Camada de Enlace 5-81

roteador(roda DHCP)

servidor DHCP prepara ACK DHCP contendo endereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiro roteador nome e endereccedilo IP do servidor DNS

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

encapsulamento no servidor DHCP quadro repassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente

Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador

cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

5 Camada de Enlace 5-82

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

consulta DNS criada encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviar quadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP

consulta ARP difundida recebida pelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccedilo MAC da interface do roteador

o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiro roteador podendo agora enviar o quadro contendo a consulta DNS

ARP query

EthPhy

ARP

ARP

ARP reply

antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS

5 Camada de Enlace 5-83

roteador(roda DHCP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

DNS

datagrama IP conteacutem consulta DNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador

datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelos protocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS

demultiplexado pelo servidor DNS

servidor DNS responde ao cliente com o endereccedilo IP de wwwgooglecom

rede da Comcast68800013

servidor DNS

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

Um dia na vidahellip usando DNS

5 Camada de Enlace 5-84

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP

HTTPTCPIP

EthPhy

HTTP

para enviar pedido HTTP cliente primeiro abre um socket TCP para o servidor web segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web

conexatildeo TCP estabelecida64233169105

servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCPIP

EthPhy

SYN

SYN

SYN

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)

5 Camada de Enlace 5-85

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP

HTTPTCPIP

EthPhy

HTTP

solicitaccedilatildeo HTTP enviada para o socket TCP datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhado para wwwgooglecom

datagrama IP com a resposta HTTP eacute encaminhado de volta para o cliente

64233169105

servidor web

HTTPTCPIP

EthPhy

servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTPHTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

paacutegina web finalmente() apresentada

5 Camada de Enlace 5-86

Capiacutetulo 5 Resumo

princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dados detecccedilatildeo correccedilatildeo de erros compartilhamento de canal de difusatildeo acesso

muacuteltiplo endereccedilamento da camada de enlace

instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlace Ethernet LANs comutadas redes virtualizadas como camada de enlace MPLS

siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web

  • Capiacutetulo 5 A Camada de Enlace e Redes Locais
  • Camada de Enlace
  • Camada de Enlace Introduccedilatildeo
  • Camada de Enlace Contexto
  • Serviccedilos da Camada de Enlace
  • Serviccedilos da Camada de Enlace (mais)
  • Onde a camada de enlace eacute implementada
  • Comunicaccedilatildeo entre Adaptadores
  • Camada de Enlace (2)
  • Detecccedilatildeo de Erros
  • Verificaccedilotildees de Paridade
  • Soma de verificaccedilatildeo da Internet
  • Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica (CRC)
  • Exemplo de CRC
  • Implementaccedilatildeo em Hardware
  • Camada de Enlace (3)
  • Enlaces e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolo Ideal de Acesso Muacuteltiplo
  • Taxonomia dos Protocolos MAC
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal TDMA
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal FDMA
  • Protocolos de Acesso Aleatoacuterio
  • Slotted ALOHA
  • Slotted ALOHA (2)
  • Eficiecircncia do Slotted Aloha
  • ALOHA Puro (sem slots)
  • Eficiecircncia do Aloha puro
  • CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)
  • Colisotildees no CSMA
  • CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)
  • Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (2)
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (3)
  • Resumo dos protocolos MAC
  • Camada de Enlace (4)
  • Endereccedilos MAC
  • Endereccedilos MAC (2)
  • Endereccedilo MAC (cont)
  • ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de Resoluccedilatildeo de En
  • Protocolo ARP Mesma LAN (rede)
  • Roteando um pacote para outra LAN
  • Slide 44
  • Camada de Enlace (5)
  • Ethernet
  • Topologia em Estrela
  • Estrutura do Quadro Ethernet
  • Estrutura de Quadro Ethernet (cont)
  • Ethernet natildeo confiaacutevel e natildeo orientado para conexatildeo
  • Algoritmo CSMACD do Ethernet
  • CSMACD da Ethernet (mais)
  • Eficiecircncia do CSMACD
  • Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
  • 10Base5
  • 10Base2
  • 10BaseT
  • Conector RJ 45
  • 100Base-TX
  • Slide 60
  • Carrier Ethernet Defined
  • Camada de Enlace (6)
  • Hubs
  • Comutador (switch)
  • Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
  • Tabela de Comutaccedilatildeo
  • Switch autoaprendizagem
  • Switch FiltragemRepasse de quadros
  • Exemplo de auto aprendizagem e repasse
  • Exemplo com comutador
  • Exemplo com comutador (2)
  • Interligaccedilatildeo de comutadores
  • Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores
  • Rede Institucionalcorporativa
  • Rede institucional
  • Comutadores versus Roteadores
  • Camada de Enlace (7)
  • Siacutentese um dia na vida de um pedido web
  • Um dia na vida cenaacuterio
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet (2)
  • Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
  • Um dia na vidahellip usando DNS
  • Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
  • Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
  • Capiacutetulo 5 Resumo
Page 12: 5: Camada de Enlace 5-1 Capítulo 5: A Camada de Enlace e Redes Locais Nossos objetivos: Entender os princípios por trás dos serviços da camada de enlace

5 Camada de Enlace 5-12

Soma de verificaccedilatildeo da Internet

Transmissor trata o conteuacutedo do

segmento como uma sequumlecircncia de inteiros de 16 bits

Soma de verificaccedilatildeo adiccedilatildeo (complemento de 1 da soma ) do conteuacutedo do segmento

transmissor coloca o valor do checksum no campo de checksum UDP

Receptor calcula a soma de

verificaccedilatildeo do segmento recebido

verifica se o resultado eacute igual ao valor do campo da soma de verificaccedilatildeo NAtildeO - erro detectado SIM - nenhum erro foi

detectado Mas pode conter erros Mais sobre isto posteriormente hellip

Objetivo detectar ldquoerrosrdquo (ex bits trocados) no segmento transmitido (nota usado apenas na camada de transporte)

5 Camada de Enlace 5-13

Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica (CRC) Dados considerados como a sequumlecircncia de coeficientes de um

polinocircmio (D) Eacute escolhido um polinocircmio Gerador (G) (=gt r+1 bits)

Divide-se (moacutedulo 2) o polinocircmio D2r por G Acrescenta-se o resto (R) a D Observa-se que por construccedilatildeo a nova sequumlecircncia ltDRgt agora eacute exatamente divisiacutevel por G

Receptor conhece G divide ltDRgt por G Caso o resto seja diferente de zero detectado erro

Pode detectar todos os erros em rajadas menores do que r+1 bits

Largamente usado na praacutetica (Ethernet 80211 WiFi ATM)

5 Camada de Enlace 5-14

Exemplo de CRC

Queremos

D2r XOR R = nGde forma equivalente

D2r = nG XOR R de forma equivalente se dividirmos D2r

por G queremos o resto R

G

DR

r2resto

101110000 10011001 101011 1010 1001 1100 1001 1010 1001 011

D G

R

5 Camada de Enlace 5-15

Implementaccedilatildeo em Hardware

Aring

G=1001

D2r=101110000

5 Camada de Enlace 5-16

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos52 Teacutecnicas de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de

erros 53 Protocolos de acesso muacuteltiplo 54 Endereccedilamento na Camada de Enlace55 Ethernet56 Comutadores da camada de enlace57 PPP o protocolo ponto-a-ponto58 Virtualizaccedilatildeo de enlace uma rede

como camada de enlace59 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de

paacutegina Web

5 Camada de Enlace 5-17

Enlaces e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo

Dois tipos de enlaces Ponto-a-ponto

PPP para acesso discado

Conexatildeo entre switch Ethernet e hospedeiro

broadcast (cabo ou meio compartilhado) Ethernet tradicional Upstream HFC 80211 LAN sem fio Sateacutelite Etc

5 Camada de Enlace 5-18

Protocolos de Acesso Muacuteltiplo

canal de comunicaccedilatildeo uacutenico de broadcast interferecircncia quando dois ou mais noacutes transmitem

simultaneamente colisatildeo se um noacute receber dois ou mais sinais ao mesmo

tempo

Protocolo de acesso muacuteltiplo algoritmo distribuiacutedo que determina como os noacutes

compartilham o canal isto eacute determina quando um noacute pode transmitir

comunicaccedilatildeo sobre o compartilhamento do canal deve usar o proacuteprio canal natildeo haacute canal fora da faixa para coordenar a transmissatildeo

5 Camada de Enlace 5-19

Protocolo Ideal de Acesso Muacuteltiplo

Para um canal de broadcast com taxa de R bps

1 Quando apenas um noacute tem dados para enviar esse noacute obteacutem uma vazatildeo de R bps

2 Quando M noacutes tecircm dados para enviar cada um desses noacutes poderaacute transmitir em meacutedia a uma taxa de RM bps

3 Completamente descentralizado nenhum noacute especial (mestre) para coordenar as

transmissotildees nenhuma sincronizaccedilatildeo de reloacutegios ou slots

4 Simples para que sua implementaccedilatildeo seja barata

5 Camada de Enlace 5-20

Taxonomia dos Protocolos MACTrecircs categorias gerais Divisatildeo de Canal

divide o canal em pequenos ldquopedaccedilosrdquo (slotscompartimentos de tempo frequumlecircncia coacutedigo)

aloca pedaccedilo a um dado noacute para uso exclusivo deste Acesso Aleatoacuterio

canal natildeo eacute dividido podem ocorrer colisotildees ldquorecuperaccedilatildeordquo das colisotildees

Revezamento Noacutes se alternam em revezamento mas noacutes que

possuem mais dados a transmitir podem demorar mais quando chegar a sua vez

5 Camada de Enlace 5-21

Protocolos MAC de divisatildeo de canal TDMA

TDMA Acesso Muacuteltiplo por Divisatildeo de Tempo acesso ao canal em ldquoturnos cada estaccedilatildeo recebe um comprimento fixo de

compartimento (comprimento = tempo de tx do pacote) em cada turno

compartimentos natildeo usados permanecem ociosos Exemplo LAN com 6 estaccedilotildees compartimentos 1 3 e 4

com pacotes compartimentos 2 5 e 6 ociosos

5 Camada de Enlace 5-22

Protocolos MAC de divisatildeo de canal FDMA

FDMA Acesso Muacuteltiplo por Divisatildeo de Frequumlecircncia espectro do canal dividido em bandas de frequumlecircncia a cada estaccedilatildeo eacute atribuiacuteda uma banda fixa de frequumlecircncia tempo de transmissatildeo natildeo usado nas bandas permanecem

ociosos exemplo LAN com 6 estaccedilotildees 134 com pacotes bandas

256 ociosas

Bandas

de f

requumlecircnci

a tempo

cabo FDM

5 Camada de Enlace 5-23

Protocolos de Acesso Aleatoacuterio

Quando noacute tem um pacote para transmitirtransmite na taxa maacutexima Rnenhuma coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes

dois ou mais noacutes transmitindo ldquocolisatildeordquo O protocolo MAC de acesso aleatoacuterio

especifica como detectar colisotildeescomo se recuperar delas (atraveacutes de

retransmissotildees retardadas por exemplo) Exemplos de protocolos MAC de acesso

aleatoacuterioslotted ALOHAALOHACSMA CSMACD CSMACA

5 Camada de Enlace 5-24

Slotted ALOHA

Hipoacuteteses todos os quadros tecircm o

mesmo tamanho (L bits) tempo eacute dividido em slots

de tamanho igual tempo para transmitir 1 quadro (LR seg)

noacutes comeccedilam a transmitir quadros apenas no iniacutecio dos intervalos (slots)

noacutes satildeo sincronizados se 2 ou mais noacutes

transmitirem num slot todos os noacutes detectam a colisatildeo

Operaccedilatildeo quando o noacute obteacutem um novo

quadro ele espera ateacute o iniacutecio do proacuteximo slot e transmite o quadro inteiro

Se natildeo houver colisatildeo noacute poderaacute enviar um novo quadro no proacuteximo slot

caso haja uma colisatildeo (detectada antes do final do intervalo) noacute retransmite o quadro em cada intervalo subsequumlente com probabilidade p ateacute obter sucesso

5 Camada de Enlace 5-25

Slotted ALOHA

Vantagens uacutenico noacute ativo pode

transmitir continuamente na taxa maacutexima do canal

Altamente descentralizado apenas slots nos noacutes precisam estar sincronizados

simples

Desvantagens colisotildees slots

desperdiccedilados slots ociosos

(desperdiacutecio) noacutes podem ser capazes

de detectar colisotildees num tempo inferior ao da transmissatildeo do pacote

sincronizaccedilatildeo dos reloacutegios

5 Camada de Enlace 5-26

Eficiecircncia do Slotted Aloha

Assuma N noacutes com muitos quadros para enviar cada um transmite num slot com probabilidade p

probabilidade que noacute 1 tenha sucesso em um slot = p(1-p)N-1

probabilidade que qualquer noacute tenha sucesso = Np(1-p)N-

1

Para eficiecircncia maacutexima com N noacutes encontre p que maximiza Np(1-p)N-1

Para muitos noacutes faccedila limite para Np(1-p)N-1

quando N tende a infinito daacute 1e = 037

Eficiecircncia eacute a fraccedilatildeo de longo prazo de slots bem sucedidos quando haacute muitos noacutes cada um com muitos quadros para transmitir

Melhor caso canalusado para transmissotildees uacuteteis em 37 do tempo

5 Camada de Enlace 5-27

ALOHA Puro (sem slots) Aloha puro (sem slots) mais simples sem sincronizaccedilatildeo Ao chegar um quadro no noacute

transmite imediatamente Probabilidade de colisatildeo aumenta

quadro enviado em t0 colide com outros quadros enviados em [t0-1t0+1]

5 Camada de Enlace 5-28

Eficiecircncia do Aloha puro

P(sucesso por um dado noacute) = P(noacute transmita)

P(nenhum outro noacute transmita em [t0-1t0]

P(nenhum outro noacute transmita em [t0t0+1]

= p (1-p)N-1 (1-p)N-1

= p (1-p)2(N-1)

hellip escolhendo o valor oacutetimo de p e deixando n -gt infinito

= 1(2e) = 018 Ainda pior do que o Slotted Aloha

5 Camada de Enlace 5-29

CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)

CSMA (Carrier Sense Multiple Access) Escuta antes de transmitir (detecccedilatildeo de portadora)

Se o canal estiver livre transmite todo o quadro

Se o canal estiver ocupado adia a transmissatildeo

Analogia humana natildeo interrompa outros

5 Camada de Enlace 5-30

Colisotildees no CSMA

colisotildees ainda podem aconteceratraso de propagaccedilatildeo significa que dois noacutes podem natildeo ouvira transmissatildeo do outro colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo eacute desperdiccedilado

Disposiccedilatildeo espacial dos noacutes

notapapel da distacircncia e atraso de propagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo

5 Camada de Enlace 5-31

CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)

CSMACD detecccedilatildeo da portadora adia a transmissatildeo como no CSMAAs colisotildees satildeo detectadas em pouco tempoTransmissotildees que sofreram colisotildees satildeo

abortadas reduzindo o desperdiacutecio do canal Detecccedilatildeo de colisotildees

Faacutecil em LANs cabeadas mede a potecircncia do sinal compara o sinal recebido com o transmitido

Difiacutecil em LANs sem fio o receptor eacute desligado durante a transmissatildeo

Analogia humana bate papo educado

5 Camada de Enlace 5-32

Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD

5 Camada de Enlace 5-33

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoProtocolos MAC de divisatildeo de canal

Compartilha o canal eficientemente e de forma justa em altas cargas

Ineficiente em baixas cargas atraso no canal de acesso alocaccedilatildeo de 1N da largura de banda mesmo com apenas 1 noacute ativo

Protocolos MAC de acesso aleatoacuterioeficiente em baixas cargas um uacutenico noacute

pode utilizar completamente o canalAltas cargas overhead com colisotildees

Protocolos de revezamentoProcura oferecer o melhor dos dois mundos

5 Camada de Enlace 5-34

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo

Seleccedilatildeo (Polling) Noacute mestre ldquoconvidardquo

noacutes escravos a transmitir em revezamento

Usado tipicamente com dispositivos escravo burros

Preocupaccedilotildees Overhead com as

consultas (polling) Latecircncia Ponto uacutenico de

falha (mestre)

mestre

escravos

poll

dados

dados

5 Camada de Enlace 5-35

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo

Passagem de permissatildeo (token)

controla permissatildeo passada de um noacute para o proacuteximo de forma sequencial

mensagem de passagem da permissatildeo

preocupaccedilotildees overhead com a

passagem de permissatildeo

latecircncia Ponto uacutenico de falha

(permissatildeo)

T

dados

(nada paramandar)

T

5 Camada de Enlace 5-36

Resumo dos protocolos MAC Divisatildeo do canal por tempo frequumlecircncia ou

coacutedigoDivisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequumlecircncia

Particionamento Aleatoacuterio (dinacircmico) ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDEscutar a portadora faacutecil em algumas

tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)

CSMACD usado na EthernetCSMACA usado no 80211

RevezamentoSeleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto

central passagem de permissotildeesBluetooth FDDI Token Ring (IBM)

5 Camada de Enlace 5-37

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos52 Teacutecnicas de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de

erros 53 Protocolos de acesso muacuteltiplo 54 Endereccedilamento na Camada de Enlace55 Ethernet56 Comutadores da camada de enlace57 PPP o protocolo ponto-a-ponto58 Virtualizaccedilatildeo de enlace uma rede

como camada de enlace59 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de

paacutegina Web

5 Camada de Enlace 5-38

Endereccedilos MAC

Endereccedilo IP de 32 bits Endereccedilos da camada de redeusado para levar o datagrama agrave subrede IP

destinoEndereccedilo MAC (ou LAN ou fiacutesico ou

Ethernet) levar o datagrama de uma interface ateacute outra

interface conectada fisicamente (na mesma rede)

Endereccedilo MAC de 48 bits (para a maioria das redes)bull gravado na ROM do adaptador ou configurado

por software

5 Camada de Enlace 5-39

Endereccedilos MAC

Cada adaptador na LAN possui um endereccedilo MAC uacutenico

Endereccedilo de Broadcast =FF-FF-FF-FF-FF-FF

= adaptador

1A-2F-BB-76-09-AD

58-23-D7-FA-20-B0

0C-C4-11-6F-E3-98

71-65-F7-2B-08-53

LAN(cabeada ousem fio)

5 Camada de Enlace 5-40

Endereccedilo MAC (cont)

Alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC gerenciada pelo IEEE Um fabricante compra uma parte do espaccedilo de

endereccedilos (para garantir unicidade) Analogia (a) endereccedilo MAC como nuacutemero do CPF (b) endereccedilo IP como endereccedilo postal (CEP) endereccedilo MAC tem estrutura linear =gt

portabilidadePode mover um cartatildeo LAN de uma LAN para

outra endereccedilo IP hieraacuterquico NAtildeO eacute portaacutetil (requer IP

moacutevel)Depende da subrede IP agrave qual o noacute estaacute

conectado

5 Camada de Enlace 5-41

ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de Resoluccedilatildeo de Endereccedilos)

Cada noacute IP (Host Roteador) de uma LAN possui tabela ARP

Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN

lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt TTL (Time To Live) tempo

a partir do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute esquecido (valor tiacutepico de 20 min)

Pergunta como obter oendereccedilo MAC de B a partir do endereccedilo IP de B

1A-2F-BB-76-09-AD

58-23-D7-FA-20-B0

0C-C4-11-6F-E3-98

71-65-F7-2B-08-53

LAN

237196723

237196778

237196714

237196788

5 Camada de Enlace 5-42

Protocolo ARP Mesma LAN (rede) A deseja enviar datagrama

para B e o endereccedilo MAC de B natildeo estaacute na tabela ARP

A difunde o pacote de solicitaccedilatildeo ARP que conteacutem o endereccedilo IP de B Endereccedilo MAC destino =

FF-FF-FF-FF-FF-FF todas as maacutequinas na

LAN recebem a consulta do ARP

B recebe o pacote ARP responde a A com o seu (de B) endereccedilo MAC Quadro enviado para o

endereccedilo MAC (unicast) de A

Uma cache (salva) o par de endereccedilos IP-para-MAC na sua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo fique antiquada (expire) lsquosoft statersquo informaccedilatildeo que expira (vai embora) a menos que seja renovada

ARP eacute ldquoplug-and-playrdquo os noacutes criam suas tabelas ARP sem a intervenccedilatildeo do administrador

da rede

5 Camada de Enlace 5-43

Roteando um pacote para outra LAN

passo a passo envio de datagrama de A para B via R assuma que A conhece o endereccedilo IP de B

Duas tabelas ARP no roteador R uma para cada rede IP (LAN)

A

RB

5 Camada de Enlace 5-44

A cria datagrama com origem A destino B A usa ARP para obter o endereccedilo MAC de R para

111111111110 A cria quadro da camada de enlace com o endereccedilo

MAC de R como destino quadro conteacutem datagrama IP de A para B

O adaptador de A envia o quadro O adaptador de R recebe o quadro R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verifica

que eacute destinado para B R usa ARP para obter o endereccedilo MAC de B R cria quadro contendo datagrama IP de A para B e o

envia para B

A

R B

Este eacute um exemplo muito importantendash garanta que vocecirc o entendeu

5 Camada de Enlace 5-45

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos52 Teacutecnicas de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de

erros 53 Protocolos de acesso muacuteltiplo 54 Endereccedilamento na Camada de Enlace55 Ethernet56 Comutadores da camada de enlace57 PPP o protocolo ponto-a-ponto58 Virtualizaccedilatildeo de enlace uma rede

como camada de enlace59 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de

paacutegina Web

5 Camada de Enlace 5-46

Ethernet Muitiacutessimo difundida porque

Muito barata R$30 para placas 10100Mbps A mais antiga das tecnologias de rede local (meados da

deacutecada de 70) Mais simples e menos cara que redes usando ficha ou

ATM Acompanhou o aumento de velocidade 10 Mbps ndash 10

Gbps

Rascunho de Metcalfe sobre o Ethernet

5 Camada de Enlace 5-47

Topologia em Estrela Topologia de barramento popular ateacute meados

dos anos 90 Todos os noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo (podem colidir

um com o outro)

Agora prevalecircncia de topologia em estrela Comutador (switch) no centro Cada porta roda o protocolo Ethernet separadamente (os

noacutes natildeo colidem uns com os outros)

barramento cabo coaxial

switch

estrela

5 Camada de Enlace 5-48

Estrutura do Quadro Ethernet

Adaptador remetente encapsula datagrama IP (ou pacote de outro protocolo da camada de rede) num Quadro Ethernet

Dados 46 a 1500 bytes Preacircmbulo 7 bytes com o padratildeo 10101010 seguidos por um byte

com o padratildeo 10101011 usado para sincronizar receptor ao reloacutegio do

remetente (reloacutegios nunca satildeo exatos eacute muito provaacutevel que exista algum desvio entre eles)

5 Camada de Enlace 5-49

Estrutura de Quadro Ethernet (cont)

Endereccedilos 6 bytes para cada endereccedilo MAC se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo destino igual

ao seu ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede

caso contraacuterio o adaptador descarta o quadro Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior

usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)

CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado

5 Camada de Enlace 5-50

Ethernet natildeo confiaacutevel e natildeo orientado para conexatildeo

Natildeo orientado para conexatildeo Natildeo haacute estabelecimento de conexatildeo (saudaccedilatildeo) entre os adaptadores transmissor e receptor

Natildeo confiaacutevel o adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador transmissorfluxo de datagramas passados para a

camada de rede pode conter falhas na sequumlecircncia

falhas seratildeo preenchidas se aplicaccedilatildeo estiver usando o TCP

caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as falhas Protocolo MAC do Ethernet CSMACD sem slots

5 Camada de Enlace 5-51

Algoritmo CSMACD do Ethernet

1 Adaptador recebe datagrama da camada de rede e cria um quadro

2 Se o adaptador percebe que o canal estaacute ocioso comeccedila a transmitir o quadro Se percebe que o canal estaacute ocupado espera que o canal fique livre e transmite

3 Se o adaptador transmitir todo o quadro sem detectar outra transmissatildeo o adaptador concluiu a operaccedilatildeo com o quadro

4 Se o adaptador detectar outra transmissatildeo enquanto estiver transmitindo aborta e envia sinal de reforccedilo de colisatildeo de 48 bits

5 Apoacutes o aborto o adaptador entra na retirada (backoff) exponencial binaacuteria apoacutes a m-eacutesima colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoriamente entre 012hellip2m-1 O adaptador espera K512 tempos de bit e retorna ao Passo 2

5 Camada de Enlace 5-52

CSMACD da Ethernet (mais)

Sinal de reforccedilo de colisatildeo garante que todos os demais transmissores estejam cientes da colisatildeo 48 bits

Tempo de Bit 01 microseg para Ethernet de 10 Mbpspara K=1023 tempo de espera de cerca de 50 mseg

Retirada Exponencial Binaacuteria

Objetivo adaptar as tentativas de retransmissatildeo agrave carga atual estimada Alta carga espera

aleatoacuteria seraacute mais longa

na primeira colisatildeo escolhe K entre 01 atraso eacute de K 512 tempos de transmissatildeo de um bit

apoacutes a segunda colisatildeo escolhe K entre 0123hellip

apoacutes 10 colisotildees escolhe K entre 01234hellip1023

Vejainteraja com o applet Java siacutetio do livroaltamente recomendaacutevel

5 Camada de Enlace 5-53

Eficiecircncia do CSMACD

tprop = atraso maacuteximo de prop entre 2 noacutes na LAN

ttrans = tempo para transmitir quadro de tamanho maacuteximo

Eficiecircncia vai para 1 agrave medida que tprop vai para 0

ttrans vai para infinito Muito melhor do que ALOHA e ainda eacute

descentralizado simples e barato

transprop tt 51

1eficiecircncia

5 Camada de Enlace 5-54

Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica

Diversos padrotildees Ethernet diferentestecircm em comum o protocolo MAC e o

formato do quadrodiferentes velocidades 2Mbps 10Mbps

100Mbps 1Gbps 10Gbpsdiferentes meios da camada fiacutesica fibra

caboaplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

protocolo MACe formato do quadro

100BASE-TX

100BASE-T4

100BASE-FX100BASE-T2

100BASE-SX 100BASE-BX

camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)

5 Camada de Enlace 5-55

10Base5

httpwwwethermanagecom

5 Camada de Enlace 5-56

10Base2

httpwwwethermanagecom

5 Camada de Enlace 5-57

10BaseT

httpwwwethermanagecom

5 Camada de Enlace 5-58

Conector RJ 45

5 Camada de Enlace 5-59

100Base-TX

httpwwwethermanagecom

5 Camada de Enlace 5-60 10

Wireless Backhaul

Carrier Ethernet Access Expansion

Voice gateway

VoiceVideoTelephony

HD TVTVoD VoD

Video Source

Gaming BusinessBackup ERP

InternetVideo Source

BusinessBroadband

E-Line andE-LAN service

GlobalNationalCarrierEthernet

GlobalNationalCarrierEthernet

SmallMedium Business

Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

ResidentialTriple-Play

FTTx DSLAM Cable Modem

Broadbandmobile datavideo

Bringing vastly extended scalability for business and residential users

ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing

5 Camada de Enlace 5-61

Carrier Ethernet Defined

bull Carrier Ethernet is a ubiquitous standardized carrier-class SERVICE defined by five attributes that distinguish Carrier Ethernet from familiar LAN based Ethernet

bull It brings the compelling business benefit of the Ethernet cost model to achieve significant savings

Carrier Ethernet

bull Scalability

bull Standardized Services

bull Service Management

bull Quality of Service

bull Reliability

Carrier Ethernet Attributes

httpwwwmetroethernetforumorg

5 Camada de Enlace 5-62

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos52 Teacutecnicas de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de acesso muacuteltiplo 54 Endereccedilamento na Camada de Enlace55 Ethernet56 Comutadores da camada de enlace57 PPP o protocolo ponto-a-ponto58 Virtualizaccedilatildeo de enlace uma rede como

camada de enlace59 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina

Web

5 Camada de Enlace 5-63

Hubs

hellip repetidores (ldquoburrosrdquo) da camada fiacutesicabits vindos de um dado link saem por todos

os outros links na mesma taxatodos os noacutes conectados ao hub podem

colidir uns com os outrosnatildeo haacute bufferizaccedilatildeo de quadrosnatildeo implementa CSMACD no hub cartotildees

do hospedeiro detectam as colisotildees

par tranccedilado

hub

5 Camada de Enlace 5-64

Comutador (switch)

Dispositivo da camada de enlace mais inteligentes que os hubs tecircm papel ativo armazena e retransmite quadros Ethernetexamina o cabeccedilalho do quadro e

seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento

transparentehospedeiros ignoram a presenccedila dos

switches plug-and-play self-learning (autodidatas)

os comutadores natildeo necessitam ser configurados

5 Camada de Enlace 5-65

Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas

hospedeiros tecircm conexatildeo direta e dedicada para o switch

os switches armazenam quadros

o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplex cada link eacute o seu proacuteprio

domiacutenio de colisatildeo comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-

para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees isto natildeo eacute possiacutevel com hubs

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

switch com seis interfaces(123456)

1 23

45

6

5 Camada de Enlace 5-66

Tabela de Comutaccedilatildeo

P como eacute que o switch sabe que Arsquo eacute alcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel a partir da interface 5

R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutem (endereccedilo MAC do hospedeiro

interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)

parece uma tabela de roteamento P como satildeo criadas e mantidas as

entradas na tabela de comutaccedilatildeo haacute algo como um protocolo de

roteamento

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

switch with six interfaces(123456)

1 23

45

6

5 Camada de Enlace 5-67

switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfaces quando um quadro eacute

recebido o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada

registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo

Switch autoaprendizagem

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 23

45

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

5 Camada de Enlace 5-685 Camada de Enlace

Switch FiltragemRepasse de quadrosQuando um comutador recebe um quadroregistra o link associado com o hospedeiro

transmissorindexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo

MAC do destinoif entrada encontrada para o destino

then if dest estiver no segmento de onde veio o

quadro then descarta o quadro else repassa o quadro na interface indicada else usa inundaccedilatildeoRepassa o quadro para todas as

demais interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido

5 Camada de Enlace 5-69

Exemplo de auto aprendizagem e repasse

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 23

45

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo

destino do quadro desconhecido inundaccedilatildeo

Arsquo A

local do destino A conhecido

Arsquo 4 60

transmissatildeo seletiva

5 Camada de Enlace 5-70

Exemplo com comutador

Suponha que C envia quadro para D

comutador recebe o quadro vindo de C anota na tabela de comutaccedilatildeo que C estaacute na interface 1 dado que D natildeo se encontra na tabela encaminha o quadro para as

demais interfaces 2 e 3

quadro eacute recebido por D

hub

hub hub

comutador

A

B CD

EF G H

I

endereccedilointerface

ABEG

1123

12 3

5 Camada de Enlace 5-71

Exemplo com comutador

Suponha que D responde com um quadro para C

comutador recebe o quadro vindo de D anota na tabela de comutaccedilatildeo que D estaacute na interface 2 dado que C estaacute na tabela encaminha o quadro apenas na interface

1

quadro eacute recebido por C

hub

hub hub

comutador

A

B CD

EF G H

I

interface

ABEGC

11231

endereccedilo

5 Camada de Enlace 5-72

Interligaccedilatildeo de comutadores

Podemos interligar comutadores (switches)

A

B

P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe que deve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3

R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenico comutador)

S1

C D

E

FS2

S4

S3

HI

G

5 Camada de Enlace 5-73

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde

para C

P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4

A

B

S1

C D

E

FS2

S4

S3

HI

G

1

2

5 Camada de Enlace 5-74

Rede Institucionalcorporativa

5 Camada de Enlace 5-75

Rede institucional

Para redeexterna

roteador

Subrede IP

Servidor de mensagens

Servidor web

5 Camada de Enlace 5-76

Comutadores versus Roteadores ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa

roteadores dispositivos da camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)

comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace roteadores mantecircm tabelas de roteamento

implementam algoritmos de roteamento comutadores mantecircm tabelas de comutaccedilatildeo

implementam filtragem algoritmos de aprendizagem

5 Camada de Enlace 5-77

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos52 Teacutecnicas de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de acesso muacuteltiplo 54 Endereccedilamento na Camada de Enlace55 Ethernet56 Comutadores da camada de enlace57 PPP o protocolo ponto-a-ponto58 Virtualizaccedilatildeo de enlace uma rede como

camada de enlace59 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina

Web

5 Camada de Enlace 5-78

Siacutentese um dia na vida de um pedido web jornada completa atravessando toda a pilha de

protocolos aplicaccedilatildeo transporte rede enlace

colocando tudo junto siacutentese objetivo identificar revisar entender os

protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web

cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom

5 Camada de Enlace 5-79

Um dia na vida cenaacuterio

rede da Comcast68800013

rede do Google64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola68802024

paacutegina web

navegador

5 Camada de Enlace 5-80

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPDHCP

quadro Ethernet difundido (dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador que executa o servidor DHCP

Ethernet demultiplexado para IP demultiplexado para UDP e demultiplexado paraDHCP

o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilo do primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP Solicitaccedilatildeo DHCP encapsulada em UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023 Ethernet

5 Camada de Enlace 5-81

roteador(roda DHCP)

servidor DHCP prepara ACK DHCP contendo endereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiro roteador nome e endereccedilo IP do servidor DNS

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

encapsulamento no servidor DHCP quadro repassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente

Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador

cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

5 Camada de Enlace 5-82

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

consulta DNS criada encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviar quadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP

consulta ARP difundida recebida pelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccedilo MAC da interface do roteador

o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiro roteador podendo agora enviar o quadro contendo a consulta DNS

ARP query

EthPhy

ARP

ARP

ARP reply

antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS

5 Camada de Enlace 5-83

roteador(roda DHCP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

DNS

datagrama IP conteacutem consulta DNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador

datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelos protocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS

demultiplexado pelo servidor DNS

servidor DNS responde ao cliente com o endereccedilo IP de wwwgooglecom

rede da Comcast68800013

servidor DNS

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

Um dia na vidahellip usando DNS

5 Camada de Enlace 5-84

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP

HTTPTCPIP

EthPhy

HTTP

para enviar pedido HTTP cliente primeiro abre um socket TCP para o servidor web segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web

conexatildeo TCP estabelecida64233169105

servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCPIP

EthPhy

SYN

SYN

SYN

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)

5 Camada de Enlace 5-85

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP

HTTPTCPIP

EthPhy

HTTP

solicitaccedilatildeo HTTP enviada para o socket TCP datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhado para wwwgooglecom

datagrama IP com a resposta HTTP eacute encaminhado de volta para o cliente

64233169105

servidor web

HTTPTCPIP

EthPhy

servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTPHTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

paacutegina web finalmente() apresentada

5 Camada de Enlace 5-86

Capiacutetulo 5 Resumo

princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dados detecccedilatildeo correccedilatildeo de erros compartilhamento de canal de difusatildeo acesso

muacuteltiplo endereccedilamento da camada de enlace

instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlace Ethernet LANs comutadas redes virtualizadas como camada de enlace MPLS

siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web

  • Capiacutetulo 5 A Camada de Enlace e Redes Locais
  • Camada de Enlace
  • Camada de Enlace Introduccedilatildeo
  • Camada de Enlace Contexto
  • Serviccedilos da Camada de Enlace
  • Serviccedilos da Camada de Enlace (mais)
  • Onde a camada de enlace eacute implementada
  • Comunicaccedilatildeo entre Adaptadores
  • Camada de Enlace (2)
  • Detecccedilatildeo de Erros
  • Verificaccedilotildees de Paridade
  • Soma de verificaccedilatildeo da Internet
  • Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica (CRC)
  • Exemplo de CRC
  • Implementaccedilatildeo em Hardware
  • Camada de Enlace (3)
  • Enlaces e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolo Ideal de Acesso Muacuteltiplo
  • Taxonomia dos Protocolos MAC
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal TDMA
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal FDMA
  • Protocolos de Acesso Aleatoacuterio
  • Slotted ALOHA
  • Slotted ALOHA (2)
  • Eficiecircncia do Slotted Aloha
  • ALOHA Puro (sem slots)
  • Eficiecircncia do Aloha puro
  • CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)
  • Colisotildees no CSMA
  • CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)
  • Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (2)
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (3)
  • Resumo dos protocolos MAC
  • Camada de Enlace (4)
  • Endereccedilos MAC
  • Endereccedilos MAC (2)
  • Endereccedilo MAC (cont)
  • ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de Resoluccedilatildeo de En
  • Protocolo ARP Mesma LAN (rede)
  • Roteando um pacote para outra LAN
  • Slide 44
  • Camada de Enlace (5)
  • Ethernet
  • Topologia em Estrela
  • Estrutura do Quadro Ethernet
  • Estrutura de Quadro Ethernet (cont)
  • Ethernet natildeo confiaacutevel e natildeo orientado para conexatildeo
  • Algoritmo CSMACD do Ethernet
  • CSMACD da Ethernet (mais)
  • Eficiecircncia do CSMACD
  • Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
  • 10Base5
  • 10Base2
  • 10BaseT
  • Conector RJ 45
  • 100Base-TX
  • Slide 60
  • Carrier Ethernet Defined
  • Camada de Enlace (6)
  • Hubs
  • Comutador (switch)
  • Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
  • Tabela de Comutaccedilatildeo
  • Switch autoaprendizagem
  • Switch FiltragemRepasse de quadros
  • Exemplo de auto aprendizagem e repasse
  • Exemplo com comutador
  • Exemplo com comutador (2)
  • Interligaccedilatildeo de comutadores
  • Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores
  • Rede Institucionalcorporativa
  • Rede institucional
  • Comutadores versus Roteadores
  • Camada de Enlace (7)
  • Siacutentese um dia na vida de um pedido web
  • Um dia na vida cenaacuterio
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet (2)
  • Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
  • Um dia na vidahellip usando DNS
  • Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
  • Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
  • Capiacutetulo 5 Resumo
Page 13: 5: Camada de Enlace 5-1 Capítulo 5: A Camada de Enlace e Redes Locais Nossos objetivos: Entender os princípios por trás dos serviços da camada de enlace

5 Camada de Enlace 5-13

Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica (CRC) Dados considerados como a sequumlecircncia de coeficientes de um

polinocircmio (D) Eacute escolhido um polinocircmio Gerador (G) (=gt r+1 bits)

Divide-se (moacutedulo 2) o polinocircmio D2r por G Acrescenta-se o resto (R) a D Observa-se que por construccedilatildeo a nova sequumlecircncia ltDRgt agora eacute exatamente divisiacutevel por G

Receptor conhece G divide ltDRgt por G Caso o resto seja diferente de zero detectado erro

Pode detectar todos os erros em rajadas menores do que r+1 bits

Largamente usado na praacutetica (Ethernet 80211 WiFi ATM)

5 Camada de Enlace 5-14

Exemplo de CRC

Queremos

D2r XOR R = nGde forma equivalente

D2r = nG XOR R de forma equivalente se dividirmos D2r

por G queremos o resto R

G

DR

r2resto

101110000 10011001 101011 1010 1001 1100 1001 1010 1001 011

D G

R

5 Camada de Enlace 5-15

Implementaccedilatildeo em Hardware

Aring

G=1001

D2r=101110000

5 Camada de Enlace 5-16

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos52 Teacutecnicas de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de

erros 53 Protocolos de acesso muacuteltiplo 54 Endereccedilamento na Camada de Enlace55 Ethernet56 Comutadores da camada de enlace57 PPP o protocolo ponto-a-ponto58 Virtualizaccedilatildeo de enlace uma rede

como camada de enlace59 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de

paacutegina Web

5 Camada de Enlace 5-17

Enlaces e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo

Dois tipos de enlaces Ponto-a-ponto

PPP para acesso discado

Conexatildeo entre switch Ethernet e hospedeiro

broadcast (cabo ou meio compartilhado) Ethernet tradicional Upstream HFC 80211 LAN sem fio Sateacutelite Etc

5 Camada de Enlace 5-18

Protocolos de Acesso Muacuteltiplo

canal de comunicaccedilatildeo uacutenico de broadcast interferecircncia quando dois ou mais noacutes transmitem

simultaneamente colisatildeo se um noacute receber dois ou mais sinais ao mesmo

tempo

Protocolo de acesso muacuteltiplo algoritmo distribuiacutedo que determina como os noacutes

compartilham o canal isto eacute determina quando um noacute pode transmitir

comunicaccedilatildeo sobre o compartilhamento do canal deve usar o proacuteprio canal natildeo haacute canal fora da faixa para coordenar a transmissatildeo

5 Camada de Enlace 5-19

Protocolo Ideal de Acesso Muacuteltiplo

Para um canal de broadcast com taxa de R bps

1 Quando apenas um noacute tem dados para enviar esse noacute obteacutem uma vazatildeo de R bps

2 Quando M noacutes tecircm dados para enviar cada um desses noacutes poderaacute transmitir em meacutedia a uma taxa de RM bps

3 Completamente descentralizado nenhum noacute especial (mestre) para coordenar as

transmissotildees nenhuma sincronizaccedilatildeo de reloacutegios ou slots

4 Simples para que sua implementaccedilatildeo seja barata

5 Camada de Enlace 5-20

Taxonomia dos Protocolos MACTrecircs categorias gerais Divisatildeo de Canal

divide o canal em pequenos ldquopedaccedilosrdquo (slotscompartimentos de tempo frequumlecircncia coacutedigo)

aloca pedaccedilo a um dado noacute para uso exclusivo deste Acesso Aleatoacuterio

canal natildeo eacute dividido podem ocorrer colisotildees ldquorecuperaccedilatildeordquo das colisotildees

Revezamento Noacutes se alternam em revezamento mas noacutes que

possuem mais dados a transmitir podem demorar mais quando chegar a sua vez

5 Camada de Enlace 5-21

Protocolos MAC de divisatildeo de canal TDMA

TDMA Acesso Muacuteltiplo por Divisatildeo de Tempo acesso ao canal em ldquoturnos cada estaccedilatildeo recebe um comprimento fixo de

compartimento (comprimento = tempo de tx do pacote) em cada turno

compartimentos natildeo usados permanecem ociosos Exemplo LAN com 6 estaccedilotildees compartimentos 1 3 e 4

com pacotes compartimentos 2 5 e 6 ociosos

5 Camada de Enlace 5-22

Protocolos MAC de divisatildeo de canal FDMA

FDMA Acesso Muacuteltiplo por Divisatildeo de Frequumlecircncia espectro do canal dividido em bandas de frequumlecircncia a cada estaccedilatildeo eacute atribuiacuteda uma banda fixa de frequumlecircncia tempo de transmissatildeo natildeo usado nas bandas permanecem

ociosos exemplo LAN com 6 estaccedilotildees 134 com pacotes bandas

256 ociosas

Bandas

de f

requumlecircnci

a tempo

cabo FDM

5 Camada de Enlace 5-23

Protocolos de Acesso Aleatoacuterio

Quando noacute tem um pacote para transmitirtransmite na taxa maacutexima Rnenhuma coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes

dois ou mais noacutes transmitindo ldquocolisatildeordquo O protocolo MAC de acesso aleatoacuterio

especifica como detectar colisotildeescomo se recuperar delas (atraveacutes de

retransmissotildees retardadas por exemplo) Exemplos de protocolos MAC de acesso

aleatoacuterioslotted ALOHAALOHACSMA CSMACD CSMACA

5 Camada de Enlace 5-24

Slotted ALOHA

Hipoacuteteses todos os quadros tecircm o

mesmo tamanho (L bits) tempo eacute dividido em slots

de tamanho igual tempo para transmitir 1 quadro (LR seg)

noacutes comeccedilam a transmitir quadros apenas no iniacutecio dos intervalos (slots)

noacutes satildeo sincronizados se 2 ou mais noacutes

transmitirem num slot todos os noacutes detectam a colisatildeo

Operaccedilatildeo quando o noacute obteacutem um novo

quadro ele espera ateacute o iniacutecio do proacuteximo slot e transmite o quadro inteiro

Se natildeo houver colisatildeo noacute poderaacute enviar um novo quadro no proacuteximo slot

caso haja uma colisatildeo (detectada antes do final do intervalo) noacute retransmite o quadro em cada intervalo subsequumlente com probabilidade p ateacute obter sucesso

5 Camada de Enlace 5-25

Slotted ALOHA

Vantagens uacutenico noacute ativo pode

transmitir continuamente na taxa maacutexima do canal

Altamente descentralizado apenas slots nos noacutes precisam estar sincronizados

simples

Desvantagens colisotildees slots

desperdiccedilados slots ociosos

(desperdiacutecio) noacutes podem ser capazes

de detectar colisotildees num tempo inferior ao da transmissatildeo do pacote

sincronizaccedilatildeo dos reloacutegios

5 Camada de Enlace 5-26

Eficiecircncia do Slotted Aloha

Assuma N noacutes com muitos quadros para enviar cada um transmite num slot com probabilidade p

probabilidade que noacute 1 tenha sucesso em um slot = p(1-p)N-1

probabilidade que qualquer noacute tenha sucesso = Np(1-p)N-

1

Para eficiecircncia maacutexima com N noacutes encontre p que maximiza Np(1-p)N-1

Para muitos noacutes faccedila limite para Np(1-p)N-1

quando N tende a infinito daacute 1e = 037

Eficiecircncia eacute a fraccedilatildeo de longo prazo de slots bem sucedidos quando haacute muitos noacutes cada um com muitos quadros para transmitir

Melhor caso canalusado para transmissotildees uacuteteis em 37 do tempo

5 Camada de Enlace 5-27

ALOHA Puro (sem slots) Aloha puro (sem slots) mais simples sem sincronizaccedilatildeo Ao chegar um quadro no noacute

transmite imediatamente Probabilidade de colisatildeo aumenta

quadro enviado em t0 colide com outros quadros enviados em [t0-1t0+1]

5 Camada de Enlace 5-28

Eficiecircncia do Aloha puro

P(sucesso por um dado noacute) = P(noacute transmita)

P(nenhum outro noacute transmita em [t0-1t0]

P(nenhum outro noacute transmita em [t0t0+1]

= p (1-p)N-1 (1-p)N-1

= p (1-p)2(N-1)

hellip escolhendo o valor oacutetimo de p e deixando n -gt infinito

= 1(2e) = 018 Ainda pior do que o Slotted Aloha

5 Camada de Enlace 5-29

CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)

CSMA (Carrier Sense Multiple Access) Escuta antes de transmitir (detecccedilatildeo de portadora)

Se o canal estiver livre transmite todo o quadro

Se o canal estiver ocupado adia a transmissatildeo

Analogia humana natildeo interrompa outros

5 Camada de Enlace 5-30

Colisotildees no CSMA

colisotildees ainda podem aconteceratraso de propagaccedilatildeo significa que dois noacutes podem natildeo ouvira transmissatildeo do outro colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo eacute desperdiccedilado

Disposiccedilatildeo espacial dos noacutes

notapapel da distacircncia e atraso de propagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo

5 Camada de Enlace 5-31

CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)

CSMACD detecccedilatildeo da portadora adia a transmissatildeo como no CSMAAs colisotildees satildeo detectadas em pouco tempoTransmissotildees que sofreram colisotildees satildeo

abortadas reduzindo o desperdiacutecio do canal Detecccedilatildeo de colisotildees

Faacutecil em LANs cabeadas mede a potecircncia do sinal compara o sinal recebido com o transmitido

Difiacutecil em LANs sem fio o receptor eacute desligado durante a transmissatildeo

Analogia humana bate papo educado

5 Camada de Enlace 5-32

Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD

5 Camada de Enlace 5-33

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoProtocolos MAC de divisatildeo de canal

Compartilha o canal eficientemente e de forma justa em altas cargas

Ineficiente em baixas cargas atraso no canal de acesso alocaccedilatildeo de 1N da largura de banda mesmo com apenas 1 noacute ativo

Protocolos MAC de acesso aleatoacuterioeficiente em baixas cargas um uacutenico noacute

pode utilizar completamente o canalAltas cargas overhead com colisotildees

Protocolos de revezamentoProcura oferecer o melhor dos dois mundos

5 Camada de Enlace 5-34

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo

Seleccedilatildeo (Polling) Noacute mestre ldquoconvidardquo

noacutes escravos a transmitir em revezamento

Usado tipicamente com dispositivos escravo burros

Preocupaccedilotildees Overhead com as

consultas (polling) Latecircncia Ponto uacutenico de

falha (mestre)

mestre

escravos

poll

dados

dados

5 Camada de Enlace 5-35

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo

Passagem de permissatildeo (token)

controla permissatildeo passada de um noacute para o proacuteximo de forma sequencial

mensagem de passagem da permissatildeo

preocupaccedilotildees overhead com a

passagem de permissatildeo

latecircncia Ponto uacutenico de falha

(permissatildeo)

T

dados

(nada paramandar)

T

5 Camada de Enlace 5-36

Resumo dos protocolos MAC Divisatildeo do canal por tempo frequumlecircncia ou

coacutedigoDivisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequumlecircncia

Particionamento Aleatoacuterio (dinacircmico) ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDEscutar a portadora faacutecil em algumas

tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)

CSMACD usado na EthernetCSMACA usado no 80211

RevezamentoSeleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto

central passagem de permissotildeesBluetooth FDDI Token Ring (IBM)

5 Camada de Enlace 5-37

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos52 Teacutecnicas de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de

erros 53 Protocolos de acesso muacuteltiplo 54 Endereccedilamento na Camada de Enlace55 Ethernet56 Comutadores da camada de enlace57 PPP o protocolo ponto-a-ponto58 Virtualizaccedilatildeo de enlace uma rede

como camada de enlace59 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de

paacutegina Web

5 Camada de Enlace 5-38

Endereccedilos MAC

Endereccedilo IP de 32 bits Endereccedilos da camada de redeusado para levar o datagrama agrave subrede IP

destinoEndereccedilo MAC (ou LAN ou fiacutesico ou

Ethernet) levar o datagrama de uma interface ateacute outra

interface conectada fisicamente (na mesma rede)

Endereccedilo MAC de 48 bits (para a maioria das redes)bull gravado na ROM do adaptador ou configurado

por software

5 Camada de Enlace 5-39

Endereccedilos MAC

Cada adaptador na LAN possui um endereccedilo MAC uacutenico

Endereccedilo de Broadcast =FF-FF-FF-FF-FF-FF

= adaptador

1A-2F-BB-76-09-AD

58-23-D7-FA-20-B0

0C-C4-11-6F-E3-98

71-65-F7-2B-08-53

LAN(cabeada ousem fio)

5 Camada de Enlace 5-40

Endereccedilo MAC (cont)

Alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC gerenciada pelo IEEE Um fabricante compra uma parte do espaccedilo de

endereccedilos (para garantir unicidade) Analogia (a) endereccedilo MAC como nuacutemero do CPF (b) endereccedilo IP como endereccedilo postal (CEP) endereccedilo MAC tem estrutura linear =gt

portabilidadePode mover um cartatildeo LAN de uma LAN para

outra endereccedilo IP hieraacuterquico NAtildeO eacute portaacutetil (requer IP

moacutevel)Depende da subrede IP agrave qual o noacute estaacute

conectado

5 Camada de Enlace 5-41

ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de Resoluccedilatildeo de Endereccedilos)

Cada noacute IP (Host Roteador) de uma LAN possui tabela ARP

Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN

lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt TTL (Time To Live) tempo

a partir do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute esquecido (valor tiacutepico de 20 min)

Pergunta como obter oendereccedilo MAC de B a partir do endereccedilo IP de B

1A-2F-BB-76-09-AD

58-23-D7-FA-20-B0

0C-C4-11-6F-E3-98

71-65-F7-2B-08-53

LAN

237196723

237196778

237196714

237196788

5 Camada de Enlace 5-42

Protocolo ARP Mesma LAN (rede) A deseja enviar datagrama

para B e o endereccedilo MAC de B natildeo estaacute na tabela ARP

A difunde o pacote de solicitaccedilatildeo ARP que conteacutem o endereccedilo IP de B Endereccedilo MAC destino =

FF-FF-FF-FF-FF-FF todas as maacutequinas na

LAN recebem a consulta do ARP

B recebe o pacote ARP responde a A com o seu (de B) endereccedilo MAC Quadro enviado para o

endereccedilo MAC (unicast) de A

Uma cache (salva) o par de endereccedilos IP-para-MAC na sua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo fique antiquada (expire) lsquosoft statersquo informaccedilatildeo que expira (vai embora) a menos que seja renovada

ARP eacute ldquoplug-and-playrdquo os noacutes criam suas tabelas ARP sem a intervenccedilatildeo do administrador

da rede

5 Camada de Enlace 5-43

Roteando um pacote para outra LAN

passo a passo envio de datagrama de A para B via R assuma que A conhece o endereccedilo IP de B

Duas tabelas ARP no roteador R uma para cada rede IP (LAN)

A

RB

5 Camada de Enlace 5-44

A cria datagrama com origem A destino B A usa ARP para obter o endereccedilo MAC de R para

111111111110 A cria quadro da camada de enlace com o endereccedilo

MAC de R como destino quadro conteacutem datagrama IP de A para B

O adaptador de A envia o quadro O adaptador de R recebe o quadro R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verifica

que eacute destinado para B R usa ARP para obter o endereccedilo MAC de B R cria quadro contendo datagrama IP de A para B e o

envia para B

A

R B

Este eacute um exemplo muito importantendash garanta que vocecirc o entendeu

5 Camada de Enlace 5-45

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos52 Teacutecnicas de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de

erros 53 Protocolos de acesso muacuteltiplo 54 Endereccedilamento na Camada de Enlace55 Ethernet56 Comutadores da camada de enlace57 PPP o protocolo ponto-a-ponto58 Virtualizaccedilatildeo de enlace uma rede

como camada de enlace59 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de

paacutegina Web

5 Camada de Enlace 5-46

Ethernet Muitiacutessimo difundida porque

Muito barata R$30 para placas 10100Mbps A mais antiga das tecnologias de rede local (meados da

deacutecada de 70) Mais simples e menos cara que redes usando ficha ou

ATM Acompanhou o aumento de velocidade 10 Mbps ndash 10

Gbps

Rascunho de Metcalfe sobre o Ethernet

5 Camada de Enlace 5-47

Topologia em Estrela Topologia de barramento popular ateacute meados

dos anos 90 Todos os noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo (podem colidir

um com o outro)

Agora prevalecircncia de topologia em estrela Comutador (switch) no centro Cada porta roda o protocolo Ethernet separadamente (os

noacutes natildeo colidem uns com os outros)

barramento cabo coaxial

switch

estrela

5 Camada de Enlace 5-48

Estrutura do Quadro Ethernet

Adaptador remetente encapsula datagrama IP (ou pacote de outro protocolo da camada de rede) num Quadro Ethernet

Dados 46 a 1500 bytes Preacircmbulo 7 bytes com o padratildeo 10101010 seguidos por um byte

com o padratildeo 10101011 usado para sincronizar receptor ao reloacutegio do

remetente (reloacutegios nunca satildeo exatos eacute muito provaacutevel que exista algum desvio entre eles)

5 Camada de Enlace 5-49

Estrutura de Quadro Ethernet (cont)

Endereccedilos 6 bytes para cada endereccedilo MAC se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo destino igual

ao seu ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede

caso contraacuterio o adaptador descarta o quadro Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior

usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)

CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado

5 Camada de Enlace 5-50

Ethernet natildeo confiaacutevel e natildeo orientado para conexatildeo

Natildeo orientado para conexatildeo Natildeo haacute estabelecimento de conexatildeo (saudaccedilatildeo) entre os adaptadores transmissor e receptor

Natildeo confiaacutevel o adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador transmissorfluxo de datagramas passados para a

camada de rede pode conter falhas na sequumlecircncia

falhas seratildeo preenchidas se aplicaccedilatildeo estiver usando o TCP

caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as falhas Protocolo MAC do Ethernet CSMACD sem slots

5 Camada de Enlace 5-51

Algoritmo CSMACD do Ethernet

1 Adaptador recebe datagrama da camada de rede e cria um quadro

2 Se o adaptador percebe que o canal estaacute ocioso comeccedila a transmitir o quadro Se percebe que o canal estaacute ocupado espera que o canal fique livre e transmite

3 Se o adaptador transmitir todo o quadro sem detectar outra transmissatildeo o adaptador concluiu a operaccedilatildeo com o quadro

4 Se o adaptador detectar outra transmissatildeo enquanto estiver transmitindo aborta e envia sinal de reforccedilo de colisatildeo de 48 bits

5 Apoacutes o aborto o adaptador entra na retirada (backoff) exponencial binaacuteria apoacutes a m-eacutesima colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoriamente entre 012hellip2m-1 O adaptador espera K512 tempos de bit e retorna ao Passo 2

5 Camada de Enlace 5-52

CSMACD da Ethernet (mais)

Sinal de reforccedilo de colisatildeo garante que todos os demais transmissores estejam cientes da colisatildeo 48 bits

Tempo de Bit 01 microseg para Ethernet de 10 Mbpspara K=1023 tempo de espera de cerca de 50 mseg

Retirada Exponencial Binaacuteria

Objetivo adaptar as tentativas de retransmissatildeo agrave carga atual estimada Alta carga espera

aleatoacuteria seraacute mais longa

na primeira colisatildeo escolhe K entre 01 atraso eacute de K 512 tempos de transmissatildeo de um bit

apoacutes a segunda colisatildeo escolhe K entre 0123hellip

apoacutes 10 colisotildees escolhe K entre 01234hellip1023

Vejainteraja com o applet Java siacutetio do livroaltamente recomendaacutevel

5 Camada de Enlace 5-53

Eficiecircncia do CSMACD

tprop = atraso maacuteximo de prop entre 2 noacutes na LAN

ttrans = tempo para transmitir quadro de tamanho maacuteximo

Eficiecircncia vai para 1 agrave medida que tprop vai para 0

ttrans vai para infinito Muito melhor do que ALOHA e ainda eacute

descentralizado simples e barato

transprop tt 51

1eficiecircncia

5 Camada de Enlace 5-54

Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica

Diversos padrotildees Ethernet diferentestecircm em comum o protocolo MAC e o

formato do quadrodiferentes velocidades 2Mbps 10Mbps

100Mbps 1Gbps 10Gbpsdiferentes meios da camada fiacutesica fibra

caboaplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

protocolo MACe formato do quadro

100BASE-TX

100BASE-T4

100BASE-FX100BASE-T2

100BASE-SX 100BASE-BX

camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)

5 Camada de Enlace 5-55

10Base5

httpwwwethermanagecom

5 Camada de Enlace 5-56

10Base2

httpwwwethermanagecom

5 Camada de Enlace 5-57

10BaseT

httpwwwethermanagecom

5 Camada de Enlace 5-58

Conector RJ 45

5 Camada de Enlace 5-59

100Base-TX

httpwwwethermanagecom

5 Camada de Enlace 5-60 10

Wireless Backhaul

Carrier Ethernet Access Expansion

Voice gateway

VoiceVideoTelephony

HD TVTVoD VoD

Video Source

Gaming BusinessBackup ERP

InternetVideo Source

BusinessBroadband

E-Line andE-LAN service

GlobalNationalCarrierEthernet

GlobalNationalCarrierEthernet

SmallMedium Business

Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

ResidentialTriple-Play

FTTx DSLAM Cable Modem

Broadbandmobile datavideo

Bringing vastly extended scalability for business and residential users

ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing

5 Camada de Enlace 5-61

Carrier Ethernet Defined

bull Carrier Ethernet is a ubiquitous standardized carrier-class SERVICE defined by five attributes that distinguish Carrier Ethernet from familiar LAN based Ethernet

bull It brings the compelling business benefit of the Ethernet cost model to achieve significant savings

Carrier Ethernet

bull Scalability

bull Standardized Services

bull Service Management

bull Quality of Service

bull Reliability

Carrier Ethernet Attributes

httpwwwmetroethernetforumorg

5 Camada de Enlace 5-62

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos52 Teacutecnicas de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de acesso muacuteltiplo 54 Endereccedilamento na Camada de Enlace55 Ethernet56 Comutadores da camada de enlace57 PPP o protocolo ponto-a-ponto58 Virtualizaccedilatildeo de enlace uma rede como

camada de enlace59 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina

Web

5 Camada de Enlace 5-63

Hubs

hellip repetidores (ldquoburrosrdquo) da camada fiacutesicabits vindos de um dado link saem por todos

os outros links na mesma taxatodos os noacutes conectados ao hub podem

colidir uns com os outrosnatildeo haacute bufferizaccedilatildeo de quadrosnatildeo implementa CSMACD no hub cartotildees

do hospedeiro detectam as colisotildees

par tranccedilado

hub

5 Camada de Enlace 5-64

Comutador (switch)

Dispositivo da camada de enlace mais inteligentes que os hubs tecircm papel ativo armazena e retransmite quadros Ethernetexamina o cabeccedilalho do quadro e

seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento

transparentehospedeiros ignoram a presenccedila dos

switches plug-and-play self-learning (autodidatas)

os comutadores natildeo necessitam ser configurados

5 Camada de Enlace 5-65

Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas

hospedeiros tecircm conexatildeo direta e dedicada para o switch

os switches armazenam quadros

o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplex cada link eacute o seu proacuteprio

domiacutenio de colisatildeo comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-

para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees isto natildeo eacute possiacutevel com hubs

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

switch com seis interfaces(123456)

1 23

45

6

5 Camada de Enlace 5-66

Tabela de Comutaccedilatildeo

P como eacute que o switch sabe que Arsquo eacute alcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel a partir da interface 5

R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutem (endereccedilo MAC do hospedeiro

interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)

parece uma tabela de roteamento P como satildeo criadas e mantidas as

entradas na tabela de comutaccedilatildeo haacute algo como um protocolo de

roteamento

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

switch with six interfaces(123456)

1 23

45

6

5 Camada de Enlace 5-67

switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfaces quando um quadro eacute

recebido o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada

registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo

Switch autoaprendizagem

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 23

45

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

5 Camada de Enlace 5-685 Camada de Enlace

Switch FiltragemRepasse de quadrosQuando um comutador recebe um quadroregistra o link associado com o hospedeiro

transmissorindexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo

MAC do destinoif entrada encontrada para o destino

then if dest estiver no segmento de onde veio o

quadro then descarta o quadro else repassa o quadro na interface indicada else usa inundaccedilatildeoRepassa o quadro para todas as

demais interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido

5 Camada de Enlace 5-69

Exemplo de auto aprendizagem e repasse

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 23

45

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo

destino do quadro desconhecido inundaccedilatildeo

Arsquo A

local do destino A conhecido

Arsquo 4 60

transmissatildeo seletiva

5 Camada de Enlace 5-70

Exemplo com comutador

Suponha que C envia quadro para D

comutador recebe o quadro vindo de C anota na tabela de comutaccedilatildeo que C estaacute na interface 1 dado que D natildeo se encontra na tabela encaminha o quadro para as

demais interfaces 2 e 3

quadro eacute recebido por D

hub

hub hub

comutador

A

B CD

EF G H

I

endereccedilointerface

ABEG

1123

12 3

5 Camada de Enlace 5-71

Exemplo com comutador

Suponha que D responde com um quadro para C

comutador recebe o quadro vindo de D anota na tabela de comutaccedilatildeo que D estaacute na interface 2 dado que C estaacute na tabela encaminha o quadro apenas na interface

1

quadro eacute recebido por C

hub

hub hub

comutador

A

B CD

EF G H

I

interface

ABEGC

11231

endereccedilo

5 Camada de Enlace 5-72

Interligaccedilatildeo de comutadores

Podemos interligar comutadores (switches)

A

B

P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe que deve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3

R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenico comutador)

S1

C D

E

FS2

S4

S3

HI

G

5 Camada de Enlace 5-73

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde

para C

P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4

A

B

S1

C D

E

FS2

S4

S3

HI

G

1

2

5 Camada de Enlace 5-74

Rede Institucionalcorporativa

5 Camada de Enlace 5-75

Rede institucional

Para redeexterna

roteador

Subrede IP

Servidor de mensagens

Servidor web

5 Camada de Enlace 5-76

Comutadores versus Roteadores ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa

roteadores dispositivos da camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)

comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace roteadores mantecircm tabelas de roteamento

implementam algoritmos de roteamento comutadores mantecircm tabelas de comutaccedilatildeo

implementam filtragem algoritmos de aprendizagem

5 Camada de Enlace 5-77

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos52 Teacutecnicas de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de acesso muacuteltiplo 54 Endereccedilamento na Camada de Enlace55 Ethernet56 Comutadores da camada de enlace57 PPP o protocolo ponto-a-ponto58 Virtualizaccedilatildeo de enlace uma rede como

camada de enlace59 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina

Web

5 Camada de Enlace 5-78

Siacutentese um dia na vida de um pedido web jornada completa atravessando toda a pilha de

protocolos aplicaccedilatildeo transporte rede enlace

colocando tudo junto siacutentese objetivo identificar revisar entender os

protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web

cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom

5 Camada de Enlace 5-79

Um dia na vida cenaacuterio

rede da Comcast68800013

rede do Google64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola68802024

paacutegina web

navegador

5 Camada de Enlace 5-80

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPDHCP

quadro Ethernet difundido (dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador que executa o servidor DHCP

Ethernet demultiplexado para IP demultiplexado para UDP e demultiplexado paraDHCP

o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilo do primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP Solicitaccedilatildeo DHCP encapsulada em UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023 Ethernet

5 Camada de Enlace 5-81

roteador(roda DHCP)

servidor DHCP prepara ACK DHCP contendo endereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiro roteador nome e endereccedilo IP do servidor DNS

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

encapsulamento no servidor DHCP quadro repassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente

Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador

cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

5 Camada de Enlace 5-82

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

consulta DNS criada encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviar quadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP

consulta ARP difundida recebida pelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccedilo MAC da interface do roteador

o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiro roteador podendo agora enviar o quadro contendo a consulta DNS

ARP query

EthPhy

ARP

ARP

ARP reply

antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS

5 Camada de Enlace 5-83

roteador(roda DHCP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

DNS

datagrama IP conteacutem consulta DNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador

datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelos protocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS

demultiplexado pelo servidor DNS

servidor DNS responde ao cliente com o endereccedilo IP de wwwgooglecom

rede da Comcast68800013

servidor DNS

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

Um dia na vidahellip usando DNS

5 Camada de Enlace 5-84

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP

HTTPTCPIP

EthPhy

HTTP

para enviar pedido HTTP cliente primeiro abre um socket TCP para o servidor web segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web

conexatildeo TCP estabelecida64233169105

servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCPIP

EthPhy

SYN

SYN

SYN

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)

5 Camada de Enlace 5-85

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP

HTTPTCPIP

EthPhy

HTTP

solicitaccedilatildeo HTTP enviada para o socket TCP datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhado para wwwgooglecom

datagrama IP com a resposta HTTP eacute encaminhado de volta para o cliente

64233169105

servidor web

HTTPTCPIP

EthPhy

servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTPHTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

paacutegina web finalmente() apresentada

5 Camada de Enlace 5-86

Capiacutetulo 5 Resumo

princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dados detecccedilatildeo correccedilatildeo de erros compartilhamento de canal de difusatildeo acesso

muacuteltiplo endereccedilamento da camada de enlace

instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlace Ethernet LANs comutadas redes virtualizadas como camada de enlace MPLS

siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web

  • Capiacutetulo 5 A Camada de Enlace e Redes Locais
  • Camada de Enlace
  • Camada de Enlace Introduccedilatildeo
  • Camada de Enlace Contexto
  • Serviccedilos da Camada de Enlace
  • Serviccedilos da Camada de Enlace (mais)
  • Onde a camada de enlace eacute implementada
  • Comunicaccedilatildeo entre Adaptadores
  • Camada de Enlace (2)
  • Detecccedilatildeo de Erros
  • Verificaccedilotildees de Paridade
  • Soma de verificaccedilatildeo da Internet
  • Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica (CRC)
  • Exemplo de CRC
  • Implementaccedilatildeo em Hardware
  • Camada de Enlace (3)
  • Enlaces e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolo Ideal de Acesso Muacuteltiplo
  • Taxonomia dos Protocolos MAC
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal TDMA
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal FDMA
  • Protocolos de Acesso Aleatoacuterio
  • Slotted ALOHA
  • Slotted ALOHA (2)
  • Eficiecircncia do Slotted Aloha
  • ALOHA Puro (sem slots)
  • Eficiecircncia do Aloha puro
  • CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)
  • Colisotildees no CSMA
  • CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)
  • Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (2)
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (3)
  • Resumo dos protocolos MAC
  • Camada de Enlace (4)
  • Endereccedilos MAC
  • Endereccedilos MAC (2)
  • Endereccedilo MAC (cont)
  • ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de Resoluccedilatildeo de En
  • Protocolo ARP Mesma LAN (rede)
  • Roteando um pacote para outra LAN
  • Slide 44
  • Camada de Enlace (5)
  • Ethernet
  • Topologia em Estrela
  • Estrutura do Quadro Ethernet
  • Estrutura de Quadro Ethernet (cont)
  • Ethernet natildeo confiaacutevel e natildeo orientado para conexatildeo
  • Algoritmo CSMACD do Ethernet
  • CSMACD da Ethernet (mais)
  • Eficiecircncia do CSMACD
  • Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
  • 10Base5
  • 10Base2
  • 10BaseT
  • Conector RJ 45
  • 100Base-TX
  • Slide 60
  • Carrier Ethernet Defined
  • Camada de Enlace (6)
  • Hubs
  • Comutador (switch)
  • Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
  • Tabela de Comutaccedilatildeo
  • Switch autoaprendizagem
  • Switch FiltragemRepasse de quadros
  • Exemplo de auto aprendizagem e repasse
  • Exemplo com comutador
  • Exemplo com comutador (2)
  • Interligaccedilatildeo de comutadores
  • Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores
  • Rede Institucionalcorporativa
  • Rede institucional
  • Comutadores versus Roteadores
  • Camada de Enlace (7)
  • Siacutentese um dia na vida de um pedido web
  • Um dia na vida cenaacuterio
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet (2)
  • Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
  • Um dia na vidahellip usando DNS
  • Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
  • Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
  • Capiacutetulo 5 Resumo
Page 14: 5: Camada de Enlace 5-1 Capítulo 5: A Camada de Enlace e Redes Locais Nossos objetivos: Entender os princípios por trás dos serviços da camada de enlace

5 Camada de Enlace 5-14

Exemplo de CRC

Queremos

D2r XOR R = nGde forma equivalente

D2r = nG XOR R de forma equivalente se dividirmos D2r

por G queremos o resto R

G

DR

r2resto

101110000 10011001 101011 1010 1001 1100 1001 1010 1001 011

D G

R

5 Camada de Enlace 5-15

Implementaccedilatildeo em Hardware

Aring

G=1001

D2r=101110000

5 Camada de Enlace 5-16

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos52 Teacutecnicas de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de

erros 53 Protocolos de acesso muacuteltiplo 54 Endereccedilamento na Camada de Enlace55 Ethernet56 Comutadores da camada de enlace57 PPP o protocolo ponto-a-ponto58 Virtualizaccedilatildeo de enlace uma rede

como camada de enlace59 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de

paacutegina Web

5 Camada de Enlace 5-17

Enlaces e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo

Dois tipos de enlaces Ponto-a-ponto

PPP para acesso discado

Conexatildeo entre switch Ethernet e hospedeiro

broadcast (cabo ou meio compartilhado) Ethernet tradicional Upstream HFC 80211 LAN sem fio Sateacutelite Etc

5 Camada de Enlace 5-18

Protocolos de Acesso Muacuteltiplo

canal de comunicaccedilatildeo uacutenico de broadcast interferecircncia quando dois ou mais noacutes transmitem

simultaneamente colisatildeo se um noacute receber dois ou mais sinais ao mesmo

tempo

Protocolo de acesso muacuteltiplo algoritmo distribuiacutedo que determina como os noacutes

compartilham o canal isto eacute determina quando um noacute pode transmitir

comunicaccedilatildeo sobre o compartilhamento do canal deve usar o proacuteprio canal natildeo haacute canal fora da faixa para coordenar a transmissatildeo

5 Camada de Enlace 5-19

Protocolo Ideal de Acesso Muacuteltiplo

Para um canal de broadcast com taxa de R bps

1 Quando apenas um noacute tem dados para enviar esse noacute obteacutem uma vazatildeo de R bps

2 Quando M noacutes tecircm dados para enviar cada um desses noacutes poderaacute transmitir em meacutedia a uma taxa de RM bps

3 Completamente descentralizado nenhum noacute especial (mestre) para coordenar as

transmissotildees nenhuma sincronizaccedilatildeo de reloacutegios ou slots

4 Simples para que sua implementaccedilatildeo seja barata

5 Camada de Enlace 5-20

Taxonomia dos Protocolos MACTrecircs categorias gerais Divisatildeo de Canal

divide o canal em pequenos ldquopedaccedilosrdquo (slotscompartimentos de tempo frequumlecircncia coacutedigo)

aloca pedaccedilo a um dado noacute para uso exclusivo deste Acesso Aleatoacuterio

canal natildeo eacute dividido podem ocorrer colisotildees ldquorecuperaccedilatildeordquo das colisotildees

Revezamento Noacutes se alternam em revezamento mas noacutes que

possuem mais dados a transmitir podem demorar mais quando chegar a sua vez

5 Camada de Enlace 5-21

Protocolos MAC de divisatildeo de canal TDMA

TDMA Acesso Muacuteltiplo por Divisatildeo de Tempo acesso ao canal em ldquoturnos cada estaccedilatildeo recebe um comprimento fixo de

compartimento (comprimento = tempo de tx do pacote) em cada turno

compartimentos natildeo usados permanecem ociosos Exemplo LAN com 6 estaccedilotildees compartimentos 1 3 e 4

com pacotes compartimentos 2 5 e 6 ociosos

5 Camada de Enlace 5-22

Protocolos MAC de divisatildeo de canal FDMA

FDMA Acesso Muacuteltiplo por Divisatildeo de Frequumlecircncia espectro do canal dividido em bandas de frequumlecircncia a cada estaccedilatildeo eacute atribuiacuteda uma banda fixa de frequumlecircncia tempo de transmissatildeo natildeo usado nas bandas permanecem

ociosos exemplo LAN com 6 estaccedilotildees 134 com pacotes bandas

256 ociosas

Bandas

de f

requumlecircnci

a tempo

cabo FDM

5 Camada de Enlace 5-23

Protocolos de Acesso Aleatoacuterio

Quando noacute tem um pacote para transmitirtransmite na taxa maacutexima Rnenhuma coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes

dois ou mais noacutes transmitindo ldquocolisatildeordquo O protocolo MAC de acesso aleatoacuterio

especifica como detectar colisotildeescomo se recuperar delas (atraveacutes de

retransmissotildees retardadas por exemplo) Exemplos de protocolos MAC de acesso

aleatoacuterioslotted ALOHAALOHACSMA CSMACD CSMACA

5 Camada de Enlace 5-24

Slotted ALOHA

Hipoacuteteses todos os quadros tecircm o

mesmo tamanho (L bits) tempo eacute dividido em slots

de tamanho igual tempo para transmitir 1 quadro (LR seg)

noacutes comeccedilam a transmitir quadros apenas no iniacutecio dos intervalos (slots)

noacutes satildeo sincronizados se 2 ou mais noacutes

transmitirem num slot todos os noacutes detectam a colisatildeo

Operaccedilatildeo quando o noacute obteacutem um novo

quadro ele espera ateacute o iniacutecio do proacuteximo slot e transmite o quadro inteiro

Se natildeo houver colisatildeo noacute poderaacute enviar um novo quadro no proacuteximo slot

caso haja uma colisatildeo (detectada antes do final do intervalo) noacute retransmite o quadro em cada intervalo subsequumlente com probabilidade p ateacute obter sucesso

5 Camada de Enlace 5-25

Slotted ALOHA

Vantagens uacutenico noacute ativo pode

transmitir continuamente na taxa maacutexima do canal

Altamente descentralizado apenas slots nos noacutes precisam estar sincronizados

simples

Desvantagens colisotildees slots

desperdiccedilados slots ociosos

(desperdiacutecio) noacutes podem ser capazes

de detectar colisotildees num tempo inferior ao da transmissatildeo do pacote

sincronizaccedilatildeo dos reloacutegios

5 Camada de Enlace 5-26

Eficiecircncia do Slotted Aloha

Assuma N noacutes com muitos quadros para enviar cada um transmite num slot com probabilidade p

probabilidade que noacute 1 tenha sucesso em um slot = p(1-p)N-1

probabilidade que qualquer noacute tenha sucesso = Np(1-p)N-

1

Para eficiecircncia maacutexima com N noacutes encontre p que maximiza Np(1-p)N-1

Para muitos noacutes faccedila limite para Np(1-p)N-1

quando N tende a infinito daacute 1e = 037

Eficiecircncia eacute a fraccedilatildeo de longo prazo de slots bem sucedidos quando haacute muitos noacutes cada um com muitos quadros para transmitir

Melhor caso canalusado para transmissotildees uacuteteis em 37 do tempo

5 Camada de Enlace 5-27

ALOHA Puro (sem slots) Aloha puro (sem slots) mais simples sem sincronizaccedilatildeo Ao chegar um quadro no noacute

transmite imediatamente Probabilidade de colisatildeo aumenta

quadro enviado em t0 colide com outros quadros enviados em [t0-1t0+1]

5 Camada de Enlace 5-28

Eficiecircncia do Aloha puro

P(sucesso por um dado noacute) = P(noacute transmita)

P(nenhum outro noacute transmita em [t0-1t0]

P(nenhum outro noacute transmita em [t0t0+1]

= p (1-p)N-1 (1-p)N-1

= p (1-p)2(N-1)

hellip escolhendo o valor oacutetimo de p e deixando n -gt infinito

= 1(2e) = 018 Ainda pior do que o Slotted Aloha

5 Camada de Enlace 5-29

CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)

CSMA (Carrier Sense Multiple Access) Escuta antes de transmitir (detecccedilatildeo de portadora)

Se o canal estiver livre transmite todo o quadro

Se o canal estiver ocupado adia a transmissatildeo

Analogia humana natildeo interrompa outros

5 Camada de Enlace 5-30

Colisotildees no CSMA

colisotildees ainda podem aconteceratraso de propagaccedilatildeo significa que dois noacutes podem natildeo ouvira transmissatildeo do outro colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo eacute desperdiccedilado

Disposiccedilatildeo espacial dos noacutes

notapapel da distacircncia e atraso de propagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo

5 Camada de Enlace 5-31

CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)

CSMACD detecccedilatildeo da portadora adia a transmissatildeo como no CSMAAs colisotildees satildeo detectadas em pouco tempoTransmissotildees que sofreram colisotildees satildeo

abortadas reduzindo o desperdiacutecio do canal Detecccedilatildeo de colisotildees

Faacutecil em LANs cabeadas mede a potecircncia do sinal compara o sinal recebido com o transmitido

Difiacutecil em LANs sem fio o receptor eacute desligado durante a transmissatildeo

Analogia humana bate papo educado

5 Camada de Enlace 5-32

Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD

5 Camada de Enlace 5-33

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoProtocolos MAC de divisatildeo de canal

Compartilha o canal eficientemente e de forma justa em altas cargas

Ineficiente em baixas cargas atraso no canal de acesso alocaccedilatildeo de 1N da largura de banda mesmo com apenas 1 noacute ativo

Protocolos MAC de acesso aleatoacuterioeficiente em baixas cargas um uacutenico noacute

pode utilizar completamente o canalAltas cargas overhead com colisotildees

Protocolos de revezamentoProcura oferecer o melhor dos dois mundos

5 Camada de Enlace 5-34

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo

Seleccedilatildeo (Polling) Noacute mestre ldquoconvidardquo

noacutes escravos a transmitir em revezamento

Usado tipicamente com dispositivos escravo burros

Preocupaccedilotildees Overhead com as

consultas (polling) Latecircncia Ponto uacutenico de

falha (mestre)

mestre

escravos

poll

dados

dados

5 Camada de Enlace 5-35

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo

Passagem de permissatildeo (token)

controla permissatildeo passada de um noacute para o proacuteximo de forma sequencial

mensagem de passagem da permissatildeo

preocupaccedilotildees overhead com a

passagem de permissatildeo

latecircncia Ponto uacutenico de falha

(permissatildeo)

T

dados

(nada paramandar)

T

5 Camada de Enlace 5-36

Resumo dos protocolos MAC Divisatildeo do canal por tempo frequumlecircncia ou

coacutedigoDivisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequumlecircncia

Particionamento Aleatoacuterio (dinacircmico) ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDEscutar a portadora faacutecil em algumas

tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)

CSMACD usado na EthernetCSMACA usado no 80211

RevezamentoSeleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto

central passagem de permissotildeesBluetooth FDDI Token Ring (IBM)

5 Camada de Enlace 5-37

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos52 Teacutecnicas de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de

erros 53 Protocolos de acesso muacuteltiplo 54 Endereccedilamento na Camada de Enlace55 Ethernet56 Comutadores da camada de enlace57 PPP o protocolo ponto-a-ponto58 Virtualizaccedilatildeo de enlace uma rede

como camada de enlace59 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de

paacutegina Web

5 Camada de Enlace 5-38

Endereccedilos MAC

Endereccedilo IP de 32 bits Endereccedilos da camada de redeusado para levar o datagrama agrave subrede IP

destinoEndereccedilo MAC (ou LAN ou fiacutesico ou

Ethernet) levar o datagrama de uma interface ateacute outra

interface conectada fisicamente (na mesma rede)

Endereccedilo MAC de 48 bits (para a maioria das redes)bull gravado na ROM do adaptador ou configurado

por software

5 Camada de Enlace 5-39

Endereccedilos MAC

Cada adaptador na LAN possui um endereccedilo MAC uacutenico

Endereccedilo de Broadcast =FF-FF-FF-FF-FF-FF

= adaptador

1A-2F-BB-76-09-AD

58-23-D7-FA-20-B0

0C-C4-11-6F-E3-98

71-65-F7-2B-08-53

LAN(cabeada ousem fio)

5 Camada de Enlace 5-40

Endereccedilo MAC (cont)

Alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC gerenciada pelo IEEE Um fabricante compra uma parte do espaccedilo de

endereccedilos (para garantir unicidade) Analogia (a) endereccedilo MAC como nuacutemero do CPF (b) endereccedilo IP como endereccedilo postal (CEP) endereccedilo MAC tem estrutura linear =gt

portabilidadePode mover um cartatildeo LAN de uma LAN para

outra endereccedilo IP hieraacuterquico NAtildeO eacute portaacutetil (requer IP

moacutevel)Depende da subrede IP agrave qual o noacute estaacute

conectado

5 Camada de Enlace 5-41

ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de Resoluccedilatildeo de Endereccedilos)

Cada noacute IP (Host Roteador) de uma LAN possui tabela ARP

Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN

lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt TTL (Time To Live) tempo

a partir do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute esquecido (valor tiacutepico de 20 min)

Pergunta como obter oendereccedilo MAC de B a partir do endereccedilo IP de B

1A-2F-BB-76-09-AD

58-23-D7-FA-20-B0

0C-C4-11-6F-E3-98

71-65-F7-2B-08-53

LAN

237196723

237196778

237196714

237196788

5 Camada de Enlace 5-42

Protocolo ARP Mesma LAN (rede) A deseja enviar datagrama

para B e o endereccedilo MAC de B natildeo estaacute na tabela ARP

A difunde o pacote de solicitaccedilatildeo ARP que conteacutem o endereccedilo IP de B Endereccedilo MAC destino =

FF-FF-FF-FF-FF-FF todas as maacutequinas na

LAN recebem a consulta do ARP

B recebe o pacote ARP responde a A com o seu (de B) endereccedilo MAC Quadro enviado para o

endereccedilo MAC (unicast) de A

Uma cache (salva) o par de endereccedilos IP-para-MAC na sua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo fique antiquada (expire) lsquosoft statersquo informaccedilatildeo que expira (vai embora) a menos que seja renovada

ARP eacute ldquoplug-and-playrdquo os noacutes criam suas tabelas ARP sem a intervenccedilatildeo do administrador

da rede

5 Camada de Enlace 5-43

Roteando um pacote para outra LAN

passo a passo envio de datagrama de A para B via R assuma que A conhece o endereccedilo IP de B

Duas tabelas ARP no roteador R uma para cada rede IP (LAN)

A

RB

5 Camada de Enlace 5-44

A cria datagrama com origem A destino B A usa ARP para obter o endereccedilo MAC de R para

111111111110 A cria quadro da camada de enlace com o endereccedilo

MAC de R como destino quadro conteacutem datagrama IP de A para B

O adaptador de A envia o quadro O adaptador de R recebe o quadro R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verifica

que eacute destinado para B R usa ARP para obter o endereccedilo MAC de B R cria quadro contendo datagrama IP de A para B e o

envia para B

A

R B

Este eacute um exemplo muito importantendash garanta que vocecirc o entendeu

5 Camada de Enlace 5-45

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos52 Teacutecnicas de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de

erros 53 Protocolos de acesso muacuteltiplo 54 Endereccedilamento na Camada de Enlace55 Ethernet56 Comutadores da camada de enlace57 PPP o protocolo ponto-a-ponto58 Virtualizaccedilatildeo de enlace uma rede

como camada de enlace59 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de

paacutegina Web

5 Camada de Enlace 5-46

Ethernet Muitiacutessimo difundida porque

Muito barata R$30 para placas 10100Mbps A mais antiga das tecnologias de rede local (meados da

deacutecada de 70) Mais simples e menos cara que redes usando ficha ou

ATM Acompanhou o aumento de velocidade 10 Mbps ndash 10

Gbps

Rascunho de Metcalfe sobre o Ethernet

5 Camada de Enlace 5-47

Topologia em Estrela Topologia de barramento popular ateacute meados

dos anos 90 Todos os noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo (podem colidir

um com o outro)

Agora prevalecircncia de topologia em estrela Comutador (switch) no centro Cada porta roda o protocolo Ethernet separadamente (os

noacutes natildeo colidem uns com os outros)

barramento cabo coaxial

switch

estrela

5 Camada de Enlace 5-48

Estrutura do Quadro Ethernet

Adaptador remetente encapsula datagrama IP (ou pacote de outro protocolo da camada de rede) num Quadro Ethernet

Dados 46 a 1500 bytes Preacircmbulo 7 bytes com o padratildeo 10101010 seguidos por um byte

com o padratildeo 10101011 usado para sincronizar receptor ao reloacutegio do

remetente (reloacutegios nunca satildeo exatos eacute muito provaacutevel que exista algum desvio entre eles)

5 Camada de Enlace 5-49

Estrutura de Quadro Ethernet (cont)

Endereccedilos 6 bytes para cada endereccedilo MAC se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo destino igual

ao seu ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede

caso contraacuterio o adaptador descarta o quadro Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior

usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)

CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado

5 Camada de Enlace 5-50

Ethernet natildeo confiaacutevel e natildeo orientado para conexatildeo

Natildeo orientado para conexatildeo Natildeo haacute estabelecimento de conexatildeo (saudaccedilatildeo) entre os adaptadores transmissor e receptor

Natildeo confiaacutevel o adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador transmissorfluxo de datagramas passados para a

camada de rede pode conter falhas na sequumlecircncia

falhas seratildeo preenchidas se aplicaccedilatildeo estiver usando o TCP

caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as falhas Protocolo MAC do Ethernet CSMACD sem slots

5 Camada de Enlace 5-51

Algoritmo CSMACD do Ethernet

1 Adaptador recebe datagrama da camada de rede e cria um quadro

2 Se o adaptador percebe que o canal estaacute ocioso comeccedila a transmitir o quadro Se percebe que o canal estaacute ocupado espera que o canal fique livre e transmite

3 Se o adaptador transmitir todo o quadro sem detectar outra transmissatildeo o adaptador concluiu a operaccedilatildeo com o quadro

4 Se o adaptador detectar outra transmissatildeo enquanto estiver transmitindo aborta e envia sinal de reforccedilo de colisatildeo de 48 bits

5 Apoacutes o aborto o adaptador entra na retirada (backoff) exponencial binaacuteria apoacutes a m-eacutesima colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoriamente entre 012hellip2m-1 O adaptador espera K512 tempos de bit e retorna ao Passo 2

5 Camada de Enlace 5-52

CSMACD da Ethernet (mais)

Sinal de reforccedilo de colisatildeo garante que todos os demais transmissores estejam cientes da colisatildeo 48 bits

Tempo de Bit 01 microseg para Ethernet de 10 Mbpspara K=1023 tempo de espera de cerca de 50 mseg

Retirada Exponencial Binaacuteria

Objetivo adaptar as tentativas de retransmissatildeo agrave carga atual estimada Alta carga espera

aleatoacuteria seraacute mais longa

na primeira colisatildeo escolhe K entre 01 atraso eacute de K 512 tempos de transmissatildeo de um bit

apoacutes a segunda colisatildeo escolhe K entre 0123hellip

apoacutes 10 colisotildees escolhe K entre 01234hellip1023

Vejainteraja com o applet Java siacutetio do livroaltamente recomendaacutevel

5 Camada de Enlace 5-53

Eficiecircncia do CSMACD

tprop = atraso maacuteximo de prop entre 2 noacutes na LAN

ttrans = tempo para transmitir quadro de tamanho maacuteximo

Eficiecircncia vai para 1 agrave medida que tprop vai para 0

ttrans vai para infinito Muito melhor do que ALOHA e ainda eacute

descentralizado simples e barato

transprop tt 51

1eficiecircncia

5 Camada de Enlace 5-54

Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica

Diversos padrotildees Ethernet diferentestecircm em comum o protocolo MAC e o

formato do quadrodiferentes velocidades 2Mbps 10Mbps

100Mbps 1Gbps 10Gbpsdiferentes meios da camada fiacutesica fibra

caboaplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

protocolo MACe formato do quadro

100BASE-TX

100BASE-T4

100BASE-FX100BASE-T2

100BASE-SX 100BASE-BX

camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)

5 Camada de Enlace 5-55

10Base5

httpwwwethermanagecom

5 Camada de Enlace 5-56

10Base2

httpwwwethermanagecom

5 Camada de Enlace 5-57

10BaseT

httpwwwethermanagecom

5 Camada de Enlace 5-58

Conector RJ 45

5 Camada de Enlace 5-59

100Base-TX

httpwwwethermanagecom

5 Camada de Enlace 5-60 10

Wireless Backhaul

Carrier Ethernet Access Expansion

Voice gateway

VoiceVideoTelephony

HD TVTVoD VoD

Video Source

Gaming BusinessBackup ERP

InternetVideo Source

BusinessBroadband

E-Line andE-LAN service

GlobalNationalCarrierEthernet

GlobalNationalCarrierEthernet

SmallMedium Business

Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

ResidentialTriple-Play

FTTx DSLAM Cable Modem

Broadbandmobile datavideo

Bringing vastly extended scalability for business and residential users

ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing

5 Camada de Enlace 5-61

Carrier Ethernet Defined

bull Carrier Ethernet is a ubiquitous standardized carrier-class SERVICE defined by five attributes that distinguish Carrier Ethernet from familiar LAN based Ethernet

bull It brings the compelling business benefit of the Ethernet cost model to achieve significant savings

Carrier Ethernet

bull Scalability

bull Standardized Services

bull Service Management

bull Quality of Service

bull Reliability

Carrier Ethernet Attributes

httpwwwmetroethernetforumorg

5 Camada de Enlace 5-62

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos52 Teacutecnicas de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de acesso muacuteltiplo 54 Endereccedilamento na Camada de Enlace55 Ethernet56 Comutadores da camada de enlace57 PPP o protocolo ponto-a-ponto58 Virtualizaccedilatildeo de enlace uma rede como

camada de enlace59 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina

Web

5 Camada de Enlace 5-63

Hubs

hellip repetidores (ldquoburrosrdquo) da camada fiacutesicabits vindos de um dado link saem por todos

os outros links na mesma taxatodos os noacutes conectados ao hub podem

colidir uns com os outrosnatildeo haacute bufferizaccedilatildeo de quadrosnatildeo implementa CSMACD no hub cartotildees

do hospedeiro detectam as colisotildees

par tranccedilado

hub

5 Camada de Enlace 5-64

Comutador (switch)

Dispositivo da camada de enlace mais inteligentes que os hubs tecircm papel ativo armazena e retransmite quadros Ethernetexamina o cabeccedilalho do quadro e

seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento

transparentehospedeiros ignoram a presenccedila dos

switches plug-and-play self-learning (autodidatas)

os comutadores natildeo necessitam ser configurados

5 Camada de Enlace 5-65

Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas

hospedeiros tecircm conexatildeo direta e dedicada para o switch

os switches armazenam quadros

o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplex cada link eacute o seu proacuteprio

domiacutenio de colisatildeo comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-

para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees isto natildeo eacute possiacutevel com hubs

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

switch com seis interfaces(123456)

1 23

45

6

5 Camada de Enlace 5-66

Tabela de Comutaccedilatildeo

P como eacute que o switch sabe que Arsquo eacute alcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel a partir da interface 5

R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutem (endereccedilo MAC do hospedeiro

interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)

parece uma tabela de roteamento P como satildeo criadas e mantidas as

entradas na tabela de comutaccedilatildeo haacute algo como um protocolo de

roteamento

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

switch with six interfaces(123456)

1 23

45

6

5 Camada de Enlace 5-67

switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfaces quando um quadro eacute

recebido o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada

registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo

Switch autoaprendizagem

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 23

45

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

5 Camada de Enlace 5-685 Camada de Enlace

Switch FiltragemRepasse de quadrosQuando um comutador recebe um quadroregistra o link associado com o hospedeiro

transmissorindexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo

MAC do destinoif entrada encontrada para o destino

then if dest estiver no segmento de onde veio o

quadro then descarta o quadro else repassa o quadro na interface indicada else usa inundaccedilatildeoRepassa o quadro para todas as

demais interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido

5 Camada de Enlace 5-69

Exemplo de auto aprendizagem e repasse

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 23

45

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo

destino do quadro desconhecido inundaccedilatildeo

Arsquo A

local do destino A conhecido

Arsquo 4 60

transmissatildeo seletiva

5 Camada de Enlace 5-70

Exemplo com comutador

Suponha que C envia quadro para D

comutador recebe o quadro vindo de C anota na tabela de comutaccedilatildeo que C estaacute na interface 1 dado que D natildeo se encontra na tabela encaminha o quadro para as

demais interfaces 2 e 3

quadro eacute recebido por D

hub

hub hub

comutador

A

B CD

EF G H

I

endereccedilointerface

ABEG

1123

12 3

5 Camada de Enlace 5-71

Exemplo com comutador

Suponha que D responde com um quadro para C

comutador recebe o quadro vindo de D anota na tabela de comutaccedilatildeo que D estaacute na interface 2 dado que C estaacute na tabela encaminha o quadro apenas na interface

1

quadro eacute recebido por C

hub

hub hub

comutador

A

B CD

EF G H

I

interface

ABEGC

11231

endereccedilo

5 Camada de Enlace 5-72

Interligaccedilatildeo de comutadores

Podemos interligar comutadores (switches)

A

B

P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe que deve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3

R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenico comutador)

S1

C D

E

FS2

S4

S3

HI

G

5 Camada de Enlace 5-73

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde

para C

P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4

A

B

S1

C D

E

FS2

S4

S3

HI

G

1

2

5 Camada de Enlace 5-74

Rede Institucionalcorporativa

5 Camada de Enlace 5-75

Rede institucional

Para redeexterna

roteador

Subrede IP

Servidor de mensagens

Servidor web

5 Camada de Enlace 5-76

Comutadores versus Roteadores ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa

roteadores dispositivos da camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)

comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace roteadores mantecircm tabelas de roteamento

implementam algoritmos de roteamento comutadores mantecircm tabelas de comutaccedilatildeo

implementam filtragem algoritmos de aprendizagem

5 Camada de Enlace 5-77

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos52 Teacutecnicas de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de acesso muacuteltiplo 54 Endereccedilamento na Camada de Enlace55 Ethernet56 Comutadores da camada de enlace57 PPP o protocolo ponto-a-ponto58 Virtualizaccedilatildeo de enlace uma rede como

camada de enlace59 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina

Web

5 Camada de Enlace 5-78

Siacutentese um dia na vida de um pedido web jornada completa atravessando toda a pilha de

protocolos aplicaccedilatildeo transporte rede enlace

colocando tudo junto siacutentese objetivo identificar revisar entender os

protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web

cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom

5 Camada de Enlace 5-79

Um dia na vida cenaacuterio

rede da Comcast68800013

rede do Google64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola68802024

paacutegina web

navegador

5 Camada de Enlace 5-80

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPDHCP

quadro Ethernet difundido (dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador que executa o servidor DHCP

Ethernet demultiplexado para IP demultiplexado para UDP e demultiplexado paraDHCP

o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilo do primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP Solicitaccedilatildeo DHCP encapsulada em UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023 Ethernet

5 Camada de Enlace 5-81

roteador(roda DHCP)

servidor DHCP prepara ACK DHCP contendo endereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiro roteador nome e endereccedilo IP do servidor DNS

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

encapsulamento no servidor DHCP quadro repassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente

Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador

cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

5 Camada de Enlace 5-82

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

consulta DNS criada encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviar quadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP

consulta ARP difundida recebida pelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccedilo MAC da interface do roteador

o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiro roteador podendo agora enviar o quadro contendo a consulta DNS

ARP query

EthPhy

ARP

ARP

ARP reply

antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS

5 Camada de Enlace 5-83

roteador(roda DHCP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

DNS

datagrama IP conteacutem consulta DNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador

datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelos protocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS

demultiplexado pelo servidor DNS

servidor DNS responde ao cliente com o endereccedilo IP de wwwgooglecom

rede da Comcast68800013

servidor DNS

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

Um dia na vidahellip usando DNS

5 Camada de Enlace 5-84

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP

HTTPTCPIP

EthPhy

HTTP

para enviar pedido HTTP cliente primeiro abre um socket TCP para o servidor web segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web

conexatildeo TCP estabelecida64233169105

servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCPIP

EthPhy

SYN

SYN

SYN

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)

5 Camada de Enlace 5-85

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP

HTTPTCPIP

EthPhy

HTTP

solicitaccedilatildeo HTTP enviada para o socket TCP datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhado para wwwgooglecom

datagrama IP com a resposta HTTP eacute encaminhado de volta para o cliente

64233169105

servidor web

HTTPTCPIP

EthPhy

servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTPHTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

paacutegina web finalmente() apresentada

5 Camada de Enlace 5-86

Capiacutetulo 5 Resumo

princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dados detecccedilatildeo correccedilatildeo de erros compartilhamento de canal de difusatildeo acesso

muacuteltiplo endereccedilamento da camada de enlace

instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlace Ethernet LANs comutadas redes virtualizadas como camada de enlace MPLS

siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web

  • Capiacutetulo 5 A Camada de Enlace e Redes Locais
  • Camada de Enlace
  • Camada de Enlace Introduccedilatildeo
  • Camada de Enlace Contexto
  • Serviccedilos da Camada de Enlace
  • Serviccedilos da Camada de Enlace (mais)
  • Onde a camada de enlace eacute implementada
  • Comunicaccedilatildeo entre Adaptadores
  • Camada de Enlace (2)
  • Detecccedilatildeo de Erros
  • Verificaccedilotildees de Paridade
  • Soma de verificaccedilatildeo da Internet
  • Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica (CRC)
  • Exemplo de CRC
  • Implementaccedilatildeo em Hardware
  • Camada de Enlace (3)
  • Enlaces e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolo Ideal de Acesso Muacuteltiplo
  • Taxonomia dos Protocolos MAC
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal TDMA
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal FDMA
  • Protocolos de Acesso Aleatoacuterio
  • Slotted ALOHA
  • Slotted ALOHA (2)
  • Eficiecircncia do Slotted Aloha
  • ALOHA Puro (sem slots)
  • Eficiecircncia do Aloha puro
  • CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)
  • Colisotildees no CSMA
  • CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)
  • Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (2)
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (3)
  • Resumo dos protocolos MAC
  • Camada de Enlace (4)
  • Endereccedilos MAC
  • Endereccedilos MAC (2)
  • Endereccedilo MAC (cont)
  • ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de Resoluccedilatildeo de En
  • Protocolo ARP Mesma LAN (rede)
  • Roteando um pacote para outra LAN
  • Slide 44
  • Camada de Enlace (5)
  • Ethernet
  • Topologia em Estrela
  • Estrutura do Quadro Ethernet
  • Estrutura de Quadro Ethernet (cont)
  • Ethernet natildeo confiaacutevel e natildeo orientado para conexatildeo
  • Algoritmo CSMACD do Ethernet
  • CSMACD da Ethernet (mais)
  • Eficiecircncia do CSMACD
  • Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
  • 10Base5
  • 10Base2
  • 10BaseT
  • Conector RJ 45
  • 100Base-TX
  • Slide 60
  • Carrier Ethernet Defined
  • Camada de Enlace (6)
  • Hubs
  • Comutador (switch)
  • Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
  • Tabela de Comutaccedilatildeo
  • Switch autoaprendizagem
  • Switch FiltragemRepasse de quadros
  • Exemplo de auto aprendizagem e repasse
  • Exemplo com comutador
  • Exemplo com comutador (2)
  • Interligaccedilatildeo de comutadores
  • Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores
  • Rede Institucionalcorporativa
  • Rede institucional
  • Comutadores versus Roteadores
  • Camada de Enlace (7)
  • Siacutentese um dia na vida de um pedido web
  • Um dia na vida cenaacuterio
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet (2)
  • Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
  • Um dia na vidahellip usando DNS
  • Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
  • Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
  • Capiacutetulo 5 Resumo
Page 15: 5: Camada de Enlace 5-1 Capítulo 5: A Camada de Enlace e Redes Locais Nossos objetivos: Entender os princípios por trás dos serviços da camada de enlace

5 Camada de Enlace 5-15

Implementaccedilatildeo em Hardware

Aring

G=1001

D2r=101110000

5 Camada de Enlace 5-16

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos52 Teacutecnicas de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de

erros 53 Protocolos de acesso muacuteltiplo 54 Endereccedilamento na Camada de Enlace55 Ethernet56 Comutadores da camada de enlace57 PPP o protocolo ponto-a-ponto58 Virtualizaccedilatildeo de enlace uma rede

como camada de enlace59 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de

paacutegina Web

5 Camada de Enlace 5-17

Enlaces e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo

Dois tipos de enlaces Ponto-a-ponto

PPP para acesso discado

Conexatildeo entre switch Ethernet e hospedeiro

broadcast (cabo ou meio compartilhado) Ethernet tradicional Upstream HFC 80211 LAN sem fio Sateacutelite Etc

5 Camada de Enlace 5-18

Protocolos de Acesso Muacuteltiplo

canal de comunicaccedilatildeo uacutenico de broadcast interferecircncia quando dois ou mais noacutes transmitem

simultaneamente colisatildeo se um noacute receber dois ou mais sinais ao mesmo

tempo

Protocolo de acesso muacuteltiplo algoritmo distribuiacutedo que determina como os noacutes

compartilham o canal isto eacute determina quando um noacute pode transmitir

comunicaccedilatildeo sobre o compartilhamento do canal deve usar o proacuteprio canal natildeo haacute canal fora da faixa para coordenar a transmissatildeo

5 Camada de Enlace 5-19

Protocolo Ideal de Acesso Muacuteltiplo

Para um canal de broadcast com taxa de R bps

1 Quando apenas um noacute tem dados para enviar esse noacute obteacutem uma vazatildeo de R bps

2 Quando M noacutes tecircm dados para enviar cada um desses noacutes poderaacute transmitir em meacutedia a uma taxa de RM bps

3 Completamente descentralizado nenhum noacute especial (mestre) para coordenar as

transmissotildees nenhuma sincronizaccedilatildeo de reloacutegios ou slots

4 Simples para que sua implementaccedilatildeo seja barata

5 Camada de Enlace 5-20

Taxonomia dos Protocolos MACTrecircs categorias gerais Divisatildeo de Canal

divide o canal em pequenos ldquopedaccedilosrdquo (slotscompartimentos de tempo frequumlecircncia coacutedigo)

aloca pedaccedilo a um dado noacute para uso exclusivo deste Acesso Aleatoacuterio

canal natildeo eacute dividido podem ocorrer colisotildees ldquorecuperaccedilatildeordquo das colisotildees

Revezamento Noacutes se alternam em revezamento mas noacutes que

possuem mais dados a transmitir podem demorar mais quando chegar a sua vez

5 Camada de Enlace 5-21

Protocolos MAC de divisatildeo de canal TDMA

TDMA Acesso Muacuteltiplo por Divisatildeo de Tempo acesso ao canal em ldquoturnos cada estaccedilatildeo recebe um comprimento fixo de

compartimento (comprimento = tempo de tx do pacote) em cada turno

compartimentos natildeo usados permanecem ociosos Exemplo LAN com 6 estaccedilotildees compartimentos 1 3 e 4

com pacotes compartimentos 2 5 e 6 ociosos

5 Camada de Enlace 5-22

Protocolos MAC de divisatildeo de canal FDMA

FDMA Acesso Muacuteltiplo por Divisatildeo de Frequumlecircncia espectro do canal dividido em bandas de frequumlecircncia a cada estaccedilatildeo eacute atribuiacuteda uma banda fixa de frequumlecircncia tempo de transmissatildeo natildeo usado nas bandas permanecem

ociosos exemplo LAN com 6 estaccedilotildees 134 com pacotes bandas

256 ociosas

Bandas

de f

requumlecircnci

a tempo

cabo FDM

5 Camada de Enlace 5-23

Protocolos de Acesso Aleatoacuterio

Quando noacute tem um pacote para transmitirtransmite na taxa maacutexima Rnenhuma coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes

dois ou mais noacutes transmitindo ldquocolisatildeordquo O protocolo MAC de acesso aleatoacuterio

especifica como detectar colisotildeescomo se recuperar delas (atraveacutes de

retransmissotildees retardadas por exemplo) Exemplos de protocolos MAC de acesso

aleatoacuterioslotted ALOHAALOHACSMA CSMACD CSMACA

5 Camada de Enlace 5-24

Slotted ALOHA

Hipoacuteteses todos os quadros tecircm o

mesmo tamanho (L bits) tempo eacute dividido em slots

de tamanho igual tempo para transmitir 1 quadro (LR seg)

noacutes comeccedilam a transmitir quadros apenas no iniacutecio dos intervalos (slots)

noacutes satildeo sincronizados se 2 ou mais noacutes

transmitirem num slot todos os noacutes detectam a colisatildeo

Operaccedilatildeo quando o noacute obteacutem um novo

quadro ele espera ateacute o iniacutecio do proacuteximo slot e transmite o quadro inteiro

Se natildeo houver colisatildeo noacute poderaacute enviar um novo quadro no proacuteximo slot

caso haja uma colisatildeo (detectada antes do final do intervalo) noacute retransmite o quadro em cada intervalo subsequumlente com probabilidade p ateacute obter sucesso

5 Camada de Enlace 5-25

Slotted ALOHA

Vantagens uacutenico noacute ativo pode

transmitir continuamente na taxa maacutexima do canal

Altamente descentralizado apenas slots nos noacutes precisam estar sincronizados

simples

Desvantagens colisotildees slots

desperdiccedilados slots ociosos

(desperdiacutecio) noacutes podem ser capazes

de detectar colisotildees num tempo inferior ao da transmissatildeo do pacote

sincronizaccedilatildeo dos reloacutegios

5 Camada de Enlace 5-26

Eficiecircncia do Slotted Aloha

Assuma N noacutes com muitos quadros para enviar cada um transmite num slot com probabilidade p

probabilidade que noacute 1 tenha sucesso em um slot = p(1-p)N-1

probabilidade que qualquer noacute tenha sucesso = Np(1-p)N-

1

Para eficiecircncia maacutexima com N noacutes encontre p que maximiza Np(1-p)N-1

Para muitos noacutes faccedila limite para Np(1-p)N-1

quando N tende a infinito daacute 1e = 037

Eficiecircncia eacute a fraccedilatildeo de longo prazo de slots bem sucedidos quando haacute muitos noacutes cada um com muitos quadros para transmitir

Melhor caso canalusado para transmissotildees uacuteteis em 37 do tempo

5 Camada de Enlace 5-27

ALOHA Puro (sem slots) Aloha puro (sem slots) mais simples sem sincronizaccedilatildeo Ao chegar um quadro no noacute

transmite imediatamente Probabilidade de colisatildeo aumenta

quadro enviado em t0 colide com outros quadros enviados em [t0-1t0+1]

5 Camada de Enlace 5-28

Eficiecircncia do Aloha puro

P(sucesso por um dado noacute) = P(noacute transmita)

P(nenhum outro noacute transmita em [t0-1t0]

P(nenhum outro noacute transmita em [t0t0+1]

= p (1-p)N-1 (1-p)N-1

= p (1-p)2(N-1)

hellip escolhendo o valor oacutetimo de p e deixando n -gt infinito

= 1(2e) = 018 Ainda pior do que o Slotted Aloha

5 Camada de Enlace 5-29

CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)

CSMA (Carrier Sense Multiple Access) Escuta antes de transmitir (detecccedilatildeo de portadora)

Se o canal estiver livre transmite todo o quadro

Se o canal estiver ocupado adia a transmissatildeo

Analogia humana natildeo interrompa outros

5 Camada de Enlace 5-30

Colisotildees no CSMA

colisotildees ainda podem aconteceratraso de propagaccedilatildeo significa que dois noacutes podem natildeo ouvira transmissatildeo do outro colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo eacute desperdiccedilado

Disposiccedilatildeo espacial dos noacutes

notapapel da distacircncia e atraso de propagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo

5 Camada de Enlace 5-31

CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)

CSMACD detecccedilatildeo da portadora adia a transmissatildeo como no CSMAAs colisotildees satildeo detectadas em pouco tempoTransmissotildees que sofreram colisotildees satildeo

abortadas reduzindo o desperdiacutecio do canal Detecccedilatildeo de colisotildees

Faacutecil em LANs cabeadas mede a potecircncia do sinal compara o sinal recebido com o transmitido

Difiacutecil em LANs sem fio o receptor eacute desligado durante a transmissatildeo

Analogia humana bate papo educado

5 Camada de Enlace 5-32

Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD

5 Camada de Enlace 5-33

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoProtocolos MAC de divisatildeo de canal

Compartilha o canal eficientemente e de forma justa em altas cargas

Ineficiente em baixas cargas atraso no canal de acesso alocaccedilatildeo de 1N da largura de banda mesmo com apenas 1 noacute ativo

Protocolos MAC de acesso aleatoacuterioeficiente em baixas cargas um uacutenico noacute

pode utilizar completamente o canalAltas cargas overhead com colisotildees

Protocolos de revezamentoProcura oferecer o melhor dos dois mundos

5 Camada de Enlace 5-34

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo

Seleccedilatildeo (Polling) Noacute mestre ldquoconvidardquo

noacutes escravos a transmitir em revezamento

Usado tipicamente com dispositivos escravo burros

Preocupaccedilotildees Overhead com as

consultas (polling) Latecircncia Ponto uacutenico de

falha (mestre)

mestre

escravos

poll

dados

dados

5 Camada de Enlace 5-35

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo

Passagem de permissatildeo (token)

controla permissatildeo passada de um noacute para o proacuteximo de forma sequencial

mensagem de passagem da permissatildeo

preocupaccedilotildees overhead com a

passagem de permissatildeo

latecircncia Ponto uacutenico de falha

(permissatildeo)

T

dados

(nada paramandar)

T

5 Camada de Enlace 5-36

Resumo dos protocolos MAC Divisatildeo do canal por tempo frequumlecircncia ou

coacutedigoDivisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequumlecircncia

Particionamento Aleatoacuterio (dinacircmico) ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDEscutar a portadora faacutecil em algumas

tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)

CSMACD usado na EthernetCSMACA usado no 80211

RevezamentoSeleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto

central passagem de permissotildeesBluetooth FDDI Token Ring (IBM)

5 Camada de Enlace 5-37

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos52 Teacutecnicas de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de

erros 53 Protocolos de acesso muacuteltiplo 54 Endereccedilamento na Camada de Enlace55 Ethernet56 Comutadores da camada de enlace57 PPP o protocolo ponto-a-ponto58 Virtualizaccedilatildeo de enlace uma rede

como camada de enlace59 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de

paacutegina Web

5 Camada de Enlace 5-38

Endereccedilos MAC

Endereccedilo IP de 32 bits Endereccedilos da camada de redeusado para levar o datagrama agrave subrede IP

destinoEndereccedilo MAC (ou LAN ou fiacutesico ou

Ethernet) levar o datagrama de uma interface ateacute outra

interface conectada fisicamente (na mesma rede)

Endereccedilo MAC de 48 bits (para a maioria das redes)bull gravado na ROM do adaptador ou configurado

por software

5 Camada de Enlace 5-39

Endereccedilos MAC

Cada adaptador na LAN possui um endereccedilo MAC uacutenico

Endereccedilo de Broadcast =FF-FF-FF-FF-FF-FF

= adaptador

1A-2F-BB-76-09-AD

58-23-D7-FA-20-B0

0C-C4-11-6F-E3-98

71-65-F7-2B-08-53

LAN(cabeada ousem fio)

5 Camada de Enlace 5-40

Endereccedilo MAC (cont)

Alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC gerenciada pelo IEEE Um fabricante compra uma parte do espaccedilo de

endereccedilos (para garantir unicidade) Analogia (a) endereccedilo MAC como nuacutemero do CPF (b) endereccedilo IP como endereccedilo postal (CEP) endereccedilo MAC tem estrutura linear =gt

portabilidadePode mover um cartatildeo LAN de uma LAN para

outra endereccedilo IP hieraacuterquico NAtildeO eacute portaacutetil (requer IP

moacutevel)Depende da subrede IP agrave qual o noacute estaacute

conectado

5 Camada de Enlace 5-41

ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de Resoluccedilatildeo de Endereccedilos)

Cada noacute IP (Host Roteador) de uma LAN possui tabela ARP

Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN

lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt TTL (Time To Live) tempo

a partir do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute esquecido (valor tiacutepico de 20 min)

Pergunta como obter oendereccedilo MAC de B a partir do endereccedilo IP de B

1A-2F-BB-76-09-AD

58-23-D7-FA-20-B0

0C-C4-11-6F-E3-98

71-65-F7-2B-08-53

LAN

237196723

237196778

237196714

237196788

5 Camada de Enlace 5-42

Protocolo ARP Mesma LAN (rede) A deseja enviar datagrama

para B e o endereccedilo MAC de B natildeo estaacute na tabela ARP

A difunde o pacote de solicitaccedilatildeo ARP que conteacutem o endereccedilo IP de B Endereccedilo MAC destino =

FF-FF-FF-FF-FF-FF todas as maacutequinas na

LAN recebem a consulta do ARP

B recebe o pacote ARP responde a A com o seu (de B) endereccedilo MAC Quadro enviado para o

endereccedilo MAC (unicast) de A

Uma cache (salva) o par de endereccedilos IP-para-MAC na sua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo fique antiquada (expire) lsquosoft statersquo informaccedilatildeo que expira (vai embora) a menos que seja renovada

ARP eacute ldquoplug-and-playrdquo os noacutes criam suas tabelas ARP sem a intervenccedilatildeo do administrador

da rede

5 Camada de Enlace 5-43

Roteando um pacote para outra LAN

passo a passo envio de datagrama de A para B via R assuma que A conhece o endereccedilo IP de B

Duas tabelas ARP no roteador R uma para cada rede IP (LAN)

A

RB

5 Camada de Enlace 5-44

A cria datagrama com origem A destino B A usa ARP para obter o endereccedilo MAC de R para

111111111110 A cria quadro da camada de enlace com o endereccedilo

MAC de R como destino quadro conteacutem datagrama IP de A para B

O adaptador de A envia o quadro O adaptador de R recebe o quadro R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verifica

que eacute destinado para B R usa ARP para obter o endereccedilo MAC de B R cria quadro contendo datagrama IP de A para B e o

envia para B

A

R B

Este eacute um exemplo muito importantendash garanta que vocecirc o entendeu

5 Camada de Enlace 5-45

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos52 Teacutecnicas de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de

erros 53 Protocolos de acesso muacuteltiplo 54 Endereccedilamento na Camada de Enlace55 Ethernet56 Comutadores da camada de enlace57 PPP o protocolo ponto-a-ponto58 Virtualizaccedilatildeo de enlace uma rede

como camada de enlace59 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de

paacutegina Web

5 Camada de Enlace 5-46

Ethernet Muitiacutessimo difundida porque

Muito barata R$30 para placas 10100Mbps A mais antiga das tecnologias de rede local (meados da

deacutecada de 70) Mais simples e menos cara que redes usando ficha ou

ATM Acompanhou o aumento de velocidade 10 Mbps ndash 10

Gbps

Rascunho de Metcalfe sobre o Ethernet

5 Camada de Enlace 5-47

Topologia em Estrela Topologia de barramento popular ateacute meados

dos anos 90 Todos os noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo (podem colidir

um com o outro)

Agora prevalecircncia de topologia em estrela Comutador (switch) no centro Cada porta roda o protocolo Ethernet separadamente (os

noacutes natildeo colidem uns com os outros)

barramento cabo coaxial

switch

estrela

5 Camada de Enlace 5-48

Estrutura do Quadro Ethernet

Adaptador remetente encapsula datagrama IP (ou pacote de outro protocolo da camada de rede) num Quadro Ethernet

Dados 46 a 1500 bytes Preacircmbulo 7 bytes com o padratildeo 10101010 seguidos por um byte

com o padratildeo 10101011 usado para sincronizar receptor ao reloacutegio do

remetente (reloacutegios nunca satildeo exatos eacute muito provaacutevel que exista algum desvio entre eles)

5 Camada de Enlace 5-49

Estrutura de Quadro Ethernet (cont)

Endereccedilos 6 bytes para cada endereccedilo MAC se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo destino igual

ao seu ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede

caso contraacuterio o adaptador descarta o quadro Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior

usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)

CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado

5 Camada de Enlace 5-50

Ethernet natildeo confiaacutevel e natildeo orientado para conexatildeo

Natildeo orientado para conexatildeo Natildeo haacute estabelecimento de conexatildeo (saudaccedilatildeo) entre os adaptadores transmissor e receptor

Natildeo confiaacutevel o adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador transmissorfluxo de datagramas passados para a

camada de rede pode conter falhas na sequumlecircncia

falhas seratildeo preenchidas se aplicaccedilatildeo estiver usando o TCP

caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as falhas Protocolo MAC do Ethernet CSMACD sem slots

5 Camada de Enlace 5-51

Algoritmo CSMACD do Ethernet

1 Adaptador recebe datagrama da camada de rede e cria um quadro

2 Se o adaptador percebe que o canal estaacute ocioso comeccedila a transmitir o quadro Se percebe que o canal estaacute ocupado espera que o canal fique livre e transmite

3 Se o adaptador transmitir todo o quadro sem detectar outra transmissatildeo o adaptador concluiu a operaccedilatildeo com o quadro

4 Se o adaptador detectar outra transmissatildeo enquanto estiver transmitindo aborta e envia sinal de reforccedilo de colisatildeo de 48 bits

5 Apoacutes o aborto o adaptador entra na retirada (backoff) exponencial binaacuteria apoacutes a m-eacutesima colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoriamente entre 012hellip2m-1 O adaptador espera K512 tempos de bit e retorna ao Passo 2

5 Camada de Enlace 5-52

CSMACD da Ethernet (mais)

Sinal de reforccedilo de colisatildeo garante que todos os demais transmissores estejam cientes da colisatildeo 48 bits

Tempo de Bit 01 microseg para Ethernet de 10 Mbpspara K=1023 tempo de espera de cerca de 50 mseg

Retirada Exponencial Binaacuteria

Objetivo adaptar as tentativas de retransmissatildeo agrave carga atual estimada Alta carga espera

aleatoacuteria seraacute mais longa

na primeira colisatildeo escolhe K entre 01 atraso eacute de K 512 tempos de transmissatildeo de um bit

apoacutes a segunda colisatildeo escolhe K entre 0123hellip

apoacutes 10 colisotildees escolhe K entre 01234hellip1023

Vejainteraja com o applet Java siacutetio do livroaltamente recomendaacutevel

5 Camada de Enlace 5-53

Eficiecircncia do CSMACD

tprop = atraso maacuteximo de prop entre 2 noacutes na LAN

ttrans = tempo para transmitir quadro de tamanho maacuteximo

Eficiecircncia vai para 1 agrave medida que tprop vai para 0

ttrans vai para infinito Muito melhor do que ALOHA e ainda eacute

descentralizado simples e barato

transprop tt 51

1eficiecircncia

5 Camada de Enlace 5-54

Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica

Diversos padrotildees Ethernet diferentestecircm em comum o protocolo MAC e o

formato do quadrodiferentes velocidades 2Mbps 10Mbps

100Mbps 1Gbps 10Gbpsdiferentes meios da camada fiacutesica fibra

caboaplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

protocolo MACe formato do quadro

100BASE-TX

100BASE-T4

100BASE-FX100BASE-T2

100BASE-SX 100BASE-BX

camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)

5 Camada de Enlace 5-55

10Base5

httpwwwethermanagecom

5 Camada de Enlace 5-56

10Base2

httpwwwethermanagecom

5 Camada de Enlace 5-57

10BaseT

httpwwwethermanagecom

5 Camada de Enlace 5-58

Conector RJ 45

5 Camada de Enlace 5-59

100Base-TX

httpwwwethermanagecom

5 Camada de Enlace 5-60 10

Wireless Backhaul

Carrier Ethernet Access Expansion

Voice gateway

VoiceVideoTelephony

HD TVTVoD VoD

Video Source

Gaming BusinessBackup ERP

InternetVideo Source

BusinessBroadband

E-Line andE-LAN service

GlobalNationalCarrierEthernet

GlobalNationalCarrierEthernet

SmallMedium Business

Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

ResidentialTriple-Play

FTTx DSLAM Cable Modem

Broadbandmobile datavideo

Bringing vastly extended scalability for business and residential users

ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing

5 Camada de Enlace 5-61

Carrier Ethernet Defined

bull Carrier Ethernet is a ubiquitous standardized carrier-class SERVICE defined by five attributes that distinguish Carrier Ethernet from familiar LAN based Ethernet

bull It brings the compelling business benefit of the Ethernet cost model to achieve significant savings

Carrier Ethernet

bull Scalability

bull Standardized Services

bull Service Management

bull Quality of Service

bull Reliability

Carrier Ethernet Attributes

httpwwwmetroethernetforumorg

5 Camada de Enlace 5-62

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos52 Teacutecnicas de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de acesso muacuteltiplo 54 Endereccedilamento na Camada de Enlace55 Ethernet56 Comutadores da camada de enlace57 PPP o protocolo ponto-a-ponto58 Virtualizaccedilatildeo de enlace uma rede como

camada de enlace59 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina

Web

5 Camada de Enlace 5-63

Hubs

hellip repetidores (ldquoburrosrdquo) da camada fiacutesicabits vindos de um dado link saem por todos

os outros links na mesma taxatodos os noacutes conectados ao hub podem

colidir uns com os outrosnatildeo haacute bufferizaccedilatildeo de quadrosnatildeo implementa CSMACD no hub cartotildees

do hospedeiro detectam as colisotildees

par tranccedilado

hub

5 Camada de Enlace 5-64

Comutador (switch)

Dispositivo da camada de enlace mais inteligentes que os hubs tecircm papel ativo armazena e retransmite quadros Ethernetexamina o cabeccedilalho do quadro e

seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento

transparentehospedeiros ignoram a presenccedila dos

switches plug-and-play self-learning (autodidatas)

os comutadores natildeo necessitam ser configurados

5 Camada de Enlace 5-65

Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas

hospedeiros tecircm conexatildeo direta e dedicada para o switch

os switches armazenam quadros

o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplex cada link eacute o seu proacuteprio

domiacutenio de colisatildeo comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-

para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees isto natildeo eacute possiacutevel com hubs

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

switch com seis interfaces(123456)

1 23

45

6

5 Camada de Enlace 5-66

Tabela de Comutaccedilatildeo

P como eacute que o switch sabe que Arsquo eacute alcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel a partir da interface 5

R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutem (endereccedilo MAC do hospedeiro

interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)

parece uma tabela de roteamento P como satildeo criadas e mantidas as

entradas na tabela de comutaccedilatildeo haacute algo como um protocolo de

roteamento

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

switch with six interfaces(123456)

1 23

45

6

5 Camada de Enlace 5-67

switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfaces quando um quadro eacute

recebido o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada

registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo

Switch autoaprendizagem

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 23

45

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

5 Camada de Enlace 5-685 Camada de Enlace

Switch FiltragemRepasse de quadrosQuando um comutador recebe um quadroregistra o link associado com o hospedeiro

transmissorindexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo

MAC do destinoif entrada encontrada para o destino

then if dest estiver no segmento de onde veio o

quadro then descarta o quadro else repassa o quadro na interface indicada else usa inundaccedilatildeoRepassa o quadro para todas as

demais interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido

5 Camada de Enlace 5-69

Exemplo de auto aprendizagem e repasse

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 23

45

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo

destino do quadro desconhecido inundaccedilatildeo

Arsquo A

local do destino A conhecido

Arsquo 4 60

transmissatildeo seletiva

5 Camada de Enlace 5-70

Exemplo com comutador

Suponha que C envia quadro para D

comutador recebe o quadro vindo de C anota na tabela de comutaccedilatildeo que C estaacute na interface 1 dado que D natildeo se encontra na tabela encaminha o quadro para as

demais interfaces 2 e 3

quadro eacute recebido por D

hub

hub hub

comutador

A

B CD

EF G H

I

endereccedilointerface

ABEG

1123

12 3

5 Camada de Enlace 5-71

Exemplo com comutador

Suponha que D responde com um quadro para C

comutador recebe o quadro vindo de D anota na tabela de comutaccedilatildeo que D estaacute na interface 2 dado que C estaacute na tabela encaminha o quadro apenas na interface

1

quadro eacute recebido por C

hub

hub hub

comutador

A

B CD

EF G H

I

interface

ABEGC

11231

endereccedilo

5 Camada de Enlace 5-72

Interligaccedilatildeo de comutadores

Podemos interligar comutadores (switches)

A

B

P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe que deve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3

R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenico comutador)

S1

C D

E

FS2

S4

S3

HI

G

5 Camada de Enlace 5-73

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde

para C

P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4

A

B

S1

C D

E

FS2

S4

S3

HI

G

1

2

5 Camada de Enlace 5-74

Rede Institucionalcorporativa

5 Camada de Enlace 5-75

Rede institucional

Para redeexterna

roteador

Subrede IP

Servidor de mensagens

Servidor web

5 Camada de Enlace 5-76

Comutadores versus Roteadores ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa

roteadores dispositivos da camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)

comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace roteadores mantecircm tabelas de roteamento

implementam algoritmos de roteamento comutadores mantecircm tabelas de comutaccedilatildeo

implementam filtragem algoritmos de aprendizagem

5 Camada de Enlace 5-77

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos52 Teacutecnicas de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de acesso muacuteltiplo 54 Endereccedilamento na Camada de Enlace55 Ethernet56 Comutadores da camada de enlace57 PPP o protocolo ponto-a-ponto58 Virtualizaccedilatildeo de enlace uma rede como

camada de enlace59 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina

Web

5 Camada de Enlace 5-78

Siacutentese um dia na vida de um pedido web jornada completa atravessando toda a pilha de

protocolos aplicaccedilatildeo transporte rede enlace

colocando tudo junto siacutentese objetivo identificar revisar entender os

protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web

cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom

5 Camada de Enlace 5-79

Um dia na vida cenaacuterio

rede da Comcast68800013

rede do Google64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola68802024

paacutegina web

navegador

5 Camada de Enlace 5-80

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPDHCP

quadro Ethernet difundido (dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador que executa o servidor DHCP

Ethernet demultiplexado para IP demultiplexado para UDP e demultiplexado paraDHCP

o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilo do primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP Solicitaccedilatildeo DHCP encapsulada em UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023 Ethernet

5 Camada de Enlace 5-81

roteador(roda DHCP)

servidor DHCP prepara ACK DHCP contendo endereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiro roteador nome e endereccedilo IP do servidor DNS

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

encapsulamento no servidor DHCP quadro repassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente

Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador

cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

5 Camada de Enlace 5-82

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

consulta DNS criada encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviar quadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP

consulta ARP difundida recebida pelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccedilo MAC da interface do roteador

o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiro roteador podendo agora enviar o quadro contendo a consulta DNS

ARP query

EthPhy

ARP

ARP

ARP reply

antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS

5 Camada de Enlace 5-83

roteador(roda DHCP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

DNS

datagrama IP conteacutem consulta DNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador

datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelos protocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS

demultiplexado pelo servidor DNS

servidor DNS responde ao cliente com o endereccedilo IP de wwwgooglecom

rede da Comcast68800013

servidor DNS

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

Um dia na vidahellip usando DNS

5 Camada de Enlace 5-84

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP

HTTPTCPIP

EthPhy

HTTP

para enviar pedido HTTP cliente primeiro abre um socket TCP para o servidor web segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web

conexatildeo TCP estabelecida64233169105

servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCPIP

EthPhy

SYN

SYN

SYN

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)

5 Camada de Enlace 5-85

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP

HTTPTCPIP

EthPhy

HTTP

solicitaccedilatildeo HTTP enviada para o socket TCP datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhado para wwwgooglecom

datagrama IP com a resposta HTTP eacute encaminhado de volta para o cliente

64233169105

servidor web

HTTPTCPIP

EthPhy

servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTPHTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

paacutegina web finalmente() apresentada

5 Camada de Enlace 5-86

Capiacutetulo 5 Resumo

princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dados detecccedilatildeo correccedilatildeo de erros compartilhamento de canal de difusatildeo acesso

muacuteltiplo endereccedilamento da camada de enlace

instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlace Ethernet LANs comutadas redes virtualizadas como camada de enlace MPLS

siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web

  • Capiacutetulo 5 A Camada de Enlace e Redes Locais
  • Camada de Enlace
  • Camada de Enlace Introduccedilatildeo
  • Camada de Enlace Contexto
  • Serviccedilos da Camada de Enlace
  • Serviccedilos da Camada de Enlace (mais)
  • Onde a camada de enlace eacute implementada
  • Comunicaccedilatildeo entre Adaptadores
  • Camada de Enlace (2)
  • Detecccedilatildeo de Erros
  • Verificaccedilotildees de Paridade
  • Soma de verificaccedilatildeo da Internet
  • Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica (CRC)
  • Exemplo de CRC
  • Implementaccedilatildeo em Hardware
  • Camada de Enlace (3)
  • Enlaces e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolo Ideal de Acesso Muacuteltiplo
  • Taxonomia dos Protocolos MAC
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal TDMA
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal FDMA
  • Protocolos de Acesso Aleatoacuterio
  • Slotted ALOHA
  • Slotted ALOHA (2)
  • Eficiecircncia do Slotted Aloha
  • ALOHA Puro (sem slots)
  • Eficiecircncia do Aloha puro
  • CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)
  • Colisotildees no CSMA
  • CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)
  • Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (2)
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (3)
  • Resumo dos protocolos MAC
  • Camada de Enlace (4)
  • Endereccedilos MAC
  • Endereccedilos MAC (2)
  • Endereccedilo MAC (cont)
  • ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de Resoluccedilatildeo de En
  • Protocolo ARP Mesma LAN (rede)
  • Roteando um pacote para outra LAN
  • Slide 44
  • Camada de Enlace (5)
  • Ethernet
  • Topologia em Estrela
  • Estrutura do Quadro Ethernet
  • Estrutura de Quadro Ethernet (cont)
  • Ethernet natildeo confiaacutevel e natildeo orientado para conexatildeo
  • Algoritmo CSMACD do Ethernet
  • CSMACD da Ethernet (mais)
  • Eficiecircncia do CSMACD
  • Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
  • 10Base5
  • 10Base2
  • 10BaseT
  • Conector RJ 45
  • 100Base-TX
  • Slide 60
  • Carrier Ethernet Defined
  • Camada de Enlace (6)
  • Hubs
  • Comutador (switch)
  • Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
  • Tabela de Comutaccedilatildeo
  • Switch autoaprendizagem
  • Switch FiltragemRepasse de quadros
  • Exemplo de auto aprendizagem e repasse
  • Exemplo com comutador
  • Exemplo com comutador (2)
  • Interligaccedilatildeo de comutadores
  • Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores
  • Rede Institucionalcorporativa
  • Rede institucional
  • Comutadores versus Roteadores
  • Camada de Enlace (7)
  • Siacutentese um dia na vida de um pedido web
  • Um dia na vida cenaacuterio
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet (2)
  • Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
  • Um dia na vidahellip usando DNS
  • Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
  • Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
  • Capiacutetulo 5 Resumo
Page 16: 5: Camada de Enlace 5-1 Capítulo 5: A Camada de Enlace e Redes Locais Nossos objetivos: Entender os princípios por trás dos serviços da camada de enlace

5 Camada de Enlace 5-16

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos52 Teacutecnicas de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de

erros 53 Protocolos de acesso muacuteltiplo 54 Endereccedilamento na Camada de Enlace55 Ethernet56 Comutadores da camada de enlace57 PPP o protocolo ponto-a-ponto58 Virtualizaccedilatildeo de enlace uma rede

como camada de enlace59 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de

paacutegina Web

5 Camada de Enlace 5-17

Enlaces e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo

Dois tipos de enlaces Ponto-a-ponto

PPP para acesso discado

Conexatildeo entre switch Ethernet e hospedeiro

broadcast (cabo ou meio compartilhado) Ethernet tradicional Upstream HFC 80211 LAN sem fio Sateacutelite Etc

5 Camada de Enlace 5-18

Protocolos de Acesso Muacuteltiplo

canal de comunicaccedilatildeo uacutenico de broadcast interferecircncia quando dois ou mais noacutes transmitem

simultaneamente colisatildeo se um noacute receber dois ou mais sinais ao mesmo

tempo

Protocolo de acesso muacuteltiplo algoritmo distribuiacutedo que determina como os noacutes

compartilham o canal isto eacute determina quando um noacute pode transmitir

comunicaccedilatildeo sobre o compartilhamento do canal deve usar o proacuteprio canal natildeo haacute canal fora da faixa para coordenar a transmissatildeo

5 Camada de Enlace 5-19

Protocolo Ideal de Acesso Muacuteltiplo

Para um canal de broadcast com taxa de R bps

1 Quando apenas um noacute tem dados para enviar esse noacute obteacutem uma vazatildeo de R bps

2 Quando M noacutes tecircm dados para enviar cada um desses noacutes poderaacute transmitir em meacutedia a uma taxa de RM bps

3 Completamente descentralizado nenhum noacute especial (mestre) para coordenar as

transmissotildees nenhuma sincronizaccedilatildeo de reloacutegios ou slots

4 Simples para que sua implementaccedilatildeo seja barata

5 Camada de Enlace 5-20

Taxonomia dos Protocolos MACTrecircs categorias gerais Divisatildeo de Canal

divide o canal em pequenos ldquopedaccedilosrdquo (slotscompartimentos de tempo frequumlecircncia coacutedigo)

aloca pedaccedilo a um dado noacute para uso exclusivo deste Acesso Aleatoacuterio

canal natildeo eacute dividido podem ocorrer colisotildees ldquorecuperaccedilatildeordquo das colisotildees

Revezamento Noacutes se alternam em revezamento mas noacutes que

possuem mais dados a transmitir podem demorar mais quando chegar a sua vez

5 Camada de Enlace 5-21

Protocolos MAC de divisatildeo de canal TDMA

TDMA Acesso Muacuteltiplo por Divisatildeo de Tempo acesso ao canal em ldquoturnos cada estaccedilatildeo recebe um comprimento fixo de

compartimento (comprimento = tempo de tx do pacote) em cada turno

compartimentos natildeo usados permanecem ociosos Exemplo LAN com 6 estaccedilotildees compartimentos 1 3 e 4

com pacotes compartimentos 2 5 e 6 ociosos

5 Camada de Enlace 5-22

Protocolos MAC de divisatildeo de canal FDMA

FDMA Acesso Muacuteltiplo por Divisatildeo de Frequumlecircncia espectro do canal dividido em bandas de frequumlecircncia a cada estaccedilatildeo eacute atribuiacuteda uma banda fixa de frequumlecircncia tempo de transmissatildeo natildeo usado nas bandas permanecem

ociosos exemplo LAN com 6 estaccedilotildees 134 com pacotes bandas

256 ociosas

Bandas

de f

requumlecircnci

a tempo

cabo FDM

5 Camada de Enlace 5-23

Protocolos de Acesso Aleatoacuterio

Quando noacute tem um pacote para transmitirtransmite na taxa maacutexima Rnenhuma coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes

dois ou mais noacutes transmitindo ldquocolisatildeordquo O protocolo MAC de acesso aleatoacuterio

especifica como detectar colisotildeescomo se recuperar delas (atraveacutes de

retransmissotildees retardadas por exemplo) Exemplos de protocolos MAC de acesso

aleatoacuterioslotted ALOHAALOHACSMA CSMACD CSMACA

5 Camada de Enlace 5-24

Slotted ALOHA

Hipoacuteteses todos os quadros tecircm o

mesmo tamanho (L bits) tempo eacute dividido em slots

de tamanho igual tempo para transmitir 1 quadro (LR seg)

noacutes comeccedilam a transmitir quadros apenas no iniacutecio dos intervalos (slots)

noacutes satildeo sincronizados se 2 ou mais noacutes

transmitirem num slot todos os noacutes detectam a colisatildeo

Operaccedilatildeo quando o noacute obteacutem um novo

quadro ele espera ateacute o iniacutecio do proacuteximo slot e transmite o quadro inteiro

Se natildeo houver colisatildeo noacute poderaacute enviar um novo quadro no proacuteximo slot

caso haja uma colisatildeo (detectada antes do final do intervalo) noacute retransmite o quadro em cada intervalo subsequumlente com probabilidade p ateacute obter sucesso

5 Camada de Enlace 5-25

Slotted ALOHA

Vantagens uacutenico noacute ativo pode

transmitir continuamente na taxa maacutexima do canal

Altamente descentralizado apenas slots nos noacutes precisam estar sincronizados

simples

Desvantagens colisotildees slots

desperdiccedilados slots ociosos

(desperdiacutecio) noacutes podem ser capazes

de detectar colisotildees num tempo inferior ao da transmissatildeo do pacote

sincronizaccedilatildeo dos reloacutegios

5 Camada de Enlace 5-26

Eficiecircncia do Slotted Aloha

Assuma N noacutes com muitos quadros para enviar cada um transmite num slot com probabilidade p

probabilidade que noacute 1 tenha sucesso em um slot = p(1-p)N-1

probabilidade que qualquer noacute tenha sucesso = Np(1-p)N-

1

Para eficiecircncia maacutexima com N noacutes encontre p que maximiza Np(1-p)N-1

Para muitos noacutes faccedila limite para Np(1-p)N-1

quando N tende a infinito daacute 1e = 037

Eficiecircncia eacute a fraccedilatildeo de longo prazo de slots bem sucedidos quando haacute muitos noacutes cada um com muitos quadros para transmitir

Melhor caso canalusado para transmissotildees uacuteteis em 37 do tempo

5 Camada de Enlace 5-27

ALOHA Puro (sem slots) Aloha puro (sem slots) mais simples sem sincronizaccedilatildeo Ao chegar um quadro no noacute

transmite imediatamente Probabilidade de colisatildeo aumenta

quadro enviado em t0 colide com outros quadros enviados em [t0-1t0+1]

5 Camada de Enlace 5-28

Eficiecircncia do Aloha puro

P(sucesso por um dado noacute) = P(noacute transmita)

P(nenhum outro noacute transmita em [t0-1t0]

P(nenhum outro noacute transmita em [t0t0+1]

= p (1-p)N-1 (1-p)N-1

= p (1-p)2(N-1)

hellip escolhendo o valor oacutetimo de p e deixando n -gt infinito

= 1(2e) = 018 Ainda pior do que o Slotted Aloha

5 Camada de Enlace 5-29

CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)

CSMA (Carrier Sense Multiple Access) Escuta antes de transmitir (detecccedilatildeo de portadora)

Se o canal estiver livre transmite todo o quadro

Se o canal estiver ocupado adia a transmissatildeo

Analogia humana natildeo interrompa outros

5 Camada de Enlace 5-30

Colisotildees no CSMA

colisotildees ainda podem aconteceratraso de propagaccedilatildeo significa que dois noacutes podem natildeo ouvira transmissatildeo do outro colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo eacute desperdiccedilado

Disposiccedilatildeo espacial dos noacutes

notapapel da distacircncia e atraso de propagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo

5 Camada de Enlace 5-31

CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)

CSMACD detecccedilatildeo da portadora adia a transmissatildeo como no CSMAAs colisotildees satildeo detectadas em pouco tempoTransmissotildees que sofreram colisotildees satildeo

abortadas reduzindo o desperdiacutecio do canal Detecccedilatildeo de colisotildees

Faacutecil em LANs cabeadas mede a potecircncia do sinal compara o sinal recebido com o transmitido

Difiacutecil em LANs sem fio o receptor eacute desligado durante a transmissatildeo

Analogia humana bate papo educado

5 Camada de Enlace 5-32

Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD

5 Camada de Enlace 5-33

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoProtocolos MAC de divisatildeo de canal

Compartilha o canal eficientemente e de forma justa em altas cargas

Ineficiente em baixas cargas atraso no canal de acesso alocaccedilatildeo de 1N da largura de banda mesmo com apenas 1 noacute ativo

Protocolos MAC de acesso aleatoacuterioeficiente em baixas cargas um uacutenico noacute

pode utilizar completamente o canalAltas cargas overhead com colisotildees

Protocolos de revezamentoProcura oferecer o melhor dos dois mundos

5 Camada de Enlace 5-34

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo

Seleccedilatildeo (Polling) Noacute mestre ldquoconvidardquo

noacutes escravos a transmitir em revezamento

Usado tipicamente com dispositivos escravo burros

Preocupaccedilotildees Overhead com as

consultas (polling) Latecircncia Ponto uacutenico de

falha (mestre)

mestre

escravos

poll

dados

dados

5 Camada de Enlace 5-35

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo

Passagem de permissatildeo (token)

controla permissatildeo passada de um noacute para o proacuteximo de forma sequencial

mensagem de passagem da permissatildeo

preocupaccedilotildees overhead com a

passagem de permissatildeo

latecircncia Ponto uacutenico de falha

(permissatildeo)

T

dados

(nada paramandar)

T

5 Camada de Enlace 5-36

Resumo dos protocolos MAC Divisatildeo do canal por tempo frequumlecircncia ou

coacutedigoDivisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequumlecircncia

Particionamento Aleatoacuterio (dinacircmico) ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDEscutar a portadora faacutecil em algumas

tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)

CSMACD usado na EthernetCSMACA usado no 80211

RevezamentoSeleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto

central passagem de permissotildeesBluetooth FDDI Token Ring (IBM)

5 Camada de Enlace 5-37

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos52 Teacutecnicas de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de

erros 53 Protocolos de acesso muacuteltiplo 54 Endereccedilamento na Camada de Enlace55 Ethernet56 Comutadores da camada de enlace57 PPP o protocolo ponto-a-ponto58 Virtualizaccedilatildeo de enlace uma rede

como camada de enlace59 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de

paacutegina Web

5 Camada de Enlace 5-38

Endereccedilos MAC

Endereccedilo IP de 32 bits Endereccedilos da camada de redeusado para levar o datagrama agrave subrede IP

destinoEndereccedilo MAC (ou LAN ou fiacutesico ou

Ethernet) levar o datagrama de uma interface ateacute outra

interface conectada fisicamente (na mesma rede)

Endereccedilo MAC de 48 bits (para a maioria das redes)bull gravado na ROM do adaptador ou configurado

por software

5 Camada de Enlace 5-39

Endereccedilos MAC

Cada adaptador na LAN possui um endereccedilo MAC uacutenico

Endereccedilo de Broadcast =FF-FF-FF-FF-FF-FF

= adaptador

1A-2F-BB-76-09-AD

58-23-D7-FA-20-B0

0C-C4-11-6F-E3-98

71-65-F7-2B-08-53

LAN(cabeada ousem fio)

5 Camada de Enlace 5-40

Endereccedilo MAC (cont)

Alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC gerenciada pelo IEEE Um fabricante compra uma parte do espaccedilo de

endereccedilos (para garantir unicidade) Analogia (a) endereccedilo MAC como nuacutemero do CPF (b) endereccedilo IP como endereccedilo postal (CEP) endereccedilo MAC tem estrutura linear =gt

portabilidadePode mover um cartatildeo LAN de uma LAN para

outra endereccedilo IP hieraacuterquico NAtildeO eacute portaacutetil (requer IP

moacutevel)Depende da subrede IP agrave qual o noacute estaacute

conectado

5 Camada de Enlace 5-41

ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de Resoluccedilatildeo de Endereccedilos)

Cada noacute IP (Host Roteador) de uma LAN possui tabela ARP

Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN

lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt TTL (Time To Live) tempo

a partir do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute esquecido (valor tiacutepico de 20 min)

Pergunta como obter oendereccedilo MAC de B a partir do endereccedilo IP de B

1A-2F-BB-76-09-AD

58-23-D7-FA-20-B0

0C-C4-11-6F-E3-98

71-65-F7-2B-08-53

LAN

237196723

237196778

237196714

237196788

5 Camada de Enlace 5-42

Protocolo ARP Mesma LAN (rede) A deseja enviar datagrama

para B e o endereccedilo MAC de B natildeo estaacute na tabela ARP

A difunde o pacote de solicitaccedilatildeo ARP que conteacutem o endereccedilo IP de B Endereccedilo MAC destino =

FF-FF-FF-FF-FF-FF todas as maacutequinas na

LAN recebem a consulta do ARP

B recebe o pacote ARP responde a A com o seu (de B) endereccedilo MAC Quadro enviado para o

endereccedilo MAC (unicast) de A

Uma cache (salva) o par de endereccedilos IP-para-MAC na sua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo fique antiquada (expire) lsquosoft statersquo informaccedilatildeo que expira (vai embora) a menos que seja renovada

ARP eacute ldquoplug-and-playrdquo os noacutes criam suas tabelas ARP sem a intervenccedilatildeo do administrador

da rede

5 Camada de Enlace 5-43

Roteando um pacote para outra LAN

passo a passo envio de datagrama de A para B via R assuma que A conhece o endereccedilo IP de B

Duas tabelas ARP no roteador R uma para cada rede IP (LAN)

A

RB

5 Camada de Enlace 5-44

A cria datagrama com origem A destino B A usa ARP para obter o endereccedilo MAC de R para

111111111110 A cria quadro da camada de enlace com o endereccedilo

MAC de R como destino quadro conteacutem datagrama IP de A para B

O adaptador de A envia o quadro O adaptador de R recebe o quadro R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verifica

que eacute destinado para B R usa ARP para obter o endereccedilo MAC de B R cria quadro contendo datagrama IP de A para B e o

envia para B

A

R B

Este eacute um exemplo muito importantendash garanta que vocecirc o entendeu

5 Camada de Enlace 5-45

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos52 Teacutecnicas de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de

erros 53 Protocolos de acesso muacuteltiplo 54 Endereccedilamento na Camada de Enlace55 Ethernet56 Comutadores da camada de enlace57 PPP o protocolo ponto-a-ponto58 Virtualizaccedilatildeo de enlace uma rede

como camada de enlace59 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de

paacutegina Web

5 Camada de Enlace 5-46

Ethernet Muitiacutessimo difundida porque

Muito barata R$30 para placas 10100Mbps A mais antiga das tecnologias de rede local (meados da

deacutecada de 70) Mais simples e menos cara que redes usando ficha ou

ATM Acompanhou o aumento de velocidade 10 Mbps ndash 10

Gbps

Rascunho de Metcalfe sobre o Ethernet

5 Camada de Enlace 5-47

Topologia em Estrela Topologia de barramento popular ateacute meados

dos anos 90 Todos os noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo (podem colidir

um com o outro)

Agora prevalecircncia de topologia em estrela Comutador (switch) no centro Cada porta roda o protocolo Ethernet separadamente (os

noacutes natildeo colidem uns com os outros)

barramento cabo coaxial

switch

estrela

5 Camada de Enlace 5-48

Estrutura do Quadro Ethernet

Adaptador remetente encapsula datagrama IP (ou pacote de outro protocolo da camada de rede) num Quadro Ethernet

Dados 46 a 1500 bytes Preacircmbulo 7 bytes com o padratildeo 10101010 seguidos por um byte

com o padratildeo 10101011 usado para sincronizar receptor ao reloacutegio do

remetente (reloacutegios nunca satildeo exatos eacute muito provaacutevel que exista algum desvio entre eles)

5 Camada de Enlace 5-49

Estrutura de Quadro Ethernet (cont)

Endereccedilos 6 bytes para cada endereccedilo MAC se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo destino igual

ao seu ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede

caso contraacuterio o adaptador descarta o quadro Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior

usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)

CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado

5 Camada de Enlace 5-50

Ethernet natildeo confiaacutevel e natildeo orientado para conexatildeo

Natildeo orientado para conexatildeo Natildeo haacute estabelecimento de conexatildeo (saudaccedilatildeo) entre os adaptadores transmissor e receptor

Natildeo confiaacutevel o adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador transmissorfluxo de datagramas passados para a

camada de rede pode conter falhas na sequumlecircncia

falhas seratildeo preenchidas se aplicaccedilatildeo estiver usando o TCP

caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as falhas Protocolo MAC do Ethernet CSMACD sem slots

5 Camada de Enlace 5-51

Algoritmo CSMACD do Ethernet

1 Adaptador recebe datagrama da camada de rede e cria um quadro

2 Se o adaptador percebe que o canal estaacute ocioso comeccedila a transmitir o quadro Se percebe que o canal estaacute ocupado espera que o canal fique livre e transmite

3 Se o adaptador transmitir todo o quadro sem detectar outra transmissatildeo o adaptador concluiu a operaccedilatildeo com o quadro

4 Se o adaptador detectar outra transmissatildeo enquanto estiver transmitindo aborta e envia sinal de reforccedilo de colisatildeo de 48 bits

5 Apoacutes o aborto o adaptador entra na retirada (backoff) exponencial binaacuteria apoacutes a m-eacutesima colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoriamente entre 012hellip2m-1 O adaptador espera K512 tempos de bit e retorna ao Passo 2

5 Camada de Enlace 5-52

CSMACD da Ethernet (mais)

Sinal de reforccedilo de colisatildeo garante que todos os demais transmissores estejam cientes da colisatildeo 48 bits

Tempo de Bit 01 microseg para Ethernet de 10 Mbpspara K=1023 tempo de espera de cerca de 50 mseg

Retirada Exponencial Binaacuteria

Objetivo adaptar as tentativas de retransmissatildeo agrave carga atual estimada Alta carga espera

aleatoacuteria seraacute mais longa

na primeira colisatildeo escolhe K entre 01 atraso eacute de K 512 tempos de transmissatildeo de um bit

apoacutes a segunda colisatildeo escolhe K entre 0123hellip

apoacutes 10 colisotildees escolhe K entre 01234hellip1023

Vejainteraja com o applet Java siacutetio do livroaltamente recomendaacutevel

5 Camada de Enlace 5-53

Eficiecircncia do CSMACD

tprop = atraso maacuteximo de prop entre 2 noacutes na LAN

ttrans = tempo para transmitir quadro de tamanho maacuteximo

Eficiecircncia vai para 1 agrave medida que tprop vai para 0

ttrans vai para infinito Muito melhor do que ALOHA e ainda eacute

descentralizado simples e barato

transprop tt 51

1eficiecircncia

5 Camada de Enlace 5-54

Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica

Diversos padrotildees Ethernet diferentestecircm em comum o protocolo MAC e o

formato do quadrodiferentes velocidades 2Mbps 10Mbps

100Mbps 1Gbps 10Gbpsdiferentes meios da camada fiacutesica fibra

caboaplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

protocolo MACe formato do quadro

100BASE-TX

100BASE-T4

100BASE-FX100BASE-T2

100BASE-SX 100BASE-BX

camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)

5 Camada de Enlace 5-55

10Base5

httpwwwethermanagecom

5 Camada de Enlace 5-56

10Base2

httpwwwethermanagecom

5 Camada de Enlace 5-57

10BaseT

httpwwwethermanagecom

5 Camada de Enlace 5-58

Conector RJ 45

5 Camada de Enlace 5-59

100Base-TX

httpwwwethermanagecom

5 Camada de Enlace 5-60 10

Wireless Backhaul

Carrier Ethernet Access Expansion

Voice gateway

VoiceVideoTelephony

HD TVTVoD VoD

Video Source

Gaming BusinessBackup ERP

InternetVideo Source

BusinessBroadband

E-Line andE-LAN service

GlobalNationalCarrierEthernet

GlobalNationalCarrierEthernet

SmallMedium Business

Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

ResidentialTriple-Play

FTTx DSLAM Cable Modem

Broadbandmobile datavideo

Bringing vastly extended scalability for business and residential users

ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing

5 Camada de Enlace 5-61

Carrier Ethernet Defined

bull Carrier Ethernet is a ubiquitous standardized carrier-class SERVICE defined by five attributes that distinguish Carrier Ethernet from familiar LAN based Ethernet

bull It brings the compelling business benefit of the Ethernet cost model to achieve significant savings

Carrier Ethernet

bull Scalability

bull Standardized Services

bull Service Management

bull Quality of Service

bull Reliability

Carrier Ethernet Attributes

httpwwwmetroethernetforumorg

5 Camada de Enlace 5-62

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos52 Teacutecnicas de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de acesso muacuteltiplo 54 Endereccedilamento na Camada de Enlace55 Ethernet56 Comutadores da camada de enlace57 PPP o protocolo ponto-a-ponto58 Virtualizaccedilatildeo de enlace uma rede como

camada de enlace59 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina

Web

5 Camada de Enlace 5-63

Hubs

hellip repetidores (ldquoburrosrdquo) da camada fiacutesicabits vindos de um dado link saem por todos

os outros links na mesma taxatodos os noacutes conectados ao hub podem

colidir uns com os outrosnatildeo haacute bufferizaccedilatildeo de quadrosnatildeo implementa CSMACD no hub cartotildees

do hospedeiro detectam as colisotildees

par tranccedilado

hub

5 Camada de Enlace 5-64

Comutador (switch)

Dispositivo da camada de enlace mais inteligentes que os hubs tecircm papel ativo armazena e retransmite quadros Ethernetexamina o cabeccedilalho do quadro e

seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento

transparentehospedeiros ignoram a presenccedila dos

switches plug-and-play self-learning (autodidatas)

os comutadores natildeo necessitam ser configurados

5 Camada de Enlace 5-65

Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas

hospedeiros tecircm conexatildeo direta e dedicada para o switch

os switches armazenam quadros

o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplex cada link eacute o seu proacuteprio

domiacutenio de colisatildeo comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-

para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees isto natildeo eacute possiacutevel com hubs

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

switch com seis interfaces(123456)

1 23

45

6

5 Camada de Enlace 5-66

Tabela de Comutaccedilatildeo

P como eacute que o switch sabe que Arsquo eacute alcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel a partir da interface 5

R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutem (endereccedilo MAC do hospedeiro

interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)

parece uma tabela de roteamento P como satildeo criadas e mantidas as

entradas na tabela de comutaccedilatildeo haacute algo como um protocolo de

roteamento

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

switch with six interfaces(123456)

1 23

45

6

5 Camada de Enlace 5-67

switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfaces quando um quadro eacute

recebido o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada

registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo

Switch autoaprendizagem

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 23

45

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

5 Camada de Enlace 5-685 Camada de Enlace

Switch FiltragemRepasse de quadrosQuando um comutador recebe um quadroregistra o link associado com o hospedeiro

transmissorindexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo

MAC do destinoif entrada encontrada para o destino

then if dest estiver no segmento de onde veio o

quadro then descarta o quadro else repassa o quadro na interface indicada else usa inundaccedilatildeoRepassa o quadro para todas as

demais interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido

5 Camada de Enlace 5-69

Exemplo de auto aprendizagem e repasse

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 23

45

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo

destino do quadro desconhecido inundaccedilatildeo

Arsquo A

local do destino A conhecido

Arsquo 4 60

transmissatildeo seletiva

5 Camada de Enlace 5-70

Exemplo com comutador

Suponha que C envia quadro para D

comutador recebe o quadro vindo de C anota na tabela de comutaccedilatildeo que C estaacute na interface 1 dado que D natildeo se encontra na tabela encaminha o quadro para as

demais interfaces 2 e 3

quadro eacute recebido por D

hub

hub hub

comutador

A

B CD

EF G H

I

endereccedilointerface

ABEG

1123

12 3

5 Camada de Enlace 5-71

Exemplo com comutador

Suponha que D responde com um quadro para C

comutador recebe o quadro vindo de D anota na tabela de comutaccedilatildeo que D estaacute na interface 2 dado que C estaacute na tabela encaminha o quadro apenas na interface

1

quadro eacute recebido por C

hub

hub hub

comutador

A

B CD

EF G H

I

interface

ABEGC

11231

endereccedilo

5 Camada de Enlace 5-72

Interligaccedilatildeo de comutadores

Podemos interligar comutadores (switches)

A

B

P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe que deve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3

R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenico comutador)

S1

C D

E

FS2

S4

S3

HI

G

5 Camada de Enlace 5-73

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde

para C

P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4

A

B

S1

C D

E

FS2

S4

S3

HI

G

1

2

5 Camada de Enlace 5-74

Rede Institucionalcorporativa

5 Camada de Enlace 5-75

Rede institucional

Para redeexterna

roteador

Subrede IP

Servidor de mensagens

Servidor web

5 Camada de Enlace 5-76

Comutadores versus Roteadores ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa

roteadores dispositivos da camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)

comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace roteadores mantecircm tabelas de roteamento

implementam algoritmos de roteamento comutadores mantecircm tabelas de comutaccedilatildeo

implementam filtragem algoritmos de aprendizagem

5 Camada de Enlace 5-77

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos52 Teacutecnicas de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de acesso muacuteltiplo 54 Endereccedilamento na Camada de Enlace55 Ethernet56 Comutadores da camada de enlace57 PPP o protocolo ponto-a-ponto58 Virtualizaccedilatildeo de enlace uma rede como

camada de enlace59 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina

Web

5 Camada de Enlace 5-78

Siacutentese um dia na vida de um pedido web jornada completa atravessando toda a pilha de

protocolos aplicaccedilatildeo transporte rede enlace

colocando tudo junto siacutentese objetivo identificar revisar entender os

protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web

cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom

5 Camada de Enlace 5-79

Um dia na vida cenaacuterio

rede da Comcast68800013

rede do Google64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola68802024

paacutegina web

navegador

5 Camada de Enlace 5-80

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPDHCP

quadro Ethernet difundido (dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador que executa o servidor DHCP

Ethernet demultiplexado para IP demultiplexado para UDP e demultiplexado paraDHCP

o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilo do primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP Solicitaccedilatildeo DHCP encapsulada em UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023 Ethernet

5 Camada de Enlace 5-81

roteador(roda DHCP)

servidor DHCP prepara ACK DHCP contendo endereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiro roteador nome e endereccedilo IP do servidor DNS

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

encapsulamento no servidor DHCP quadro repassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente

Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador

cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

5 Camada de Enlace 5-82

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

consulta DNS criada encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviar quadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP

consulta ARP difundida recebida pelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccedilo MAC da interface do roteador

o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiro roteador podendo agora enviar o quadro contendo a consulta DNS

ARP query

EthPhy

ARP

ARP

ARP reply

antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS

5 Camada de Enlace 5-83

roteador(roda DHCP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

DNS

datagrama IP conteacutem consulta DNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador

datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelos protocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS

demultiplexado pelo servidor DNS

servidor DNS responde ao cliente com o endereccedilo IP de wwwgooglecom

rede da Comcast68800013

servidor DNS

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

Um dia na vidahellip usando DNS

5 Camada de Enlace 5-84

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP

HTTPTCPIP

EthPhy

HTTP

para enviar pedido HTTP cliente primeiro abre um socket TCP para o servidor web segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web

conexatildeo TCP estabelecida64233169105

servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCPIP

EthPhy

SYN

SYN

SYN

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)

5 Camada de Enlace 5-85

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP

HTTPTCPIP

EthPhy

HTTP

solicitaccedilatildeo HTTP enviada para o socket TCP datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhado para wwwgooglecom

datagrama IP com a resposta HTTP eacute encaminhado de volta para o cliente

64233169105

servidor web

HTTPTCPIP

EthPhy

servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTPHTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

paacutegina web finalmente() apresentada

5 Camada de Enlace 5-86

Capiacutetulo 5 Resumo

princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dados detecccedilatildeo correccedilatildeo de erros compartilhamento de canal de difusatildeo acesso

muacuteltiplo endereccedilamento da camada de enlace

instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlace Ethernet LANs comutadas redes virtualizadas como camada de enlace MPLS

siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web

  • Capiacutetulo 5 A Camada de Enlace e Redes Locais
  • Camada de Enlace
  • Camada de Enlace Introduccedilatildeo
  • Camada de Enlace Contexto
  • Serviccedilos da Camada de Enlace
  • Serviccedilos da Camada de Enlace (mais)
  • Onde a camada de enlace eacute implementada
  • Comunicaccedilatildeo entre Adaptadores
  • Camada de Enlace (2)
  • Detecccedilatildeo de Erros
  • Verificaccedilotildees de Paridade
  • Soma de verificaccedilatildeo da Internet
  • Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica (CRC)
  • Exemplo de CRC
  • Implementaccedilatildeo em Hardware
  • Camada de Enlace (3)
  • Enlaces e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolo Ideal de Acesso Muacuteltiplo
  • Taxonomia dos Protocolos MAC
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal TDMA
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal FDMA
  • Protocolos de Acesso Aleatoacuterio
  • Slotted ALOHA
  • Slotted ALOHA (2)
  • Eficiecircncia do Slotted Aloha
  • ALOHA Puro (sem slots)
  • Eficiecircncia do Aloha puro
  • CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)
  • Colisotildees no CSMA
  • CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)
  • Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (2)
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (3)
  • Resumo dos protocolos MAC
  • Camada de Enlace (4)
  • Endereccedilos MAC
  • Endereccedilos MAC (2)
  • Endereccedilo MAC (cont)
  • ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de Resoluccedilatildeo de En
  • Protocolo ARP Mesma LAN (rede)
  • Roteando um pacote para outra LAN
  • Slide 44
  • Camada de Enlace (5)
  • Ethernet
  • Topologia em Estrela
  • Estrutura do Quadro Ethernet
  • Estrutura de Quadro Ethernet (cont)
  • Ethernet natildeo confiaacutevel e natildeo orientado para conexatildeo
  • Algoritmo CSMACD do Ethernet
  • CSMACD da Ethernet (mais)
  • Eficiecircncia do CSMACD
  • Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
  • 10Base5
  • 10Base2
  • 10BaseT
  • Conector RJ 45
  • 100Base-TX
  • Slide 60
  • Carrier Ethernet Defined
  • Camada de Enlace (6)
  • Hubs
  • Comutador (switch)
  • Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
  • Tabela de Comutaccedilatildeo
  • Switch autoaprendizagem
  • Switch FiltragemRepasse de quadros
  • Exemplo de auto aprendizagem e repasse
  • Exemplo com comutador
  • Exemplo com comutador (2)
  • Interligaccedilatildeo de comutadores
  • Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores
  • Rede Institucionalcorporativa
  • Rede institucional
  • Comutadores versus Roteadores
  • Camada de Enlace (7)
  • Siacutentese um dia na vida de um pedido web
  • Um dia na vida cenaacuterio
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet (2)
  • Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
  • Um dia na vidahellip usando DNS
  • Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
  • Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
  • Capiacutetulo 5 Resumo
Page 17: 5: Camada de Enlace 5-1 Capítulo 5: A Camada de Enlace e Redes Locais Nossos objetivos: Entender os princípios por trás dos serviços da camada de enlace

5 Camada de Enlace 5-17

Enlaces e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo

Dois tipos de enlaces Ponto-a-ponto

PPP para acesso discado

Conexatildeo entre switch Ethernet e hospedeiro

broadcast (cabo ou meio compartilhado) Ethernet tradicional Upstream HFC 80211 LAN sem fio Sateacutelite Etc

5 Camada de Enlace 5-18

Protocolos de Acesso Muacuteltiplo

canal de comunicaccedilatildeo uacutenico de broadcast interferecircncia quando dois ou mais noacutes transmitem

simultaneamente colisatildeo se um noacute receber dois ou mais sinais ao mesmo

tempo

Protocolo de acesso muacuteltiplo algoritmo distribuiacutedo que determina como os noacutes

compartilham o canal isto eacute determina quando um noacute pode transmitir

comunicaccedilatildeo sobre o compartilhamento do canal deve usar o proacuteprio canal natildeo haacute canal fora da faixa para coordenar a transmissatildeo

5 Camada de Enlace 5-19

Protocolo Ideal de Acesso Muacuteltiplo

Para um canal de broadcast com taxa de R bps

1 Quando apenas um noacute tem dados para enviar esse noacute obteacutem uma vazatildeo de R bps

2 Quando M noacutes tecircm dados para enviar cada um desses noacutes poderaacute transmitir em meacutedia a uma taxa de RM bps

3 Completamente descentralizado nenhum noacute especial (mestre) para coordenar as

transmissotildees nenhuma sincronizaccedilatildeo de reloacutegios ou slots

4 Simples para que sua implementaccedilatildeo seja barata

5 Camada de Enlace 5-20

Taxonomia dos Protocolos MACTrecircs categorias gerais Divisatildeo de Canal

divide o canal em pequenos ldquopedaccedilosrdquo (slotscompartimentos de tempo frequumlecircncia coacutedigo)

aloca pedaccedilo a um dado noacute para uso exclusivo deste Acesso Aleatoacuterio

canal natildeo eacute dividido podem ocorrer colisotildees ldquorecuperaccedilatildeordquo das colisotildees

Revezamento Noacutes se alternam em revezamento mas noacutes que

possuem mais dados a transmitir podem demorar mais quando chegar a sua vez

5 Camada de Enlace 5-21

Protocolos MAC de divisatildeo de canal TDMA

TDMA Acesso Muacuteltiplo por Divisatildeo de Tempo acesso ao canal em ldquoturnos cada estaccedilatildeo recebe um comprimento fixo de

compartimento (comprimento = tempo de tx do pacote) em cada turno

compartimentos natildeo usados permanecem ociosos Exemplo LAN com 6 estaccedilotildees compartimentos 1 3 e 4

com pacotes compartimentos 2 5 e 6 ociosos

5 Camada de Enlace 5-22

Protocolos MAC de divisatildeo de canal FDMA

FDMA Acesso Muacuteltiplo por Divisatildeo de Frequumlecircncia espectro do canal dividido em bandas de frequumlecircncia a cada estaccedilatildeo eacute atribuiacuteda uma banda fixa de frequumlecircncia tempo de transmissatildeo natildeo usado nas bandas permanecem

ociosos exemplo LAN com 6 estaccedilotildees 134 com pacotes bandas

256 ociosas

Bandas

de f

requumlecircnci

a tempo

cabo FDM

5 Camada de Enlace 5-23

Protocolos de Acesso Aleatoacuterio

Quando noacute tem um pacote para transmitirtransmite na taxa maacutexima Rnenhuma coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes

dois ou mais noacutes transmitindo ldquocolisatildeordquo O protocolo MAC de acesso aleatoacuterio

especifica como detectar colisotildeescomo se recuperar delas (atraveacutes de

retransmissotildees retardadas por exemplo) Exemplos de protocolos MAC de acesso

aleatoacuterioslotted ALOHAALOHACSMA CSMACD CSMACA

5 Camada de Enlace 5-24

Slotted ALOHA

Hipoacuteteses todos os quadros tecircm o

mesmo tamanho (L bits) tempo eacute dividido em slots

de tamanho igual tempo para transmitir 1 quadro (LR seg)

noacutes comeccedilam a transmitir quadros apenas no iniacutecio dos intervalos (slots)

noacutes satildeo sincronizados se 2 ou mais noacutes

transmitirem num slot todos os noacutes detectam a colisatildeo

Operaccedilatildeo quando o noacute obteacutem um novo

quadro ele espera ateacute o iniacutecio do proacuteximo slot e transmite o quadro inteiro

Se natildeo houver colisatildeo noacute poderaacute enviar um novo quadro no proacuteximo slot

caso haja uma colisatildeo (detectada antes do final do intervalo) noacute retransmite o quadro em cada intervalo subsequumlente com probabilidade p ateacute obter sucesso

5 Camada de Enlace 5-25

Slotted ALOHA

Vantagens uacutenico noacute ativo pode

transmitir continuamente na taxa maacutexima do canal

Altamente descentralizado apenas slots nos noacutes precisam estar sincronizados

simples

Desvantagens colisotildees slots

desperdiccedilados slots ociosos

(desperdiacutecio) noacutes podem ser capazes

de detectar colisotildees num tempo inferior ao da transmissatildeo do pacote

sincronizaccedilatildeo dos reloacutegios

5 Camada de Enlace 5-26

Eficiecircncia do Slotted Aloha

Assuma N noacutes com muitos quadros para enviar cada um transmite num slot com probabilidade p

probabilidade que noacute 1 tenha sucesso em um slot = p(1-p)N-1

probabilidade que qualquer noacute tenha sucesso = Np(1-p)N-

1

Para eficiecircncia maacutexima com N noacutes encontre p que maximiza Np(1-p)N-1

Para muitos noacutes faccedila limite para Np(1-p)N-1

quando N tende a infinito daacute 1e = 037

Eficiecircncia eacute a fraccedilatildeo de longo prazo de slots bem sucedidos quando haacute muitos noacutes cada um com muitos quadros para transmitir

Melhor caso canalusado para transmissotildees uacuteteis em 37 do tempo

5 Camada de Enlace 5-27

ALOHA Puro (sem slots) Aloha puro (sem slots) mais simples sem sincronizaccedilatildeo Ao chegar um quadro no noacute

transmite imediatamente Probabilidade de colisatildeo aumenta

quadro enviado em t0 colide com outros quadros enviados em [t0-1t0+1]

5 Camada de Enlace 5-28

Eficiecircncia do Aloha puro

P(sucesso por um dado noacute) = P(noacute transmita)

P(nenhum outro noacute transmita em [t0-1t0]

P(nenhum outro noacute transmita em [t0t0+1]

= p (1-p)N-1 (1-p)N-1

= p (1-p)2(N-1)

hellip escolhendo o valor oacutetimo de p e deixando n -gt infinito

= 1(2e) = 018 Ainda pior do que o Slotted Aloha

5 Camada de Enlace 5-29

CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)

CSMA (Carrier Sense Multiple Access) Escuta antes de transmitir (detecccedilatildeo de portadora)

Se o canal estiver livre transmite todo o quadro

Se o canal estiver ocupado adia a transmissatildeo

Analogia humana natildeo interrompa outros

5 Camada de Enlace 5-30

Colisotildees no CSMA

colisotildees ainda podem aconteceratraso de propagaccedilatildeo significa que dois noacutes podem natildeo ouvira transmissatildeo do outro colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo eacute desperdiccedilado

Disposiccedilatildeo espacial dos noacutes

notapapel da distacircncia e atraso de propagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo

5 Camada de Enlace 5-31

CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)

CSMACD detecccedilatildeo da portadora adia a transmissatildeo como no CSMAAs colisotildees satildeo detectadas em pouco tempoTransmissotildees que sofreram colisotildees satildeo

abortadas reduzindo o desperdiacutecio do canal Detecccedilatildeo de colisotildees

Faacutecil em LANs cabeadas mede a potecircncia do sinal compara o sinal recebido com o transmitido

Difiacutecil em LANs sem fio o receptor eacute desligado durante a transmissatildeo

Analogia humana bate papo educado

5 Camada de Enlace 5-32

Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD

5 Camada de Enlace 5-33

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoProtocolos MAC de divisatildeo de canal

Compartilha o canal eficientemente e de forma justa em altas cargas

Ineficiente em baixas cargas atraso no canal de acesso alocaccedilatildeo de 1N da largura de banda mesmo com apenas 1 noacute ativo

Protocolos MAC de acesso aleatoacuterioeficiente em baixas cargas um uacutenico noacute

pode utilizar completamente o canalAltas cargas overhead com colisotildees

Protocolos de revezamentoProcura oferecer o melhor dos dois mundos

5 Camada de Enlace 5-34

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo

Seleccedilatildeo (Polling) Noacute mestre ldquoconvidardquo

noacutes escravos a transmitir em revezamento

Usado tipicamente com dispositivos escravo burros

Preocupaccedilotildees Overhead com as

consultas (polling) Latecircncia Ponto uacutenico de

falha (mestre)

mestre

escravos

poll

dados

dados

5 Camada de Enlace 5-35

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo

Passagem de permissatildeo (token)

controla permissatildeo passada de um noacute para o proacuteximo de forma sequencial

mensagem de passagem da permissatildeo

preocupaccedilotildees overhead com a

passagem de permissatildeo

latecircncia Ponto uacutenico de falha

(permissatildeo)

T

dados

(nada paramandar)

T

5 Camada de Enlace 5-36

Resumo dos protocolos MAC Divisatildeo do canal por tempo frequumlecircncia ou

coacutedigoDivisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequumlecircncia

Particionamento Aleatoacuterio (dinacircmico) ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDEscutar a portadora faacutecil em algumas

tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)

CSMACD usado na EthernetCSMACA usado no 80211

RevezamentoSeleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto

central passagem de permissotildeesBluetooth FDDI Token Ring (IBM)

5 Camada de Enlace 5-37

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos52 Teacutecnicas de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de

erros 53 Protocolos de acesso muacuteltiplo 54 Endereccedilamento na Camada de Enlace55 Ethernet56 Comutadores da camada de enlace57 PPP o protocolo ponto-a-ponto58 Virtualizaccedilatildeo de enlace uma rede

como camada de enlace59 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de

paacutegina Web

5 Camada de Enlace 5-38

Endereccedilos MAC

Endereccedilo IP de 32 bits Endereccedilos da camada de redeusado para levar o datagrama agrave subrede IP

destinoEndereccedilo MAC (ou LAN ou fiacutesico ou

Ethernet) levar o datagrama de uma interface ateacute outra

interface conectada fisicamente (na mesma rede)

Endereccedilo MAC de 48 bits (para a maioria das redes)bull gravado na ROM do adaptador ou configurado

por software

5 Camada de Enlace 5-39

Endereccedilos MAC

Cada adaptador na LAN possui um endereccedilo MAC uacutenico

Endereccedilo de Broadcast =FF-FF-FF-FF-FF-FF

= adaptador

1A-2F-BB-76-09-AD

58-23-D7-FA-20-B0

0C-C4-11-6F-E3-98

71-65-F7-2B-08-53

LAN(cabeada ousem fio)

5 Camada de Enlace 5-40

Endereccedilo MAC (cont)

Alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC gerenciada pelo IEEE Um fabricante compra uma parte do espaccedilo de

endereccedilos (para garantir unicidade) Analogia (a) endereccedilo MAC como nuacutemero do CPF (b) endereccedilo IP como endereccedilo postal (CEP) endereccedilo MAC tem estrutura linear =gt

portabilidadePode mover um cartatildeo LAN de uma LAN para

outra endereccedilo IP hieraacuterquico NAtildeO eacute portaacutetil (requer IP

moacutevel)Depende da subrede IP agrave qual o noacute estaacute

conectado

5 Camada de Enlace 5-41

ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de Resoluccedilatildeo de Endereccedilos)

Cada noacute IP (Host Roteador) de uma LAN possui tabela ARP

Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN

lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt TTL (Time To Live) tempo

a partir do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute esquecido (valor tiacutepico de 20 min)

Pergunta como obter oendereccedilo MAC de B a partir do endereccedilo IP de B

1A-2F-BB-76-09-AD

58-23-D7-FA-20-B0

0C-C4-11-6F-E3-98

71-65-F7-2B-08-53

LAN

237196723

237196778

237196714

237196788

5 Camada de Enlace 5-42

Protocolo ARP Mesma LAN (rede) A deseja enviar datagrama

para B e o endereccedilo MAC de B natildeo estaacute na tabela ARP

A difunde o pacote de solicitaccedilatildeo ARP que conteacutem o endereccedilo IP de B Endereccedilo MAC destino =

FF-FF-FF-FF-FF-FF todas as maacutequinas na

LAN recebem a consulta do ARP

B recebe o pacote ARP responde a A com o seu (de B) endereccedilo MAC Quadro enviado para o

endereccedilo MAC (unicast) de A

Uma cache (salva) o par de endereccedilos IP-para-MAC na sua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo fique antiquada (expire) lsquosoft statersquo informaccedilatildeo que expira (vai embora) a menos que seja renovada

ARP eacute ldquoplug-and-playrdquo os noacutes criam suas tabelas ARP sem a intervenccedilatildeo do administrador

da rede

5 Camada de Enlace 5-43

Roteando um pacote para outra LAN

passo a passo envio de datagrama de A para B via R assuma que A conhece o endereccedilo IP de B

Duas tabelas ARP no roteador R uma para cada rede IP (LAN)

A

RB

5 Camada de Enlace 5-44

A cria datagrama com origem A destino B A usa ARP para obter o endereccedilo MAC de R para

111111111110 A cria quadro da camada de enlace com o endereccedilo

MAC de R como destino quadro conteacutem datagrama IP de A para B

O adaptador de A envia o quadro O adaptador de R recebe o quadro R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verifica

que eacute destinado para B R usa ARP para obter o endereccedilo MAC de B R cria quadro contendo datagrama IP de A para B e o

envia para B

A

R B

Este eacute um exemplo muito importantendash garanta que vocecirc o entendeu

5 Camada de Enlace 5-45

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos52 Teacutecnicas de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de

erros 53 Protocolos de acesso muacuteltiplo 54 Endereccedilamento na Camada de Enlace55 Ethernet56 Comutadores da camada de enlace57 PPP o protocolo ponto-a-ponto58 Virtualizaccedilatildeo de enlace uma rede

como camada de enlace59 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de

paacutegina Web

5 Camada de Enlace 5-46

Ethernet Muitiacutessimo difundida porque

Muito barata R$30 para placas 10100Mbps A mais antiga das tecnologias de rede local (meados da

deacutecada de 70) Mais simples e menos cara que redes usando ficha ou

ATM Acompanhou o aumento de velocidade 10 Mbps ndash 10

Gbps

Rascunho de Metcalfe sobre o Ethernet

5 Camada de Enlace 5-47

Topologia em Estrela Topologia de barramento popular ateacute meados

dos anos 90 Todos os noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo (podem colidir

um com o outro)

Agora prevalecircncia de topologia em estrela Comutador (switch) no centro Cada porta roda o protocolo Ethernet separadamente (os

noacutes natildeo colidem uns com os outros)

barramento cabo coaxial

switch

estrela

5 Camada de Enlace 5-48

Estrutura do Quadro Ethernet

Adaptador remetente encapsula datagrama IP (ou pacote de outro protocolo da camada de rede) num Quadro Ethernet

Dados 46 a 1500 bytes Preacircmbulo 7 bytes com o padratildeo 10101010 seguidos por um byte

com o padratildeo 10101011 usado para sincronizar receptor ao reloacutegio do

remetente (reloacutegios nunca satildeo exatos eacute muito provaacutevel que exista algum desvio entre eles)

5 Camada de Enlace 5-49

Estrutura de Quadro Ethernet (cont)

Endereccedilos 6 bytes para cada endereccedilo MAC se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo destino igual

ao seu ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede

caso contraacuterio o adaptador descarta o quadro Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior

usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)

CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado

5 Camada de Enlace 5-50

Ethernet natildeo confiaacutevel e natildeo orientado para conexatildeo

Natildeo orientado para conexatildeo Natildeo haacute estabelecimento de conexatildeo (saudaccedilatildeo) entre os adaptadores transmissor e receptor

Natildeo confiaacutevel o adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador transmissorfluxo de datagramas passados para a

camada de rede pode conter falhas na sequumlecircncia

falhas seratildeo preenchidas se aplicaccedilatildeo estiver usando o TCP

caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as falhas Protocolo MAC do Ethernet CSMACD sem slots

5 Camada de Enlace 5-51

Algoritmo CSMACD do Ethernet

1 Adaptador recebe datagrama da camada de rede e cria um quadro

2 Se o adaptador percebe que o canal estaacute ocioso comeccedila a transmitir o quadro Se percebe que o canal estaacute ocupado espera que o canal fique livre e transmite

3 Se o adaptador transmitir todo o quadro sem detectar outra transmissatildeo o adaptador concluiu a operaccedilatildeo com o quadro

4 Se o adaptador detectar outra transmissatildeo enquanto estiver transmitindo aborta e envia sinal de reforccedilo de colisatildeo de 48 bits

5 Apoacutes o aborto o adaptador entra na retirada (backoff) exponencial binaacuteria apoacutes a m-eacutesima colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoriamente entre 012hellip2m-1 O adaptador espera K512 tempos de bit e retorna ao Passo 2

5 Camada de Enlace 5-52

CSMACD da Ethernet (mais)

Sinal de reforccedilo de colisatildeo garante que todos os demais transmissores estejam cientes da colisatildeo 48 bits

Tempo de Bit 01 microseg para Ethernet de 10 Mbpspara K=1023 tempo de espera de cerca de 50 mseg

Retirada Exponencial Binaacuteria

Objetivo adaptar as tentativas de retransmissatildeo agrave carga atual estimada Alta carga espera

aleatoacuteria seraacute mais longa

na primeira colisatildeo escolhe K entre 01 atraso eacute de K 512 tempos de transmissatildeo de um bit

apoacutes a segunda colisatildeo escolhe K entre 0123hellip

apoacutes 10 colisotildees escolhe K entre 01234hellip1023

Vejainteraja com o applet Java siacutetio do livroaltamente recomendaacutevel

5 Camada de Enlace 5-53

Eficiecircncia do CSMACD

tprop = atraso maacuteximo de prop entre 2 noacutes na LAN

ttrans = tempo para transmitir quadro de tamanho maacuteximo

Eficiecircncia vai para 1 agrave medida que tprop vai para 0

ttrans vai para infinito Muito melhor do que ALOHA e ainda eacute

descentralizado simples e barato

transprop tt 51

1eficiecircncia

5 Camada de Enlace 5-54

Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica

Diversos padrotildees Ethernet diferentestecircm em comum o protocolo MAC e o

formato do quadrodiferentes velocidades 2Mbps 10Mbps

100Mbps 1Gbps 10Gbpsdiferentes meios da camada fiacutesica fibra

caboaplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

protocolo MACe formato do quadro

100BASE-TX

100BASE-T4

100BASE-FX100BASE-T2

100BASE-SX 100BASE-BX

camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)

5 Camada de Enlace 5-55

10Base5

httpwwwethermanagecom

5 Camada de Enlace 5-56

10Base2

httpwwwethermanagecom

5 Camada de Enlace 5-57

10BaseT

httpwwwethermanagecom

5 Camada de Enlace 5-58

Conector RJ 45

5 Camada de Enlace 5-59

100Base-TX

httpwwwethermanagecom

5 Camada de Enlace 5-60 10

Wireless Backhaul

Carrier Ethernet Access Expansion

Voice gateway

VoiceVideoTelephony

HD TVTVoD VoD

Video Source

Gaming BusinessBackup ERP

InternetVideo Source

BusinessBroadband

E-Line andE-LAN service

GlobalNationalCarrierEthernet

GlobalNationalCarrierEthernet

SmallMedium Business

Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

ResidentialTriple-Play

FTTx DSLAM Cable Modem

Broadbandmobile datavideo

Bringing vastly extended scalability for business and residential users

ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing

5 Camada de Enlace 5-61

Carrier Ethernet Defined

bull Carrier Ethernet is a ubiquitous standardized carrier-class SERVICE defined by five attributes that distinguish Carrier Ethernet from familiar LAN based Ethernet

bull It brings the compelling business benefit of the Ethernet cost model to achieve significant savings

Carrier Ethernet

bull Scalability

bull Standardized Services

bull Service Management

bull Quality of Service

bull Reliability

Carrier Ethernet Attributes

httpwwwmetroethernetforumorg

5 Camada de Enlace 5-62

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos52 Teacutecnicas de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de acesso muacuteltiplo 54 Endereccedilamento na Camada de Enlace55 Ethernet56 Comutadores da camada de enlace57 PPP o protocolo ponto-a-ponto58 Virtualizaccedilatildeo de enlace uma rede como

camada de enlace59 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina

Web

5 Camada de Enlace 5-63

Hubs

hellip repetidores (ldquoburrosrdquo) da camada fiacutesicabits vindos de um dado link saem por todos

os outros links na mesma taxatodos os noacutes conectados ao hub podem

colidir uns com os outrosnatildeo haacute bufferizaccedilatildeo de quadrosnatildeo implementa CSMACD no hub cartotildees

do hospedeiro detectam as colisotildees

par tranccedilado

hub

5 Camada de Enlace 5-64

Comutador (switch)

Dispositivo da camada de enlace mais inteligentes que os hubs tecircm papel ativo armazena e retransmite quadros Ethernetexamina o cabeccedilalho do quadro e

seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento

transparentehospedeiros ignoram a presenccedila dos

switches plug-and-play self-learning (autodidatas)

os comutadores natildeo necessitam ser configurados

5 Camada de Enlace 5-65

Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas

hospedeiros tecircm conexatildeo direta e dedicada para o switch

os switches armazenam quadros

o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplex cada link eacute o seu proacuteprio

domiacutenio de colisatildeo comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-

para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees isto natildeo eacute possiacutevel com hubs

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

switch com seis interfaces(123456)

1 23

45

6

5 Camada de Enlace 5-66

Tabela de Comutaccedilatildeo

P como eacute que o switch sabe que Arsquo eacute alcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel a partir da interface 5

R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutem (endereccedilo MAC do hospedeiro

interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)

parece uma tabela de roteamento P como satildeo criadas e mantidas as

entradas na tabela de comutaccedilatildeo haacute algo como um protocolo de

roteamento

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

switch with six interfaces(123456)

1 23

45

6

5 Camada de Enlace 5-67

switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfaces quando um quadro eacute

recebido o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada

registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo

Switch autoaprendizagem

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 23

45

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

5 Camada de Enlace 5-685 Camada de Enlace

Switch FiltragemRepasse de quadrosQuando um comutador recebe um quadroregistra o link associado com o hospedeiro

transmissorindexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo

MAC do destinoif entrada encontrada para o destino

then if dest estiver no segmento de onde veio o

quadro then descarta o quadro else repassa o quadro na interface indicada else usa inundaccedilatildeoRepassa o quadro para todas as

demais interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido

5 Camada de Enlace 5-69

Exemplo de auto aprendizagem e repasse

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 23

45

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo

destino do quadro desconhecido inundaccedilatildeo

Arsquo A

local do destino A conhecido

Arsquo 4 60

transmissatildeo seletiva

5 Camada de Enlace 5-70

Exemplo com comutador

Suponha que C envia quadro para D

comutador recebe o quadro vindo de C anota na tabela de comutaccedilatildeo que C estaacute na interface 1 dado que D natildeo se encontra na tabela encaminha o quadro para as

demais interfaces 2 e 3

quadro eacute recebido por D

hub

hub hub

comutador

A

B CD

EF G H

I

endereccedilointerface

ABEG

1123

12 3

5 Camada de Enlace 5-71

Exemplo com comutador

Suponha que D responde com um quadro para C

comutador recebe o quadro vindo de D anota na tabela de comutaccedilatildeo que D estaacute na interface 2 dado que C estaacute na tabela encaminha o quadro apenas na interface

1

quadro eacute recebido por C

hub

hub hub

comutador

A

B CD

EF G H

I

interface

ABEGC

11231

endereccedilo

5 Camada de Enlace 5-72

Interligaccedilatildeo de comutadores

Podemos interligar comutadores (switches)

A

B

P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe que deve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3

R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenico comutador)

S1

C D

E

FS2

S4

S3

HI

G

5 Camada de Enlace 5-73

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde

para C

P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4

A

B

S1

C D

E

FS2

S4

S3

HI

G

1

2

5 Camada de Enlace 5-74

Rede Institucionalcorporativa

5 Camada de Enlace 5-75

Rede institucional

Para redeexterna

roteador

Subrede IP

Servidor de mensagens

Servidor web

5 Camada de Enlace 5-76

Comutadores versus Roteadores ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa

roteadores dispositivos da camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)

comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace roteadores mantecircm tabelas de roteamento

implementam algoritmos de roteamento comutadores mantecircm tabelas de comutaccedilatildeo

implementam filtragem algoritmos de aprendizagem

5 Camada de Enlace 5-77

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos52 Teacutecnicas de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de acesso muacuteltiplo 54 Endereccedilamento na Camada de Enlace55 Ethernet56 Comutadores da camada de enlace57 PPP o protocolo ponto-a-ponto58 Virtualizaccedilatildeo de enlace uma rede como

camada de enlace59 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina

Web

5 Camada de Enlace 5-78

Siacutentese um dia na vida de um pedido web jornada completa atravessando toda a pilha de

protocolos aplicaccedilatildeo transporte rede enlace

colocando tudo junto siacutentese objetivo identificar revisar entender os

protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web

cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom

5 Camada de Enlace 5-79

Um dia na vida cenaacuterio

rede da Comcast68800013

rede do Google64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola68802024

paacutegina web

navegador

5 Camada de Enlace 5-80

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPDHCP

quadro Ethernet difundido (dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador que executa o servidor DHCP

Ethernet demultiplexado para IP demultiplexado para UDP e demultiplexado paraDHCP

o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilo do primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP Solicitaccedilatildeo DHCP encapsulada em UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023 Ethernet

5 Camada de Enlace 5-81

roteador(roda DHCP)

servidor DHCP prepara ACK DHCP contendo endereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiro roteador nome e endereccedilo IP do servidor DNS

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

encapsulamento no servidor DHCP quadro repassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente

Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador

cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

5 Camada de Enlace 5-82

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

consulta DNS criada encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviar quadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP

consulta ARP difundida recebida pelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccedilo MAC da interface do roteador

o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiro roteador podendo agora enviar o quadro contendo a consulta DNS

ARP query

EthPhy

ARP

ARP

ARP reply

antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS

5 Camada de Enlace 5-83

roteador(roda DHCP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

DNS

datagrama IP conteacutem consulta DNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador

datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelos protocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS

demultiplexado pelo servidor DNS

servidor DNS responde ao cliente com o endereccedilo IP de wwwgooglecom

rede da Comcast68800013

servidor DNS

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

Um dia na vidahellip usando DNS

5 Camada de Enlace 5-84

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP

HTTPTCPIP

EthPhy

HTTP

para enviar pedido HTTP cliente primeiro abre um socket TCP para o servidor web segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web

conexatildeo TCP estabelecida64233169105

servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCPIP

EthPhy

SYN

SYN

SYN

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)

5 Camada de Enlace 5-85

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP

HTTPTCPIP

EthPhy

HTTP

solicitaccedilatildeo HTTP enviada para o socket TCP datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhado para wwwgooglecom

datagrama IP com a resposta HTTP eacute encaminhado de volta para o cliente

64233169105

servidor web

HTTPTCPIP

EthPhy

servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTPHTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

paacutegina web finalmente() apresentada

5 Camada de Enlace 5-86

Capiacutetulo 5 Resumo

princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dados detecccedilatildeo correccedilatildeo de erros compartilhamento de canal de difusatildeo acesso

muacuteltiplo endereccedilamento da camada de enlace

instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlace Ethernet LANs comutadas redes virtualizadas como camada de enlace MPLS

siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web

  • Capiacutetulo 5 A Camada de Enlace e Redes Locais
  • Camada de Enlace
  • Camada de Enlace Introduccedilatildeo
  • Camada de Enlace Contexto
  • Serviccedilos da Camada de Enlace
  • Serviccedilos da Camada de Enlace (mais)
  • Onde a camada de enlace eacute implementada
  • Comunicaccedilatildeo entre Adaptadores
  • Camada de Enlace (2)
  • Detecccedilatildeo de Erros
  • Verificaccedilotildees de Paridade
  • Soma de verificaccedilatildeo da Internet
  • Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica (CRC)
  • Exemplo de CRC
  • Implementaccedilatildeo em Hardware
  • Camada de Enlace (3)
  • Enlaces e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolo Ideal de Acesso Muacuteltiplo
  • Taxonomia dos Protocolos MAC
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal TDMA
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal FDMA
  • Protocolos de Acesso Aleatoacuterio
  • Slotted ALOHA
  • Slotted ALOHA (2)
  • Eficiecircncia do Slotted Aloha
  • ALOHA Puro (sem slots)
  • Eficiecircncia do Aloha puro
  • CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)
  • Colisotildees no CSMA
  • CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)
  • Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (2)
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (3)
  • Resumo dos protocolos MAC
  • Camada de Enlace (4)
  • Endereccedilos MAC
  • Endereccedilos MAC (2)
  • Endereccedilo MAC (cont)
  • ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de Resoluccedilatildeo de En
  • Protocolo ARP Mesma LAN (rede)
  • Roteando um pacote para outra LAN
  • Slide 44
  • Camada de Enlace (5)
  • Ethernet
  • Topologia em Estrela
  • Estrutura do Quadro Ethernet
  • Estrutura de Quadro Ethernet (cont)
  • Ethernet natildeo confiaacutevel e natildeo orientado para conexatildeo
  • Algoritmo CSMACD do Ethernet
  • CSMACD da Ethernet (mais)
  • Eficiecircncia do CSMACD
  • Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
  • 10Base5
  • 10Base2
  • 10BaseT
  • Conector RJ 45
  • 100Base-TX
  • Slide 60
  • Carrier Ethernet Defined
  • Camada de Enlace (6)
  • Hubs
  • Comutador (switch)
  • Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
  • Tabela de Comutaccedilatildeo
  • Switch autoaprendizagem
  • Switch FiltragemRepasse de quadros
  • Exemplo de auto aprendizagem e repasse
  • Exemplo com comutador
  • Exemplo com comutador (2)
  • Interligaccedilatildeo de comutadores
  • Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores
  • Rede Institucionalcorporativa
  • Rede institucional
  • Comutadores versus Roteadores
  • Camada de Enlace (7)
  • Siacutentese um dia na vida de um pedido web
  • Um dia na vida cenaacuterio
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet (2)
  • Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
  • Um dia na vidahellip usando DNS
  • Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
  • Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
  • Capiacutetulo 5 Resumo
Page 18: 5: Camada de Enlace 5-1 Capítulo 5: A Camada de Enlace e Redes Locais Nossos objetivos: Entender os princípios por trás dos serviços da camada de enlace

5 Camada de Enlace 5-18

Protocolos de Acesso Muacuteltiplo

canal de comunicaccedilatildeo uacutenico de broadcast interferecircncia quando dois ou mais noacutes transmitem

simultaneamente colisatildeo se um noacute receber dois ou mais sinais ao mesmo

tempo

Protocolo de acesso muacuteltiplo algoritmo distribuiacutedo que determina como os noacutes

compartilham o canal isto eacute determina quando um noacute pode transmitir

comunicaccedilatildeo sobre o compartilhamento do canal deve usar o proacuteprio canal natildeo haacute canal fora da faixa para coordenar a transmissatildeo

5 Camada de Enlace 5-19

Protocolo Ideal de Acesso Muacuteltiplo

Para um canal de broadcast com taxa de R bps

1 Quando apenas um noacute tem dados para enviar esse noacute obteacutem uma vazatildeo de R bps

2 Quando M noacutes tecircm dados para enviar cada um desses noacutes poderaacute transmitir em meacutedia a uma taxa de RM bps

3 Completamente descentralizado nenhum noacute especial (mestre) para coordenar as

transmissotildees nenhuma sincronizaccedilatildeo de reloacutegios ou slots

4 Simples para que sua implementaccedilatildeo seja barata

5 Camada de Enlace 5-20

Taxonomia dos Protocolos MACTrecircs categorias gerais Divisatildeo de Canal

divide o canal em pequenos ldquopedaccedilosrdquo (slotscompartimentos de tempo frequumlecircncia coacutedigo)

aloca pedaccedilo a um dado noacute para uso exclusivo deste Acesso Aleatoacuterio

canal natildeo eacute dividido podem ocorrer colisotildees ldquorecuperaccedilatildeordquo das colisotildees

Revezamento Noacutes se alternam em revezamento mas noacutes que

possuem mais dados a transmitir podem demorar mais quando chegar a sua vez

5 Camada de Enlace 5-21

Protocolos MAC de divisatildeo de canal TDMA

TDMA Acesso Muacuteltiplo por Divisatildeo de Tempo acesso ao canal em ldquoturnos cada estaccedilatildeo recebe um comprimento fixo de

compartimento (comprimento = tempo de tx do pacote) em cada turno

compartimentos natildeo usados permanecem ociosos Exemplo LAN com 6 estaccedilotildees compartimentos 1 3 e 4

com pacotes compartimentos 2 5 e 6 ociosos

5 Camada de Enlace 5-22

Protocolos MAC de divisatildeo de canal FDMA

FDMA Acesso Muacuteltiplo por Divisatildeo de Frequumlecircncia espectro do canal dividido em bandas de frequumlecircncia a cada estaccedilatildeo eacute atribuiacuteda uma banda fixa de frequumlecircncia tempo de transmissatildeo natildeo usado nas bandas permanecem

ociosos exemplo LAN com 6 estaccedilotildees 134 com pacotes bandas

256 ociosas

Bandas

de f

requumlecircnci

a tempo

cabo FDM

5 Camada de Enlace 5-23

Protocolos de Acesso Aleatoacuterio

Quando noacute tem um pacote para transmitirtransmite na taxa maacutexima Rnenhuma coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes

dois ou mais noacutes transmitindo ldquocolisatildeordquo O protocolo MAC de acesso aleatoacuterio

especifica como detectar colisotildeescomo se recuperar delas (atraveacutes de

retransmissotildees retardadas por exemplo) Exemplos de protocolos MAC de acesso

aleatoacuterioslotted ALOHAALOHACSMA CSMACD CSMACA

5 Camada de Enlace 5-24

Slotted ALOHA

Hipoacuteteses todos os quadros tecircm o

mesmo tamanho (L bits) tempo eacute dividido em slots

de tamanho igual tempo para transmitir 1 quadro (LR seg)

noacutes comeccedilam a transmitir quadros apenas no iniacutecio dos intervalos (slots)

noacutes satildeo sincronizados se 2 ou mais noacutes

transmitirem num slot todos os noacutes detectam a colisatildeo

Operaccedilatildeo quando o noacute obteacutem um novo

quadro ele espera ateacute o iniacutecio do proacuteximo slot e transmite o quadro inteiro

Se natildeo houver colisatildeo noacute poderaacute enviar um novo quadro no proacuteximo slot

caso haja uma colisatildeo (detectada antes do final do intervalo) noacute retransmite o quadro em cada intervalo subsequumlente com probabilidade p ateacute obter sucesso

5 Camada de Enlace 5-25

Slotted ALOHA

Vantagens uacutenico noacute ativo pode

transmitir continuamente na taxa maacutexima do canal

Altamente descentralizado apenas slots nos noacutes precisam estar sincronizados

simples

Desvantagens colisotildees slots

desperdiccedilados slots ociosos

(desperdiacutecio) noacutes podem ser capazes

de detectar colisotildees num tempo inferior ao da transmissatildeo do pacote

sincronizaccedilatildeo dos reloacutegios

5 Camada de Enlace 5-26

Eficiecircncia do Slotted Aloha

Assuma N noacutes com muitos quadros para enviar cada um transmite num slot com probabilidade p

probabilidade que noacute 1 tenha sucesso em um slot = p(1-p)N-1

probabilidade que qualquer noacute tenha sucesso = Np(1-p)N-

1

Para eficiecircncia maacutexima com N noacutes encontre p que maximiza Np(1-p)N-1

Para muitos noacutes faccedila limite para Np(1-p)N-1

quando N tende a infinito daacute 1e = 037

Eficiecircncia eacute a fraccedilatildeo de longo prazo de slots bem sucedidos quando haacute muitos noacutes cada um com muitos quadros para transmitir

Melhor caso canalusado para transmissotildees uacuteteis em 37 do tempo

5 Camada de Enlace 5-27

ALOHA Puro (sem slots) Aloha puro (sem slots) mais simples sem sincronizaccedilatildeo Ao chegar um quadro no noacute

transmite imediatamente Probabilidade de colisatildeo aumenta

quadro enviado em t0 colide com outros quadros enviados em [t0-1t0+1]

5 Camada de Enlace 5-28

Eficiecircncia do Aloha puro

P(sucesso por um dado noacute) = P(noacute transmita)

P(nenhum outro noacute transmita em [t0-1t0]

P(nenhum outro noacute transmita em [t0t0+1]

= p (1-p)N-1 (1-p)N-1

= p (1-p)2(N-1)

hellip escolhendo o valor oacutetimo de p e deixando n -gt infinito

= 1(2e) = 018 Ainda pior do que o Slotted Aloha

5 Camada de Enlace 5-29

CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)

CSMA (Carrier Sense Multiple Access) Escuta antes de transmitir (detecccedilatildeo de portadora)

Se o canal estiver livre transmite todo o quadro

Se o canal estiver ocupado adia a transmissatildeo

Analogia humana natildeo interrompa outros

5 Camada de Enlace 5-30

Colisotildees no CSMA

colisotildees ainda podem aconteceratraso de propagaccedilatildeo significa que dois noacutes podem natildeo ouvira transmissatildeo do outro colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo eacute desperdiccedilado

Disposiccedilatildeo espacial dos noacutes

notapapel da distacircncia e atraso de propagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo

5 Camada de Enlace 5-31

CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)

CSMACD detecccedilatildeo da portadora adia a transmissatildeo como no CSMAAs colisotildees satildeo detectadas em pouco tempoTransmissotildees que sofreram colisotildees satildeo

abortadas reduzindo o desperdiacutecio do canal Detecccedilatildeo de colisotildees

Faacutecil em LANs cabeadas mede a potecircncia do sinal compara o sinal recebido com o transmitido

Difiacutecil em LANs sem fio o receptor eacute desligado durante a transmissatildeo

Analogia humana bate papo educado

5 Camada de Enlace 5-32

Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD

5 Camada de Enlace 5-33

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoProtocolos MAC de divisatildeo de canal

Compartilha o canal eficientemente e de forma justa em altas cargas

Ineficiente em baixas cargas atraso no canal de acesso alocaccedilatildeo de 1N da largura de banda mesmo com apenas 1 noacute ativo

Protocolos MAC de acesso aleatoacuterioeficiente em baixas cargas um uacutenico noacute

pode utilizar completamente o canalAltas cargas overhead com colisotildees

Protocolos de revezamentoProcura oferecer o melhor dos dois mundos

5 Camada de Enlace 5-34

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo

Seleccedilatildeo (Polling) Noacute mestre ldquoconvidardquo

noacutes escravos a transmitir em revezamento

Usado tipicamente com dispositivos escravo burros

Preocupaccedilotildees Overhead com as

consultas (polling) Latecircncia Ponto uacutenico de

falha (mestre)

mestre

escravos

poll

dados

dados

5 Camada de Enlace 5-35

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo

Passagem de permissatildeo (token)

controla permissatildeo passada de um noacute para o proacuteximo de forma sequencial

mensagem de passagem da permissatildeo

preocupaccedilotildees overhead com a

passagem de permissatildeo

latecircncia Ponto uacutenico de falha

(permissatildeo)

T

dados

(nada paramandar)

T

5 Camada de Enlace 5-36

Resumo dos protocolos MAC Divisatildeo do canal por tempo frequumlecircncia ou

coacutedigoDivisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequumlecircncia

Particionamento Aleatoacuterio (dinacircmico) ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDEscutar a portadora faacutecil em algumas

tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)

CSMACD usado na EthernetCSMACA usado no 80211

RevezamentoSeleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto

central passagem de permissotildeesBluetooth FDDI Token Ring (IBM)

5 Camada de Enlace 5-37

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos52 Teacutecnicas de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de

erros 53 Protocolos de acesso muacuteltiplo 54 Endereccedilamento na Camada de Enlace55 Ethernet56 Comutadores da camada de enlace57 PPP o protocolo ponto-a-ponto58 Virtualizaccedilatildeo de enlace uma rede

como camada de enlace59 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de

paacutegina Web

5 Camada de Enlace 5-38

Endereccedilos MAC

Endereccedilo IP de 32 bits Endereccedilos da camada de redeusado para levar o datagrama agrave subrede IP

destinoEndereccedilo MAC (ou LAN ou fiacutesico ou

Ethernet) levar o datagrama de uma interface ateacute outra

interface conectada fisicamente (na mesma rede)

Endereccedilo MAC de 48 bits (para a maioria das redes)bull gravado na ROM do adaptador ou configurado

por software

5 Camada de Enlace 5-39

Endereccedilos MAC

Cada adaptador na LAN possui um endereccedilo MAC uacutenico

Endereccedilo de Broadcast =FF-FF-FF-FF-FF-FF

= adaptador

1A-2F-BB-76-09-AD

58-23-D7-FA-20-B0

0C-C4-11-6F-E3-98

71-65-F7-2B-08-53

LAN(cabeada ousem fio)

5 Camada de Enlace 5-40

Endereccedilo MAC (cont)

Alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC gerenciada pelo IEEE Um fabricante compra uma parte do espaccedilo de

endereccedilos (para garantir unicidade) Analogia (a) endereccedilo MAC como nuacutemero do CPF (b) endereccedilo IP como endereccedilo postal (CEP) endereccedilo MAC tem estrutura linear =gt

portabilidadePode mover um cartatildeo LAN de uma LAN para

outra endereccedilo IP hieraacuterquico NAtildeO eacute portaacutetil (requer IP

moacutevel)Depende da subrede IP agrave qual o noacute estaacute

conectado

5 Camada de Enlace 5-41

ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de Resoluccedilatildeo de Endereccedilos)

Cada noacute IP (Host Roteador) de uma LAN possui tabela ARP

Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN

lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt TTL (Time To Live) tempo

a partir do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute esquecido (valor tiacutepico de 20 min)

Pergunta como obter oendereccedilo MAC de B a partir do endereccedilo IP de B

1A-2F-BB-76-09-AD

58-23-D7-FA-20-B0

0C-C4-11-6F-E3-98

71-65-F7-2B-08-53

LAN

237196723

237196778

237196714

237196788

5 Camada de Enlace 5-42

Protocolo ARP Mesma LAN (rede) A deseja enviar datagrama

para B e o endereccedilo MAC de B natildeo estaacute na tabela ARP

A difunde o pacote de solicitaccedilatildeo ARP que conteacutem o endereccedilo IP de B Endereccedilo MAC destino =

FF-FF-FF-FF-FF-FF todas as maacutequinas na

LAN recebem a consulta do ARP

B recebe o pacote ARP responde a A com o seu (de B) endereccedilo MAC Quadro enviado para o

endereccedilo MAC (unicast) de A

Uma cache (salva) o par de endereccedilos IP-para-MAC na sua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo fique antiquada (expire) lsquosoft statersquo informaccedilatildeo que expira (vai embora) a menos que seja renovada

ARP eacute ldquoplug-and-playrdquo os noacutes criam suas tabelas ARP sem a intervenccedilatildeo do administrador

da rede

5 Camada de Enlace 5-43

Roteando um pacote para outra LAN

passo a passo envio de datagrama de A para B via R assuma que A conhece o endereccedilo IP de B

Duas tabelas ARP no roteador R uma para cada rede IP (LAN)

A

RB

5 Camada de Enlace 5-44

A cria datagrama com origem A destino B A usa ARP para obter o endereccedilo MAC de R para

111111111110 A cria quadro da camada de enlace com o endereccedilo

MAC de R como destino quadro conteacutem datagrama IP de A para B

O adaptador de A envia o quadro O adaptador de R recebe o quadro R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verifica

que eacute destinado para B R usa ARP para obter o endereccedilo MAC de B R cria quadro contendo datagrama IP de A para B e o

envia para B

A

R B

Este eacute um exemplo muito importantendash garanta que vocecirc o entendeu

5 Camada de Enlace 5-45

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos52 Teacutecnicas de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de

erros 53 Protocolos de acesso muacuteltiplo 54 Endereccedilamento na Camada de Enlace55 Ethernet56 Comutadores da camada de enlace57 PPP o protocolo ponto-a-ponto58 Virtualizaccedilatildeo de enlace uma rede

como camada de enlace59 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de

paacutegina Web

5 Camada de Enlace 5-46

Ethernet Muitiacutessimo difundida porque

Muito barata R$30 para placas 10100Mbps A mais antiga das tecnologias de rede local (meados da

deacutecada de 70) Mais simples e menos cara que redes usando ficha ou

ATM Acompanhou o aumento de velocidade 10 Mbps ndash 10

Gbps

Rascunho de Metcalfe sobre o Ethernet

5 Camada de Enlace 5-47

Topologia em Estrela Topologia de barramento popular ateacute meados

dos anos 90 Todos os noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo (podem colidir

um com o outro)

Agora prevalecircncia de topologia em estrela Comutador (switch) no centro Cada porta roda o protocolo Ethernet separadamente (os

noacutes natildeo colidem uns com os outros)

barramento cabo coaxial

switch

estrela

5 Camada de Enlace 5-48

Estrutura do Quadro Ethernet

Adaptador remetente encapsula datagrama IP (ou pacote de outro protocolo da camada de rede) num Quadro Ethernet

Dados 46 a 1500 bytes Preacircmbulo 7 bytes com o padratildeo 10101010 seguidos por um byte

com o padratildeo 10101011 usado para sincronizar receptor ao reloacutegio do

remetente (reloacutegios nunca satildeo exatos eacute muito provaacutevel que exista algum desvio entre eles)

5 Camada de Enlace 5-49

Estrutura de Quadro Ethernet (cont)

Endereccedilos 6 bytes para cada endereccedilo MAC se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo destino igual

ao seu ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede

caso contraacuterio o adaptador descarta o quadro Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior

usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)

CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado

5 Camada de Enlace 5-50

Ethernet natildeo confiaacutevel e natildeo orientado para conexatildeo

Natildeo orientado para conexatildeo Natildeo haacute estabelecimento de conexatildeo (saudaccedilatildeo) entre os adaptadores transmissor e receptor

Natildeo confiaacutevel o adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador transmissorfluxo de datagramas passados para a

camada de rede pode conter falhas na sequumlecircncia

falhas seratildeo preenchidas se aplicaccedilatildeo estiver usando o TCP

caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as falhas Protocolo MAC do Ethernet CSMACD sem slots

5 Camada de Enlace 5-51

Algoritmo CSMACD do Ethernet

1 Adaptador recebe datagrama da camada de rede e cria um quadro

2 Se o adaptador percebe que o canal estaacute ocioso comeccedila a transmitir o quadro Se percebe que o canal estaacute ocupado espera que o canal fique livre e transmite

3 Se o adaptador transmitir todo o quadro sem detectar outra transmissatildeo o adaptador concluiu a operaccedilatildeo com o quadro

4 Se o adaptador detectar outra transmissatildeo enquanto estiver transmitindo aborta e envia sinal de reforccedilo de colisatildeo de 48 bits

5 Apoacutes o aborto o adaptador entra na retirada (backoff) exponencial binaacuteria apoacutes a m-eacutesima colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoriamente entre 012hellip2m-1 O adaptador espera K512 tempos de bit e retorna ao Passo 2

5 Camada de Enlace 5-52

CSMACD da Ethernet (mais)

Sinal de reforccedilo de colisatildeo garante que todos os demais transmissores estejam cientes da colisatildeo 48 bits

Tempo de Bit 01 microseg para Ethernet de 10 Mbpspara K=1023 tempo de espera de cerca de 50 mseg

Retirada Exponencial Binaacuteria

Objetivo adaptar as tentativas de retransmissatildeo agrave carga atual estimada Alta carga espera

aleatoacuteria seraacute mais longa

na primeira colisatildeo escolhe K entre 01 atraso eacute de K 512 tempos de transmissatildeo de um bit

apoacutes a segunda colisatildeo escolhe K entre 0123hellip

apoacutes 10 colisotildees escolhe K entre 01234hellip1023

Vejainteraja com o applet Java siacutetio do livroaltamente recomendaacutevel

5 Camada de Enlace 5-53

Eficiecircncia do CSMACD

tprop = atraso maacuteximo de prop entre 2 noacutes na LAN

ttrans = tempo para transmitir quadro de tamanho maacuteximo

Eficiecircncia vai para 1 agrave medida que tprop vai para 0

ttrans vai para infinito Muito melhor do que ALOHA e ainda eacute

descentralizado simples e barato

transprop tt 51

1eficiecircncia

5 Camada de Enlace 5-54

Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica

Diversos padrotildees Ethernet diferentestecircm em comum o protocolo MAC e o

formato do quadrodiferentes velocidades 2Mbps 10Mbps

100Mbps 1Gbps 10Gbpsdiferentes meios da camada fiacutesica fibra

caboaplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

protocolo MACe formato do quadro

100BASE-TX

100BASE-T4

100BASE-FX100BASE-T2

100BASE-SX 100BASE-BX

camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)

5 Camada de Enlace 5-55

10Base5

httpwwwethermanagecom

5 Camada de Enlace 5-56

10Base2

httpwwwethermanagecom

5 Camada de Enlace 5-57

10BaseT

httpwwwethermanagecom

5 Camada de Enlace 5-58

Conector RJ 45

5 Camada de Enlace 5-59

100Base-TX

httpwwwethermanagecom

5 Camada de Enlace 5-60 10

Wireless Backhaul

Carrier Ethernet Access Expansion

Voice gateway

VoiceVideoTelephony

HD TVTVoD VoD

Video Source

Gaming BusinessBackup ERP

InternetVideo Source

BusinessBroadband

E-Line andE-LAN service

GlobalNationalCarrierEthernet

GlobalNationalCarrierEthernet

SmallMedium Business

Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

ResidentialTriple-Play

FTTx DSLAM Cable Modem

Broadbandmobile datavideo

Bringing vastly extended scalability for business and residential users

ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing

5 Camada de Enlace 5-61

Carrier Ethernet Defined

bull Carrier Ethernet is a ubiquitous standardized carrier-class SERVICE defined by five attributes that distinguish Carrier Ethernet from familiar LAN based Ethernet

bull It brings the compelling business benefit of the Ethernet cost model to achieve significant savings

Carrier Ethernet

bull Scalability

bull Standardized Services

bull Service Management

bull Quality of Service

bull Reliability

Carrier Ethernet Attributes

httpwwwmetroethernetforumorg

5 Camada de Enlace 5-62

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos52 Teacutecnicas de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de acesso muacuteltiplo 54 Endereccedilamento na Camada de Enlace55 Ethernet56 Comutadores da camada de enlace57 PPP o protocolo ponto-a-ponto58 Virtualizaccedilatildeo de enlace uma rede como

camada de enlace59 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina

Web

5 Camada de Enlace 5-63

Hubs

hellip repetidores (ldquoburrosrdquo) da camada fiacutesicabits vindos de um dado link saem por todos

os outros links na mesma taxatodos os noacutes conectados ao hub podem

colidir uns com os outrosnatildeo haacute bufferizaccedilatildeo de quadrosnatildeo implementa CSMACD no hub cartotildees

do hospedeiro detectam as colisotildees

par tranccedilado

hub

5 Camada de Enlace 5-64

Comutador (switch)

Dispositivo da camada de enlace mais inteligentes que os hubs tecircm papel ativo armazena e retransmite quadros Ethernetexamina o cabeccedilalho do quadro e

seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento

transparentehospedeiros ignoram a presenccedila dos

switches plug-and-play self-learning (autodidatas)

os comutadores natildeo necessitam ser configurados

5 Camada de Enlace 5-65

Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas

hospedeiros tecircm conexatildeo direta e dedicada para o switch

os switches armazenam quadros

o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplex cada link eacute o seu proacuteprio

domiacutenio de colisatildeo comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-

para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees isto natildeo eacute possiacutevel com hubs

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

switch com seis interfaces(123456)

1 23

45

6

5 Camada de Enlace 5-66

Tabela de Comutaccedilatildeo

P como eacute que o switch sabe que Arsquo eacute alcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel a partir da interface 5

R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutem (endereccedilo MAC do hospedeiro

interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)

parece uma tabela de roteamento P como satildeo criadas e mantidas as

entradas na tabela de comutaccedilatildeo haacute algo como um protocolo de

roteamento

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

switch with six interfaces(123456)

1 23

45

6

5 Camada de Enlace 5-67

switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfaces quando um quadro eacute

recebido o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada

registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo

Switch autoaprendizagem

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 23

45

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

5 Camada de Enlace 5-685 Camada de Enlace

Switch FiltragemRepasse de quadrosQuando um comutador recebe um quadroregistra o link associado com o hospedeiro

transmissorindexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo

MAC do destinoif entrada encontrada para o destino

then if dest estiver no segmento de onde veio o

quadro then descarta o quadro else repassa o quadro na interface indicada else usa inundaccedilatildeoRepassa o quadro para todas as

demais interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido

5 Camada de Enlace 5-69

Exemplo de auto aprendizagem e repasse

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 23

45

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo

destino do quadro desconhecido inundaccedilatildeo

Arsquo A

local do destino A conhecido

Arsquo 4 60

transmissatildeo seletiva

5 Camada de Enlace 5-70

Exemplo com comutador

Suponha que C envia quadro para D

comutador recebe o quadro vindo de C anota na tabela de comutaccedilatildeo que C estaacute na interface 1 dado que D natildeo se encontra na tabela encaminha o quadro para as

demais interfaces 2 e 3

quadro eacute recebido por D

hub

hub hub

comutador

A

B CD

EF G H

I

endereccedilointerface

ABEG

1123

12 3

5 Camada de Enlace 5-71

Exemplo com comutador

Suponha que D responde com um quadro para C

comutador recebe o quadro vindo de D anota na tabela de comutaccedilatildeo que D estaacute na interface 2 dado que C estaacute na tabela encaminha o quadro apenas na interface

1

quadro eacute recebido por C

hub

hub hub

comutador

A

B CD

EF G H

I

interface

ABEGC

11231

endereccedilo

5 Camada de Enlace 5-72

Interligaccedilatildeo de comutadores

Podemos interligar comutadores (switches)

A

B

P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe que deve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3

R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenico comutador)

S1

C D

E

FS2

S4

S3

HI

G

5 Camada de Enlace 5-73

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde

para C

P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4

A

B

S1

C D

E

FS2

S4

S3

HI

G

1

2

5 Camada de Enlace 5-74

Rede Institucionalcorporativa

5 Camada de Enlace 5-75

Rede institucional

Para redeexterna

roteador

Subrede IP

Servidor de mensagens

Servidor web

5 Camada de Enlace 5-76

Comutadores versus Roteadores ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa

roteadores dispositivos da camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)

comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace roteadores mantecircm tabelas de roteamento

implementam algoritmos de roteamento comutadores mantecircm tabelas de comutaccedilatildeo

implementam filtragem algoritmos de aprendizagem

5 Camada de Enlace 5-77

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos52 Teacutecnicas de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de acesso muacuteltiplo 54 Endereccedilamento na Camada de Enlace55 Ethernet56 Comutadores da camada de enlace57 PPP o protocolo ponto-a-ponto58 Virtualizaccedilatildeo de enlace uma rede como

camada de enlace59 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina

Web

5 Camada de Enlace 5-78

Siacutentese um dia na vida de um pedido web jornada completa atravessando toda a pilha de

protocolos aplicaccedilatildeo transporte rede enlace

colocando tudo junto siacutentese objetivo identificar revisar entender os

protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web

cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom

5 Camada de Enlace 5-79

Um dia na vida cenaacuterio

rede da Comcast68800013

rede do Google64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola68802024

paacutegina web

navegador

5 Camada de Enlace 5-80

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPDHCP

quadro Ethernet difundido (dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador que executa o servidor DHCP

Ethernet demultiplexado para IP demultiplexado para UDP e demultiplexado paraDHCP

o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilo do primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP Solicitaccedilatildeo DHCP encapsulada em UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023 Ethernet

5 Camada de Enlace 5-81

roteador(roda DHCP)

servidor DHCP prepara ACK DHCP contendo endereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiro roteador nome e endereccedilo IP do servidor DNS

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

encapsulamento no servidor DHCP quadro repassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente

Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador

cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

5 Camada de Enlace 5-82

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

consulta DNS criada encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviar quadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP

consulta ARP difundida recebida pelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccedilo MAC da interface do roteador

o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiro roteador podendo agora enviar o quadro contendo a consulta DNS

ARP query

EthPhy

ARP

ARP

ARP reply

antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS

5 Camada de Enlace 5-83

roteador(roda DHCP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

DNS

datagrama IP conteacutem consulta DNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador

datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelos protocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS

demultiplexado pelo servidor DNS

servidor DNS responde ao cliente com o endereccedilo IP de wwwgooglecom

rede da Comcast68800013

servidor DNS

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

Um dia na vidahellip usando DNS

5 Camada de Enlace 5-84

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP

HTTPTCPIP

EthPhy

HTTP

para enviar pedido HTTP cliente primeiro abre um socket TCP para o servidor web segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web

conexatildeo TCP estabelecida64233169105

servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCPIP

EthPhy

SYN

SYN

SYN

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)

5 Camada de Enlace 5-85

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP

HTTPTCPIP

EthPhy

HTTP

solicitaccedilatildeo HTTP enviada para o socket TCP datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhado para wwwgooglecom

datagrama IP com a resposta HTTP eacute encaminhado de volta para o cliente

64233169105

servidor web

HTTPTCPIP

EthPhy

servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTPHTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

paacutegina web finalmente() apresentada

5 Camada de Enlace 5-86

Capiacutetulo 5 Resumo

princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dados detecccedilatildeo correccedilatildeo de erros compartilhamento de canal de difusatildeo acesso

muacuteltiplo endereccedilamento da camada de enlace

instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlace Ethernet LANs comutadas redes virtualizadas como camada de enlace MPLS

siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web

  • Capiacutetulo 5 A Camada de Enlace e Redes Locais
  • Camada de Enlace
  • Camada de Enlace Introduccedilatildeo
  • Camada de Enlace Contexto
  • Serviccedilos da Camada de Enlace
  • Serviccedilos da Camada de Enlace (mais)
  • Onde a camada de enlace eacute implementada
  • Comunicaccedilatildeo entre Adaptadores
  • Camada de Enlace (2)
  • Detecccedilatildeo de Erros
  • Verificaccedilotildees de Paridade
  • Soma de verificaccedilatildeo da Internet
  • Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica (CRC)
  • Exemplo de CRC
  • Implementaccedilatildeo em Hardware
  • Camada de Enlace (3)
  • Enlaces e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolo Ideal de Acesso Muacuteltiplo
  • Taxonomia dos Protocolos MAC
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal TDMA
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal FDMA
  • Protocolos de Acesso Aleatoacuterio
  • Slotted ALOHA
  • Slotted ALOHA (2)
  • Eficiecircncia do Slotted Aloha
  • ALOHA Puro (sem slots)
  • Eficiecircncia do Aloha puro
  • CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)
  • Colisotildees no CSMA
  • CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)
  • Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (2)
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (3)
  • Resumo dos protocolos MAC
  • Camada de Enlace (4)
  • Endereccedilos MAC
  • Endereccedilos MAC (2)
  • Endereccedilo MAC (cont)
  • ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de Resoluccedilatildeo de En
  • Protocolo ARP Mesma LAN (rede)
  • Roteando um pacote para outra LAN
  • Slide 44
  • Camada de Enlace (5)
  • Ethernet
  • Topologia em Estrela
  • Estrutura do Quadro Ethernet
  • Estrutura de Quadro Ethernet (cont)
  • Ethernet natildeo confiaacutevel e natildeo orientado para conexatildeo
  • Algoritmo CSMACD do Ethernet
  • CSMACD da Ethernet (mais)
  • Eficiecircncia do CSMACD
  • Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
  • 10Base5
  • 10Base2
  • 10BaseT
  • Conector RJ 45
  • 100Base-TX
  • Slide 60
  • Carrier Ethernet Defined
  • Camada de Enlace (6)
  • Hubs
  • Comutador (switch)
  • Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
  • Tabela de Comutaccedilatildeo
  • Switch autoaprendizagem
  • Switch FiltragemRepasse de quadros
  • Exemplo de auto aprendizagem e repasse
  • Exemplo com comutador
  • Exemplo com comutador (2)
  • Interligaccedilatildeo de comutadores
  • Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores
  • Rede Institucionalcorporativa
  • Rede institucional
  • Comutadores versus Roteadores
  • Camada de Enlace (7)
  • Siacutentese um dia na vida de um pedido web
  • Um dia na vida cenaacuterio
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet (2)
  • Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
  • Um dia na vidahellip usando DNS
  • Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
  • Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
  • Capiacutetulo 5 Resumo
Page 19: 5: Camada de Enlace 5-1 Capítulo 5: A Camada de Enlace e Redes Locais Nossos objetivos: Entender os princípios por trás dos serviços da camada de enlace

5 Camada de Enlace 5-19

Protocolo Ideal de Acesso Muacuteltiplo

Para um canal de broadcast com taxa de R bps

1 Quando apenas um noacute tem dados para enviar esse noacute obteacutem uma vazatildeo de R bps

2 Quando M noacutes tecircm dados para enviar cada um desses noacutes poderaacute transmitir em meacutedia a uma taxa de RM bps

3 Completamente descentralizado nenhum noacute especial (mestre) para coordenar as

transmissotildees nenhuma sincronizaccedilatildeo de reloacutegios ou slots

4 Simples para que sua implementaccedilatildeo seja barata

5 Camada de Enlace 5-20

Taxonomia dos Protocolos MACTrecircs categorias gerais Divisatildeo de Canal

divide o canal em pequenos ldquopedaccedilosrdquo (slotscompartimentos de tempo frequumlecircncia coacutedigo)

aloca pedaccedilo a um dado noacute para uso exclusivo deste Acesso Aleatoacuterio

canal natildeo eacute dividido podem ocorrer colisotildees ldquorecuperaccedilatildeordquo das colisotildees

Revezamento Noacutes se alternam em revezamento mas noacutes que

possuem mais dados a transmitir podem demorar mais quando chegar a sua vez

5 Camada de Enlace 5-21

Protocolos MAC de divisatildeo de canal TDMA

TDMA Acesso Muacuteltiplo por Divisatildeo de Tempo acesso ao canal em ldquoturnos cada estaccedilatildeo recebe um comprimento fixo de

compartimento (comprimento = tempo de tx do pacote) em cada turno

compartimentos natildeo usados permanecem ociosos Exemplo LAN com 6 estaccedilotildees compartimentos 1 3 e 4

com pacotes compartimentos 2 5 e 6 ociosos

5 Camada de Enlace 5-22

Protocolos MAC de divisatildeo de canal FDMA

FDMA Acesso Muacuteltiplo por Divisatildeo de Frequumlecircncia espectro do canal dividido em bandas de frequumlecircncia a cada estaccedilatildeo eacute atribuiacuteda uma banda fixa de frequumlecircncia tempo de transmissatildeo natildeo usado nas bandas permanecem

ociosos exemplo LAN com 6 estaccedilotildees 134 com pacotes bandas

256 ociosas

Bandas

de f

requumlecircnci

a tempo

cabo FDM

5 Camada de Enlace 5-23

Protocolos de Acesso Aleatoacuterio

Quando noacute tem um pacote para transmitirtransmite na taxa maacutexima Rnenhuma coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes

dois ou mais noacutes transmitindo ldquocolisatildeordquo O protocolo MAC de acesso aleatoacuterio

especifica como detectar colisotildeescomo se recuperar delas (atraveacutes de

retransmissotildees retardadas por exemplo) Exemplos de protocolos MAC de acesso

aleatoacuterioslotted ALOHAALOHACSMA CSMACD CSMACA

5 Camada de Enlace 5-24

Slotted ALOHA

Hipoacuteteses todos os quadros tecircm o

mesmo tamanho (L bits) tempo eacute dividido em slots

de tamanho igual tempo para transmitir 1 quadro (LR seg)

noacutes comeccedilam a transmitir quadros apenas no iniacutecio dos intervalos (slots)

noacutes satildeo sincronizados se 2 ou mais noacutes

transmitirem num slot todos os noacutes detectam a colisatildeo

Operaccedilatildeo quando o noacute obteacutem um novo

quadro ele espera ateacute o iniacutecio do proacuteximo slot e transmite o quadro inteiro

Se natildeo houver colisatildeo noacute poderaacute enviar um novo quadro no proacuteximo slot

caso haja uma colisatildeo (detectada antes do final do intervalo) noacute retransmite o quadro em cada intervalo subsequumlente com probabilidade p ateacute obter sucesso

5 Camada de Enlace 5-25

Slotted ALOHA

Vantagens uacutenico noacute ativo pode

transmitir continuamente na taxa maacutexima do canal

Altamente descentralizado apenas slots nos noacutes precisam estar sincronizados

simples

Desvantagens colisotildees slots

desperdiccedilados slots ociosos

(desperdiacutecio) noacutes podem ser capazes

de detectar colisotildees num tempo inferior ao da transmissatildeo do pacote

sincronizaccedilatildeo dos reloacutegios

5 Camada de Enlace 5-26

Eficiecircncia do Slotted Aloha

Assuma N noacutes com muitos quadros para enviar cada um transmite num slot com probabilidade p

probabilidade que noacute 1 tenha sucesso em um slot = p(1-p)N-1

probabilidade que qualquer noacute tenha sucesso = Np(1-p)N-

1

Para eficiecircncia maacutexima com N noacutes encontre p que maximiza Np(1-p)N-1

Para muitos noacutes faccedila limite para Np(1-p)N-1

quando N tende a infinito daacute 1e = 037

Eficiecircncia eacute a fraccedilatildeo de longo prazo de slots bem sucedidos quando haacute muitos noacutes cada um com muitos quadros para transmitir

Melhor caso canalusado para transmissotildees uacuteteis em 37 do tempo

5 Camada de Enlace 5-27

ALOHA Puro (sem slots) Aloha puro (sem slots) mais simples sem sincronizaccedilatildeo Ao chegar um quadro no noacute

transmite imediatamente Probabilidade de colisatildeo aumenta

quadro enviado em t0 colide com outros quadros enviados em [t0-1t0+1]

5 Camada de Enlace 5-28

Eficiecircncia do Aloha puro

P(sucesso por um dado noacute) = P(noacute transmita)

P(nenhum outro noacute transmita em [t0-1t0]

P(nenhum outro noacute transmita em [t0t0+1]

= p (1-p)N-1 (1-p)N-1

= p (1-p)2(N-1)

hellip escolhendo o valor oacutetimo de p e deixando n -gt infinito

= 1(2e) = 018 Ainda pior do que o Slotted Aloha

5 Camada de Enlace 5-29

CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)

CSMA (Carrier Sense Multiple Access) Escuta antes de transmitir (detecccedilatildeo de portadora)

Se o canal estiver livre transmite todo o quadro

Se o canal estiver ocupado adia a transmissatildeo

Analogia humana natildeo interrompa outros

5 Camada de Enlace 5-30

Colisotildees no CSMA

colisotildees ainda podem aconteceratraso de propagaccedilatildeo significa que dois noacutes podem natildeo ouvira transmissatildeo do outro colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo eacute desperdiccedilado

Disposiccedilatildeo espacial dos noacutes

notapapel da distacircncia e atraso de propagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo

5 Camada de Enlace 5-31

CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)

CSMACD detecccedilatildeo da portadora adia a transmissatildeo como no CSMAAs colisotildees satildeo detectadas em pouco tempoTransmissotildees que sofreram colisotildees satildeo

abortadas reduzindo o desperdiacutecio do canal Detecccedilatildeo de colisotildees

Faacutecil em LANs cabeadas mede a potecircncia do sinal compara o sinal recebido com o transmitido

Difiacutecil em LANs sem fio o receptor eacute desligado durante a transmissatildeo

Analogia humana bate papo educado

5 Camada de Enlace 5-32

Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD

5 Camada de Enlace 5-33

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoProtocolos MAC de divisatildeo de canal

Compartilha o canal eficientemente e de forma justa em altas cargas

Ineficiente em baixas cargas atraso no canal de acesso alocaccedilatildeo de 1N da largura de banda mesmo com apenas 1 noacute ativo

Protocolos MAC de acesso aleatoacuterioeficiente em baixas cargas um uacutenico noacute

pode utilizar completamente o canalAltas cargas overhead com colisotildees

Protocolos de revezamentoProcura oferecer o melhor dos dois mundos

5 Camada de Enlace 5-34

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo

Seleccedilatildeo (Polling) Noacute mestre ldquoconvidardquo

noacutes escravos a transmitir em revezamento

Usado tipicamente com dispositivos escravo burros

Preocupaccedilotildees Overhead com as

consultas (polling) Latecircncia Ponto uacutenico de

falha (mestre)

mestre

escravos

poll

dados

dados

5 Camada de Enlace 5-35

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo

Passagem de permissatildeo (token)

controla permissatildeo passada de um noacute para o proacuteximo de forma sequencial

mensagem de passagem da permissatildeo

preocupaccedilotildees overhead com a

passagem de permissatildeo

latecircncia Ponto uacutenico de falha

(permissatildeo)

T

dados

(nada paramandar)

T

5 Camada de Enlace 5-36

Resumo dos protocolos MAC Divisatildeo do canal por tempo frequumlecircncia ou

coacutedigoDivisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequumlecircncia

Particionamento Aleatoacuterio (dinacircmico) ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDEscutar a portadora faacutecil em algumas

tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)

CSMACD usado na EthernetCSMACA usado no 80211

RevezamentoSeleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto

central passagem de permissotildeesBluetooth FDDI Token Ring (IBM)

5 Camada de Enlace 5-37

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos52 Teacutecnicas de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de

erros 53 Protocolos de acesso muacuteltiplo 54 Endereccedilamento na Camada de Enlace55 Ethernet56 Comutadores da camada de enlace57 PPP o protocolo ponto-a-ponto58 Virtualizaccedilatildeo de enlace uma rede

como camada de enlace59 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de

paacutegina Web

5 Camada de Enlace 5-38

Endereccedilos MAC

Endereccedilo IP de 32 bits Endereccedilos da camada de redeusado para levar o datagrama agrave subrede IP

destinoEndereccedilo MAC (ou LAN ou fiacutesico ou

Ethernet) levar o datagrama de uma interface ateacute outra

interface conectada fisicamente (na mesma rede)

Endereccedilo MAC de 48 bits (para a maioria das redes)bull gravado na ROM do adaptador ou configurado

por software

5 Camada de Enlace 5-39

Endereccedilos MAC

Cada adaptador na LAN possui um endereccedilo MAC uacutenico

Endereccedilo de Broadcast =FF-FF-FF-FF-FF-FF

= adaptador

1A-2F-BB-76-09-AD

58-23-D7-FA-20-B0

0C-C4-11-6F-E3-98

71-65-F7-2B-08-53

LAN(cabeada ousem fio)

5 Camada de Enlace 5-40

Endereccedilo MAC (cont)

Alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC gerenciada pelo IEEE Um fabricante compra uma parte do espaccedilo de

endereccedilos (para garantir unicidade) Analogia (a) endereccedilo MAC como nuacutemero do CPF (b) endereccedilo IP como endereccedilo postal (CEP) endereccedilo MAC tem estrutura linear =gt

portabilidadePode mover um cartatildeo LAN de uma LAN para

outra endereccedilo IP hieraacuterquico NAtildeO eacute portaacutetil (requer IP

moacutevel)Depende da subrede IP agrave qual o noacute estaacute

conectado

5 Camada de Enlace 5-41

ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de Resoluccedilatildeo de Endereccedilos)

Cada noacute IP (Host Roteador) de uma LAN possui tabela ARP

Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN

lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt TTL (Time To Live) tempo

a partir do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute esquecido (valor tiacutepico de 20 min)

Pergunta como obter oendereccedilo MAC de B a partir do endereccedilo IP de B

1A-2F-BB-76-09-AD

58-23-D7-FA-20-B0

0C-C4-11-6F-E3-98

71-65-F7-2B-08-53

LAN

237196723

237196778

237196714

237196788

5 Camada de Enlace 5-42

Protocolo ARP Mesma LAN (rede) A deseja enviar datagrama

para B e o endereccedilo MAC de B natildeo estaacute na tabela ARP

A difunde o pacote de solicitaccedilatildeo ARP que conteacutem o endereccedilo IP de B Endereccedilo MAC destino =

FF-FF-FF-FF-FF-FF todas as maacutequinas na

LAN recebem a consulta do ARP

B recebe o pacote ARP responde a A com o seu (de B) endereccedilo MAC Quadro enviado para o

endereccedilo MAC (unicast) de A

Uma cache (salva) o par de endereccedilos IP-para-MAC na sua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo fique antiquada (expire) lsquosoft statersquo informaccedilatildeo que expira (vai embora) a menos que seja renovada

ARP eacute ldquoplug-and-playrdquo os noacutes criam suas tabelas ARP sem a intervenccedilatildeo do administrador

da rede

5 Camada de Enlace 5-43

Roteando um pacote para outra LAN

passo a passo envio de datagrama de A para B via R assuma que A conhece o endereccedilo IP de B

Duas tabelas ARP no roteador R uma para cada rede IP (LAN)

A

RB

5 Camada de Enlace 5-44

A cria datagrama com origem A destino B A usa ARP para obter o endereccedilo MAC de R para

111111111110 A cria quadro da camada de enlace com o endereccedilo

MAC de R como destino quadro conteacutem datagrama IP de A para B

O adaptador de A envia o quadro O adaptador de R recebe o quadro R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verifica

que eacute destinado para B R usa ARP para obter o endereccedilo MAC de B R cria quadro contendo datagrama IP de A para B e o

envia para B

A

R B

Este eacute um exemplo muito importantendash garanta que vocecirc o entendeu

5 Camada de Enlace 5-45

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos52 Teacutecnicas de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de

erros 53 Protocolos de acesso muacuteltiplo 54 Endereccedilamento na Camada de Enlace55 Ethernet56 Comutadores da camada de enlace57 PPP o protocolo ponto-a-ponto58 Virtualizaccedilatildeo de enlace uma rede

como camada de enlace59 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de

paacutegina Web

5 Camada de Enlace 5-46

Ethernet Muitiacutessimo difundida porque

Muito barata R$30 para placas 10100Mbps A mais antiga das tecnologias de rede local (meados da

deacutecada de 70) Mais simples e menos cara que redes usando ficha ou

ATM Acompanhou o aumento de velocidade 10 Mbps ndash 10

Gbps

Rascunho de Metcalfe sobre o Ethernet

5 Camada de Enlace 5-47

Topologia em Estrela Topologia de barramento popular ateacute meados

dos anos 90 Todos os noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo (podem colidir

um com o outro)

Agora prevalecircncia de topologia em estrela Comutador (switch) no centro Cada porta roda o protocolo Ethernet separadamente (os

noacutes natildeo colidem uns com os outros)

barramento cabo coaxial

switch

estrela

5 Camada de Enlace 5-48

Estrutura do Quadro Ethernet

Adaptador remetente encapsula datagrama IP (ou pacote de outro protocolo da camada de rede) num Quadro Ethernet

Dados 46 a 1500 bytes Preacircmbulo 7 bytes com o padratildeo 10101010 seguidos por um byte

com o padratildeo 10101011 usado para sincronizar receptor ao reloacutegio do

remetente (reloacutegios nunca satildeo exatos eacute muito provaacutevel que exista algum desvio entre eles)

5 Camada de Enlace 5-49

Estrutura de Quadro Ethernet (cont)

Endereccedilos 6 bytes para cada endereccedilo MAC se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo destino igual

ao seu ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede

caso contraacuterio o adaptador descarta o quadro Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior

usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)

CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado

5 Camada de Enlace 5-50

Ethernet natildeo confiaacutevel e natildeo orientado para conexatildeo

Natildeo orientado para conexatildeo Natildeo haacute estabelecimento de conexatildeo (saudaccedilatildeo) entre os adaptadores transmissor e receptor

Natildeo confiaacutevel o adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador transmissorfluxo de datagramas passados para a

camada de rede pode conter falhas na sequumlecircncia

falhas seratildeo preenchidas se aplicaccedilatildeo estiver usando o TCP

caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as falhas Protocolo MAC do Ethernet CSMACD sem slots

5 Camada de Enlace 5-51

Algoritmo CSMACD do Ethernet

1 Adaptador recebe datagrama da camada de rede e cria um quadro

2 Se o adaptador percebe que o canal estaacute ocioso comeccedila a transmitir o quadro Se percebe que o canal estaacute ocupado espera que o canal fique livre e transmite

3 Se o adaptador transmitir todo o quadro sem detectar outra transmissatildeo o adaptador concluiu a operaccedilatildeo com o quadro

4 Se o adaptador detectar outra transmissatildeo enquanto estiver transmitindo aborta e envia sinal de reforccedilo de colisatildeo de 48 bits

5 Apoacutes o aborto o adaptador entra na retirada (backoff) exponencial binaacuteria apoacutes a m-eacutesima colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoriamente entre 012hellip2m-1 O adaptador espera K512 tempos de bit e retorna ao Passo 2

5 Camada de Enlace 5-52

CSMACD da Ethernet (mais)

Sinal de reforccedilo de colisatildeo garante que todos os demais transmissores estejam cientes da colisatildeo 48 bits

Tempo de Bit 01 microseg para Ethernet de 10 Mbpspara K=1023 tempo de espera de cerca de 50 mseg

Retirada Exponencial Binaacuteria

Objetivo adaptar as tentativas de retransmissatildeo agrave carga atual estimada Alta carga espera

aleatoacuteria seraacute mais longa

na primeira colisatildeo escolhe K entre 01 atraso eacute de K 512 tempos de transmissatildeo de um bit

apoacutes a segunda colisatildeo escolhe K entre 0123hellip

apoacutes 10 colisotildees escolhe K entre 01234hellip1023

Vejainteraja com o applet Java siacutetio do livroaltamente recomendaacutevel

5 Camada de Enlace 5-53

Eficiecircncia do CSMACD

tprop = atraso maacuteximo de prop entre 2 noacutes na LAN

ttrans = tempo para transmitir quadro de tamanho maacuteximo

Eficiecircncia vai para 1 agrave medida que tprop vai para 0

ttrans vai para infinito Muito melhor do que ALOHA e ainda eacute

descentralizado simples e barato

transprop tt 51

1eficiecircncia

5 Camada de Enlace 5-54

Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica

Diversos padrotildees Ethernet diferentestecircm em comum o protocolo MAC e o

formato do quadrodiferentes velocidades 2Mbps 10Mbps

100Mbps 1Gbps 10Gbpsdiferentes meios da camada fiacutesica fibra

caboaplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

protocolo MACe formato do quadro

100BASE-TX

100BASE-T4

100BASE-FX100BASE-T2

100BASE-SX 100BASE-BX

camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)

5 Camada de Enlace 5-55

10Base5

httpwwwethermanagecom

5 Camada de Enlace 5-56

10Base2

httpwwwethermanagecom

5 Camada de Enlace 5-57

10BaseT

httpwwwethermanagecom

5 Camada de Enlace 5-58

Conector RJ 45

5 Camada de Enlace 5-59

100Base-TX

httpwwwethermanagecom

5 Camada de Enlace 5-60 10

Wireless Backhaul

Carrier Ethernet Access Expansion

Voice gateway

VoiceVideoTelephony

HD TVTVoD VoD

Video Source

Gaming BusinessBackup ERP

InternetVideo Source

BusinessBroadband

E-Line andE-LAN service

GlobalNationalCarrierEthernet

GlobalNationalCarrierEthernet

SmallMedium Business

Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

ResidentialTriple-Play

FTTx DSLAM Cable Modem

Broadbandmobile datavideo

Bringing vastly extended scalability for business and residential users

ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing

5 Camada de Enlace 5-61

Carrier Ethernet Defined

bull Carrier Ethernet is a ubiquitous standardized carrier-class SERVICE defined by five attributes that distinguish Carrier Ethernet from familiar LAN based Ethernet

bull It brings the compelling business benefit of the Ethernet cost model to achieve significant savings

Carrier Ethernet

bull Scalability

bull Standardized Services

bull Service Management

bull Quality of Service

bull Reliability

Carrier Ethernet Attributes

httpwwwmetroethernetforumorg

5 Camada de Enlace 5-62

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos52 Teacutecnicas de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de acesso muacuteltiplo 54 Endereccedilamento na Camada de Enlace55 Ethernet56 Comutadores da camada de enlace57 PPP o protocolo ponto-a-ponto58 Virtualizaccedilatildeo de enlace uma rede como

camada de enlace59 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina

Web

5 Camada de Enlace 5-63

Hubs

hellip repetidores (ldquoburrosrdquo) da camada fiacutesicabits vindos de um dado link saem por todos

os outros links na mesma taxatodos os noacutes conectados ao hub podem

colidir uns com os outrosnatildeo haacute bufferizaccedilatildeo de quadrosnatildeo implementa CSMACD no hub cartotildees

do hospedeiro detectam as colisotildees

par tranccedilado

hub

5 Camada de Enlace 5-64

Comutador (switch)

Dispositivo da camada de enlace mais inteligentes que os hubs tecircm papel ativo armazena e retransmite quadros Ethernetexamina o cabeccedilalho do quadro e

seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento

transparentehospedeiros ignoram a presenccedila dos

switches plug-and-play self-learning (autodidatas)

os comutadores natildeo necessitam ser configurados

5 Camada de Enlace 5-65

Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas

hospedeiros tecircm conexatildeo direta e dedicada para o switch

os switches armazenam quadros

o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplex cada link eacute o seu proacuteprio

domiacutenio de colisatildeo comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-

para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees isto natildeo eacute possiacutevel com hubs

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

switch com seis interfaces(123456)

1 23

45

6

5 Camada de Enlace 5-66

Tabela de Comutaccedilatildeo

P como eacute que o switch sabe que Arsquo eacute alcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel a partir da interface 5

R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutem (endereccedilo MAC do hospedeiro

interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)

parece uma tabela de roteamento P como satildeo criadas e mantidas as

entradas na tabela de comutaccedilatildeo haacute algo como um protocolo de

roteamento

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

switch with six interfaces(123456)

1 23

45

6

5 Camada de Enlace 5-67

switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfaces quando um quadro eacute

recebido o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada

registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo

Switch autoaprendizagem

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 23

45

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

5 Camada de Enlace 5-685 Camada de Enlace

Switch FiltragemRepasse de quadrosQuando um comutador recebe um quadroregistra o link associado com o hospedeiro

transmissorindexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo

MAC do destinoif entrada encontrada para o destino

then if dest estiver no segmento de onde veio o

quadro then descarta o quadro else repassa o quadro na interface indicada else usa inundaccedilatildeoRepassa o quadro para todas as

demais interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido

5 Camada de Enlace 5-69

Exemplo de auto aprendizagem e repasse

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 23

45

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo

destino do quadro desconhecido inundaccedilatildeo

Arsquo A

local do destino A conhecido

Arsquo 4 60

transmissatildeo seletiva

5 Camada de Enlace 5-70

Exemplo com comutador

Suponha que C envia quadro para D

comutador recebe o quadro vindo de C anota na tabela de comutaccedilatildeo que C estaacute na interface 1 dado que D natildeo se encontra na tabela encaminha o quadro para as

demais interfaces 2 e 3

quadro eacute recebido por D

hub

hub hub

comutador

A

B CD

EF G H

I

endereccedilointerface

ABEG

1123

12 3

5 Camada de Enlace 5-71

Exemplo com comutador

Suponha que D responde com um quadro para C

comutador recebe o quadro vindo de D anota na tabela de comutaccedilatildeo que D estaacute na interface 2 dado que C estaacute na tabela encaminha o quadro apenas na interface

1

quadro eacute recebido por C

hub

hub hub

comutador

A

B CD

EF G H

I

interface

ABEGC

11231

endereccedilo

5 Camada de Enlace 5-72

Interligaccedilatildeo de comutadores

Podemos interligar comutadores (switches)

A

B

P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe que deve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3

R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenico comutador)

S1

C D

E

FS2

S4

S3

HI

G

5 Camada de Enlace 5-73

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde

para C

P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4

A

B

S1

C D

E

FS2

S4

S3

HI

G

1

2

5 Camada de Enlace 5-74

Rede Institucionalcorporativa

5 Camada de Enlace 5-75

Rede institucional

Para redeexterna

roteador

Subrede IP

Servidor de mensagens

Servidor web

5 Camada de Enlace 5-76

Comutadores versus Roteadores ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa

roteadores dispositivos da camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)

comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace roteadores mantecircm tabelas de roteamento

implementam algoritmos de roteamento comutadores mantecircm tabelas de comutaccedilatildeo

implementam filtragem algoritmos de aprendizagem

5 Camada de Enlace 5-77

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos52 Teacutecnicas de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de acesso muacuteltiplo 54 Endereccedilamento na Camada de Enlace55 Ethernet56 Comutadores da camada de enlace57 PPP o protocolo ponto-a-ponto58 Virtualizaccedilatildeo de enlace uma rede como

camada de enlace59 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina

Web

5 Camada de Enlace 5-78

Siacutentese um dia na vida de um pedido web jornada completa atravessando toda a pilha de

protocolos aplicaccedilatildeo transporte rede enlace

colocando tudo junto siacutentese objetivo identificar revisar entender os

protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web

cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom

5 Camada de Enlace 5-79

Um dia na vida cenaacuterio

rede da Comcast68800013

rede do Google64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola68802024

paacutegina web

navegador

5 Camada de Enlace 5-80

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPDHCP

quadro Ethernet difundido (dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador que executa o servidor DHCP

Ethernet demultiplexado para IP demultiplexado para UDP e demultiplexado paraDHCP

o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilo do primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP Solicitaccedilatildeo DHCP encapsulada em UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023 Ethernet

5 Camada de Enlace 5-81

roteador(roda DHCP)

servidor DHCP prepara ACK DHCP contendo endereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiro roteador nome e endereccedilo IP do servidor DNS

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

encapsulamento no servidor DHCP quadro repassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente

Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador

cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

5 Camada de Enlace 5-82

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

consulta DNS criada encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviar quadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP

consulta ARP difundida recebida pelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccedilo MAC da interface do roteador

o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiro roteador podendo agora enviar o quadro contendo a consulta DNS

ARP query

EthPhy

ARP

ARP

ARP reply

antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS

5 Camada de Enlace 5-83

roteador(roda DHCP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

DNS

datagrama IP conteacutem consulta DNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador

datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelos protocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS

demultiplexado pelo servidor DNS

servidor DNS responde ao cliente com o endereccedilo IP de wwwgooglecom

rede da Comcast68800013

servidor DNS

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

Um dia na vidahellip usando DNS

5 Camada de Enlace 5-84

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP

HTTPTCPIP

EthPhy

HTTP

para enviar pedido HTTP cliente primeiro abre um socket TCP para o servidor web segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web

conexatildeo TCP estabelecida64233169105

servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCPIP

EthPhy

SYN

SYN

SYN

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)

5 Camada de Enlace 5-85

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP

HTTPTCPIP

EthPhy

HTTP

solicitaccedilatildeo HTTP enviada para o socket TCP datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhado para wwwgooglecom

datagrama IP com a resposta HTTP eacute encaminhado de volta para o cliente

64233169105

servidor web

HTTPTCPIP

EthPhy

servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTPHTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

paacutegina web finalmente() apresentada

5 Camada de Enlace 5-86

Capiacutetulo 5 Resumo

princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dados detecccedilatildeo correccedilatildeo de erros compartilhamento de canal de difusatildeo acesso

muacuteltiplo endereccedilamento da camada de enlace

instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlace Ethernet LANs comutadas redes virtualizadas como camada de enlace MPLS

siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web

  • Capiacutetulo 5 A Camada de Enlace e Redes Locais
  • Camada de Enlace
  • Camada de Enlace Introduccedilatildeo
  • Camada de Enlace Contexto
  • Serviccedilos da Camada de Enlace
  • Serviccedilos da Camada de Enlace (mais)
  • Onde a camada de enlace eacute implementada
  • Comunicaccedilatildeo entre Adaptadores
  • Camada de Enlace (2)
  • Detecccedilatildeo de Erros
  • Verificaccedilotildees de Paridade
  • Soma de verificaccedilatildeo da Internet
  • Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica (CRC)
  • Exemplo de CRC
  • Implementaccedilatildeo em Hardware
  • Camada de Enlace (3)
  • Enlaces e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolo Ideal de Acesso Muacuteltiplo
  • Taxonomia dos Protocolos MAC
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal TDMA
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal FDMA
  • Protocolos de Acesso Aleatoacuterio
  • Slotted ALOHA
  • Slotted ALOHA (2)
  • Eficiecircncia do Slotted Aloha
  • ALOHA Puro (sem slots)
  • Eficiecircncia do Aloha puro
  • CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)
  • Colisotildees no CSMA
  • CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)
  • Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (2)
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (3)
  • Resumo dos protocolos MAC
  • Camada de Enlace (4)
  • Endereccedilos MAC
  • Endereccedilos MAC (2)
  • Endereccedilo MAC (cont)
  • ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de Resoluccedilatildeo de En
  • Protocolo ARP Mesma LAN (rede)
  • Roteando um pacote para outra LAN
  • Slide 44
  • Camada de Enlace (5)
  • Ethernet
  • Topologia em Estrela
  • Estrutura do Quadro Ethernet
  • Estrutura de Quadro Ethernet (cont)
  • Ethernet natildeo confiaacutevel e natildeo orientado para conexatildeo
  • Algoritmo CSMACD do Ethernet
  • CSMACD da Ethernet (mais)
  • Eficiecircncia do CSMACD
  • Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
  • 10Base5
  • 10Base2
  • 10BaseT
  • Conector RJ 45
  • 100Base-TX
  • Slide 60
  • Carrier Ethernet Defined
  • Camada de Enlace (6)
  • Hubs
  • Comutador (switch)
  • Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
  • Tabela de Comutaccedilatildeo
  • Switch autoaprendizagem
  • Switch FiltragemRepasse de quadros
  • Exemplo de auto aprendizagem e repasse
  • Exemplo com comutador
  • Exemplo com comutador (2)
  • Interligaccedilatildeo de comutadores
  • Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores
  • Rede Institucionalcorporativa
  • Rede institucional
  • Comutadores versus Roteadores
  • Camada de Enlace (7)
  • Siacutentese um dia na vida de um pedido web
  • Um dia na vida cenaacuterio
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet (2)
  • Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
  • Um dia na vidahellip usando DNS
  • Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
  • Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
  • Capiacutetulo 5 Resumo
Page 20: 5: Camada de Enlace 5-1 Capítulo 5: A Camada de Enlace e Redes Locais Nossos objetivos: Entender os princípios por trás dos serviços da camada de enlace

5 Camada de Enlace 5-20

Taxonomia dos Protocolos MACTrecircs categorias gerais Divisatildeo de Canal

divide o canal em pequenos ldquopedaccedilosrdquo (slotscompartimentos de tempo frequumlecircncia coacutedigo)

aloca pedaccedilo a um dado noacute para uso exclusivo deste Acesso Aleatoacuterio

canal natildeo eacute dividido podem ocorrer colisotildees ldquorecuperaccedilatildeordquo das colisotildees

Revezamento Noacutes se alternam em revezamento mas noacutes que

possuem mais dados a transmitir podem demorar mais quando chegar a sua vez

5 Camada de Enlace 5-21

Protocolos MAC de divisatildeo de canal TDMA

TDMA Acesso Muacuteltiplo por Divisatildeo de Tempo acesso ao canal em ldquoturnos cada estaccedilatildeo recebe um comprimento fixo de

compartimento (comprimento = tempo de tx do pacote) em cada turno

compartimentos natildeo usados permanecem ociosos Exemplo LAN com 6 estaccedilotildees compartimentos 1 3 e 4

com pacotes compartimentos 2 5 e 6 ociosos

5 Camada de Enlace 5-22

Protocolos MAC de divisatildeo de canal FDMA

FDMA Acesso Muacuteltiplo por Divisatildeo de Frequumlecircncia espectro do canal dividido em bandas de frequumlecircncia a cada estaccedilatildeo eacute atribuiacuteda uma banda fixa de frequumlecircncia tempo de transmissatildeo natildeo usado nas bandas permanecem

ociosos exemplo LAN com 6 estaccedilotildees 134 com pacotes bandas

256 ociosas

Bandas

de f

requumlecircnci

a tempo

cabo FDM

5 Camada de Enlace 5-23

Protocolos de Acesso Aleatoacuterio

Quando noacute tem um pacote para transmitirtransmite na taxa maacutexima Rnenhuma coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes

dois ou mais noacutes transmitindo ldquocolisatildeordquo O protocolo MAC de acesso aleatoacuterio

especifica como detectar colisotildeescomo se recuperar delas (atraveacutes de

retransmissotildees retardadas por exemplo) Exemplos de protocolos MAC de acesso

aleatoacuterioslotted ALOHAALOHACSMA CSMACD CSMACA

5 Camada de Enlace 5-24

Slotted ALOHA

Hipoacuteteses todos os quadros tecircm o

mesmo tamanho (L bits) tempo eacute dividido em slots

de tamanho igual tempo para transmitir 1 quadro (LR seg)

noacutes comeccedilam a transmitir quadros apenas no iniacutecio dos intervalos (slots)

noacutes satildeo sincronizados se 2 ou mais noacutes

transmitirem num slot todos os noacutes detectam a colisatildeo

Operaccedilatildeo quando o noacute obteacutem um novo

quadro ele espera ateacute o iniacutecio do proacuteximo slot e transmite o quadro inteiro

Se natildeo houver colisatildeo noacute poderaacute enviar um novo quadro no proacuteximo slot

caso haja uma colisatildeo (detectada antes do final do intervalo) noacute retransmite o quadro em cada intervalo subsequumlente com probabilidade p ateacute obter sucesso

5 Camada de Enlace 5-25

Slotted ALOHA

Vantagens uacutenico noacute ativo pode

transmitir continuamente na taxa maacutexima do canal

Altamente descentralizado apenas slots nos noacutes precisam estar sincronizados

simples

Desvantagens colisotildees slots

desperdiccedilados slots ociosos

(desperdiacutecio) noacutes podem ser capazes

de detectar colisotildees num tempo inferior ao da transmissatildeo do pacote

sincronizaccedilatildeo dos reloacutegios

5 Camada de Enlace 5-26

Eficiecircncia do Slotted Aloha

Assuma N noacutes com muitos quadros para enviar cada um transmite num slot com probabilidade p

probabilidade que noacute 1 tenha sucesso em um slot = p(1-p)N-1

probabilidade que qualquer noacute tenha sucesso = Np(1-p)N-

1

Para eficiecircncia maacutexima com N noacutes encontre p que maximiza Np(1-p)N-1

Para muitos noacutes faccedila limite para Np(1-p)N-1

quando N tende a infinito daacute 1e = 037

Eficiecircncia eacute a fraccedilatildeo de longo prazo de slots bem sucedidos quando haacute muitos noacutes cada um com muitos quadros para transmitir

Melhor caso canalusado para transmissotildees uacuteteis em 37 do tempo

5 Camada de Enlace 5-27

ALOHA Puro (sem slots) Aloha puro (sem slots) mais simples sem sincronizaccedilatildeo Ao chegar um quadro no noacute

transmite imediatamente Probabilidade de colisatildeo aumenta

quadro enviado em t0 colide com outros quadros enviados em [t0-1t0+1]

5 Camada de Enlace 5-28

Eficiecircncia do Aloha puro

P(sucesso por um dado noacute) = P(noacute transmita)

P(nenhum outro noacute transmita em [t0-1t0]

P(nenhum outro noacute transmita em [t0t0+1]

= p (1-p)N-1 (1-p)N-1

= p (1-p)2(N-1)

hellip escolhendo o valor oacutetimo de p e deixando n -gt infinito

= 1(2e) = 018 Ainda pior do que o Slotted Aloha

5 Camada de Enlace 5-29

CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)

CSMA (Carrier Sense Multiple Access) Escuta antes de transmitir (detecccedilatildeo de portadora)

Se o canal estiver livre transmite todo o quadro

Se o canal estiver ocupado adia a transmissatildeo

Analogia humana natildeo interrompa outros

5 Camada de Enlace 5-30

Colisotildees no CSMA

colisotildees ainda podem aconteceratraso de propagaccedilatildeo significa que dois noacutes podem natildeo ouvira transmissatildeo do outro colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo eacute desperdiccedilado

Disposiccedilatildeo espacial dos noacutes

notapapel da distacircncia e atraso de propagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo

5 Camada de Enlace 5-31

CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)

CSMACD detecccedilatildeo da portadora adia a transmissatildeo como no CSMAAs colisotildees satildeo detectadas em pouco tempoTransmissotildees que sofreram colisotildees satildeo

abortadas reduzindo o desperdiacutecio do canal Detecccedilatildeo de colisotildees

Faacutecil em LANs cabeadas mede a potecircncia do sinal compara o sinal recebido com o transmitido

Difiacutecil em LANs sem fio o receptor eacute desligado durante a transmissatildeo

Analogia humana bate papo educado

5 Camada de Enlace 5-32

Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD

5 Camada de Enlace 5-33

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoProtocolos MAC de divisatildeo de canal

Compartilha o canal eficientemente e de forma justa em altas cargas

Ineficiente em baixas cargas atraso no canal de acesso alocaccedilatildeo de 1N da largura de banda mesmo com apenas 1 noacute ativo

Protocolos MAC de acesso aleatoacuterioeficiente em baixas cargas um uacutenico noacute

pode utilizar completamente o canalAltas cargas overhead com colisotildees

Protocolos de revezamentoProcura oferecer o melhor dos dois mundos

5 Camada de Enlace 5-34

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo

Seleccedilatildeo (Polling) Noacute mestre ldquoconvidardquo

noacutes escravos a transmitir em revezamento

Usado tipicamente com dispositivos escravo burros

Preocupaccedilotildees Overhead com as

consultas (polling) Latecircncia Ponto uacutenico de

falha (mestre)

mestre

escravos

poll

dados

dados

5 Camada de Enlace 5-35

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo

Passagem de permissatildeo (token)

controla permissatildeo passada de um noacute para o proacuteximo de forma sequencial

mensagem de passagem da permissatildeo

preocupaccedilotildees overhead com a

passagem de permissatildeo

latecircncia Ponto uacutenico de falha

(permissatildeo)

T

dados

(nada paramandar)

T

5 Camada de Enlace 5-36

Resumo dos protocolos MAC Divisatildeo do canal por tempo frequumlecircncia ou

coacutedigoDivisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequumlecircncia

Particionamento Aleatoacuterio (dinacircmico) ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDEscutar a portadora faacutecil em algumas

tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)

CSMACD usado na EthernetCSMACA usado no 80211

RevezamentoSeleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto

central passagem de permissotildeesBluetooth FDDI Token Ring (IBM)

5 Camada de Enlace 5-37

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos52 Teacutecnicas de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de

erros 53 Protocolos de acesso muacuteltiplo 54 Endereccedilamento na Camada de Enlace55 Ethernet56 Comutadores da camada de enlace57 PPP o protocolo ponto-a-ponto58 Virtualizaccedilatildeo de enlace uma rede

como camada de enlace59 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de

paacutegina Web

5 Camada de Enlace 5-38

Endereccedilos MAC

Endereccedilo IP de 32 bits Endereccedilos da camada de redeusado para levar o datagrama agrave subrede IP

destinoEndereccedilo MAC (ou LAN ou fiacutesico ou

Ethernet) levar o datagrama de uma interface ateacute outra

interface conectada fisicamente (na mesma rede)

Endereccedilo MAC de 48 bits (para a maioria das redes)bull gravado na ROM do adaptador ou configurado

por software

5 Camada de Enlace 5-39

Endereccedilos MAC

Cada adaptador na LAN possui um endereccedilo MAC uacutenico

Endereccedilo de Broadcast =FF-FF-FF-FF-FF-FF

= adaptador

1A-2F-BB-76-09-AD

58-23-D7-FA-20-B0

0C-C4-11-6F-E3-98

71-65-F7-2B-08-53

LAN(cabeada ousem fio)

5 Camada de Enlace 5-40

Endereccedilo MAC (cont)

Alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC gerenciada pelo IEEE Um fabricante compra uma parte do espaccedilo de

endereccedilos (para garantir unicidade) Analogia (a) endereccedilo MAC como nuacutemero do CPF (b) endereccedilo IP como endereccedilo postal (CEP) endereccedilo MAC tem estrutura linear =gt

portabilidadePode mover um cartatildeo LAN de uma LAN para

outra endereccedilo IP hieraacuterquico NAtildeO eacute portaacutetil (requer IP

moacutevel)Depende da subrede IP agrave qual o noacute estaacute

conectado

5 Camada de Enlace 5-41

ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de Resoluccedilatildeo de Endereccedilos)

Cada noacute IP (Host Roteador) de uma LAN possui tabela ARP

Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN

lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt TTL (Time To Live) tempo

a partir do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute esquecido (valor tiacutepico de 20 min)

Pergunta como obter oendereccedilo MAC de B a partir do endereccedilo IP de B

1A-2F-BB-76-09-AD

58-23-D7-FA-20-B0

0C-C4-11-6F-E3-98

71-65-F7-2B-08-53

LAN

237196723

237196778

237196714

237196788

5 Camada de Enlace 5-42

Protocolo ARP Mesma LAN (rede) A deseja enviar datagrama

para B e o endereccedilo MAC de B natildeo estaacute na tabela ARP

A difunde o pacote de solicitaccedilatildeo ARP que conteacutem o endereccedilo IP de B Endereccedilo MAC destino =

FF-FF-FF-FF-FF-FF todas as maacutequinas na

LAN recebem a consulta do ARP

B recebe o pacote ARP responde a A com o seu (de B) endereccedilo MAC Quadro enviado para o

endereccedilo MAC (unicast) de A

Uma cache (salva) o par de endereccedilos IP-para-MAC na sua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo fique antiquada (expire) lsquosoft statersquo informaccedilatildeo que expira (vai embora) a menos que seja renovada

ARP eacute ldquoplug-and-playrdquo os noacutes criam suas tabelas ARP sem a intervenccedilatildeo do administrador

da rede

5 Camada de Enlace 5-43

Roteando um pacote para outra LAN

passo a passo envio de datagrama de A para B via R assuma que A conhece o endereccedilo IP de B

Duas tabelas ARP no roteador R uma para cada rede IP (LAN)

A

RB

5 Camada de Enlace 5-44

A cria datagrama com origem A destino B A usa ARP para obter o endereccedilo MAC de R para

111111111110 A cria quadro da camada de enlace com o endereccedilo

MAC de R como destino quadro conteacutem datagrama IP de A para B

O adaptador de A envia o quadro O adaptador de R recebe o quadro R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verifica

que eacute destinado para B R usa ARP para obter o endereccedilo MAC de B R cria quadro contendo datagrama IP de A para B e o

envia para B

A

R B

Este eacute um exemplo muito importantendash garanta que vocecirc o entendeu

5 Camada de Enlace 5-45

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos52 Teacutecnicas de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de

erros 53 Protocolos de acesso muacuteltiplo 54 Endereccedilamento na Camada de Enlace55 Ethernet56 Comutadores da camada de enlace57 PPP o protocolo ponto-a-ponto58 Virtualizaccedilatildeo de enlace uma rede

como camada de enlace59 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de

paacutegina Web

5 Camada de Enlace 5-46

Ethernet Muitiacutessimo difundida porque

Muito barata R$30 para placas 10100Mbps A mais antiga das tecnologias de rede local (meados da

deacutecada de 70) Mais simples e menos cara que redes usando ficha ou

ATM Acompanhou o aumento de velocidade 10 Mbps ndash 10

Gbps

Rascunho de Metcalfe sobre o Ethernet

5 Camada de Enlace 5-47

Topologia em Estrela Topologia de barramento popular ateacute meados

dos anos 90 Todos os noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo (podem colidir

um com o outro)

Agora prevalecircncia de topologia em estrela Comutador (switch) no centro Cada porta roda o protocolo Ethernet separadamente (os

noacutes natildeo colidem uns com os outros)

barramento cabo coaxial

switch

estrela

5 Camada de Enlace 5-48

Estrutura do Quadro Ethernet

Adaptador remetente encapsula datagrama IP (ou pacote de outro protocolo da camada de rede) num Quadro Ethernet

Dados 46 a 1500 bytes Preacircmbulo 7 bytes com o padratildeo 10101010 seguidos por um byte

com o padratildeo 10101011 usado para sincronizar receptor ao reloacutegio do

remetente (reloacutegios nunca satildeo exatos eacute muito provaacutevel que exista algum desvio entre eles)

5 Camada de Enlace 5-49

Estrutura de Quadro Ethernet (cont)

Endereccedilos 6 bytes para cada endereccedilo MAC se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo destino igual

ao seu ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede

caso contraacuterio o adaptador descarta o quadro Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior

usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)

CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado

5 Camada de Enlace 5-50

Ethernet natildeo confiaacutevel e natildeo orientado para conexatildeo

Natildeo orientado para conexatildeo Natildeo haacute estabelecimento de conexatildeo (saudaccedilatildeo) entre os adaptadores transmissor e receptor

Natildeo confiaacutevel o adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador transmissorfluxo de datagramas passados para a

camada de rede pode conter falhas na sequumlecircncia

falhas seratildeo preenchidas se aplicaccedilatildeo estiver usando o TCP

caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as falhas Protocolo MAC do Ethernet CSMACD sem slots

5 Camada de Enlace 5-51

Algoritmo CSMACD do Ethernet

1 Adaptador recebe datagrama da camada de rede e cria um quadro

2 Se o adaptador percebe que o canal estaacute ocioso comeccedila a transmitir o quadro Se percebe que o canal estaacute ocupado espera que o canal fique livre e transmite

3 Se o adaptador transmitir todo o quadro sem detectar outra transmissatildeo o adaptador concluiu a operaccedilatildeo com o quadro

4 Se o adaptador detectar outra transmissatildeo enquanto estiver transmitindo aborta e envia sinal de reforccedilo de colisatildeo de 48 bits

5 Apoacutes o aborto o adaptador entra na retirada (backoff) exponencial binaacuteria apoacutes a m-eacutesima colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoriamente entre 012hellip2m-1 O adaptador espera K512 tempos de bit e retorna ao Passo 2

5 Camada de Enlace 5-52

CSMACD da Ethernet (mais)

Sinal de reforccedilo de colisatildeo garante que todos os demais transmissores estejam cientes da colisatildeo 48 bits

Tempo de Bit 01 microseg para Ethernet de 10 Mbpspara K=1023 tempo de espera de cerca de 50 mseg

Retirada Exponencial Binaacuteria

Objetivo adaptar as tentativas de retransmissatildeo agrave carga atual estimada Alta carga espera

aleatoacuteria seraacute mais longa

na primeira colisatildeo escolhe K entre 01 atraso eacute de K 512 tempos de transmissatildeo de um bit

apoacutes a segunda colisatildeo escolhe K entre 0123hellip

apoacutes 10 colisotildees escolhe K entre 01234hellip1023

Vejainteraja com o applet Java siacutetio do livroaltamente recomendaacutevel

5 Camada de Enlace 5-53

Eficiecircncia do CSMACD

tprop = atraso maacuteximo de prop entre 2 noacutes na LAN

ttrans = tempo para transmitir quadro de tamanho maacuteximo

Eficiecircncia vai para 1 agrave medida que tprop vai para 0

ttrans vai para infinito Muito melhor do que ALOHA e ainda eacute

descentralizado simples e barato

transprop tt 51

1eficiecircncia

5 Camada de Enlace 5-54

Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica

Diversos padrotildees Ethernet diferentestecircm em comum o protocolo MAC e o

formato do quadrodiferentes velocidades 2Mbps 10Mbps

100Mbps 1Gbps 10Gbpsdiferentes meios da camada fiacutesica fibra

caboaplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

protocolo MACe formato do quadro

100BASE-TX

100BASE-T4

100BASE-FX100BASE-T2

100BASE-SX 100BASE-BX

camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)

5 Camada de Enlace 5-55

10Base5

httpwwwethermanagecom

5 Camada de Enlace 5-56

10Base2

httpwwwethermanagecom

5 Camada de Enlace 5-57

10BaseT

httpwwwethermanagecom

5 Camada de Enlace 5-58

Conector RJ 45

5 Camada de Enlace 5-59

100Base-TX

httpwwwethermanagecom

5 Camada de Enlace 5-60 10

Wireless Backhaul

Carrier Ethernet Access Expansion

Voice gateway

VoiceVideoTelephony

HD TVTVoD VoD

Video Source

Gaming BusinessBackup ERP

InternetVideo Source

BusinessBroadband

E-Line andE-LAN service

GlobalNationalCarrierEthernet

GlobalNationalCarrierEthernet

SmallMedium Business

Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

ResidentialTriple-Play

FTTx DSLAM Cable Modem

Broadbandmobile datavideo

Bringing vastly extended scalability for business and residential users

ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing

5 Camada de Enlace 5-61

Carrier Ethernet Defined

bull Carrier Ethernet is a ubiquitous standardized carrier-class SERVICE defined by five attributes that distinguish Carrier Ethernet from familiar LAN based Ethernet

bull It brings the compelling business benefit of the Ethernet cost model to achieve significant savings

Carrier Ethernet

bull Scalability

bull Standardized Services

bull Service Management

bull Quality of Service

bull Reliability

Carrier Ethernet Attributes

httpwwwmetroethernetforumorg

5 Camada de Enlace 5-62

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos52 Teacutecnicas de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de acesso muacuteltiplo 54 Endereccedilamento na Camada de Enlace55 Ethernet56 Comutadores da camada de enlace57 PPP o protocolo ponto-a-ponto58 Virtualizaccedilatildeo de enlace uma rede como

camada de enlace59 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina

Web

5 Camada de Enlace 5-63

Hubs

hellip repetidores (ldquoburrosrdquo) da camada fiacutesicabits vindos de um dado link saem por todos

os outros links na mesma taxatodos os noacutes conectados ao hub podem

colidir uns com os outrosnatildeo haacute bufferizaccedilatildeo de quadrosnatildeo implementa CSMACD no hub cartotildees

do hospedeiro detectam as colisotildees

par tranccedilado

hub

5 Camada de Enlace 5-64

Comutador (switch)

Dispositivo da camada de enlace mais inteligentes que os hubs tecircm papel ativo armazena e retransmite quadros Ethernetexamina o cabeccedilalho do quadro e

seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento

transparentehospedeiros ignoram a presenccedila dos

switches plug-and-play self-learning (autodidatas)

os comutadores natildeo necessitam ser configurados

5 Camada de Enlace 5-65

Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas

hospedeiros tecircm conexatildeo direta e dedicada para o switch

os switches armazenam quadros

o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplex cada link eacute o seu proacuteprio

domiacutenio de colisatildeo comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-

para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees isto natildeo eacute possiacutevel com hubs

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

switch com seis interfaces(123456)

1 23

45

6

5 Camada de Enlace 5-66

Tabela de Comutaccedilatildeo

P como eacute que o switch sabe que Arsquo eacute alcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel a partir da interface 5

R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutem (endereccedilo MAC do hospedeiro

interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)

parece uma tabela de roteamento P como satildeo criadas e mantidas as

entradas na tabela de comutaccedilatildeo haacute algo como um protocolo de

roteamento

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

switch with six interfaces(123456)

1 23

45

6

5 Camada de Enlace 5-67

switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfaces quando um quadro eacute

recebido o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada

registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo

Switch autoaprendizagem

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 23

45

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

5 Camada de Enlace 5-685 Camada de Enlace

Switch FiltragemRepasse de quadrosQuando um comutador recebe um quadroregistra o link associado com o hospedeiro

transmissorindexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo

MAC do destinoif entrada encontrada para o destino

then if dest estiver no segmento de onde veio o

quadro then descarta o quadro else repassa o quadro na interface indicada else usa inundaccedilatildeoRepassa o quadro para todas as

demais interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido

5 Camada de Enlace 5-69

Exemplo de auto aprendizagem e repasse

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 23

45

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo

destino do quadro desconhecido inundaccedilatildeo

Arsquo A

local do destino A conhecido

Arsquo 4 60

transmissatildeo seletiva

5 Camada de Enlace 5-70

Exemplo com comutador

Suponha que C envia quadro para D

comutador recebe o quadro vindo de C anota na tabela de comutaccedilatildeo que C estaacute na interface 1 dado que D natildeo se encontra na tabela encaminha o quadro para as

demais interfaces 2 e 3

quadro eacute recebido por D

hub

hub hub

comutador

A

B CD

EF G H

I

endereccedilointerface

ABEG

1123

12 3

5 Camada de Enlace 5-71

Exemplo com comutador

Suponha que D responde com um quadro para C

comutador recebe o quadro vindo de D anota na tabela de comutaccedilatildeo que D estaacute na interface 2 dado que C estaacute na tabela encaminha o quadro apenas na interface

1

quadro eacute recebido por C

hub

hub hub

comutador

A

B CD

EF G H

I

interface

ABEGC

11231

endereccedilo

5 Camada de Enlace 5-72

Interligaccedilatildeo de comutadores

Podemos interligar comutadores (switches)

A

B

P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe que deve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3

R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenico comutador)

S1

C D

E

FS2

S4

S3

HI

G

5 Camada de Enlace 5-73

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde

para C

P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4

A

B

S1

C D

E

FS2

S4

S3

HI

G

1

2

5 Camada de Enlace 5-74

Rede Institucionalcorporativa

5 Camada de Enlace 5-75

Rede institucional

Para redeexterna

roteador

Subrede IP

Servidor de mensagens

Servidor web

5 Camada de Enlace 5-76

Comutadores versus Roteadores ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa

roteadores dispositivos da camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)

comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace roteadores mantecircm tabelas de roteamento

implementam algoritmos de roteamento comutadores mantecircm tabelas de comutaccedilatildeo

implementam filtragem algoritmos de aprendizagem

5 Camada de Enlace 5-77

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos52 Teacutecnicas de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de acesso muacuteltiplo 54 Endereccedilamento na Camada de Enlace55 Ethernet56 Comutadores da camada de enlace57 PPP o protocolo ponto-a-ponto58 Virtualizaccedilatildeo de enlace uma rede como

camada de enlace59 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina

Web

5 Camada de Enlace 5-78

Siacutentese um dia na vida de um pedido web jornada completa atravessando toda a pilha de

protocolos aplicaccedilatildeo transporte rede enlace

colocando tudo junto siacutentese objetivo identificar revisar entender os

protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web

cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom

5 Camada de Enlace 5-79

Um dia na vida cenaacuterio

rede da Comcast68800013

rede do Google64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola68802024

paacutegina web

navegador

5 Camada de Enlace 5-80

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPDHCP

quadro Ethernet difundido (dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador que executa o servidor DHCP

Ethernet demultiplexado para IP demultiplexado para UDP e demultiplexado paraDHCP

o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilo do primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP Solicitaccedilatildeo DHCP encapsulada em UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023 Ethernet

5 Camada de Enlace 5-81

roteador(roda DHCP)

servidor DHCP prepara ACK DHCP contendo endereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiro roteador nome e endereccedilo IP do servidor DNS

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

encapsulamento no servidor DHCP quadro repassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente

Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador

cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

5 Camada de Enlace 5-82

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

consulta DNS criada encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviar quadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP

consulta ARP difundida recebida pelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccedilo MAC da interface do roteador

o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiro roteador podendo agora enviar o quadro contendo a consulta DNS

ARP query

EthPhy

ARP

ARP

ARP reply

antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS

5 Camada de Enlace 5-83

roteador(roda DHCP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

DNS

datagrama IP conteacutem consulta DNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador

datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelos protocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS

demultiplexado pelo servidor DNS

servidor DNS responde ao cliente com o endereccedilo IP de wwwgooglecom

rede da Comcast68800013

servidor DNS

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

Um dia na vidahellip usando DNS

5 Camada de Enlace 5-84

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP

HTTPTCPIP

EthPhy

HTTP

para enviar pedido HTTP cliente primeiro abre um socket TCP para o servidor web segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web

conexatildeo TCP estabelecida64233169105

servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCPIP

EthPhy

SYN

SYN

SYN

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)

5 Camada de Enlace 5-85

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP

HTTPTCPIP

EthPhy

HTTP

solicitaccedilatildeo HTTP enviada para o socket TCP datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhado para wwwgooglecom

datagrama IP com a resposta HTTP eacute encaminhado de volta para o cliente

64233169105

servidor web

HTTPTCPIP

EthPhy

servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTPHTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

paacutegina web finalmente() apresentada

5 Camada de Enlace 5-86

Capiacutetulo 5 Resumo

princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dados detecccedilatildeo correccedilatildeo de erros compartilhamento de canal de difusatildeo acesso

muacuteltiplo endereccedilamento da camada de enlace

instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlace Ethernet LANs comutadas redes virtualizadas como camada de enlace MPLS

siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web

  • Capiacutetulo 5 A Camada de Enlace e Redes Locais
  • Camada de Enlace
  • Camada de Enlace Introduccedilatildeo
  • Camada de Enlace Contexto
  • Serviccedilos da Camada de Enlace
  • Serviccedilos da Camada de Enlace (mais)
  • Onde a camada de enlace eacute implementada
  • Comunicaccedilatildeo entre Adaptadores
  • Camada de Enlace (2)
  • Detecccedilatildeo de Erros
  • Verificaccedilotildees de Paridade
  • Soma de verificaccedilatildeo da Internet
  • Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica (CRC)
  • Exemplo de CRC
  • Implementaccedilatildeo em Hardware
  • Camada de Enlace (3)
  • Enlaces e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolo Ideal de Acesso Muacuteltiplo
  • Taxonomia dos Protocolos MAC
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal TDMA
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal FDMA
  • Protocolos de Acesso Aleatoacuterio
  • Slotted ALOHA
  • Slotted ALOHA (2)
  • Eficiecircncia do Slotted Aloha
  • ALOHA Puro (sem slots)
  • Eficiecircncia do Aloha puro
  • CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)
  • Colisotildees no CSMA
  • CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)
  • Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (2)
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (3)
  • Resumo dos protocolos MAC
  • Camada de Enlace (4)
  • Endereccedilos MAC
  • Endereccedilos MAC (2)
  • Endereccedilo MAC (cont)
  • ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de Resoluccedilatildeo de En
  • Protocolo ARP Mesma LAN (rede)
  • Roteando um pacote para outra LAN
  • Slide 44
  • Camada de Enlace (5)
  • Ethernet
  • Topologia em Estrela
  • Estrutura do Quadro Ethernet
  • Estrutura de Quadro Ethernet (cont)
  • Ethernet natildeo confiaacutevel e natildeo orientado para conexatildeo
  • Algoritmo CSMACD do Ethernet
  • CSMACD da Ethernet (mais)
  • Eficiecircncia do CSMACD
  • Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
  • 10Base5
  • 10Base2
  • 10BaseT
  • Conector RJ 45
  • 100Base-TX
  • Slide 60
  • Carrier Ethernet Defined
  • Camada de Enlace (6)
  • Hubs
  • Comutador (switch)
  • Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
  • Tabela de Comutaccedilatildeo
  • Switch autoaprendizagem
  • Switch FiltragemRepasse de quadros
  • Exemplo de auto aprendizagem e repasse
  • Exemplo com comutador
  • Exemplo com comutador (2)
  • Interligaccedilatildeo de comutadores
  • Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores
  • Rede Institucionalcorporativa
  • Rede institucional
  • Comutadores versus Roteadores
  • Camada de Enlace (7)
  • Siacutentese um dia na vida de um pedido web
  • Um dia na vida cenaacuterio
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet (2)
  • Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
  • Um dia na vidahellip usando DNS
  • Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
  • Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
  • Capiacutetulo 5 Resumo
Page 21: 5: Camada de Enlace 5-1 Capítulo 5: A Camada de Enlace e Redes Locais Nossos objetivos: Entender os princípios por trás dos serviços da camada de enlace

5 Camada de Enlace 5-21

Protocolos MAC de divisatildeo de canal TDMA

TDMA Acesso Muacuteltiplo por Divisatildeo de Tempo acesso ao canal em ldquoturnos cada estaccedilatildeo recebe um comprimento fixo de

compartimento (comprimento = tempo de tx do pacote) em cada turno

compartimentos natildeo usados permanecem ociosos Exemplo LAN com 6 estaccedilotildees compartimentos 1 3 e 4

com pacotes compartimentos 2 5 e 6 ociosos

5 Camada de Enlace 5-22

Protocolos MAC de divisatildeo de canal FDMA

FDMA Acesso Muacuteltiplo por Divisatildeo de Frequumlecircncia espectro do canal dividido em bandas de frequumlecircncia a cada estaccedilatildeo eacute atribuiacuteda uma banda fixa de frequumlecircncia tempo de transmissatildeo natildeo usado nas bandas permanecem

ociosos exemplo LAN com 6 estaccedilotildees 134 com pacotes bandas

256 ociosas

Bandas

de f

requumlecircnci

a tempo

cabo FDM

5 Camada de Enlace 5-23

Protocolos de Acesso Aleatoacuterio

Quando noacute tem um pacote para transmitirtransmite na taxa maacutexima Rnenhuma coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes

dois ou mais noacutes transmitindo ldquocolisatildeordquo O protocolo MAC de acesso aleatoacuterio

especifica como detectar colisotildeescomo se recuperar delas (atraveacutes de

retransmissotildees retardadas por exemplo) Exemplos de protocolos MAC de acesso

aleatoacuterioslotted ALOHAALOHACSMA CSMACD CSMACA

5 Camada de Enlace 5-24

Slotted ALOHA

Hipoacuteteses todos os quadros tecircm o

mesmo tamanho (L bits) tempo eacute dividido em slots

de tamanho igual tempo para transmitir 1 quadro (LR seg)

noacutes comeccedilam a transmitir quadros apenas no iniacutecio dos intervalos (slots)

noacutes satildeo sincronizados se 2 ou mais noacutes

transmitirem num slot todos os noacutes detectam a colisatildeo

Operaccedilatildeo quando o noacute obteacutem um novo

quadro ele espera ateacute o iniacutecio do proacuteximo slot e transmite o quadro inteiro

Se natildeo houver colisatildeo noacute poderaacute enviar um novo quadro no proacuteximo slot

caso haja uma colisatildeo (detectada antes do final do intervalo) noacute retransmite o quadro em cada intervalo subsequumlente com probabilidade p ateacute obter sucesso

5 Camada de Enlace 5-25

Slotted ALOHA

Vantagens uacutenico noacute ativo pode

transmitir continuamente na taxa maacutexima do canal

Altamente descentralizado apenas slots nos noacutes precisam estar sincronizados

simples

Desvantagens colisotildees slots

desperdiccedilados slots ociosos

(desperdiacutecio) noacutes podem ser capazes

de detectar colisotildees num tempo inferior ao da transmissatildeo do pacote

sincronizaccedilatildeo dos reloacutegios

5 Camada de Enlace 5-26

Eficiecircncia do Slotted Aloha

Assuma N noacutes com muitos quadros para enviar cada um transmite num slot com probabilidade p

probabilidade que noacute 1 tenha sucesso em um slot = p(1-p)N-1

probabilidade que qualquer noacute tenha sucesso = Np(1-p)N-

1

Para eficiecircncia maacutexima com N noacutes encontre p que maximiza Np(1-p)N-1

Para muitos noacutes faccedila limite para Np(1-p)N-1

quando N tende a infinito daacute 1e = 037

Eficiecircncia eacute a fraccedilatildeo de longo prazo de slots bem sucedidos quando haacute muitos noacutes cada um com muitos quadros para transmitir

Melhor caso canalusado para transmissotildees uacuteteis em 37 do tempo

5 Camada de Enlace 5-27

ALOHA Puro (sem slots) Aloha puro (sem slots) mais simples sem sincronizaccedilatildeo Ao chegar um quadro no noacute

transmite imediatamente Probabilidade de colisatildeo aumenta

quadro enviado em t0 colide com outros quadros enviados em [t0-1t0+1]

5 Camada de Enlace 5-28

Eficiecircncia do Aloha puro

P(sucesso por um dado noacute) = P(noacute transmita)

P(nenhum outro noacute transmita em [t0-1t0]

P(nenhum outro noacute transmita em [t0t0+1]

= p (1-p)N-1 (1-p)N-1

= p (1-p)2(N-1)

hellip escolhendo o valor oacutetimo de p e deixando n -gt infinito

= 1(2e) = 018 Ainda pior do que o Slotted Aloha

5 Camada de Enlace 5-29

CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)

CSMA (Carrier Sense Multiple Access) Escuta antes de transmitir (detecccedilatildeo de portadora)

Se o canal estiver livre transmite todo o quadro

Se o canal estiver ocupado adia a transmissatildeo

Analogia humana natildeo interrompa outros

5 Camada de Enlace 5-30

Colisotildees no CSMA

colisotildees ainda podem aconteceratraso de propagaccedilatildeo significa que dois noacutes podem natildeo ouvira transmissatildeo do outro colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo eacute desperdiccedilado

Disposiccedilatildeo espacial dos noacutes

notapapel da distacircncia e atraso de propagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo

5 Camada de Enlace 5-31

CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)

CSMACD detecccedilatildeo da portadora adia a transmissatildeo como no CSMAAs colisotildees satildeo detectadas em pouco tempoTransmissotildees que sofreram colisotildees satildeo

abortadas reduzindo o desperdiacutecio do canal Detecccedilatildeo de colisotildees

Faacutecil em LANs cabeadas mede a potecircncia do sinal compara o sinal recebido com o transmitido

Difiacutecil em LANs sem fio o receptor eacute desligado durante a transmissatildeo

Analogia humana bate papo educado

5 Camada de Enlace 5-32

Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD

5 Camada de Enlace 5-33

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoProtocolos MAC de divisatildeo de canal

Compartilha o canal eficientemente e de forma justa em altas cargas

Ineficiente em baixas cargas atraso no canal de acesso alocaccedilatildeo de 1N da largura de banda mesmo com apenas 1 noacute ativo

Protocolos MAC de acesso aleatoacuterioeficiente em baixas cargas um uacutenico noacute

pode utilizar completamente o canalAltas cargas overhead com colisotildees

Protocolos de revezamentoProcura oferecer o melhor dos dois mundos

5 Camada de Enlace 5-34

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo

Seleccedilatildeo (Polling) Noacute mestre ldquoconvidardquo

noacutes escravos a transmitir em revezamento

Usado tipicamente com dispositivos escravo burros

Preocupaccedilotildees Overhead com as

consultas (polling) Latecircncia Ponto uacutenico de

falha (mestre)

mestre

escravos

poll

dados

dados

5 Camada de Enlace 5-35

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo

Passagem de permissatildeo (token)

controla permissatildeo passada de um noacute para o proacuteximo de forma sequencial

mensagem de passagem da permissatildeo

preocupaccedilotildees overhead com a

passagem de permissatildeo

latecircncia Ponto uacutenico de falha

(permissatildeo)

T

dados

(nada paramandar)

T

5 Camada de Enlace 5-36

Resumo dos protocolos MAC Divisatildeo do canal por tempo frequumlecircncia ou

coacutedigoDivisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequumlecircncia

Particionamento Aleatoacuterio (dinacircmico) ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDEscutar a portadora faacutecil em algumas

tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)

CSMACD usado na EthernetCSMACA usado no 80211

RevezamentoSeleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto

central passagem de permissotildeesBluetooth FDDI Token Ring (IBM)

5 Camada de Enlace 5-37

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos52 Teacutecnicas de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de

erros 53 Protocolos de acesso muacuteltiplo 54 Endereccedilamento na Camada de Enlace55 Ethernet56 Comutadores da camada de enlace57 PPP o protocolo ponto-a-ponto58 Virtualizaccedilatildeo de enlace uma rede

como camada de enlace59 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de

paacutegina Web

5 Camada de Enlace 5-38

Endereccedilos MAC

Endereccedilo IP de 32 bits Endereccedilos da camada de redeusado para levar o datagrama agrave subrede IP

destinoEndereccedilo MAC (ou LAN ou fiacutesico ou

Ethernet) levar o datagrama de uma interface ateacute outra

interface conectada fisicamente (na mesma rede)

Endereccedilo MAC de 48 bits (para a maioria das redes)bull gravado na ROM do adaptador ou configurado

por software

5 Camada de Enlace 5-39

Endereccedilos MAC

Cada adaptador na LAN possui um endereccedilo MAC uacutenico

Endereccedilo de Broadcast =FF-FF-FF-FF-FF-FF

= adaptador

1A-2F-BB-76-09-AD

58-23-D7-FA-20-B0

0C-C4-11-6F-E3-98

71-65-F7-2B-08-53

LAN(cabeada ousem fio)

5 Camada de Enlace 5-40

Endereccedilo MAC (cont)

Alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC gerenciada pelo IEEE Um fabricante compra uma parte do espaccedilo de

endereccedilos (para garantir unicidade) Analogia (a) endereccedilo MAC como nuacutemero do CPF (b) endereccedilo IP como endereccedilo postal (CEP) endereccedilo MAC tem estrutura linear =gt

portabilidadePode mover um cartatildeo LAN de uma LAN para

outra endereccedilo IP hieraacuterquico NAtildeO eacute portaacutetil (requer IP

moacutevel)Depende da subrede IP agrave qual o noacute estaacute

conectado

5 Camada de Enlace 5-41

ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de Resoluccedilatildeo de Endereccedilos)

Cada noacute IP (Host Roteador) de uma LAN possui tabela ARP

Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN

lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt TTL (Time To Live) tempo

a partir do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute esquecido (valor tiacutepico de 20 min)

Pergunta como obter oendereccedilo MAC de B a partir do endereccedilo IP de B

1A-2F-BB-76-09-AD

58-23-D7-FA-20-B0

0C-C4-11-6F-E3-98

71-65-F7-2B-08-53

LAN

237196723

237196778

237196714

237196788

5 Camada de Enlace 5-42

Protocolo ARP Mesma LAN (rede) A deseja enviar datagrama

para B e o endereccedilo MAC de B natildeo estaacute na tabela ARP

A difunde o pacote de solicitaccedilatildeo ARP que conteacutem o endereccedilo IP de B Endereccedilo MAC destino =

FF-FF-FF-FF-FF-FF todas as maacutequinas na

LAN recebem a consulta do ARP

B recebe o pacote ARP responde a A com o seu (de B) endereccedilo MAC Quadro enviado para o

endereccedilo MAC (unicast) de A

Uma cache (salva) o par de endereccedilos IP-para-MAC na sua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo fique antiquada (expire) lsquosoft statersquo informaccedilatildeo que expira (vai embora) a menos que seja renovada

ARP eacute ldquoplug-and-playrdquo os noacutes criam suas tabelas ARP sem a intervenccedilatildeo do administrador

da rede

5 Camada de Enlace 5-43

Roteando um pacote para outra LAN

passo a passo envio de datagrama de A para B via R assuma que A conhece o endereccedilo IP de B

Duas tabelas ARP no roteador R uma para cada rede IP (LAN)

A

RB

5 Camada de Enlace 5-44

A cria datagrama com origem A destino B A usa ARP para obter o endereccedilo MAC de R para

111111111110 A cria quadro da camada de enlace com o endereccedilo

MAC de R como destino quadro conteacutem datagrama IP de A para B

O adaptador de A envia o quadro O adaptador de R recebe o quadro R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verifica

que eacute destinado para B R usa ARP para obter o endereccedilo MAC de B R cria quadro contendo datagrama IP de A para B e o

envia para B

A

R B

Este eacute um exemplo muito importantendash garanta que vocecirc o entendeu

5 Camada de Enlace 5-45

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos52 Teacutecnicas de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de

erros 53 Protocolos de acesso muacuteltiplo 54 Endereccedilamento na Camada de Enlace55 Ethernet56 Comutadores da camada de enlace57 PPP o protocolo ponto-a-ponto58 Virtualizaccedilatildeo de enlace uma rede

como camada de enlace59 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de

paacutegina Web

5 Camada de Enlace 5-46

Ethernet Muitiacutessimo difundida porque

Muito barata R$30 para placas 10100Mbps A mais antiga das tecnologias de rede local (meados da

deacutecada de 70) Mais simples e menos cara que redes usando ficha ou

ATM Acompanhou o aumento de velocidade 10 Mbps ndash 10

Gbps

Rascunho de Metcalfe sobre o Ethernet

5 Camada de Enlace 5-47

Topologia em Estrela Topologia de barramento popular ateacute meados

dos anos 90 Todos os noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo (podem colidir

um com o outro)

Agora prevalecircncia de topologia em estrela Comutador (switch) no centro Cada porta roda o protocolo Ethernet separadamente (os

noacutes natildeo colidem uns com os outros)

barramento cabo coaxial

switch

estrela

5 Camada de Enlace 5-48

Estrutura do Quadro Ethernet

Adaptador remetente encapsula datagrama IP (ou pacote de outro protocolo da camada de rede) num Quadro Ethernet

Dados 46 a 1500 bytes Preacircmbulo 7 bytes com o padratildeo 10101010 seguidos por um byte

com o padratildeo 10101011 usado para sincronizar receptor ao reloacutegio do

remetente (reloacutegios nunca satildeo exatos eacute muito provaacutevel que exista algum desvio entre eles)

5 Camada de Enlace 5-49

Estrutura de Quadro Ethernet (cont)

Endereccedilos 6 bytes para cada endereccedilo MAC se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo destino igual

ao seu ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede

caso contraacuterio o adaptador descarta o quadro Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior

usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)

CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado

5 Camada de Enlace 5-50

Ethernet natildeo confiaacutevel e natildeo orientado para conexatildeo

Natildeo orientado para conexatildeo Natildeo haacute estabelecimento de conexatildeo (saudaccedilatildeo) entre os adaptadores transmissor e receptor

Natildeo confiaacutevel o adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador transmissorfluxo de datagramas passados para a

camada de rede pode conter falhas na sequumlecircncia

falhas seratildeo preenchidas se aplicaccedilatildeo estiver usando o TCP

caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as falhas Protocolo MAC do Ethernet CSMACD sem slots

5 Camada de Enlace 5-51

Algoritmo CSMACD do Ethernet

1 Adaptador recebe datagrama da camada de rede e cria um quadro

2 Se o adaptador percebe que o canal estaacute ocioso comeccedila a transmitir o quadro Se percebe que o canal estaacute ocupado espera que o canal fique livre e transmite

3 Se o adaptador transmitir todo o quadro sem detectar outra transmissatildeo o adaptador concluiu a operaccedilatildeo com o quadro

4 Se o adaptador detectar outra transmissatildeo enquanto estiver transmitindo aborta e envia sinal de reforccedilo de colisatildeo de 48 bits

5 Apoacutes o aborto o adaptador entra na retirada (backoff) exponencial binaacuteria apoacutes a m-eacutesima colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoriamente entre 012hellip2m-1 O adaptador espera K512 tempos de bit e retorna ao Passo 2

5 Camada de Enlace 5-52

CSMACD da Ethernet (mais)

Sinal de reforccedilo de colisatildeo garante que todos os demais transmissores estejam cientes da colisatildeo 48 bits

Tempo de Bit 01 microseg para Ethernet de 10 Mbpspara K=1023 tempo de espera de cerca de 50 mseg

Retirada Exponencial Binaacuteria

Objetivo adaptar as tentativas de retransmissatildeo agrave carga atual estimada Alta carga espera

aleatoacuteria seraacute mais longa

na primeira colisatildeo escolhe K entre 01 atraso eacute de K 512 tempos de transmissatildeo de um bit

apoacutes a segunda colisatildeo escolhe K entre 0123hellip

apoacutes 10 colisotildees escolhe K entre 01234hellip1023

Vejainteraja com o applet Java siacutetio do livroaltamente recomendaacutevel

5 Camada de Enlace 5-53

Eficiecircncia do CSMACD

tprop = atraso maacuteximo de prop entre 2 noacutes na LAN

ttrans = tempo para transmitir quadro de tamanho maacuteximo

Eficiecircncia vai para 1 agrave medida que tprop vai para 0

ttrans vai para infinito Muito melhor do que ALOHA e ainda eacute

descentralizado simples e barato

transprop tt 51

1eficiecircncia

5 Camada de Enlace 5-54

Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica

Diversos padrotildees Ethernet diferentestecircm em comum o protocolo MAC e o

formato do quadrodiferentes velocidades 2Mbps 10Mbps

100Mbps 1Gbps 10Gbpsdiferentes meios da camada fiacutesica fibra

caboaplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

protocolo MACe formato do quadro

100BASE-TX

100BASE-T4

100BASE-FX100BASE-T2

100BASE-SX 100BASE-BX

camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)

5 Camada de Enlace 5-55

10Base5

httpwwwethermanagecom

5 Camada de Enlace 5-56

10Base2

httpwwwethermanagecom

5 Camada de Enlace 5-57

10BaseT

httpwwwethermanagecom

5 Camada de Enlace 5-58

Conector RJ 45

5 Camada de Enlace 5-59

100Base-TX

httpwwwethermanagecom

5 Camada de Enlace 5-60 10

Wireless Backhaul

Carrier Ethernet Access Expansion

Voice gateway

VoiceVideoTelephony

HD TVTVoD VoD

Video Source

Gaming BusinessBackup ERP

InternetVideo Source

BusinessBroadband

E-Line andE-LAN service

GlobalNationalCarrierEthernet

GlobalNationalCarrierEthernet

SmallMedium Business

Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

ResidentialTriple-Play

FTTx DSLAM Cable Modem

Broadbandmobile datavideo

Bringing vastly extended scalability for business and residential users

ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing

5 Camada de Enlace 5-61

Carrier Ethernet Defined

bull Carrier Ethernet is a ubiquitous standardized carrier-class SERVICE defined by five attributes that distinguish Carrier Ethernet from familiar LAN based Ethernet

bull It brings the compelling business benefit of the Ethernet cost model to achieve significant savings

Carrier Ethernet

bull Scalability

bull Standardized Services

bull Service Management

bull Quality of Service

bull Reliability

Carrier Ethernet Attributes

httpwwwmetroethernetforumorg

5 Camada de Enlace 5-62

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos52 Teacutecnicas de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de acesso muacuteltiplo 54 Endereccedilamento na Camada de Enlace55 Ethernet56 Comutadores da camada de enlace57 PPP o protocolo ponto-a-ponto58 Virtualizaccedilatildeo de enlace uma rede como

camada de enlace59 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina

Web

5 Camada de Enlace 5-63

Hubs

hellip repetidores (ldquoburrosrdquo) da camada fiacutesicabits vindos de um dado link saem por todos

os outros links na mesma taxatodos os noacutes conectados ao hub podem

colidir uns com os outrosnatildeo haacute bufferizaccedilatildeo de quadrosnatildeo implementa CSMACD no hub cartotildees

do hospedeiro detectam as colisotildees

par tranccedilado

hub

5 Camada de Enlace 5-64

Comutador (switch)

Dispositivo da camada de enlace mais inteligentes que os hubs tecircm papel ativo armazena e retransmite quadros Ethernetexamina o cabeccedilalho do quadro e

seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento

transparentehospedeiros ignoram a presenccedila dos

switches plug-and-play self-learning (autodidatas)

os comutadores natildeo necessitam ser configurados

5 Camada de Enlace 5-65

Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas

hospedeiros tecircm conexatildeo direta e dedicada para o switch

os switches armazenam quadros

o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplex cada link eacute o seu proacuteprio

domiacutenio de colisatildeo comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-

para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees isto natildeo eacute possiacutevel com hubs

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

switch com seis interfaces(123456)

1 23

45

6

5 Camada de Enlace 5-66

Tabela de Comutaccedilatildeo

P como eacute que o switch sabe que Arsquo eacute alcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel a partir da interface 5

R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutem (endereccedilo MAC do hospedeiro

interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)

parece uma tabela de roteamento P como satildeo criadas e mantidas as

entradas na tabela de comutaccedilatildeo haacute algo como um protocolo de

roteamento

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

switch with six interfaces(123456)

1 23

45

6

5 Camada de Enlace 5-67

switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfaces quando um quadro eacute

recebido o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada

registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo

Switch autoaprendizagem

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 23

45

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

5 Camada de Enlace 5-685 Camada de Enlace

Switch FiltragemRepasse de quadrosQuando um comutador recebe um quadroregistra o link associado com o hospedeiro

transmissorindexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo

MAC do destinoif entrada encontrada para o destino

then if dest estiver no segmento de onde veio o

quadro then descarta o quadro else repassa o quadro na interface indicada else usa inundaccedilatildeoRepassa o quadro para todas as

demais interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido

5 Camada de Enlace 5-69

Exemplo de auto aprendizagem e repasse

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 23

45

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo

destino do quadro desconhecido inundaccedilatildeo

Arsquo A

local do destino A conhecido

Arsquo 4 60

transmissatildeo seletiva

5 Camada de Enlace 5-70

Exemplo com comutador

Suponha que C envia quadro para D

comutador recebe o quadro vindo de C anota na tabela de comutaccedilatildeo que C estaacute na interface 1 dado que D natildeo se encontra na tabela encaminha o quadro para as

demais interfaces 2 e 3

quadro eacute recebido por D

hub

hub hub

comutador

A

B CD

EF G H

I

endereccedilointerface

ABEG

1123

12 3

5 Camada de Enlace 5-71

Exemplo com comutador

Suponha que D responde com um quadro para C

comutador recebe o quadro vindo de D anota na tabela de comutaccedilatildeo que D estaacute na interface 2 dado que C estaacute na tabela encaminha o quadro apenas na interface

1

quadro eacute recebido por C

hub

hub hub

comutador

A

B CD

EF G H

I

interface

ABEGC

11231

endereccedilo

5 Camada de Enlace 5-72

Interligaccedilatildeo de comutadores

Podemos interligar comutadores (switches)

A

B

P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe que deve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3

R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenico comutador)

S1

C D

E

FS2

S4

S3

HI

G

5 Camada de Enlace 5-73

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde

para C

P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4

A

B

S1

C D

E

FS2

S4

S3

HI

G

1

2

5 Camada de Enlace 5-74

Rede Institucionalcorporativa

5 Camada de Enlace 5-75

Rede institucional

Para redeexterna

roteador

Subrede IP

Servidor de mensagens

Servidor web

5 Camada de Enlace 5-76

Comutadores versus Roteadores ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa

roteadores dispositivos da camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)

comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace roteadores mantecircm tabelas de roteamento

implementam algoritmos de roteamento comutadores mantecircm tabelas de comutaccedilatildeo

implementam filtragem algoritmos de aprendizagem

5 Camada de Enlace 5-77

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos52 Teacutecnicas de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de acesso muacuteltiplo 54 Endereccedilamento na Camada de Enlace55 Ethernet56 Comutadores da camada de enlace57 PPP o protocolo ponto-a-ponto58 Virtualizaccedilatildeo de enlace uma rede como

camada de enlace59 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina

Web

5 Camada de Enlace 5-78

Siacutentese um dia na vida de um pedido web jornada completa atravessando toda a pilha de

protocolos aplicaccedilatildeo transporte rede enlace

colocando tudo junto siacutentese objetivo identificar revisar entender os

protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web

cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom

5 Camada de Enlace 5-79

Um dia na vida cenaacuterio

rede da Comcast68800013

rede do Google64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola68802024

paacutegina web

navegador

5 Camada de Enlace 5-80

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPDHCP

quadro Ethernet difundido (dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador que executa o servidor DHCP

Ethernet demultiplexado para IP demultiplexado para UDP e demultiplexado paraDHCP

o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilo do primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP Solicitaccedilatildeo DHCP encapsulada em UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023 Ethernet

5 Camada de Enlace 5-81

roteador(roda DHCP)

servidor DHCP prepara ACK DHCP contendo endereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiro roteador nome e endereccedilo IP do servidor DNS

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

encapsulamento no servidor DHCP quadro repassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente

Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador

cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

5 Camada de Enlace 5-82

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

consulta DNS criada encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviar quadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP

consulta ARP difundida recebida pelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccedilo MAC da interface do roteador

o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiro roteador podendo agora enviar o quadro contendo a consulta DNS

ARP query

EthPhy

ARP

ARP

ARP reply

antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS

5 Camada de Enlace 5-83

roteador(roda DHCP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

DNS

datagrama IP conteacutem consulta DNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador

datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelos protocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS

demultiplexado pelo servidor DNS

servidor DNS responde ao cliente com o endereccedilo IP de wwwgooglecom

rede da Comcast68800013

servidor DNS

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

Um dia na vidahellip usando DNS

5 Camada de Enlace 5-84

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP

HTTPTCPIP

EthPhy

HTTP

para enviar pedido HTTP cliente primeiro abre um socket TCP para o servidor web segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web

conexatildeo TCP estabelecida64233169105

servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCPIP

EthPhy

SYN

SYN

SYN

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)

5 Camada de Enlace 5-85

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP

HTTPTCPIP

EthPhy

HTTP

solicitaccedilatildeo HTTP enviada para o socket TCP datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhado para wwwgooglecom

datagrama IP com a resposta HTTP eacute encaminhado de volta para o cliente

64233169105

servidor web

HTTPTCPIP

EthPhy

servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTPHTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

paacutegina web finalmente() apresentada

5 Camada de Enlace 5-86

Capiacutetulo 5 Resumo

princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dados detecccedilatildeo correccedilatildeo de erros compartilhamento de canal de difusatildeo acesso

muacuteltiplo endereccedilamento da camada de enlace

instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlace Ethernet LANs comutadas redes virtualizadas como camada de enlace MPLS

siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web

  • Capiacutetulo 5 A Camada de Enlace e Redes Locais
  • Camada de Enlace
  • Camada de Enlace Introduccedilatildeo
  • Camada de Enlace Contexto
  • Serviccedilos da Camada de Enlace
  • Serviccedilos da Camada de Enlace (mais)
  • Onde a camada de enlace eacute implementada
  • Comunicaccedilatildeo entre Adaptadores
  • Camada de Enlace (2)
  • Detecccedilatildeo de Erros
  • Verificaccedilotildees de Paridade
  • Soma de verificaccedilatildeo da Internet
  • Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica (CRC)
  • Exemplo de CRC
  • Implementaccedilatildeo em Hardware
  • Camada de Enlace (3)
  • Enlaces e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolo Ideal de Acesso Muacuteltiplo
  • Taxonomia dos Protocolos MAC
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal TDMA
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal FDMA
  • Protocolos de Acesso Aleatoacuterio
  • Slotted ALOHA
  • Slotted ALOHA (2)
  • Eficiecircncia do Slotted Aloha
  • ALOHA Puro (sem slots)
  • Eficiecircncia do Aloha puro
  • CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)
  • Colisotildees no CSMA
  • CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)
  • Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (2)
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (3)
  • Resumo dos protocolos MAC
  • Camada de Enlace (4)
  • Endereccedilos MAC
  • Endereccedilos MAC (2)
  • Endereccedilo MAC (cont)
  • ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de Resoluccedilatildeo de En
  • Protocolo ARP Mesma LAN (rede)
  • Roteando um pacote para outra LAN
  • Slide 44
  • Camada de Enlace (5)
  • Ethernet
  • Topologia em Estrela
  • Estrutura do Quadro Ethernet
  • Estrutura de Quadro Ethernet (cont)
  • Ethernet natildeo confiaacutevel e natildeo orientado para conexatildeo
  • Algoritmo CSMACD do Ethernet
  • CSMACD da Ethernet (mais)
  • Eficiecircncia do CSMACD
  • Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
  • 10Base5
  • 10Base2
  • 10BaseT
  • Conector RJ 45
  • 100Base-TX
  • Slide 60
  • Carrier Ethernet Defined
  • Camada de Enlace (6)
  • Hubs
  • Comutador (switch)
  • Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
  • Tabela de Comutaccedilatildeo
  • Switch autoaprendizagem
  • Switch FiltragemRepasse de quadros
  • Exemplo de auto aprendizagem e repasse
  • Exemplo com comutador
  • Exemplo com comutador (2)
  • Interligaccedilatildeo de comutadores
  • Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores
  • Rede Institucionalcorporativa
  • Rede institucional
  • Comutadores versus Roteadores
  • Camada de Enlace (7)
  • Siacutentese um dia na vida de um pedido web
  • Um dia na vida cenaacuterio
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet (2)
  • Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
  • Um dia na vidahellip usando DNS
  • Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
  • Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
  • Capiacutetulo 5 Resumo
Page 22: 5: Camada de Enlace 5-1 Capítulo 5: A Camada de Enlace e Redes Locais Nossos objetivos: Entender os princípios por trás dos serviços da camada de enlace

5 Camada de Enlace 5-22

Protocolos MAC de divisatildeo de canal FDMA

FDMA Acesso Muacuteltiplo por Divisatildeo de Frequumlecircncia espectro do canal dividido em bandas de frequumlecircncia a cada estaccedilatildeo eacute atribuiacuteda uma banda fixa de frequumlecircncia tempo de transmissatildeo natildeo usado nas bandas permanecem

ociosos exemplo LAN com 6 estaccedilotildees 134 com pacotes bandas

256 ociosas

Bandas

de f

requumlecircnci

a tempo

cabo FDM

5 Camada de Enlace 5-23

Protocolos de Acesso Aleatoacuterio

Quando noacute tem um pacote para transmitirtransmite na taxa maacutexima Rnenhuma coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes

dois ou mais noacutes transmitindo ldquocolisatildeordquo O protocolo MAC de acesso aleatoacuterio

especifica como detectar colisotildeescomo se recuperar delas (atraveacutes de

retransmissotildees retardadas por exemplo) Exemplos de protocolos MAC de acesso

aleatoacuterioslotted ALOHAALOHACSMA CSMACD CSMACA

5 Camada de Enlace 5-24

Slotted ALOHA

Hipoacuteteses todos os quadros tecircm o

mesmo tamanho (L bits) tempo eacute dividido em slots

de tamanho igual tempo para transmitir 1 quadro (LR seg)

noacutes comeccedilam a transmitir quadros apenas no iniacutecio dos intervalos (slots)

noacutes satildeo sincronizados se 2 ou mais noacutes

transmitirem num slot todos os noacutes detectam a colisatildeo

Operaccedilatildeo quando o noacute obteacutem um novo

quadro ele espera ateacute o iniacutecio do proacuteximo slot e transmite o quadro inteiro

Se natildeo houver colisatildeo noacute poderaacute enviar um novo quadro no proacuteximo slot

caso haja uma colisatildeo (detectada antes do final do intervalo) noacute retransmite o quadro em cada intervalo subsequumlente com probabilidade p ateacute obter sucesso

5 Camada de Enlace 5-25

Slotted ALOHA

Vantagens uacutenico noacute ativo pode

transmitir continuamente na taxa maacutexima do canal

Altamente descentralizado apenas slots nos noacutes precisam estar sincronizados

simples

Desvantagens colisotildees slots

desperdiccedilados slots ociosos

(desperdiacutecio) noacutes podem ser capazes

de detectar colisotildees num tempo inferior ao da transmissatildeo do pacote

sincronizaccedilatildeo dos reloacutegios

5 Camada de Enlace 5-26

Eficiecircncia do Slotted Aloha

Assuma N noacutes com muitos quadros para enviar cada um transmite num slot com probabilidade p

probabilidade que noacute 1 tenha sucesso em um slot = p(1-p)N-1

probabilidade que qualquer noacute tenha sucesso = Np(1-p)N-

1

Para eficiecircncia maacutexima com N noacutes encontre p que maximiza Np(1-p)N-1

Para muitos noacutes faccedila limite para Np(1-p)N-1

quando N tende a infinito daacute 1e = 037

Eficiecircncia eacute a fraccedilatildeo de longo prazo de slots bem sucedidos quando haacute muitos noacutes cada um com muitos quadros para transmitir

Melhor caso canalusado para transmissotildees uacuteteis em 37 do tempo

5 Camada de Enlace 5-27

ALOHA Puro (sem slots) Aloha puro (sem slots) mais simples sem sincronizaccedilatildeo Ao chegar um quadro no noacute

transmite imediatamente Probabilidade de colisatildeo aumenta

quadro enviado em t0 colide com outros quadros enviados em [t0-1t0+1]

5 Camada de Enlace 5-28

Eficiecircncia do Aloha puro

P(sucesso por um dado noacute) = P(noacute transmita)

P(nenhum outro noacute transmita em [t0-1t0]

P(nenhum outro noacute transmita em [t0t0+1]

= p (1-p)N-1 (1-p)N-1

= p (1-p)2(N-1)

hellip escolhendo o valor oacutetimo de p e deixando n -gt infinito

= 1(2e) = 018 Ainda pior do que o Slotted Aloha

5 Camada de Enlace 5-29

CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)

CSMA (Carrier Sense Multiple Access) Escuta antes de transmitir (detecccedilatildeo de portadora)

Se o canal estiver livre transmite todo o quadro

Se o canal estiver ocupado adia a transmissatildeo

Analogia humana natildeo interrompa outros

5 Camada de Enlace 5-30

Colisotildees no CSMA

colisotildees ainda podem aconteceratraso de propagaccedilatildeo significa que dois noacutes podem natildeo ouvira transmissatildeo do outro colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo eacute desperdiccedilado

Disposiccedilatildeo espacial dos noacutes

notapapel da distacircncia e atraso de propagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo

5 Camada de Enlace 5-31

CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)

CSMACD detecccedilatildeo da portadora adia a transmissatildeo como no CSMAAs colisotildees satildeo detectadas em pouco tempoTransmissotildees que sofreram colisotildees satildeo

abortadas reduzindo o desperdiacutecio do canal Detecccedilatildeo de colisotildees

Faacutecil em LANs cabeadas mede a potecircncia do sinal compara o sinal recebido com o transmitido

Difiacutecil em LANs sem fio o receptor eacute desligado durante a transmissatildeo

Analogia humana bate papo educado

5 Camada de Enlace 5-32

Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD

5 Camada de Enlace 5-33

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoProtocolos MAC de divisatildeo de canal

Compartilha o canal eficientemente e de forma justa em altas cargas

Ineficiente em baixas cargas atraso no canal de acesso alocaccedilatildeo de 1N da largura de banda mesmo com apenas 1 noacute ativo

Protocolos MAC de acesso aleatoacuterioeficiente em baixas cargas um uacutenico noacute

pode utilizar completamente o canalAltas cargas overhead com colisotildees

Protocolos de revezamentoProcura oferecer o melhor dos dois mundos

5 Camada de Enlace 5-34

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo

Seleccedilatildeo (Polling) Noacute mestre ldquoconvidardquo

noacutes escravos a transmitir em revezamento

Usado tipicamente com dispositivos escravo burros

Preocupaccedilotildees Overhead com as

consultas (polling) Latecircncia Ponto uacutenico de

falha (mestre)

mestre

escravos

poll

dados

dados

5 Camada de Enlace 5-35

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo

Passagem de permissatildeo (token)

controla permissatildeo passada de um noacute para o proacuteximo de forma sequencial

mensagem de passagem da permissatildeo

preocupaccedilotildees overhead com a

passagem de permissatildeo

latecircncia Ponto uacutenico de falha

(permissatildeo)

T

dados

(nada paramandar)

T

5 Camada de Enlace 5-36

Resumo dos protocolos MAC Divisatildeo do canal por tempo frequumlecircncia ou

coacutedigoDivisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequumlecircncia

Particionamento Aleatoacuterio (dinacircmico) ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDEscutar a portadora faacutecil em algumas

tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)

CSMACD usado na EthernetCSMACA usado no 80211

RevezamentoSeleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto

central passagem de permissotildeesBluetooth FDDI Token Ring (IBM)

5 Camada de Enlace 5-37

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos52 Teacutecnicas de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de

erros 53 Protocolos de acesso muacuteltiplo 54 Endereccedilamento na Camada de Enlace55 Ethernet56 Comutadores da camada de enlace57 PPP o protocolo ponto-a-ponto58 Virtualizaccedilatildeo de enlace uma rede

como camada de enlace59 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de

paacutegina Web

5 Camada de Enlace 5-38

Endereccedilos MAC

Endereccedilo IP de 32 bits Endereccedilos da camada de redeusado para levar o datagrama agrave subrede IP

destinoEndereccedilo MAC (ou LAN ou fiacutesico ou

Ethernet) levar o datagrama de uma interface ateacute outra

interface conectada fisicamente (na mesma rede)

Endereccedilo MAC de 48 bits (para a maioria das redes)bull gravado na ROM do adaptador ou configurado

por software

5 Camada de Enlace 5-39

Endereccedilos MAC

Cada adaptador na LAN possui um endereccedilo MAC uacutenico

Endereccedilo de Broadcast =FF-FF-FF-FF-FF-FF

= adaptador

1A-2F-BB-76-09-AD

58-23-D7-FA-20-B0

0C-C4-11-6F-E3-98

71-65-F7-2B-08-53

LAN(cabeada ousem fio)

5 Camada de Enlace 5-40

Endereccedilo MAC (cont)

Alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC gerenciada pelo IEEE Um fabricante compra uma parte do espaccedilo de

endereccedilos (para garantir unicidade) Analogia (a) endereccedilo MAC como nuacutemero do CPF (b) endereccedilo IP como endereccedilo postal (CEP) endereccedilo MAC tem estrutura linear =gt

portabilidadePode mover um cartatildeo LAN de uma LAN para

outra endereccedilo IP hieraacuterquico NAtildeO eacute portaacutetil (requer IP

moacutevel)Depende da subrede IP agrave qual o noacute estaacute

conectado

5 Camada de Enlace 5-41

ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de Resoluccedilatildeo de Endereccedilos)

Cada noacute IP (Host Roteador) de uma LAN possui tabela ARP

Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN

lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt TTL (Time To Live) tempo

a partir do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute esquecido (valor tiacutepico de 20 min)

Pergunta como obter oendereccedilo MAC de B a partir do endereccedilo IP de B

1A-2F-BB-76-09-AD

58-23-D7-FA-20-B0

0C-C4-11-6F-E3-98

71-65-F7-2B-08-53

LAN

237196723

237196778

237196714

237196788

5 Camada de Enlace 5-42

Protocolo ARP Mesma LAN (rede) A deseja enviar datagrama

para B e o endereccedilo MAC de B natildeo estaacute na tabela ARP

A difunde o pacote de solicitaccedilatildeo ARP que conteacutem o endereccedilo IP de B Endereccedilo MAC destino =

FF-FF-FF-FF-FF-FF todas as maacutequinas na

LAN recebem a consulta do ARP

B recebe o pacote ARP responde a A com o seu (de B) endereccedilo MAC Quadro enviado para o

endereccedilo MAC (unicast) de A

Uma cache (salva) o par de endereccedilos IP-para-MAC na sua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo fique antiquada (expire) lsquosoft statersquo informaccedilatildeo que expira (vai embora) a menos que seja renovada

ARP eacute ldquoplug-and-playrdquo os noacutes criam suas tabelas ARP sem a intervenccedilatildeo do administrador

da rede

5 Camada de Enlace 5-43

Roteando um pacote para outra LAN

passo a passo envio de datagrama de A para B via R assuma que A conhece o endereccedilo IP de B

Duas tabelas ARP no roteador R uma para cada rede IP (LAN)

A

RB

5 Camada de Enlace 5-44

A cria datagrama com origem A destino B A usa ARP para obter o endereccedilo MAC de R para

111111111110 A cria quadro da camada de enlace com o endereccedilo

MAC de R como destino quadro conteacutem datagrama IP de A para B

O adaptador de A envia o quadro O adaptador de R recebe o quadro R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verifica

que eacute destinado para B R usa ARP para obter o endereccedilo MAC de B R cria quadro contendo datagrama IP de A para B e o

envia para B

A

R B

Este eacute um exemplo muito importantendash garanta que vocecirc o entendeu

5 Camada de Enlace 5-45

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos52 Teacutecnicas de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de

erros 53 Protocolos de acesso muacuteltiplo 54 Endereccedilamento na Camada de Enlace55 Ethernet56 Comutadores da camada de enlace57 PPP o protocolo ponto-a-ponto58 Virtualizaccedilatildeo de enlace uma rede

como camada de enlace59 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de

paacutegina Web

5 Camada de Enlace 5-46

Ethernet Muitiacutessimo difundida porque

Muito barata R$30 para placas 10100Mbps A mais antiga das tecnologias de rede local (meados da

deacutecada de 70) Mais simples e menos cara que redes usando ficha ou

ATM Acompanhou o aumento de velocidade 10 Mbps ndash 10

Gbps

Rascunho de Metcalfe sobre o Ethernet

5 Camada de Enlace 5-47

Topologia em Estrela Topologia de barramento popular ateacute meados

dos anos 90 Todos os noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo (podem colidir

um com o outro)

Agora prevalecircncia de topologia em estrela Comutador (switch) no centro Cada porta roda o protocolo Ethernet separadamente (os

noacutes natildeo colidem uns com os outros)

barramento cabo coaxial

switch

estrela

5 Camada de Enlace 5-48

Estrutura do Quadro Ethernet

Adaptador remetente encapsula datagrama IP (ou pacote de outro protocolo da camada de rede) num Quadro Ethernet

Dados 46 a 1500 bytes Preacircmbulo 7 bytes com o padratildeo 10101010 seguidos por um byte

com o padratildeo 10101011 usado para sincronizar receptor ao reloacutegio do

remetente (reloacutegios nunca satildeo exatos eacute muito provaacutevel que exista algum desvio entre eles)

5 Camada de Enlace 5-49

Estrutura de Quadro Ethernet (cont)

Endereccedilos 6 bytes para cada endereccedilo MAC se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo destino igual

ao seu ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede

caso contraacuterio o adaptador descarta o quadro Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior

usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)

CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado

5 Camada de Enlace 5-50

Ethernet natildeo confiaacutevel e natildeo orientado para conexatildeo

Natildeo orientado para conexatildeo Natildeo haacute estabelecimento de conexatildeo (saudaccedilatildeo) entre os adaptadores transmissor e receptor

Natildeo confiaacutevel o adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador transmissorfluxo de datagramas passados para a

camada de rede pode conter falhas na sequumlecircncia

falhas seratildeo preenchidas se aplicaccedilatildeo estiver usando o TCP

caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as falhas Protocolo MAC do Ethernet CSMACD sem slots

5 Camada de Enlace 5-51

Algoritmo CSMACD do Ethernet

1 Adaptador recebe datagrama da camada de rede e cria um quadro

2 Se o adaptador percebe que o canal estaacute ocioso comeccedila a transmitir o quadro Se percebe que o canal estaacute ocupado espera que o canal fique livre e transmite

3 Se o adaptador transmitir todo o quadro sem detectar outra transmissatildeo o adaptador concluiu a operaccedilatildeo com o quadro

4 Se o adaptador detectar outra transmissatildeo enquanto estiver transmitindo aborta e envia sinal de reforccedilo de colisatildeo de 48 bits

5 Apoacutes o aborto o adaptador entra na retirada (backoff) exponencial binaacuteria apoacutes a m-eacutesima colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoriamente entre 012hellip2m-1 O adaptador espera K512 tempos de bit e retorna ao Passo 2

5 Camada de Enlace 5-52

CSMACD da Ethernet (mais)

Sinal de reforccedilo de colisatildeo garante que todos os demais transmissores estejam cientes da colisatildeo 48 bits

Tempo de Bit 01 microseg para Ethernet de 10 Mbpspara K=1023 tempo de espera de cerca de 50 mseg

Retirada Exponencial Binaacuteria

Objetivo adaptar as tentativas de retransmissatildeo agrave carga atual estimada Alta carga espera

aleatoacuteria seraacute mais longa

na primeira colisatildeo escolhe K entre 01 atraso eacute de K 512 tempos de transmissatildeo de um bit

apoacutes a segunda colisatildeo escolhe K entre 0123hellip

apoacutes 10 colisotildees escolhe K entre 01234hellip1023

Vejainteraja com o applet Java siacutetio do livroaltamente recomendaacutevel

5 Camada de Enlace 5-53

Eficiecircncia do CSMACD

tprop = atraso maacuteximo de prop entre 2 noacutes na LAN

ttrans = tempo para transmitir quadro de tamanho maacuteximo

Eficiecircncia vai para 1 agrave medida que tprop vai para 0

ttrans vai para infinito Muito melhor do que ALOHA e ainda eacute

descentralizado simples e barato

transprop tt 51

1eficiecircncia

5 Camada de Enlace 5-54

Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica

Diversos padrotildees Ethernet diferentestecircm em comum o protocolo MAC e o

formato do quadrodiferentes velocidades 2Mbps 10Mbps

100Mbps 1Gbps 10Gbpsdiferentes meios da camada fiacutesica fibra

caboaplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

protocolo MACe formato do quadro

100BASE-TX

100BASE-T4

100BASE-FX100BASE-T2

100BASE-SX 100BASE-BX

camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)

5 Camada de Enlace 5-55

10Base5

httpwwwethermanagecom

5 Camada de Enlace 5-56

10Base2

httpwwwethermanagecom

5 Camada de Enlace 5-57

10BaseT

httpwwwethermanagecom

5 Camada de Enlace 5-58

Conector RJ 45

5 Camada de Enlace 5-59

100Base-TX

httpwwwethermanagecom

5 Camada de Enlace 5-60 10

Wireless Backhaul

Carrier Ethernet Access Expansion

Voice gateway

VoiceVideoTelephony

HD TVTVoD VoD

Video Source

Gaming BusinessBackup ERP

InternetVideo Source

BusinessBroadband

E-Line andE-LAN service

GlobalNationalCarrierEthernet

GlobalNationalCarrierEthernet

SmallMedium Business

Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

ResidentialTriple-Play

FTTx DSLAM Cable Modem

Broadbandmobile datavideo

Bringing vastly extended scalability for business and residential users

ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing

5 Camada de Enlace 5-61

Carrier Ethernet Defined

bull Carrier Ethernet is a ubiquitous standardized carrier-class SERVICE defined by five attributes that distinguish Carrier Ethernet from familiar LAN based Ethernet

bull It brings the compelling business benefit of the Ethernet cost model to achieve significant savings

Carrier Ethernet

bull Scalability

bull Standardized Services

bull Service Management

bull Quality of Service

bull Reliability

Carrier Ethernet Attributes

httpwwwmetroethernetforumorg

5 Camada de Enlace 5-62

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos52 Teacutecnicas de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de acesso muacuteltiplo 54 Endereccedilamento na Camada de Enlace55 Ethernet56 Comutadores da camada de enlace57 PPP o protocolo ponto-a-ponto58 Virtualizaccedilatildeo de enlace uma rede como

camada de enlace59 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina

Web

5 Camada de Enlace 5-63

Hubs

hellip repetidores (ldquoburrosrdquo) da camada fiacutesicabits vindos de um dado link saem por todos

os outros links na mesma taxatodos os noacutes conectados ao hub podem

colidir uns com os outrosnatildeo haacute bufferizaccedilatildeo de quadrosnatildeo implementa CSMACD no hub cartotildees

do hospedeiro detectam as colisotildees

par tranccedilado

hub

5 Camada de Enlace 5-64

Comutador (switch)

Dispositivo da camada de enlace mais inteligentes que os hubs tecircm papel ativo armazena e retransmite quadros Ethernetexamina o cabeccedilalho do quadro e

seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento

transparentehospedeiros ignoram a presenccedila dos

switches plug-and-play self-learning (autodidatas)

os comutadores natildeo necessitam ser configurados

5 Camada de Enlace 5-65

Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas

hospedeiros tecircm conexatildeo direta e dedicada para o switch

os switches armazenam quadros

o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplex cada link eacute o seu proacuteprio

domiacutenio de colisatildeo comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-

para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees isto natildeo eacute possiacutevel com hubs

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

switch com seis interfaces(123456)

1 23

45

6

5 Camada de Enlace 5-66

Tabela de Comutaccedilatildeo

P como eacute que o switch sabe que Arsquo eacute alcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel a partir da interface 5

R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutem (endereccedilo MAC do hospedeiro

interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)

parece uma tabela de roteamento P como satildeo criadas e mantidas as

entradas na tabela de comutaccedilatildeo haacute algo como um protocolo de

roteamento

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

switch with six interfaces(123456)

1 23

45

6

5 Camada de Enlace 5-67

switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfaces quando um quadro eacute

recebido o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada

registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo

Switch autoaprendizagem

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 23

45

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

5 Camada de Enlace 5-685 Camada de Enlace

Switch FiltragemRepasse de quadrosQuando um comutador recebe um quadroregistra o link associado com o hospedeiro

transmissorindexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo

MAC do destinoif entrada encontrada para o destino

then if dest estiver no segmento de onde veio o

quadro then descarta o quadro else repassa o quadro na interface indicada else usa inundaccedilatildeoRepassa o quadro para todas as

demais interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido

5 Camada de Enlace 5-69

Exemplo de auto aprendizagem e repasse

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 23

45

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo

destino do quadro desconhecido inundaccedilatildeo

Arsquo A

local do destino A conhecido

Arsquo 4 60

transmissatildeo seletiva

5 Camada de Enlace 5-70

Exemplo com comutador

Suponha que C envia quadro para D

comutador recebe o quadro vindo de C anota na tabela de comutaccedilatildeo que C estaacute na interface 1 dado que D natildeo se encontra na tabela encaminha o quadro para as

demais interfaces 2 e 3

quadro eacute recebido por D

hub

hub hub

comutador

A

B CD

EF G H

I

endereccedilointerface

ABEG

1123

12 3

5 Camada de Enlace 5-71

Exemplo com comutador

Suponha que D responde com um quadro para C

comutador recebe o quadro vindo de D anota na tabela de comutaccedilatildeo que D estaacute na interface 2 dado que C estaacute na tabela encaminha o quadro apenas na interface

1

quadro eacute recebido por C

hub

hub hub

comutador

A

B CD

EF G H

I

interface

ABEGC

11231

endereccedilo

5 Camada de Enlace 5-72

Interligaccedilatildeo de comutadores

Podemos interligar comutadores (switches)

A

B

P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe que deve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3

R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenico comutador)

S1

C D

E

FS2

S4

S3

HI

G

5 Camada de Enlace 5-73

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde

para C

P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4

A

B

S1

C D

E

FS2

S4

S3

HI

G

1

2

5 Camada de Enlace 5-74

Rede Institucionalcorporativa

5 Camada de Enlace 5-75

Rede institucional

Para redeexterna

roteador

Subrede IP

Servidor de mensagens

Servidor web

5 Camada de Enlace 5-76

Comutadores versus Roteadores ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa

roteadores dispositivos da camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)

comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace roteadores mantecircm tabelas de roteamento

implementam algoritmos de roteamento comutadores mantecircm tabelas de comutaccedilatildeo

implementam filtragem algoritmos de aprendizagem

5 Camada de Enlace 5-77

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos52 Teacutecnicas de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de acesso muacuteltiplo 54 Endereccedilamento na Camada de Enlace55 Ethernet56 Comutadores da camada de enlace57 PPP o protocolo ponto-a-ponto58 Virtualizaccedilatildeo de enlace uma rede como

camada de enlace59 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina

Web

5 Camada de Enlace 5-78

Siacutentese um dia na vida de um pedido web jornada completa atravessando toda a pilha de

protocolos aplicaccedilatildeo transporte rede enlace

colocando tudo junto siacutentese objetivo identificar revisar entender os

protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web

cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom

5 Camada de Enlace 5-79

Um dia na vida cenaacuterio

rede da Comcast68800013

rede do Google64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola68802024

paacutegina web

navegador

5 Camada de Enlace 5-80

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPDHCP

quadro Ethernet difundido (dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador que executa o servidor DHCP

Ethernet demultiplexado para IP demultiplexado para UDP e demultiplexado paraDHCP

o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilo do primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP Solicitaccedilatildeo DHCP encapsulada em UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023 Ethernet

5 Camada de Enlace 5-81

roteador(roda DHCP)

servidor DHCP prepara ACK DHCP contendo endereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiro roteador nome e endereccedilo IP do servidor DNS

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

encapsulamento no servidor DHCP quadro repassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente

Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador

cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

5 Camada de Enlace 5-82

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

consulta DNS criada encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviar quadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP

consulta ARP difundida recebida pelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccedilo MAC da interface do roteador

o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiro roteador podendo agora enviar o quadro contendo a consulta DNS

ARP query

EthPhy

ARP

ARP

ARP reply

antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS

5 Camada de Enlace 5-83

roteador(roda DHCP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

DNS

datagrama IP conteacutem consulta DNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador

datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelos protocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS

demultiplexado pelo servidor DNS

servidor DNS responde ao cliente com o endereccedilo IP de wwwgooglecom

rede da Comcast68800013

servidor DNS

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

Um dia na vidahellip usando DNS

5 Camada de Enlace 5-84

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP

HTTPTCPIP

EthPhy

HTTP

para enviar pedido HTTP cliente primeiro abre um socket TCP para o servidor web segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web

conexatildeo TCP estabelecida64233169105

servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCPIP

EthPhy

SYN

SYN

SYN

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)

5 Camada de Enlace 5-85

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP

HTTPTCPIP

EthPhy

HTTP

solicitaccedilatildeo HTTP enviada para o socket TCP datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhado para wwwgooglecom

datagrama IP com a resposta HTTP eacute encaminhado de volta para o cliente

64233169105

servidor web

HTTPTCPIP

EthPhy

servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTPHTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

paacutegina web finalmente() apresentada

5 Camada de Enlace 5-86

Capiacutetulo 5 Resumo

princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dados detecccedilatildeo correccedilatildeo de erros compartilhamento de canal de difusatildeo acesso

muacuteltiplo endereccedilamento da camada de enlace

instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlace Ethernet LANs comutadas redes virtualizadas como camada de enlace MPLS

siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web

  • Capiacutetulo 5 A Camada de Enlace e Redes Locais
  • Camada de Enlace
  • Camada de Enlace Introduccedilatildeo
  • Camada de Enlace Contexto
  • Serviccedilos da Camada de Enlace
  • Serviccedilos da Camada de Enlace (mais)
  • Onde a camada de enlace eacute implementada
  • Comunicaccedilatildeo entre Adaptadores
  • Camada de Enlace (2)
  • Detecccedilatildeo de Erros
  • Verificaccedilotildees de Paridade
  • Soma de verificaccedilatildeo da Internet
  • Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica (CRC)
  • Exemplo de CRC
  • Implementaccedilatildeo em Hardware
  • Camada de Enlace (3)
  • Enlaces e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolo Ideal de Acesso Muacuteltiplo
  • Taxonomia dos Protocolos MAC
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal TDMA
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal FDMA
  • Protocolos de Acesso Aleatoacuterio
  • Slotted ALOHA
  • Slotted ALOHA (2)
  • Eficiecircncia do Slotted Aloha
  • ALOHA Puro (sem slots)
  • Eficiecircncia do Aloha puro
  • CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)
  • Colisotildees no CSMA
  • CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)
  • Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (2)
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (3)
  • Resumo dos protocolos MAC
  • Camada de Enlace (4)
  • Endereccedilos MAC
  • Endereccedilos MAC (2)
  • Endereccedilo MAC (cont)
  • ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de Resoluccedilatildeo de En
  • Protocolo ARP Mesma LAN (rede)
  • Roteando um pacote para outra LAN
  • Slide 44
  • Camada de Enlace (5)
  • Ethernet
  • Topologia em Estrela
  • Estrutura do Quadro Ethernet
  • Estrutura de Quadro Ethernet (cont)
  • Ethernet natildeo confiaacutevel e natildeo orientado para conexatildeo
  • Algoritmo CSMACD do Ethernet
  • CSMACD da Ethernet (mais)
  • Eficiecircncia do CSMACD
  • Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
  • 10Base5
  • 10Base2
  • 10BaseT
  • Conector RJ 45
  • 100Base-TX
  • Slide 60
  • Carrier Ethernet Defined
  • Camada de Enlace (6)
  • Hubs
  • Comutador (switch)
  • Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
  • Tabela de Comutaccedilatildeo
  • Switch autoaprendizagem
  • Switch FiltragemRepasse de quadros
  • Exemplo de auto aprendizagem e repasse
  • Exemplo com comutador
  • Exemplo com comutador (2)
  • Interligaccedilatildeo de comutadores
  • Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores
  • Rede Institucionalcorporativa
  • Rede institucional
  • Comutadores versus Roteadores
  • Camada de Enlace (7)
  • Siacutentese um dia na vida de um pedido web
  • Um dia na vida cenaacuterio
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet (2)
  • Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
  • Um dia na vidahellip usando DNS
  • Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
  • Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
  • Capiacutetulo 5 Resumo
Page 23: 5: Camada de Enlace 5-1 Capítulo 5: A Camada de Enlace e Redes Locais Nossos objetivos: Entender os princípios por trás dos serviços da camada de enlace

5 Camada de Enlace 5-23

Protocolos de Acesso Aleatoacuterio

Quando noacute tem um pacote para transmitirtransmite na taxa maacutexima Rnenhuma coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes

dois ou mais noacutes transmitindo ldquocolisatildeordquo O protocolo MAC de acesso aleatoacuterio

especifica como detectar colisotildeescomo se recuperar delas (atraveacutes de

retransmissotildees retardadas por exemplo) Exemplos de protocolos MAC de acesso

aleatoacuterioslotted ALOHAALOHACSMA CSMACD CSMACA

5 Camada de Enlace 5-24

Slotted ALOHA

Hipoacuteteses todos os quadros tecircm o

mesmo tamanho (L bits) tempo eacute dividido em slots

de tamanho igual tempo para transmitir 1 quadro (LR seg)

noacutes comeccedilam a transmitir quadros apenas no iniacutecio dos intervalos (slots)

noacutes satildeo sincronizados se 2 ou mais noacutes

transmitirem num slot todos os noacutes detectam a colisatildeo

Operaccedilatildeo quando o noacute obteacutem um novo

quadro ele espera ateacute o iniacutecio do proacuteximo slot e transmite o quadro inteiro

Se natildeo houver colisatildeo noacute poderaacute enviar um novo quadro no proacuteximo slot

caso haja uma colisatildeo (detectada antes do final do intervalo) noacute retransmite o quadro em cada intervalo subsequumlente com probabilidade p ateacute obter sucesso

5 Camada de Enlace 5-25

Slotted ALOHA

Vantagens uacutenico noacute ativo pode

transmitir continuamente na taxa maacutexima do canal

Altamente descentralizado apenas slots nos noacutes precisam estar sincronizados

simples

Desvantagens colisotildees slots

desperdiccedilados slots ociosos

(desperdiacutecio) noacutes podem ser capazes

de detectar colisotildees num tempo inferior ao da transmissatildeo do pacote

sincronizaccedilatildeo dos reloacutegios

5 Camada de Enlace 5-26

Eficiecircncia do Slotted Aloha

Assuma N noacutes com muitos quadros para enviar cada um transmite num slot com probabilidade p

probabilidade que noacute 1 tenha sucesso em um slot = p(1-p)N-1

probabilidade que qualquer noacute tenha sucesso = Np(1-p)N-

1

Para eficiecircncia maacutexima com N noacutes encontre p que maximiza Np(1-p)N-1

Para muitos noacutes faccedila limite para Np(1-p)N-1

quando N tende a infinito daacute 1e = 037

Eficiecircncia eacute a fraccedilatildeo de longo prazo de slots bem sucedidos quando haacute muitos noacutes cada um com muitos quadros para transmitir

Melhor caso canalusado para transmissotildees uacuteteis em 37 do tempo

5 Camada de Enlace 5-27

ALOHA Puro (sem slots) Aloha puro (sem slots) mais simples sem sincronizaccedilatildeo Ao chegar um quadro no noacute

transmite imediatamente Probabilidade de colisatildeo aumenta

quadro enviado em t0 colide com outros quadros enviados em [t0-1t0+1]

5 Camada de Enlace 5-28

Eficiecircncia do Aloha puro

P(sucesso por um dado noacute) = P(noacute transmita)

P(nenhum outro noacute transmita em [t0-1t0]

P(nenhum outro noacute transmita em [t0t0+1]

= p (1-p)N-1 (1-p)N-1

= p (1-p)2(N-1)

hellip escolhendo o valor oacutetimo de p e deixando n -gt infinito

= 1(2e) = 018 Ainda pior do que o Slotted Aloha

5 Camada de Enlace 5-29

CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)

CSMA (Carrier Sense Multiple Access) Escuta antes de transmitir (detecccedilatildeo de portadora)

Se o canal estiver livre transmite todo o quadro

Se o canal estiver ocupado adia a transmissatildeo

Analogia humana natildeo interrompa outros

5 Camada de Enlace 5-30

Colisotildees no CSMA

colisotildees ainda podem aconteceratraso de propagaccedilatildeo significa que dois noacutes podem natildeo ouvira transmissatildeo do outro colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo eacute desperdiccedilado

Disposiccedilatildeo espacial dos noacutes

notapapel da distacircncia e atraso de propagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo

5 Camada de Enlace 5-31

CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)

CSMACD detecccedilatildeo da portadora adia a transmissatildeo como no CSMAAs colisotildees satildeo detectadas em pouco tempoTransmissotildees que sofreram colisotildees satildeo

abortadas reduzindo o desperdiacutecio do canal Detecccedilatildeo de colisotildees

Faacutecil em LANs cabeadas mede a potecircncia do sinal compara o sinal recebido com o transmitido

Difiacutecil em LANs sem fio o receptor eacute desligado durante a transmissatildeo

Analogia humana bate papo educado

5 Camada de Enlace 5-32

Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD

5 Camada de Enlace 5-33

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoProtocolos MAC de divisatildeo de canal

Compartilha o canal eficientemente e de forma justa em altas cargas

Ineficiente em baixas cargas atraso no canal de acesso alocaccedilatildeo de 1N da largura de banda mesmo com apenas 1 noacute ativo

Protocolos MAC de acesso aleatoacuterioeficiente em baixas cargas um uacutenico noacute

pode utilizar completamente o canalAltas cargas overhead com colisotildees

Protocolos de revezamentoProcura oferecer o melhor dos dois mundos

5 Camada de Enlace 5-34

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo

Seleccedilatildeo (Polling) Noacute mestre ldquoconvidardquo

noacutes escravos a transmitir em revezamento

Usado tipicamente com dispositivos escravo burros

Preocupaccedilotildees Overhead com as

consultas (polling) Latecircncia Ponto uacutenico de

falha (mestre)

mestre

escravos

poll

dados

dados

5 Camada de Enlace 5-35

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo

Passagem de permissatildeo (token)

controla permissatildeo passada de um noacute para o proacuteximo de forma sequencial

mensagem de passagem da permissatildeo

preocupaccedilotildees overhead com a

passagem de permissatildeo

latecircncia Ponto uacutenico de falha

(permissatildeo)

T

dados

(nada paramandar)

T

5 Camada de Enlace 5-36

Resumo dos protocolos MAC Divisatildeo do canal por tempo frequumlecircncia ou

coacutedigoDivisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequumlecircncia

Particionamento Aleatoacuterio (dinacircmico) ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDEscutar a portadora faacutecil em algumas

tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)

CSMACD usado na EthernetCSMACA usado no 80211

RevezamentoSeleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto

central passagem de permissotildeesBluetooth FDDI Token Ring (IBM)

5 Camada de Enlace 5-37

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos52 Teacutecnicas de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de

erros 53 Protocolos de acesso muacuteltiplo 54 Endereccedilamento na Camada de Enlace55 Ethernet56 Comutadores da camada de enlace57 PPP o protocolo ponto-a-ponto58 Virtualizaccedilatildeo de enlace uma rede

como camada de enlace59 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de

paacutegina Web

5 Camada de Enlace 5-38

Endereccedilos MAC

Endereccedilo IP de 32 bits Endereccedilos da camada de redeusado para levar o datagrama agrave subrede IP

destinoEndereccedilo MAC (ou LAN ou fiacutesico ou

Ethernet) levar o datagrama de uma interface ateacute outra

interface conectada fisicamente (na mesma rede)

Endereccedilo MAC de 48 bits (para a maioria das redes)bull gravado na ROM do adaptador ou configurado

por software

5 Camada de Enlace 5-39

Endereccedilos MAC

Cada adaptador na LAN possui um endereccedilo MAC uacutenico

Endereccedilo de Broadcast =FF-FF-FF-FF-FF-FF

= adaptador

1A-2F-BB-76-09-AD

58-23-D7-FA-20-B0

0C-C4-11-6F-E3-98

71-65-F7-2B-08-53

LAN(cabeada ousem fio)

5 Camada de Enlace 5-40

Endereccedilo MAC (cont)

Alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC gerenciada pelo IEEE Um fabricante compra uma parte do espaccedilo de

endereccedilos (para garantir unicidade) Analogia (a) endereccedilo MAC como nuacutemero do CPF (b) endereccedilo IP como endereccedilo postal (CEP) endereccedilo MAC tem estrutura linear =gt

portabilidadePode mover um cartatildeo LAN de uma LAN para

outra endereccedilo IP hieraacuterquico NAtildeO eacute portaacutetil (requer IP

moacutevel)Depende da subrede IP agrave qual o noacute estaacute

conectado

5 Camada de Enlace 5-41

ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de Resoluccedilatildeo de Endereccedilos)

Cada noacute IP (Host Roteador) de uma LAN possui tabela ARP

Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN

lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt TTL (Time To Live) tempo

a partir do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute esquecido (valor tiacutepico de 20 min)

Pergunta como obter oendereccedilo MAC de B a partir do endereccedilo IP de B

1A-2F-BB-76-09-AD

58-23-D7-FA-20-B0

0C-C4-11-6F-E3-98

71-65-F7-2B-08-53

LAN

237196723

237196778

237196714

237196788

5 Camada de Enlace 5-42

Protocolo ARP Mesma LAN (rede) A deseja enviar datagrama

para B e o endereccedilo MAC de B natildeo estaacute na tabela ARP

A difunde o pacote de solicitaccedilatildeo ARP que conteacutem o endereccedilo IP de B Endereccedilo MAC destino =

FF-FF-FF-FF-FF-FF todas as maacutequinas na

LAN recebem a consulta do ARP

B recebe o pacote ARP responde a A com o seu (de B) endereccedilo MAC Quadro enviado para o

endereccedilo MAC (unicast) de A

Uma cache (salva) o par de endereccedilos IP-para-MAC na sua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo fique antiquada (expire) lsquosoft statersquo informaccedilatildeo que expira (vai embora) a menos que seja renovada

ARP eacute ldquoplug-and-playrdquo os noacutes criam suas tabelas ARP sem a intervenccedilatildeo do administrador

da rede

5 Camada de Enlace 5-43

Roteando um pacote para outra LAN

passo a passo envio de datagrama de A para B via R assuma que A conhece o endereccedilo IP de B

Duas tabelas ARP no roteador R uma para cada rede IP (LAN)

A

RB

5 Camada de Enlace 5-44

A cria datagrama com origem A destino B A usa ARP para obter o endereccedilo MAC de R para

111111111110 A cria quadro da camada de enlace com o endereccedilo

MAC de R como destino quadro conteacutem datagrama IP de A para B

O adaptador de A envia o quadro O adaptador de R recebe o quadro R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verifica

que eacute destinado para B R usa ARP para obter o endereccedilo MAC de B R cria quadro contendo datagrama IP de A para B e o

envia para B

A

R B

Este eacute um exemplo muito importantendash garanta que vocecirc o entendeu

5 Camada de Enlace 5-45

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos52 Teacutecnicas de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de

erros 53 Protocolos de acesso muacuteltiplo 54 Endereccedilamento na Camada de Enlace55 Ethernet56 Comutadores da camada de enlace57 PPP o protocolo ponto-a-ponto58 Virtualizaccedilatildeo de enlace uma rede

como camada de enlace59 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de

paacutegina Web

5 Camada de Enlace 5-46

Ethernet Muitiacutessimo difundida porque

Muito barata R$30 para placas 10100Mbps A mais antiga das tecnologias de rede local (meados da

deacutecada de 70) Mais simples e menos cara que redes usando ficha ou

ATM Acompanhou o aumento de velocidade 10 Mbps ndash 10

Gbps

Rascunho de Metcalfe sobre o Ethernet

5 Camada de Enlace 5-47

Topologia em Estrela Topologia de barramento popular ateacute meados

dos anos 90 Todos os noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo (podem colidir

um com o outro)

Agora prevalecircncia de topologia em estrela Comutador (switch) no centro Cada porta roda o protocolo Ethernet separadamente (os

noacutes natildeo colidem uns com os outros)

barramento cabo coaxial

switch

estrela

5 Camada de Enlace 5-48

Estrutura do Quadro Ethernet

Adaptador remetente encapsula datagrama IP (ou pacote de outro protocolo da camada de rede) num Quadro Ethernet

Dados 46 a 1500 bytes Preacircmbulo 7 bytes com o padratildeo 10101010 seguidos por um byte

com o padratildeo 10101011 usado para sincronizar receptor ao reloacutegio do

remetente (reloacutegios nunca satildeo exatos eacute muito provaacutevel que exista algum desvio entre eles)

5 Camada de Enlace 5-49

Estrutura de Quadro Ethernet (cont)

Endereccedilos 6 bytes para cada endereccedilo MAC se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo destino igual

ao seu ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede

caso contraacuterio o adaptador descarta o quadro Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior

usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)

CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado

5 Camada de Enlace 5-50

Ethernet natildeo confiaacutevel e natildeo orientado para conexatildeo

Natildeo orientado para conexatildeo Natildeo haacute estabelecimento de conexatildeo (saudaccedilatildeo) entre os adaptadores transmissor e receptor

Natildeo confiaacutevel o adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador transmissorfluxo de datagramas passados para a

camada de rede pode conter falhas na sequumlecircncia

falhas seratildeo preenchidas se aplicaccedilatildeo estiver usando o TCP

caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as falhas Protocolo MAC do Ethernet CSMACD sem slots

5 Camada de Enlace 5-51

Algoritmo CSMACD do Ethernet

1 Adaptador recebe datagrama da camada de rede e cria um quadro

2 Se o adaptador percebe que o canal estaacute ocioso comeccedila a transmitir o quadro Se percebe que o canal estaacute ocupado espera que o canal fique livre e transmite

3 Se o adaptador transmitir todo o quadro sem detectar outra transmissatildeo o adaptador concluiu a operaccedilatildeo com o quadro

4 Se o adaptador detectar outra transmissatildeo enquanto estiver transmitindo aborta e envia sinal de reforccedilo de colisatildeo de 48 bits

5 Apoacutes o aborto o adaptador entra na retirada (backoff) exponencial binaacuteria apoacutes a m-eacutesima colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoriamente entre 012hellip2m-1 O adaptador espera K512 tempos de bit e retorna ao Passo 2

5 Camada de Enlace 5-52

CSMACD da Ethernet (mais)

Sinal de reforccedilo de colisatildeo garante que todos os demais transmissores estejam cientes da colisatildeo 48 bits

Tempo de Bit 01 microseg para Ethernet de 10 Mbpspara K=1023 tempo de espera de cerca de 50 mseg

Retirada Exponencial Binaacuteria

Objetivo adaptar as tentativas de retransmissatildeo agrave carga atual estimada Alta carga espera

aleatoacuteria seraacute mais longa

na primeira colisatildeo escolhe K entre 01 atraso eacute de K 512 tempos de transmissatildeo de um bit

apoacutes a segunda colisatildeo escolhe K entre 0123hellip

apoacutes 10 colisotildees escolhe K entre 01234hellip1023

Vejainteraja com o applet Java siacutetio do livroaltamente recomendaacutevel

5 Camada de Enlace 5-53

Eficiecircncia do CSMACD

tprop = atraso maacuteximo de prop entre 2 noacutes na LAN

ttrans = tempo para transmitir quadro de tamanho maacuteximo

Eficiecircncia vai para 1 agrave medida que tprop vai para 0

ttrans vai para infinito Muito melhor do que ALOHA e ainda eacute

descentralizado simples e barato

transprop tt 51

1eficiecircncia

5 Camada de Enlace 5-54

Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica

Diversos padrotildees Ethernet diferentestecircm em comum o protocolo MAC e o

formato do quadrodiferentes velocidades 2Mbps 10Mbps

100Mbps 1Gbps 10Gbpsdiferentes meios da camada fiacutesica fibra

caboaplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

protocolo MACe formato do quadro

100BASE-TX

100BASE-T4

100BASE-FX100BASE-T2

100BASE-SX 100BASE-BX

camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)

5 Camada de Enlace 5-55

10Base5

httpwwwethermanagecom

5 Camada de Enlace 5-56

10Base2

httpwwwethermanagecom

5 Camada de Enlace 5-57

10BaseT

httpwwwethermanagecom

5 Camada de Enlace 5-58

Conector RJ 45

5 Camada de Enlace 5-59

100Base-TX

httpwwwethermanagecom

5 Camada de Enlace 5-60 10

Wireless Backhaul

Carrier Ethernet Access Expansion

Voice gateway

VoiceVideoTelephony

HD TVTVoD VoD

Video Source

Gaming BusinessBackup ERP

InternetVideo Source

BusinessBroadband

E-Line andE-LAN service

GlobalNationalCarrierEthernet

GlobalNationalCarrierEthernet

SmallMedium Business

Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

ResidentialTriple-Play

FTTx DSLAM Cable Modem

Broadbandmobile datavideo

Bringing vastly extended scalability for business and residential users

ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing

5 Camada de Enlace 5-61

Carrier Ethernet Defined

bull Carrier Ethernet is a ubiquitous standardized carrier-class SERVICE defined by five attributes that distinguish Carrier Ethernet from familiar LAN based Ethernet

bull It brings the compelling business benefit of the Ethernet cost model to achieve significant savings

Carrier Ethernet

bull Scalability

bull Standardized Services

bull Service Management

bull Quality of Service

bull Reliability

Carrier Ethernet Attributes

httpwwwmetroethernetforumorg

5 Camada de Enlace 5-62

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos52 Teacutecnicas de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de acesso muacuteltiplo 54 Endereccedilamento na Camada de Enlace55 Ethernet56 Comutadores da camada de enlace57 PPP o protocolo ponto-a-ponto58 Virtualizaccedilatildeo de enlace uma rede como

camada de enlace59 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina

Web

5 Camada de Enlace 5-63

Hubs

hellip repetidores (ldquoburrosrdquo) da camada fiacutesicabits vindos de um dado link saem por todos

os outros links na mesma taxatodos os noacutes conectados ao hub podem

colidir uns com os outrosnatildeo haacute bufferizaccedilatildeo de quadrosnatildeo implementa CSMACD no hub cartotildees

do hospedeiro detectam as colisotildees

par tranccedilado

hub

5 Camada de Enlace 5-64

Comutador (switch)

Dispositivo da camada de enlace mais inteligentes que os hubs tecircm papel ativo armazena e retransmite quadros Ethernetexamina o cabeccedilalho do quadro e

seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento

transparentehospedeiros ignoram a presenccedila dos

switches plug-and-play self-learning (autodidatas)

os comutadores natildeo necessitam ser configurados

5 Camada de Enlace 5-65

Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas

hospedeiros tecircm conexatildeo direta e dedicada para o switch

os switches armazenam quadros

o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplex cada link eacute o seu proacuteprio

domiacutenio de colisatildeo comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-

para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees isto natildeo eacute possiacutevel com hubs

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

switch com seis interfaces(123456)

1 23

45

6

5 Camada de Enlace 5-66

Tabela de Comutaccedilatildeo

P como eacute que o switch sabe que Arsquo eacute alcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel a partir da interface 5

R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutem (endereccedilo MAC do hospedeiro

interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)

parece uma tabela de roteamento P como satildeo criadas e mantidas as

entradas na tabela de comutaccedilatildeo haacute algo como um protocolo de

roteamento

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

switch with six interfaces(123456)

1 23

45

6

5 Camada de Enlace 5-67

switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfaces quando um quadro eacute

recebido o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada

registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo

Switch autoaprendizagem

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 23

45

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

5 Camada de Enlace 5-685 Camada de Enlace

Switch FiltragemRepasse de quadrosQuando um comutador recebe um quadroregistra o link associado com o hospedeiro

transmissorindexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo

MAC do destinoif entrada encontrada para o destino

then if dest estiver no segmento de onde veio o

quadro then descarta o quadro else repassa o quadro na interface indicada else usa inundaccedilatildeoRepassa o quadro para todas as

demais interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido

5 Camada de Enlace 5-69

Exemplo de auto aprendizagem e repasse

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 23

45

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo

destino do quadro desconhecido inundaccedilatildeo

Arsquo A

local do destino A conhecido

Arsquo 4 60

transmissatildeo seletiva

5 Camada de Enlace 5-70

Exemplo com comutador

Suponha que C envia quadro para D

comutador recebe o quadro vindo de C anota na tabela de comutaccedilatildeo que C estaacute na interface 1 dado que D natildeo se encontra na tabela encaminha o quadro para as

demais interfaces 2 e 3

quadro eacute recebido por D

hub

hub hub

comutador

A

B CD

EF G H

I

endereccedilointerface

ABEG

1123

12 3

5 Camada de Enlace 5-71

Exemplo com comutador

Suponha que D responde com um quadro para C

comutador recebe o quadro vindo de D anota na tabela de comutaccedilatildeo que D estaacute na interface 2 dado que C estaacute na tabela encaminha o quadro apenas na interface

1

quadro eacute recebido por C

hub

hub hub

comutador

A

B CD

EF G H

I

interface

ABEGC

11231

endereccedilo

5 Camada de Enlace 5-72

Interligaccedilatildeo de comutadores

Podemos interligar comutadores (switches)

A

B

P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe que deve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3

R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenico comutador)

S1

C D

E

FS2

S4

S3

HI

G

5 Camada de Enlace 5-73

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde

para C

P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4

A

B

S1

C D

E

FS2

S4

S3

HI

G

1

2

5 Camada de Enlace 5-74

Rede Institucionalcorporativa

5 Camada de Enlace 5-75

Rede institucional

Para redeexterna

roteador

Subrede IP

Servidor de mensagens

Servidor web

5 Camada de Enlace 5-76

Comutadores versus Roteadores ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa

roteadores dispositivos da camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)

comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace roteadores mantecircm tabelas de roteamento

implementam algoritmos de roteamento comutadores mantecircm tabelas de comutaccedilatildeo

implementam filtragem algoritmos de aprendizagem

5 Camada de Enlace 5-77

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos52 Teacutecnicas de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de acesso muacuteltiplo 54 Endereccedilamento na Camada de Enlace55 Ethernet56 Comutadores da camada de enlace57 PPP o protocolo ponto-a-ponto58 Virtualizaccedilatildeo de enlace uma rede como

camada de enlace59 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina

Web

5 Camada de Enlace 5-78

Siacutentese um dia na vida de um pedido web jornada completa atravessando toda a pilha de

protocolos aplicaccedilatildeo transporte rede enlace

colocando tudo junto siacutentese objetivo identificar revisar entender os

protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web

cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom

5 Camada de Enlace 5-79

Um dia na vida cenaacuterio

rede da Comcast68800013

rede do Google64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola68802024

paacutegina web

navegador

5 Camada de Enlace 5-80

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPDHCP

quadro Ethernet difundido (dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador que executa o servidor DHCP

Ethernet demultiplexado para IP demultiplexado para UDP e demultiplexado paraDHCP

o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilo do primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP Solicitaccedilatildeo DHCP encapsulada em UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023 Ethernet

5 Camada de Enlace 5-81

roteador(roda DHCP)

servidor DHCP prepara ACK DHCP contendo endereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiro roteador nome e endereccedilo IP do servidor DNS

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

encapsulamento no servidor DHCP quadro repassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente

Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador

cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

5 Camada de Enlace 5-82

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

consulta DNS criada encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviar quadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP

consulta ARP difundida recebida pelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccedilo MAC da interface do roteador

o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiro roteador podendo agora enviar o quadro contendo a consulta DNS

ARP query

EthPhy

ARP

ARP

ARP reply

antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS

5 Camada de Enlace 5-83

roteador(roda DHCP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

DNS

datagrama IP conteacutem consulta DNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador

datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelos protocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS

demultiplexado pelo servidor DNS

servidor DNS responde ao cliente com o endereccedilo IP de wwwgooglecom

rede da Comcast68800013

servidor DNS

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

Um dia na vidahellip usando DNS

5 Camada de Enlace 5-84

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP

HTTPTCPIP

EthPhy

HTTP

para enviar pedido HTTP cliente primeiro abre um socket TCP para o servidor web segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web

conexatildeo TCP estabelecida64233169105

servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCPIP

EthPhy

SYN

SYN

SYN

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)

5 Camada de Enlace 5-85

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP

HTTPTCPIP

EthPhy

HTTP

solicitaccedilatildeo HTTP enviada para o socket TCP datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhado para wwwgooglecom

datagrama IP com a resposta HTTP eacute encaminhado de volta para o cliente

64233169105

servidor web

HTTPTCPIP

EthPhy

servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTPHTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

paacutegina web finalmente() apresentada

5 Camada de Enlace 5-86

Capiacutetulo 5 Resumo

princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dados detecccedilatildeo correccedilatildeo de erros compartilhamento de canal de difusatildeo acesso

muacuteltiplo endereccedilamento da camada de enlace

instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlace Ethernet LANs comutadas redes virtualizadas como camada de enlace MPLS

siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web

  • Capiacutetulo 5 A Camada de Enlace e Redes Locais
  • Camada de Enlace
  • Camada de Enlace Introduccedilatildeo
  • Camada de Enlace Contexto
  • Serviccedilos da Camada de Enlace
  • Serviccedilos da Camada de Enlace (mais)
  • Onde a camada de enlace eacute implementada
  • Comunicaccedilatildeo entre Adaptadores
  • Camada de Enlace (2)
  • Detecccedilatildeo de Erros
  • Verificaccedilotildees de Paridade
  • Soma de verificaccedilatildeo da Internet
  • Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica (CRC)
  • Exemplo de CRC
  • Implementaccedilatildeo em Hardware
  • Camada de Enlace (3)
  • Enlaces e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolo Ideal de Acesso Muacuteltiplo
  • Taxonomia dos Protocolos MAC
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal TDMA
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal FDMA
  • Protocolos de Acesso Aleatoacuterio
  • Slotted ALOHA
  • Slotted ALOHA (2)
  • Eficiecircncia do Slotted Aloha
  • ALOHA Puro (sem slots)
  • Eficiecircncia do Aloha puro
  • CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)
  • Colisotildees no CSMA
  • CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)
  • Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (2)
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (3)
  • Resumo dos protocolos MAC
  • Camada de Enlace (4)
  • Endereccedilos MAC
  • Endereccedilos MAC (2)
  • Endereccedilo MAC (cont)
  • ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de Resoluccedilatildeo de En
  • Protocolo ARP Mesma LAN (rede)
  • Roteando um pacote para outra LAN
  • Slide 44
  • Camada de Enlace (5)
  • Ethernet
  • Topologia em Estrela
  • Estrutura do Quadro Ethernet
  • Estrutura de Quadro Ethernet (cont)
  • Ethernet natildeo confiaacutevel e natildeo orientado para conexatildeo
  • Algoritmo CSMACD do Ethernet
  • CSMACD da Ethernet (mais)
  • Eficiecircncia do CSMACD
  • Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
  • 10Base5
  • 10Base2
  • 10BaseT
  • Conector RJ 45
  • 100Base-TX
  • Slide 60
  • Carrier Ethernet Defined
  • Camada de Enlace (6)
  • Hubs
  • Comutador (switch)
  • Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
  • Tabela de Comutaccedilatildeo
  • Switch autoaprendizagem
  • Switch FiltragemRepasse de quadros
  • Exemplo de auto aprendizagem e repasse
  • Exemplo com comutador
  • Exemplo com comutador (2)
  • Interligaccedilatildeo de comutadores
  • Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores
  • Rede Institucionalcorporativa
  • Rede institucional
  • Comutadores versus Roteadores
  • Camada de Enlace (7)
  • Siacutentese um dia na vida de um pedido web
  • Um dia na vida cenaacuterio
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet (2)
  • Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
  • Um dia na vidahellip usando DNS
  • Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
  • Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
  • Capiacutetulo 5 Resumo
Page 24: 5: Camada de Enlace 5-1 Capítulo 5: A Camada de Enlace e Redes Locais Nossos objetivos: Entender os princípios por trás dos serviços da camada de enlace

5 Camada de Enlace 5-24

Slotted ALOHA

Hipoacuteteses todos os quadros tecircm o

mesmo tamanho (L bits) tempo eacute dividido em slots

de tamanho igual tempo para transmitir 1 quadro (LR seg)

noacutes comeccedilam a transmitir quadros apenas no iniacutecio dos intervalos (slots)

noacutes satildeo sincronizados se 2 ou mais noacutes

transmitirem num slot todos os noacutes detectam a colisatildeo

Operaccedilatildeo quando o noacute obteacutem um novo

quadro ele espera ateacute o iniacutecio do proacuteximo slot e transmite o quadro inteiro

Se natildeo houver colisatildeo noacute poderaacute enviar um novo quadro no proacuteximo slot

caso haja uma colisatildeo (detectada antes do final do intervalo) noacute retransmite o quadro em cada intervalo subsequumlente com probabilidade p ateacute obter sucesso

5 Camada de Enlace 5-25

Slotted ALOHA

Vantagens uacutenico noacute ativo pode

transmitir continuamente na taxa maacutexima do canal

Altamente descentralizado apenas slots nos noacutes precisam estar sincronizados

simples

Desvantagens colisotildees slots

desperdiccedilados slots ociosos

(desperdiacutecio) noacutes podem ser capazes

de detectar colisotildees num tempo inferior ao da transmissatildeo do pacote

sincronizaccedilatildeo dos reloacutegios

5 Camada de Enlace 5-26

Eficiecircncia do Slotted Aloha

Assuma N noacutes com muitos quadros para enviar cada um transmite num slot com probabilidade p

probabilidade que noacute 1 tenha sucesso em um slot = p(1-p)N-1

probabilidade que qualquer noacute tenha sucesso = Np(1-p)N-

1

Para eficiecircncia maacutexima com N noacutes encontre p que maximiza Np(1-p)N-1

Para muitos noacutes faccedila limite para Np(1-p)N-1

quando N tende a infinito daacute 1e = 037

Eficiecircncia eacute a fraccedilatildeo de longo prazo de slots bem sucedidos quando haacute muitos noacutes cada um com muitos quadros para transmitir

Melhor caso canalusado para transmissotildees uacuteteis em 37 do tempo

5 Camada de Enlace 5-27

ALOHA Puro (sem slots) Aloha puro (sem slots) mais simples sem sincronizaccedilatildeo Ao chegar um quadro no noacute

transmite imediatamente Probabilidade de colisatildeo aumenta

quadro enviado em t0 colide com outros quadros enviados em [t0-1t0+1]

5 Camada de Enlace 5-28

Eficiecircncia do Aloha puro

P(sucesso por um dado noacute) = P(noacute transmita)

P(nenhum outro noacute transmita em [t0-1t0]

P(nenhum outro noacute transmita em [t0t0+1]

= p (1-p)N-1 (1-p)N-1

= p (1-p)2(N-1)

hellip escolhendo o valor oacutetimo de p e deixando n -gt infinito

= 1(2e) = 018 Ainda pior do que o Slotted Aloha

5 Camada de Enlace 5-29

CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)

CSMA (Carrier Sense Multiple Access) Escuta antes de transmitir (detecccedilatildeo de portadora)

Se o canal estiver livre transmite todo o quadro

Se o canal estiver ocupado adia a transmissatildeo

Analogia humana natildeo interrompa outros

5 Camada de Enlace 5-30

Colisotildees no CSMA

colisotildees ainda podem aconteceratraso de propagaccedilatildeo significa que dois noacutes podem natildeo ouvira transmissatildeo do outro colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo eacute desperdiccedilado

Disposiccedilatildeo espacial dos noacutes

notapapel da distacircncia e atraso de propagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo

5 Camada de Enlace 5-31

CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)

CSMACD detecccedilatildeo da portadora adia a transmissatildeo como no CSMAAs colisotildees satildeo detectadas em pouco tempoTransmissotildees que sofreram colisotildees satildeo

abortadas reduzindo o desperdiacutecio do canal Detecccedilatildeo de colisotildees

Faacutecil em LANs cabeadas mede a potecircncia do sinal compara o sinal recebido com o transmitido

Difiacutecil em LANs sem fio o receptor eacute desligado durante a transmissatildeo

Analogia humana bate papo educado

5 Camada de Enlace 5-32

Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD

5 Camada de Enlace 5-33

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoProtocolos MAC de divisatildeo de canal

Compartilha o canal eficientemente e de forma justa em altas cargas

Ineficiente em baixas cargas atraso no canal de acesso alocaccedilatildeo de 1N da largura de banda mesmo com apenas 1 noacute ativo

Protocolos MAC de acesso aleatoacuterioeficiente em baixas cargas um uacutenico noacute

pode utilizar completamente o canalAltas cargas overhead com colisotildees

Protocolos de revezamentoProcura oferecer o melhor dos dois mundos

5 Camada de Enlace 5-34

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo

Seleccedilatildeo (Polling) Noacute mestre ldquoconvidardquo

noacutes escravos a transmitir em revezamento

Usado tipicamente com dispositivos escravo burros

Preocupaccedilotildees Overhead com as

consultas (polling) Latecircncia Ponto uacutenico de

falha (mestre)

mestre

escravos

poll

dados

dados

5 Camada de Enlace 5-35

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo

Passagem de permissatildeo (token)

controla permissatildeo passada de um noacute para o proacuteximo de forma sequencial

mensagem de passagem da permissatildeo

preocupaccedilotildees overhead com a

passagem de permissatildeo

latecircncia Ponto uacutenico de falha

(permissatildeo)

T

dados

(nada paramandar)

T

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Resumo dos protocolos MAC Divisatildeo do canal por tempo frequumlecircncia ou

coacutedigoDivisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequumlecircncia

Particionamento Aleatoacuterio (dinacircmico) ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDEscutar a portadora faacutecil em algumas

tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)

CSMACD usado na EthernetCSMACA usado no 80211

RevezamentoSeleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto

central passagem de permissotildeesBluetooth FDDI Token Ring (IBM)

5 Camada de Enlace 5-37

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos52 Teacutecnicas de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de

erros 53 Protocolos de acesso muacuteltiplo 54 Endereccedilamento na Camada de Enlace55 Ethernet56 Comutadores da camada de enlace57 PPP o protocolo ponto-a-ponto58 Virtualizaccedilatildeo de enlace uma rede

como camada de enlace59 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de

paacutegina Web

5 Camada de Enlace 5-38

Endereccedilos MAC

Endereccedilo IP de 32 bits Endereccedilos da camada de redeusado para levar o datagrama agrave subrede IP

destinoEndereccedilo MAC (ou LAN ou fiacutesico ou

Ethernet) levar o datagrama de uma interface ateacute outra

interface conectada fisicamente (na mesma rede)

Endereccedilo MAC de 48 bits (para a maioria das redes)bull gravado na ROM do adaptador ou configurado

por software

5 Camada de Enlace 5-39

Endereccedilos MAC

Cada adaptador na LAN possui um endereccedilo MAC uacutenico

Endereccedilo de Broadcast =FF-FF-FF-FF-FF-FF

= adaptador

1A-2F-BB-76-09-AD

58-23-D7-FA-20-B0

0C-C4-11-6F-E3-98

71-65-F7-2B-08-53

LAN(cabeada ousem fio)

5 Camada de Enlace 5-40

Endereccedilo MAC (cont)

Alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC gerenciada pelo IEEE Um fabricante compra uma parte do espaccedilo de

endereccedilos (para garantir unicidade) Analogia (a) endereccedilo MAC como nuacutemero do CPF (b) endereccedilo IP como endereccedilo postal (CEP) endereccedilo MAC tem estrutura linear =gt

portabilidadePode mover um cartatildeo LAN de uma LAN para

outra endereccedilo IP hieraacuterquico NAtildeO eacute portaacutetil (requer IP

moacutevel)Depende da subrede IP agrave qual o noacute estaacute

conectado

5 Camada de Enlace 5-41

ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de Resoluccedilatildeo de Endereccedilos)

Cada noacute IP (Host Roteador) de uma LAN possui tabela ARP

Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN

lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt TTL (Time To Live) tempo

a partir do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute esquecido (valor tiacutepico de 20 min)

Pergunta como obter oendereccedilo MAC de B a partir do endereccedilo IP de B

1A-2F-BB-76-09-AD

58-23-D7-FA-20-B0

0C-C4-11-6F-E3-98

71-65-F7-2B-08-53

LAN

237196723

237196778

237196714

237196788

5 Camada de Enlace 5-42

Protocolo ARP Mesma LAN (rede) A deseja enviar datagrama

para B e o endereccedilo MAC de B natildeo estaacute na tabela ARP

A difunde o pacote de solicitaccedilatildeo ARP que conteacutem o endereccedilo IP de B Endereccedilo MAC destino =

FF-FF-FF-FF-FF-FF todas as maacutequinas na

LAN recebem a consulta do ARP

B recebe o pacote ARP responde a A com o seu (de B) endereccedilo MAC Quadro enviado para o

endereccedilo MAC (unicast) de A

Uma cache (salva) o par de endereccedilos IP-para-MAC na sua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo fique antiquada (expire) lsquosoft statersquo informaccedilatildeo que expira (vai embora) a menos que seja renovada

ARP eacute ldquoplug-and-playrdquo os noacutes criam suas tabelas ARP sem a intervenccedilatildeo do administrador

da rede

5 Camada de Enlace 5-43

Roteando um pacote para outra LAN

passo a passo envio de datagrama de A para B via R assuma que A conhece o endereccedilo IP de B

Duas tabelas ARP no roteador R uma para cada rede IP (LAN)

A

RB

5 Camada de Enlace 5-44

A cria datagrama com origem A destino B A usa ARP para obter o endereccedilo MAC de R para

111111111110 A cria quadro da camada de enlace com o endereccedilo

MAC de R como destino quadro conteacutem datagrama IP de A para B

O adaptador de A envia o quadro O adaptador de R recebe o quadro R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verifica

que eacute destinado para B R usa ARP para obter o endereccedilo MAC de B R cria quadro contendo datagrama IP de A para B e o

envia para B

A

R B

Este eacute um exemplo muito importantendash garanta que vocecirc o entendeu

5 Camada de Enlace 5-45

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos52 Teacutecnicas de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de

erros 53 Protocolos de acesso muacuteltiplo 54 Endereccedilamento na Camada de Enlace55 Ethernet56 Comutadores da camada de enlace57 PPP o protocolo ponto-a-ponto58 Virtualizaccedilatildeo de enlace uma rede

como camada de enlace59 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de

paacutegina Web

5 Camada de Enlace 5-46

Ethernet Muitiacutessimo difundida porque

Muito barata R$30 para placas 10100Mbps A mais antiga das tecnologias de rede local (meados da

deacutecada de 70) Mais simples e menos cara que redes usando ficha ou

ATM Acompanhou o aumento de velocidade 10 Mbps ndash 10

Gbps

Rascunho de Metcalfe sobre o Ethernet

5 Camada de Enlace 5-47

Topologia em Estrela Topologia de barramento popular ateacute meados

dos anos 90 Todos os noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo (podem colidir

um com o outro)

Agora prevalecircncia de topologia em estrela Comutador (switch) no centro Cada porta roda o protocolo Ethernet separadamente (os

noacutes natildeo colidem uns com os outros)

barramento cabo coaxial

switch

estrela

5 Camada de Enlace 5-48

Estrutura do Quadro Ethernet

Adaptador remetente encapsula datagrama IP (ou pacote de outro protocolo da camada de rede) num Quadro Ethernet

Dados 46 a 1500 bytes Preacircmbulo 7 bytes com o padratildeo 10101010 seguidos por um byte

com o padratildeo 10101011 usado para sincronizar receptor ao reloacutegio do

remetente (reloacutegios nunca satildeo exatos eacute muito provaacutevel que exista algum desvio entre eles)

5 Camada de Enlace 5-49

Estrutura de Quadro Ethernet (cont)

Endereccedilos 6 bytes para cada endereccedilo MAC se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo destino igual

ao seu ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede

caso contraacuterio o adaptador descarta o quadro Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior

usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)

CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado

5 Camada de Enlace 5-50

Ethernet natildeo confiaacutevel e natildeo orientado para conexatildeo

Natildeo orientado para conexatildeo Natildeo haacute estabelecimento de conexatildeo (saudaccedilatildeo) entre os adaptadores transmissor e receptor

Natildeo confiaacutevel o adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador transmissorfluxo de datagramas passados para a

camada de rede pode conter falhas na sequumlecircncia

falhas seratildeo preenchidas se aplicaccedilatildeo estiver usando o TCP

caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as falhas Protocolo MAC do Ethernet CSMACD sem slots

5 Camada de Enlace 5-51

Algoritmo CSMACD do Ethernet

1 Adaptador recebe datagrama da camada de rede e cria um quadro

2 Se o adaptador percebe que o canal estaacute ocioso comeccedila a transmitir o quadro Se percebe que o canal estaacute ocupado espera que o canal fique livre e transmite

3 Se o adaptador transmitir todo o quadro sem detectar outra transmissatildeo o adaptador concluiu a operaccedilatildeo com o quadro

4 Se o adaptador detectar outra transmissatildeo enquanto estiver transmitindo aborta e envia sinal de reforccedilo de colisatildeo de 48 bits

5 Apoacutes o aborto o adaptador entra na retirada (backoff) exponencial binaacuteria apoacutes a m-eacutesima colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoriamente entre 012hellip2m-1 O adaptador espera K512 tempos de bit e retorna ao Passo 2

5 Camada de Enlace 5-52

CSMACD da Ethernet (mais)

Sinal de reforccedilo de colisatildeo garante que todos os demais transmissores estejam cientes da colisatildeo 48 bits

Tempo de Bit 01 microseg para Ethernet de 10 Mbpspara K=1023 tempo de espera de cerca de 50 mseg

Retirada Exponencial Binaacuteria

Objetivo adaptar as tentativas de retransmissatildeo agrave carga atual estimada Alta carga espera

aleatoacuteria seraacute mais longa

na primeira colisatildeo escolhe K entre 01 atraso eacute de K 512 tempos de transmissatildeo de um bit

apoacutes a segunda colisatildeo escolhe K entre 0123hellip

apoacutes 10 colisotildees escolhe K entre 01234hellip1023

Vejainteraja com o applet Java siacutetio do livroaltamente recomendaacutevel

5 Camada de Enlace 5-53

Eficiecircncia do CSMACD

tprop = atraso maacuteximo de prop entre 2 noacutes na LAN

ttrans = tempo para transmitir quadro de tamanho maacuteximo

Eficiecircncia vai para 1 agrave medida que tprop vai para 0

ttrans vai para infinito Muito melhor do que ALOHA e ainda eacute

descentralizado simples e barato

transprop tt 51

1eficiecircncia

5 Camada de Enlace 5-54

Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica

Diversos padrotildees Ethernet diferentestecircm em comum o protocolo MAC e o

formato do quadrodiferentes velocidades 2Mbps 10Mbps

100Mbps 1Gbps 10Gbpsdiferentes meios da camada fiacutesica fibra

caboaplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

protocolo MACe formato do quadro

100BASE-TX

100BASE-T4

100BASE-FX100BASE-T2

100BASE-SX 100BASE-BX

camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)

5 Camada de Enlace 5-55

10Base5

httpwwwethermanagecom

5 Camada de Enlace 5-56

10Base2

httpwwwethermanagecom

5 Camada de Enlace 5-57

10BaseT

httpwwwethermanagecom

5 Camada de Enlace 5-58

Conector RJ 45

5 Camada de Enlace 5-59

100Base-TX

httpwwwethermanagecom

5 Camada de Enlace 5-60 10

Wireless Backhaul

Carrier Ethernet Access Expansion

Voice gateway

VoiceVideoTelephony

HD TVTVoD VoD

Video Source

Gaming BusinessBackup ERP

InternetVideo Source

BusinessBroadband

E-Line andE-LAN service

GlobalNationalCarrierEthernet

GlobalNationalCarrierEthernet

SmallMedium Business

Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

ResidentialTriple-Play

FTTx DSLAM Cable Modem

Broadbandmobile datavideo

Bringing vastly extended scalability for business and residential users

ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing

5 Camada de Enlace 5-61

Carrier Ethernet Defined

bull Carrier Ethernet is a ubiquitous standardized carrier-class SERVICE defined by five attributes that distinguish Carrier Ethernet from familiar LAN based Ethernet

bull It brings the compelling business benefit of the Ethernet cost model to achieve significant savings

Carrier Ethernet

bull Scalability

bull Standardized Services

bull Service Management

bull Quality of Service

bull Reliability

Carrier Ethernet Attributes

httpwwwmetroethernetforumorg

5 Camada de Enlace 5-62

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos52 Teacutecnicas de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de acesso muacuteltiplo 54 Endereccedilamento na Camada de Enlace55 Ethernet56 Comutadores da camada de enlace57 PPP o protocolo ponto-a-ponto58 Virtualizaccedilatildeo de enlace uma rede como

camada de enlace59 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina

Web

5 Camada de Enlace 5-63

Hubs

hellip repetidores (ldquoburrosrdquo) da camada fiacutesicabits vindos de um dado link saem por todos

os outros links na mesma taxatodos os noacutes conectados ao hub podem

colidir uns com os outrosnatildeo haacute bufferizaccedilatildeo de quadrosnatildeo implementa CSMACD no hub cartotildees

do hospedeiro detectam as colisotildees

par tranccedilado

hub

5 Camada de Enlace 5-64

Comutador (switch)

Dispositivo da camada de enlace mais inteligentes que os hubs tecircm papel ativo armazena e retransmite quadros Ethernetexamina o cabeccedilalho do quadro e

seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento

transparentehospedeiros ignoram a presenccedila dos

switches plug-and-play self-learning (autodidatas)

os comutadores natildeo necessitam ser configurados

5 Camada de Enlace 5-65

Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas

hospedeiros tecircm conexatildeo direta e dedicada para o switch

os switches armazenam quadros

o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplex cada link eacute o seu proacuteprio

domiacutenio de colisatildeo comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-

para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees isto natildeo eacute possiacutevel com hubs

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

switch com seis interfaces(123456)

1 23

45

6

5 Camada de Enlace 5-66

Tabela de Comutaccedilatildeo

P como eacute que o switch sabe que Arsquo eacute alcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel a partir da interface 5

R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutem (endereccedilo MAC do hospedeiro

interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)

parece uma tabela de roteamento P como satildeo criadas e mantidas as

entradas na tabela de comutaccedilatildeo haacute algo como um protocolo de

roteamento

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

switch with six interfaces(123456)

1 23

45

6

5 Camada de Enlace 5-67

switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfaces quando um quadro eacute

recebido o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada

registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo

Switch autoaprendizagem

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 23

45

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

5 Camada de Enlace 5-685 Camada de Enlace

Switch FiltragemRepasse de quadrosQuando um comutador recebe um quadroregistra o link associado com o hospedeiro

transmissorindexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo

MAC do destinoif entrada encontrada para o destino

then if dest estiver no segmento de onde veio o

quadro then descarta o quadro else repassa o quadro na interface indicada else usa inundaccedilatildeoRepassa o quadro para todas as

demais interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido

5 Camada de Enlace 5-69

Exemplo de auto aprendizagem e repasse

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 23

45

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo

destino do quadro desconhecido inundaccedilatildeo

Arsquo A

local do destino A conhecido

Arsquo 4 60

transmissatildeo seletiva

5 Camada de Enlace 5-70

Exemplo com comutador

Suponha que C envia quadro para D

comutador recebe o quadro vindo de C anota na tabela de comutaccedilatildeo que C estaacute na interface 1 dado que D natildeo se encontra na tabela encaminha o quadro para as

demais interfaces 2 e 3

quadro eacute recebido por D

hub

hub hub

comutador

A

B CD

EF G H

I

endereccedilointerface

ABEG

1123

12 3

5 Camada de Enlace 5-71

Exemplo com comutador

Suponha que D responde com um quadro para C

comutador recebe o quadro vindo de D anota na tabela de comutaccedilatildeo que D estaacute na interface 2 dado que C estaacute na tabela encaminha o quadro apenas na interface

1

quadro eacute recebido por C

hub

hub hub

comutador

A

B CD

EF G H

I

interface

ABEGC

11231

endereccedilo

5 Camada de Enlace 5-72

Interligaccedilatildeo de comutadores

Podemos interligar comutadores (switches)

A

B

P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe que deve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3

R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenico comutador)

S1

C D

E

FS2

S4

S3

HI

G

5 Camada de Enlace 5-73

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde

para C

P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4

A

B

S1

C D

E

FS2

S4

S3

HI

G

1

2

5 Camada de Enlace 5-74

Rede Institucionalcorporativa

5 Camada de Enlace 5-75

Rede institucional

Para redeexterna

roteador

Subrede IP

Servidor de mensagens

Servidor web

5 Camada de Enlace 5-76

Comutadores versus Roteadores ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa

roteadores dispositivos da camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)

comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace roteadores mantecircm tabelas de roteamento

implementam algoritmos de roteamento comutadores mantecircm tabelas de comutaccedilatildeo

implementam filtragem algoritmos de aprendizagem

5 Camada de Enlace 5-77

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos52 Teacutecnicas de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de acesso muacuteltiplo 54 Endereccedilamento na Camada de Enlace55 Ethernet56 Comutadores da camada de enlace57 PPP o protocolo ponto-a-ponto58 Virtualizaccedilatildeo de enlace uma rede como

camada de enlace59 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina

Web

5 Camada de Enlace 5-78

Siacutentese um dia na vida de um pedido web jornada completa atravessando toda a pilha de

protocolos aplicaccedilatildeo transporte rede enlace

colocando tudo junto siacutentese objetivo identificar revisar entender os

protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web

cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom

5 Camada de Enlace 5-79

Um dia na vida cenaacuterio

rede da Comcast68800013

rede do Google64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola68802024

paacutegina web

navegador

5 Camada de Enlace 5-80

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPDHCP

quadro Ethernet difundido (dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador que executa o servidor DHCP

Ethernet demultiplexado para IP demultiplexado para UDP e demultiplexado paraDHCP

o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilo do primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP Solicitaccedilatildeo DHCP encapsulada em UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023 Ethernet

5 Camada de Enlace 5-81

roteador(roda DHCP)

servidor DHCP prepara ACK DHCP contendo endereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiro roteador nome e endereccedilo IP do servidor DNS

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

encapsulamento no servidor DHCP quadro repassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente

Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador

cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

5 Camada de Enlace 5-82

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

consulta DNS criada encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviar quadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP

consulta ARP difundida recebida pelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccedilo MAC da interface do roteador

o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiro roteador podendo agora enviar o quadro contendo a consulta DNS

ARP query

EthPhy

ARP

ARP

ARP reply

antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS

5 Camada de Enlace 5-83

roteador(roda DHCP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

DNS

datagrama IP conteacutem consulta DNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador

datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelos protocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS

demultiplexado pelo servidor DNS

servidor DNS responde ao cliente com o endereccedilo IP de wwwgooglecom

rede da Comcast68800013

servidor DNS

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

Um dia na vidahellip usando DNS

5 Camada de Enlace 5-84

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP

HTTPTCPIP

EthPhy

HTTP

para enviar pedido HTTP cliente primeiro abre um socket TCP para o servidor web segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web

conexatildeo TCP estabelecida64233169105

servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCPIP

EthPhy

SYN

SYN

SYN

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)

5 Camada de Enlace 5-85

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP

HTTPTCPIP

EthPhy

HTTP

solicitaccedilatildeo HTTP enviada para o socket TCP datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhado para wwwgooglecom

datagrama IP com a resposta HTTP eacute encaminhado de volta para o cliente

64233169105

servidor web

HTTPTCPIP

EthPhy

servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTPHTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

paacutegina web finalmente() apresentada

5 Camada de Enlace 5-86

Capiacutetulo 5 Resumo

princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dados detecccedilatildeo correccedilatildeo de erros compartilhamento de canal de difusatildeo acesso

muacuteltiplo endereccedilamento da camada de enlace

instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlace Ethernet LANs comutadas redes virtualizadas como camada de enlace MPLS

siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web

  • Capiacutetulo 5 A Camada de Enlace e Redes Locais
  • Camada de Enlace
  • Camada de Enlace Introduccedilatildeo
  • Camada de Enlace Contexto
  • Serviccedilos da Camada de Enlace
  • Serviccedilos da Camada de Enlace (mais)
  • Onde a camada de enlace eacute implementada
  • Comunicaccedilatildeo entre Adaptadores
  • Camada de Enlace (2)
  • Detecccedilatildeo de Erros
  • Verificaccedilotildees de Paridade
  • Soma de verificaccedilatildeo da Internet
  • Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica (CRC)
  • Exemplo de CRC
  • Implementaccedilatildeo em Hardware
  • Camada de Enlace (3)
  • Enlaces e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolo Ideal de Acesso Muacuteltiplo
  • Taxonomia dos Protocolos MAC
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal TDMA
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal FDMA
  • Protocolos de Acesso Aleatoacuterio
  • Slotted ALOHA
  • Slotted ALOHA (2)
  • Eficiecircncia do Slotted Aloha
  • ALOHA Puro (sem slots)
  • Eficiecircncia do Aloha puro
  • CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)
  • Colisotildees no CSMA
  • CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)
  • Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (2)
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (3)
  • Resumo dos protocolos MAC
  • Camada de Enlace (4)
  • Endereccedilos MAC
  • Endereccedilos MAC (2)
  • Endereccedilo MAC (cont)
  • ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de Resoluccedilatildeo de En
  • Protocolo ARP Mesma LAN (rede)
  • Roteando um pacote para outra LAN
  • Slide 44
  • Camada de Enlace (5)
  • Ethernet
  • Topologia em Estrela
  • Estrutura do Quadro Ethernet
  • Estrutura de Quadro Ethernet (cont)
  • Ethernet natildeo confiaacutevel e natildeo orientado para conexatildeo
  • Algoritmo CSMACD do Ethernet
  • CSMACD da Ethernet (mais)
  • Eficiecircncia do CSMACD
  • Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
  • 10Base5
  • 10Base2
  • 10BaseT
  • Conector RJ 45
  • 100Base-TX
  • Slide 60
  • Carrier Ethernet Defined
  • Camada de Enlace (6)
  • Hubs
  • Comutador (switch)
  • Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
  • Tabela de Comutaccedilatildeo
  • Switch autoaprendizagem
  • Switch FiltragemRepasse de quadros
  • Exemplo de auto aprendizagem e repasse
  • Exemplo com comutador
  • Exemplo com comutador (2)
  • Interligaccedilatildeo de comutadores
  • Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores
  • Rede Institucionalcorporativa
  • Rede institucional
  • Comutadores versus Roteadores
  • Camada de Enlace (7)
  • Siacutentese um dia na vida de um pedido web
  • Um dia na vida cenaacuterio
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet (2)
  • Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
  • Um dia na vidahellip usando DNS
  • Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
  • Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
  • Capiacutetulo 5 Resumo
Page 25: 5: Camada de Enlace 5-1 Capítulo 5: A Camada de Enlace e Redes Locais Nossos objetivos: Entender os princípios por trás dos serviços da camada de enlace

5 Camada de Enlace 5-25

Slotted ALOHA

Vantagens uacutenico noacute ativo pode

transmitir continuamente na taxa maacutexima do canal

Altamente descentralizado apenas slots nos noacutes precisam estar sincronizados

simples

Desvantagens colisotildees slots

desperdiccedilados slots ociosos

(desperdiacutecio) noacutes podem ser capazes

de detectar colisotildees num tempo inferior ao da transmissatildeo do pacote

sincronizaccedilatildeo dos reloacutegios

5 Camada de Enlace 5-26

Eficiecircncia do Slotted Aloha

Assuma N noacutes com muitos quadros para enviar cada um transmite num slot com probabilidade p

probabilidade que noacute 1 tenha sucesso em um slot = p(1-p)N-1

probabilidade que qualquer noacute tenha sucesso = Np(1-p)N-

1

Para eficiecircncia maacutexima com N noacutes encontre p que maximiza Np(1-p)N-1

Para muitos noacutes faccedila limite para Np(1-p)N-1

quando N tende a infinito daacute 1e = 037

Eficiecircncia eacute a fraccedilatildeo de longo prazo de slots bem sucedidos quando haacute muitos noacutes cada um com muitos quadros para transmitir

Melhor caso canalusado para transmissotildees uacuteteis em 37 do tempo

5 Camada de Enlace 5-27

ALOHA Puro (sem slots) Aloha puro (sem slots) mais simples sem sincronizaccedilatildeo Ao chegar um quadro no noacute

transmite imediatamente Probabilidade de colisatildeo aumenta

quadro enviado em t0 colide com outros quadros enviados em [t0-1t0+1]

5 Camada de Enlace 5-28

Eficiecircncia do Aloha puro

P(sucesso por um dado noacute) = P(noacute transmita)

P(nenhum outro noacute transmita em [t0-1t0]

P(nenhum outro noacute transmita em [t0t0+1]

= p (1-p)N-1 (1-p)N-1

= p (1-p)2(N-1)

hellip escolhendo o valor oacutetimo de p e deixando n -gt infinito

= 1(2e) = 018 Ainda pior do que o Slotted Aloha

5 Camada de Enlace 5-29

CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)

CSMA (Carrier Sense Multiple Access) Escuta antes de transmitir (detecccedilatildeo de portadora)

Se o canal estiver livre transmite todo o quadro

Se o canal estiver ocupado adia a transmissatildeo

Analogia humana natildeo interrompa outros

5 Camada de Enlace 5-30

Colisotildees no CSMA

colisotildees ainda podem aconteceratraso de propagaccedilatildeo significa que dois noacutes podem natildeo ouvira transmissatildeo do outro colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo eacute desperdiccedilado

Disposiccedilatildeo espacial dos noacutes

notapapel da distacircncia e atraso de propagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo

5 Camada de Enlace 5-31

CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)

CSMACD detecccedilatildeo da portadora adia a transmissatildeo como no CSMAAs colisotildees satildeo detectadas em pouco tempoTransmissotildees que sofreram colisotildees satildeo

abortadas reduzindo o desperdiacutecio do canal Detecccedilatildeo de colisotildees

Faacutecil em LANs cabeadas mede a potecircncia do sinal compara o sinal recebido com o transmitido

Difiacutecil em LANs sem fio o receptor eacute desligado durante a transmissatildeo

Analogia humana bate papo educado

5 Camada de Enlace 5-32

Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD

5 Camada de Enlace 5-33

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoProtocolos MAC de divisatildeo de canal

Compartilha o canal eficientemente e de forma justa em altas cargas

Ineficiente em baixas cargas atraso no canal de acesso alocaccedilatildeo de 1N da largura de banda mesmo com apenas 1 noacute ativo

Protocolos MAC de acesso aleatoacuterioeficiente em baixas cargas um uacutenico noacute

pode utilizar completamente o canalAltas cargas overhead com colisotildees

Protocolos de revezamentoProcura oferecer o melhor dos dois mundos

5 Camada de Enlace 5-34

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo

Seleccedilatildeo (Polling) Noacute mestre ldquoconvidardquo

noacutes escravos a transmitir em revezamento

Usado tipicamente com dispositivos escravo burros

Preocupaccedilotildees Overhead com as

consultas (polling) Latecircncia Ponto uacutenico de

falha (mestre)

mestre

escravos

poll

dados

dados

5 Camada de Enlace 5-35

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo

Passagem de permissatildeo (token)

controla permissatildeo passada de um noacute para o proacuteximo de forma sequencial

mensagem de passagem da permissatildeo

preocupaccedilotildees overhead com a

passagem de permissatildeo

latecircncia Ponto uacutenico de falha

(permissatildeo)

T

dados

(nada paramandar)

T

5 Camada de Enlace 5-36

Resumo dos protocolos MAC Divisatildeo do canal por tempo frequumlecircncia ou

coacutedigoDivisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequumlecircncia

Particionamento Aleatoacuterio (dinacircmico) ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDEscutar a portadora faacutecil em algumas

tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)

CSMACD usado na EthernetCSMACA usado no 80211

RevezamentoSeleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto

central passagem de permissotildeesBluetooth FDDI Token Ring (IBM)

5 Camada de Enlace 5-37

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos52 Teacutecnicas de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de

erros 53 Protocolos de acesso muacuteltiplo 54 Endereccedilamento na Camada de Enlace55 Ethernet56 Comutadores da camada de enlace57 PPP o protocolo ponto-a-ponto58 Virtualizaccedilatildeo de enlace uma rede

como camada de enlace59 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de

paacutegina Web

5 Camada de Enlace 5-38

Endereccedilos MAC

Endereccedilo IP de 32 bits Endereccedilos da camada de redeusado para levar o datagrama agrave subrede IP

destinoEndereccedilo MAC (ou LAN ou fiacutesico ou

Ethernet) levar o datagrama de uma interface ateacute outra

interface conectada fisicamente (na mesma rede)

Endereccedilo MAC de 48 bits (para a maioria das redes)bull gravado na ROM do adaptador ou configurado

por software

5 Camada de Enlace 5-39

Endereccedilos MAC

Cada adaptador na LAN possui um endereccedilo MAC uacutenico

Endereccedilo de Broadcast =FF-FF-FF-FF-FF-FF

= adaptador

1A-2F-BB-76-09-AD

58-23-D7-FA-20-B0

0C-C4-11-6F-E3-98

71-65-F7-2B-08-53

LAN(cabeada ousem fio)

5 Camada de Enlace 5-40

Endereccedilo MAC (cont)

Alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC gerenciada pelo IEEE Um fabricante compra uma parte do espaccedilo de

endereccedilos (para garantir unicidade) Analogia (a) endereccedilo MAC como nuacutemero do CPF (b) endereccedilo IP como endereccedilo postal (CEP) endereccedilo MAC tem estrutura linear =gt

portabilidadePode mover um cartatildeo LAN de uma LAN para

outra endereccedilo IP hieraacuterquico NAtildeO eacute portaacutetil (requer IP

moacutevel)Depende da subrede IP agrave qual o noacute estaacute

conectado

5 Camada de Enlace 5-41

ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de Resoluccedilatildeo de Endereccedilos)

Cada noacute IP (Host Roteador) de uma LAN possui tabela ARP

Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN

lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt TTL (Time To Live) tempo

a partir do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute esquecido (valor tiacutepico de 20 min)

Pergunta como obter oendereccedilo MAC de B a partir do endereccedilo IP de B

1A-2F-BB-76-09-AD

58-23-D7-FA-20-B0

0C-C4-11-6F-E3-98

71-65-F7-2B-08-53

LAN

237196723

237196778

237196714

237196788

5 Camada de Enlace 5-42

Protocolo ARP Mesma LAN (rede) A deseja enviar datagrama

para B e o endereccedilo MAC de B natildeo estaacute na tabela ARP

A difunde o pacote de solicitaccedilatildeo ARP que conteacutem o endereccedilo IP de B Endereccedilo MAC destino =

FF-FF-FF-FF-FF-FF todas as maacutequinas na

LAN recebem a consulta do ARP

B recebe o pacote ARP responde a A com o seu (de B) endereccedilo MAC Quadro enviado para o

endereccedilo MAC (unicast) de A

Uma cache (salva) o par de endereccedilos IP-para-MAC na sua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo fique antiquada (expire) lsquosoft statersquo informaccedilatildeo que expira (vai embora) a menos que seja renovada

ARP eacute ldquoplug-and-playrdquo os noacutes criam suas tabelas ARP sem a intervenccedilatildeo do administrador

da rede

5 Camada de Enlace 5-43

Roteando um pacote para outra LAN

passo a passo envio de datagrama de A para B via R assuma que A conhece o endereccedilo IP de B

Duas tabelas ARP no roteador R uma para cada rede IP (LAN)

A

RB

5 Camada de Enlace 5-44

A cria datagrama com origem A destino B A usa ARP para obter o endereccedilo MAC de R para

111111111110 A cria quadro da camada de enlace com o endereccedilo

MAC de R como destino quadro conteacutem datagrama IP de A para B

O adaptador de A envia o quadro O adaptador de R recebe o quadro R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verifica

que eacute destinado para B R usa ARP para obter o endereccedilo MAC de B R cria quadro contendo datagrama IP de A para B e o

envia para B

A

R B

Este eacute um exemplo muito importantendash garanta que vocecirc o entendeu

5 Camada de Enlace 5-45

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos52 Teacutecnicas de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de

erros 53 Protocolos de acesso muacuteltiplo 54 Endereccedilamento na Camada de Enlace55 Ethernet56 Comutadores da camada de enlace57 PPP o protocolo ponto-a-ponto58 Virtualizaccedilatildeo de enlace uma rede

como camada de enlace59 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de

paacutegina Web

5 Camada de Enlace 5-46

Ethernet Muitiacutessimo difundida porque

Muito barata R$30 para placas 10100Mbps A mais antiga das tecnologias de rede local (meados da

deacutecada de 70) Mais simples e menos cara que redes usando ficha ou

ATM Acompanhou o aumento de velocidade 10 Mbps ndash 10

Gbps

Rascunho de Metcalfe sobre o Ethernet

5 Camada de Enlace 5-47

Topologia em Estrela Topologia de barramento popular ateacute meados

dos anos 90 Todos os noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo (podem colidir

um com o outro)

Agora prevalecircncia de topologia em estrela Comutador (switch) no centro Cada porta roda o protocolo Ethernet separadamente (os

noacutes natildeo colidem uns com os outros)

barramento cabo coaxial

switch

estrela

5 Camada de Enlace 5-48

Estrutura do Quadro Ethernet

Adaptador remetente encapsula datagrama IP (ou pacote de outro protocolo da camada de rede) num Quadro Ethernet

Dados 46 a 1500 bytes Preacircmbulo 7 bytes com o padratildeo 10101010 seguidos por um byte

com o padratildeo 10101011 usado para sincronizar receptor ao reloacutegio do

remetente (reloacutegios nunca satildeo exatos eacute muito provaacutevel que exista algum desvio entre eles)

5 Camada de Enlace 5-49

Estrutura de Quadro Ethernet (cont)

Endereccedilos 6 bytes para cada endereccedilo MAC se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo destino igual

ao seu ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede

caso contraacuterio o adaptador descarta o quadro Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior

usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)

CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado

5 Camada de Enlace 5-50

Ethernet natildeo confiaacutevel e natildeo orientado para conexatildeo

Natildeo orientado para conexatildeo Natildeo haacute estabelecimento de conexatildeo (saudaccedilatildeo) entre os adaptadores transmissor e receptor

Natildeo confiaacutevel o adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador transmissorfluxo de datagramas passados para a

camada de rede pode conter falhas na sequumlecircncia

falhas seratildeo preenchidas se aplicaccedilatildeo estiver usando o TCP

caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as falhas Protocolo MAC do Ethernet CSMACD sem slots

5 Camada de Enlace 5-51

Algoritmo CSMACD do Ethernet

1 Adaptador recebe datagrama da camada de rede e cria um quadro

2 Se o adaptador percebe que o canal estaacute ocioso comeccedila a transmitir o quadro Se percebe que o canal estaacute ocupado espera que o canal fique livre e transmite

3 Se o adaptador transmitir todo o quadro sem detectar outra transmissatildeo o adaptador concluiu a operaccedilatildeo com o quadro

4 Se o adaptador detectar outra transmissatildeo enquanto estiver transmitindo aborta e envia sinal de reforccedilo de colisatildeo de 48 bits

5 Apoacutes o aborto o adaptador entra na retirada (backoff) exponencial binaacuteria apoacutes a m-eacutesima colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoriamente entre 012hellip2m-1 O adaptador espera K512 tempos de bit e retorna ao Passo 2

5 Camada de Enlace 5-52

CSMACD da Ethernet (mais)

Sinal de reforccedilo de colisatildeo garante que todos os demais transmissores estejam cientes da colisatildeo 48 bits

Tempo de Bit 01 microseg para Ethernet de 10 Mbpspara K=1023 tempo de espera de cerca de 50 mseg

Retirada Exponencial Binaacuteria

Objetivo adaptar as tentativas de retransmissatildeo agrave carga atual estimada Alta carga espera

aleatoacuteria seraacute mais longa

na primeira colisatildeo escolhe K entre 01 atraso eacute de K 512 tempos de transmissatildeo de um bit

apoacutes a segunda colisatildeo escolhe K entre 0123hellip

apoacutes 10 colisotildees escolhe K entre 01234hellip1023

Vejainteraja com o applet Java siacutetio do livroaltamente recomendaacutevel

5 Camada de Enlace 5-53

Eficiecircncia do CSMACD

tprop = atraso maacuteximo de prop entre 2 noacutes na LAN

ttrans = tempo para transmitir quadro de tamanho maacuteximo

Eficiecircncia vai para 1 agrave medida que tprop vai para 0

ttrans vai para infinito Muito melhor do que ALOHA e ainda eacute

descentralizado simples e barato

transprop tt 51

1eficiecircncia

5 Camada de Enlace 5-54

Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica

Diversos padrotildees Ethernet diferentestecircm em comum o protocolo MAC e o

formato do quadrodiferentes velocidades 2Mbps 10Mbps

100Mbps 1Gbps 10Gbpsdiferentes meios da camada fiacutesica fibra

caboaplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

protocolo MACe formato do quadro

100BASE-TX

100BASE-T4

100BASE-FX100BASE-T2

100BASE-SX 100BASE-BX

camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)

5 Camada de Enlace 5-55

10Base5

httpwwwethermanagecom

5 Camada de Enlace 5-56

10Base2

httpwwwethermanagecom

5 Camada de Enlace 5-57

10BaseT

httpwwwethermanagecom

5 Camada de Enlace 5-58

Conector RJ 45

5 Camada de Enlace 5-59

100Base-TX

httpwwwethermanagecom

5 Camada de Enlace 5-60 10

Wireless Backhaul

Carrier Ethernet Access Expansion

Voice gateway

VoiceVideoTelephony

HD TVTVoD VoD

Video Source

Gaming BusinessBackup ERP

InternetVideo Source

BusinessBroadband

E-Line andE-LAN service

GlobalNationalCarrierEthernet

GlobalNationalCarrierEthernet

SmallMedium Business

Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

ResidentialTriple-Play

FTTx DSLAM Cable Modem

Broadbandmobile datavideo

Bringing vastly extended scalability for business and residential users

ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing

5 Camada de Enlace 5-61

Carrier Ethernet Defined

bull Carrier Ethernet is a ubiquitous standardized carrier-class SERVICE defined by five attributes that distinguish Carrier Ethernet from familiar LAN based Ethernet

bull It brings the compelling business benefit of the Ethernet cost model to achieve significant savings

Carrier Ethernet

bull Scalability

bull Standardized Services

bull Service Management

bull Quality of Service

bull Reliability

Carrier Ethernet Attributes

httpwwwmetroethernetforumorg

5 Camada de Enlace 5-62

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos52 Teacutecnicas de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de acesso muacuteltiplo 54 Endereccedilamento na Camada de Enlace55 Ethernet56 Comutadores da camada de enlace57 PPP o protocolo ponto-a-ponto58 Virtualizaccedilatildeo de enlace uma rede como

camada de enlace59 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina

Web

5 Camada de Enlace 5-63

Hubs

hellip repetidores (ldquoburrosrdquo) da camada fiacutesicabits vindos de um dado link saem por todos

os outros links na mesma taxatodos os noacutes conectados ao hub podem

colidir uns com os outrosnatildeo haacute bufferizaccedilatildeo de quadrosnatildeo implementa CSMACD no hub cartotildees

do hospedeiro detectam as colisotildees

par tranccedilado

hub

5 Camada de Enlace 5-64

Comutador (switch)

Dispositivo da camada de enlace mais inteligentes que os hubs tecircm papel ativo armazena e retransmite quadros Ethernetexamina o cabeccedilalho do quadro e

seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento

transparentehospedeiros ignoram a presenccedila dos

switches plug-and-play self-learning (autodidatas)

os comutadores natildeo necessitam ser configurados

5 Camada de Enlace 5-65

Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas

hospedeiros tecircm conexatildeo direta e dedicada para o switch

os switches armazenam quadros

o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplex cada link eacute o seu proacuteprio

domiacutenio de colisatildeo comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-

para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees isto natildeo eacute possiacutevel com hubs

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

switch com seis interfaces(123456)

1 23

45

6

5 Camada de Enlace 5-66

Tabela de Comutaccedilatildeo

P como eacute que o switch sabe que Arsquo eacute alcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel a partir da interface 5

R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutem (endereccedilo MAC do hospedeiro

interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)

parece uma tabela de roteamento P como satildeo criadas e mantidas as

entradas na tabela de comutaccedilatildeo haacute algo como um protocolo de

roteamento

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

switch with six interfaces(123456)

1 23

45

6

5 Camada de Enlace 5-67

switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfaces quando um quadro eacute

recebido o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada

registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo

Switch autoaprendizagem

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 23

45

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

5 Camada de Enlace 5-685 Camada de Enlace

Switch FiltragemRepasse de quadrosQuando um comutador recebe um quadroregistra o link associado com o hospedeiro

transmissorindexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo

MAC do destinoif entrada encontrada para o destino

then if dest estiver no segmento de onde veio o

quadro then descarta o quadro else repassa o quadro na interface indicada else usa inundaccedilatildeoRepassa o quadro para todas as

demais interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido

5 Camada de Enlace 5-69

Exemplo de auto aprendizagem e repasse

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 23

45

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo

destino do quadro desconhecido inundaccedilatildeo

Arsquo A

local do destino A conhecido

Arsquo 4 60

transmissatildeo seletiva

5 Camada de Enlace 5-70

Exemplo com comutador

Suponha que C envia quadro para D

comutador recebe o quadro vindo de C anota na tabela de comutaccedilatildeo que C estaacute na interface 1 dado que D natildeo se encontra na tabela encaminha o quadro para as

demais interfaces 2 e 3

quadro eacute recebido por D

hub

hub hub

comutador

A

B CD

EF G H

I

endereccedilointerface

ABEG

1123

12 3

5 Camada de Enlace 5-71

Exemplo com comutador

Suponha que D responde com um quadro para C

comutador recebe o quadro vindo de D anota na tabela de comutaccedilatildeo que D estaacute na interface 2 dado que C estaacute na tabela encaminha o quadro apenas na interface

1

quadro eacute recebido por C

hub

hub hub

comutador

A

B CD

EF G H

I

interface

ABEGC

11231

endereccedilo

5 Camada de Enlace 5-72

Interligaccedilatildeo de comutadores

Podemos interligar comutadores (switches)

A

B

P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe que deve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3

R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenico comutador)

S1

C D

E

FS2

S4

S3

HI

G

5 Camada de Enlace 5-73

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde

para C

P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4

A

B

S1

C D

E

FS2

S4

S3

HI

G

1

2

5 Camada de Enlace 5-74

Rede Institucionalcorporativa

5 Camada de Enlace 5-75

Rede institucional

Para redeexterna

roteador

Subrede IP

Servidor de mensagens

Servidor web

5 Camada de Enlace 5-76

Comutadores versus Roteadores ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa

roteadores dispositivos da camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)

comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace roteadores mantecircm tabelas de roteamento

implementam algoritmos de roteamento comutadores mantecircm tabelas de comutaccedilatildeo

implementam filtragem algoritmos de aprendizagem

5 Camada de Enlace 5-77

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos52 Teacutecnicas de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de acesso muacuteltiplo 54 Endereccedilamento na Camada de Enlace55 Ethernet56 Comutadores da camada de enlace57 PPP o protocolo ponto-a-ponto58 Virtualizaccedilatildeo de enlace uma rede como

camada de enlace59 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina

Web

5 Camada de Enlace 5-78

Siacutentese um dia na vida de um pedido web jornada completa atravessando toda a pilha de

protocolos aplicaccedilatildeo transporte rede enlace

colocando tudo junto siacutentese objetivo identificar revisar entender os

protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web

cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom

5 Camada de Enlace 5-79

Um dia na vida cenaacuterio

rede da Comcast68800013

rede do Google64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola68802024

paacutegina web

navegador

5 Camada de Enlace 5-80

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPDHCP

quadro Ethernet difundido (dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador que executa o servidor DHCP

Ethernet demultiplexado para IP demultiplexado para UDP e demultiplexado paraDHCP

o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilo do primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP Solicitaccedilatildeo DHCP encapsulada em UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023 Ethernet

5 Camada de Enlace 5-81

roteador(roda DHCP)

servidor DHCP prepara ACK DHCP contendo endereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiro roteador nome e endereccedilo IP do servidor DNS

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

encapsulamento no servidor DHCP quadro repassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente

Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador

cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

5 Camada de Enlace 5-82

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

consulta DNS criada encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviar quadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP

consulta ARP difundida recebida pelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccedilo MAC da interface do roteador

o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiro roteador podendo agora enviar o quadro contendo a consulta DNS

ARP query

EthPhy

ARP

ARP

ARP reply

antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS

5 Camada de Enlace 5-83

roteador(roda DHCP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

DNS

datagrama IP conteacutem consulta DNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador

datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelos protocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS

demultiplexado pelo servidor DNS

servidor DNS responde ao cliente com o endereccedilo IP de wwwgooglecom

rede da Comcast68800013

servidor DNS

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

Um dia na vidahellip usando DNS

5 Camada de Enlace 5-84

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP

HTTPTCPIP

EthPhy

HTTP

para enviar pedido HTTP cliente primeiro abre um socket TCP para o servidor web segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web

conexatildeo TCP estabelecida64233169105

servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCPIP

EthPhy

SYN

SYN

SYN

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)

5 Camada de Enlace 5-85

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP

HTTPTCPIP

EthPhy

HTTP

solicitaccedilatildeo HTTP enviada para o socket TCP datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhado para wwwgooglecom

datagrama IP com a resposta HTTP eacute encaminhado de volta para o cliente

64233169105

servidor web

HTTPTCPIP

EthPhy

servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTPHTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

paacutegina web finalmente() apresentada

5 Camada de Enlace 5-86

Capiacutetulo 5 Resumo

princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dados detecccedilatildeo correccedilatildeo de erros compartilhamento de canal de difusatildeo acesso

muacuteltiplo endereccedilamento da camada de enlace

instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlace Ethernet LANs comutadas redes virtualizadas como camada de enlace MPLS

siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web

  • Capiacutetulo 5 A Camada de Enlace e Redes Locais
  • Camada de Enlace
  • Camada de Enlace Introduccedilatildeo
  • Camada de Enlace Contexto
  • Serviccedilos da Camada de Enlace
  • Serviccedilos da Camada de Enlace (mais)
  • Onde a camada de enlace eacute implementada
  • Comunicaccedilatildeo entre Adaptadores
  • Camada de Enlace (2)
  • Detecccedilatildeo de Erros
  • Verificaccedilotildees de Paridade
  • Soma de verificaccedilatildeo da Internet
  • Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica (CRC)
  • Exemplo de CRC
  • Implementaccedilatildeo em Hardware
  • Camada de Enlace (3)
  • Enlaces e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolo Ideal de Acesso Muacuteltiplo
  • Taxonomia dos Protocolos MAC
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal TDMA
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal FDMA
  • Protocolos de Acesso Aleatoacuterio
  • Slotted ALOHA
  • Slotted ALOHA (2)
  • Eficiecircncia do Slotted Aloha
  • ALOHA Puro (sem slots)
  • Eficiecircncia do Aloha puro
  • CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)
  • Colisotildees no CSMA
  • CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)
  • Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (2)
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (3)
  • Resumo dos protocolos MAC
  • Camada de Enlace (4)
  • Endereccedilos MAC
  • Endereccedilos MAC (2)
  • Endereccedilo MAC (cont)
  • ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de Resoluccedilatildeo de En
  • Protocolo ARP Mesma LAN (rede)
  • Roteando um pacote para outra LAN
  • Slide 44
  • Camada de Enlace (5)
  • Ethernet
  • Topologia em Estrela
  • Estrutura do Quadro Ethernet
  • Estrutura de Quadro Ethernet (cont)
  • Ethernet natildeo confiaacutevel e natildeo orientado para conexatildeo
  • Algoritmo CSMACD do Ethernet
  • CSMACD da Ethernet (mais)
  • Eficiecircncia do CSMACD
  • Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
  • 10Base5
  • 10Base2
  • 10BaseT
  • Conector RJ 45
  • 100Base-TX
  • Slide 60
  • Carrier Ethernet Defined
  • Camada de Enlace (6)
  • Hubs
  • Comutador (switch)
  • Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
  • Tabela de Comutaccedilatildeo
  • Switch autoaprendizagem
  • Switch FiltragemRepasse de quadros
  • Exemplo de auto aprendizagem e repasse
  • Exemplo com comutador
  • Exemplo com comutador (2)
  • Interligaccedilatildeo de comutadores
  • Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores
  • Rede Institucionalcorporativa
  • Rede institucional
  • Comutadores versus Roteadores
  • Camada de Enlace (7)
  • Siacutentese um dia na vida de um pedido web
  • Um dia na vida cenaacuterio
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet (2)
  • Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
  • Um dia na vidahellip usando DNS
  • Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
  • Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
  • Capiacutetulo 5 Resumo
Page 26: 5: Camada de Enlace 5-1 Capítulo 5: A Camada de Enlace e Redes Locais Nossos objetivos: Entender os princípios por trás dos serviços da camada de enlace

5 Camada de Enlace 5-26

Eficiecircncia do Slotted Aloha

Assuma N noacutes com muitos quadros para enviar cada um transmite num slot com probabilidade p

probabilidade que noacute 1 tenha sucesso em um slot = p(1-p)N-1

probabilidade que qualquer noacute tenha sucesso = Np(1-p)N-

1

Para eficiecircncia maacutexima com N noacutes encontre p que maximiza Np(1-p)N-1

Para muitos noacutes faccedila limite para Np(1-p)N-1

quando N tende a infinito daacute 1e = 037

Eficiecircncia eacute a fraccedilatildeo de longo prazo de slots bem sucedidos quando haacute muitos noacutes cada um com muitos quadros para transmitir

Melhor caso canalusado para transmissotildees uacuteteis em 37 do tempo

5 Camada de Enlace 5-27

ALOHA Puro (sem slots) Aloha puro (sem slots) mais simples sem sincronizaccedilatildeo Ao chegar um quadro no noacute

transmite imediatamente Probabilidade de colisatildeo aumenta

quadro enviado em t0 colide com outros quadros enviados em [t0-1t0+1]

5 Camada de Enlace 5-28

Eficiecircncia do Aloha puro

P(sucesso por um dado noacute) = P(noacute transmita)

P(nenhum outro noacute transmita em [t0-1t0]

P(nenhum outro noacute transmita em [t0t0+1]

= p (1-p)N-1 (1-p)N-1

= p (1-p)2(N-1)

hellip escolhendo o valor oacutetimo de p e deixando n -gt infinito

= 1(2e) = 018 Ainda pior do que o Slotted Aloha

5 Camada de Enlace 5-29

CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)

CSMA (Carrier Sense Multiple Access) Escuta antes de transmitir (detecccedilatildeo de portadora)

Se o canal estiver livre transmite todo o quadro

Se o canal estiver ocupado adia a transmissatildeo

Analogia humana natildeo interrompa outros

5 Camada de Enlace 5-30

Colisotildees no CSMA

colisotildees ainda podem aconteceratraso de propagaccedilatildeo significa que dois noacutes podem natildeo ouvira transmissatildeo do outro colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo eacute desperdiccedilado

Disposiccedilatildeo espacial dos noacutes

notapapel da distacircncia e atraso de propagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo

5 Camada de Enlace 5-31

CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)

CSMACD detecccedilatildeo da portadora adia a transmissatildeo como no CSMAAs colisotildees satildeo detectadas em pouco tempoTransmissotildees que sofreram colisotildees satildeo

abortadas reduzindo o desperdiacutecio do canal Detecccedilatildeo de colisotildees

Faacutecil em LANs cabeadas mede a potecircncia do sinal compara o sinal recebido com o transmitido

Difiacutecil em LANs sem fio o receptor eacute desligado durante a transmissatildeo

Analogia humana bate papo educado

5 Camada de Enlace 5-32

Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD

5 Camada de Enlace 5-33

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoProtocolos MAC de divisatildeo de canal

Compartilha o canal eficientemente e de forma justa em altas cargas

Ineficiente em baixas cargas atraso no canal de acesso alocaccedilatildeo de 1N da largura de banda mesmo com apenas 1 noacute ativo

Protocolos MAC de acesso aleatoacuterioeficiente em baixas cargas um uacutenico noacute

pode utilizar completamente o canalAltas cargas overhead com colisotildees

Protocolos de revezamentoProcura oferecer o melhor dos dois mundos

5 Camada de Enlace 5-34

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo

Seleccedilatildeo (Polling) Noacute mestre ldquoconvidardquo

noacutes escravos a transmitir em revezamento

Usado tipicamente com dispositivos escravo burros

Preocupaccedilotildees Overhead com as

consultas (polling) Latecircncia Ponto uacutenico de

falha (mestre)

mestre

escravos

poll

dados

dados

5 Camada de Enlace 5-35

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo

Passagem de permissatildeo (token)

controla permissatildeo passada de um noacute para o proacuteximo de forma sequencial

mensagem de passagem da permissatildeo

preocupaccedilotildees overhead com a

passagem de permissatildeo

latecircncia Ponto uacutenico de falha

(permissatildeo)

T

dados

(nada paramandar)

T

5 Camada de Enlace 5-36

Resumo dos protocolos MAC Divisatildeo do canal por tempo frequumlecircncia ou

coacutedigoDivisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequumlecircncia

Particionamento Aleatoacuterio (dinacircmico) ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDEscutar a portadora faacutecil em algumas

tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)

CSMACD usado na EthernetCSMACA usado no 80211

RevezamentoSeleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto

central passagem de permissotildeesBluetooth FDDI Token Ring (IBM)

5 Camada de Enlace 5-37

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos52 Teacutecnicas de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de

erros 53 Protocolos de acesso muacuteltiplo 54 Endereccedilamento na Camada de Enlace55 Ethernet56 Comutadores da camada de enlace57 PPP o protocolo ponto-a-ponto58 Virtualizaccedilatildeo de enlace uma rede

como camada de enlace59 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de

paacutegina Web

5 Camada de Enlace 5-38

Endereccedilos MAC

Endereccedilo IP de 32 bits Endereccedilos da camada de redeusado para levar o datagrama agrave subrede IP

destinoEndereccedilo MAC (ou LAN ou fiacutesico ou

Ethernet) levar o datagrama de uma interface ateacute outra

interface conectada fisicamente (na mesma rede)

Endereccedilo MAC de 48 bits (para a maioria das redes)bull gravado na ROM do adaptador ou configurado

por software

5 Camada de Enlace 5-39

Endereccedilos MAC

Cada adaptador na LAN possui um endereccedilo MAC uacutenico

Endereccedilo de Broadcast =FF-FF-FF-FF-FF-FF

= adaptador

1A-2F-BB-76-09-AD

58-23-D7-FA-20-B0

0C-C4-11-6F-E3-98

71-65-F7-2B-08-53

LAN(cabeada ousem fio)

5 Camada de Enlace 5-40

Endereccedilo MAC (cont)

Alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC gerenciada pelo IEEE Um fabricante compra uma parte do espaccedilo de

endereccedilos (para garantir unicidade) Analogia (a) endereccedilo MAC como nuacutemero do CPF (b) endereccedilo IP como endereccedilo postal (CEP) endereccedilo MAC tem estrutura linear =gt

portabilidadePode mover um cartatildeo LAN de uma LAN para

outra endereccedilo IP hieraacuterquico NAtildeO eacute portaacutetil (requer IP

moacutevel)Depende da subrede IP agrave qual o noacute estaacute

conectado

5 Camada de Enlace 5-41

ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de Resoluccedilatildeo de Endereccedilos)

Cada noacute IP (Host Roteador) de uma LAN possui tabela ARP

Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN

lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt TTL (Time To Live) tempo

a partir do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute esquecido (valor tiacutepico de 20 min)

Pergunta como obter oendereccedilo MAC de B a partir do endereccedilo IP de B

1A-2F-BB-76-09-AD

58-23-D7-FA-20-B0

0C-C4-11-6F-E3-98

71-65-F7-2B-08-53

LAN

237196723

237196778

237196714

237196788

5 Camada de Enlace 5-42

Protocolo ARP Mesma LAN (rede) A deseja enviar datagrama

para B e o endereccedilo MAC de B natildeo estaacute na tabela ARP

A difunde o pacote de solicitaccedilatildeo ARP que conteacutem o endereccedilo IP de B Endereccedilo MAC destino =

FF-FF-FF-FF-FF-FF todas as maacutequinas na

LAN recebem a consulta do ARP

B recebe o pacote ARP responde a A com o seu (de B) endereccedilo MAC Quadro enviado para o

endereccedilo MAC (unicast) de A

Uma cache (salva) o par de endereccedilos IP-para-MAC na sua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo fique antiquada (expire) lsquosoft statersquo informaccedilatildeo que expira (vai embora) a menos que seja renovada

ARP eacute ldquoplug-and-playrdquo os noacutes criam suas tabelas ARP sem a intervenccedilatildeo do administrador

da rede

5 Camada de Enlace 5-43

Roteando um pacote para outra LAN

passo a passo envio de datagrama de A para B via R assuma que A conhece o endereccedilo IP de B

Duas tabelas ARP no roteador R uma para cada rede IP (LAN)

A

RB

5 Camada de Enlace 5-44

A cria datagrama com origem A destino B A usa ARP para obter o endereccedilo MAC de R para

111111111110 A cria quadro da camada de enlace com o endereccedilo

MAC de R como destino quadro conteacutem datagrama IP de A para B

O adaptador de A envia o quadro O adaptador de R recebe o quadro R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verifica

que eacute destinado para B R usa ARP para obter o endereccedilo MAC de B R cria quadro contendo datagrama IP de A para B e o

envia para B

A

R B

Este eacute um exemplo muito importantendash garanta que vocecirc o entendeu

5 Camada de Enlace 5-45

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos52 Teacutecnicas de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de

erros 53 Protocolos de acesso muacuteltiplo 54 Endereccedilamento na Camada de Enlace55 Ethernet56 Comutadores da camada de enlace57 PPP o protocolo ponto-a-ponto58 Virtualizaccedilatildeo de enlace uma rede

como camada de enlace59 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de

paacutegina Web

5 Camada de Enlace 5-46

Ethernet Muitiacutessimo difundida porque

Muito barata R$30 para placas 10100Mbps A mais antiga das tecnologias de rede local (meados da

deacutecada de 70) Mais simples e menos cara que redes usando ficha ou

ATM Acompanhou o aumento de velocidade 10 Mbps ndash 10

Gbps

Rascunho de Metcalfe sobre o Ethernet

5 Camada de Enlace 5-47

Topologia em Estrela Topologia de barramento popular ateacute meados

dos anos 90 Todos os noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo (podem colidir

um com o outro)

Agora prevalecircncia de topologia em estrela Comutador (switch) no centro Cada porta roda o protocolo Ethernet separadamente (os

noacutes natildeo colidem uns com os outros)

barramento cabo coaxial

switch

estrela

5 Camada de Enlace 5-48

Estrutura do Quadro Ethernet

Adaptador remetente encapsula datagrama IP (ou pacote de outro protocolo da camada de rede) num Quadro Ethernet

Dados 46 a 1500 bytes Preacircmbulo 7 bytes com o padratildeo 10101010 seguidos por um byte

com o padratildeo 10101011 usado para sincronizar receptor ao reloacutegio do

remetente (reloacutegios nunca satildeo exatos eacute muito provaacutevel que exista algum desvio entre eles)

5 Camada de Enlace 5-49

Estrutura de Quadro Ethernet (cont)

Endereccedilos 6 bytes para cada endereccedilo MAC se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo destino igual

ao seu ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede

caso contraacuterio o adaptador descarta o quadro Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior

usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)

CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado

5 Camada de Enlace 5-50

Ethernet natildeo confiaacutevel e natildeo orientado para conexatildeo

Natildeo orientado para conexatildeo Natildeo haacute estabelecimento de conexatildeo (saudaccedilatildeo) entre os adaptadores transmissor e receptor

Natildeo confiaacutevel o adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador transmissorfluxo de datagramas passados para a

camada de rede pode conter falhas na sequumlecircncia

falhas seratildeo preenchidas se aplicaccedilatildeo estiver usando o TCP

caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as falhas Protocolo MAC do Ethernet CSMACD sem slots

5 Camada de Enlace 5-51

Algoritmo CSMACD do Ethernet

1 Adaptador recebe datagrama da camada de rede e cria um quadro

2 Se o adaptador percebe que o canal estaacute ocioso comeccedila a transmitir o quadro Se percebe que o canal estaacute ocupado espera que o canal fique livre e transmite

3 Se o adaptador transmitir todo o quadro sem detectar outra transmissatildeo o adaptador concluiu a operaccedilatildeo com o quadro

4 Se o adaptador detectar outra transmissatildeo enquanto estiver transmitindo aborta e envia sinal de reforccedilo de colisatildeo de 48 bits

5 Apoacutes o aborto o adaptador entra na retirada (backoff) exponencial binaacuteria apoacutes a m-eacutesima colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoriamente entre 012hellip2m-1 O adaptador espera K512 tempos de bit e retorna ao Passo 2

5 Camada de Enlace 5-52

CSMACD da Ethernet (mais)

Sinal de reforccedilo de colisatildeo garante que todos os demais transmissores estejam cientes da colisatildeo 48 bits

Tempo de Bit 01 microseg para Ethernet de 10 Mbpspara K=1023 tempo de espera de cerca de 50 mseg

Retirada Exponencial Binaacuteria

Objetivo adaptar as tentativas de retransmissatildeo agrave carga atual estimada Alta carga espera

aleatoacuteria seraacute mais longa

na primeira colisatildeo escolhe K entre 01 atraso eacute de K 512 tempos de transmissatildeo de um bit

apoacutes a segunda colisatildeo escolhe K entre 0123hellip

apoacutes 10 colisotildees escolhe K entre 01234hellip1023

Vejainteraja com o applet Java siacutetio do livroaltamente recomendaacutevel

5 Camada de Enlace 5-53

Eficiecircncia do CSMACD

tprop = atraso maacuteximo de prop entre 2 noacutes na LAN

ttrans = tempo para transmitir quadro de tamanho maacuteximo

Eficiecircncia vai para 1 agrave medida que tprop vai para 0

ttrans vai para infinito Muito melhor do que ALOHA e ainda eacute

descentralizado simples e barato

transprop tt 51

1eficiecircncia

5 Camada de Enlace 5-54

Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica

Diversos padrotildees Ethernet diferentestecircm em comum o protocolo MAC e o

formato do quadrodiferentes velocidades 2Mbps 10Mbps

100Mbps 1Gbps 10Gbpsdiferentes meios da camada fiacutesica fibra

caboaplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

protocolo MACe formato do quadro

100BASE-TX

100BASE-T4

100BASE-FX100BASE-T2

100BASE-SX 100BASE-BX

camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)

5 Camada de Enlace 5-55

10Base5

httpwwwethermanagecom

5 Camada de Enlace 5-56

10Base2

httpwwwethermanagecom

5 Camada de Enlace 5-57

10BaseT

httpwwwethermanagecom

5 Camada de Enlace 5-58

Conector RJ 45

5 Camada de Enlace 5-59

100Base-TX

httpwwwethermanagecom

5 Camada de Enlace 5-60 10

Wireless Backhaul

Carrier Ethernet Access Expansion

Voice gateway

VoiceVideoTelephony

HD TVTVoD VoD

Video Source

Gaming BusinessBackup ERP

InternetVideo Source

BusinessBroadband

E-Line andE-LAN service

GlobalNationalCarrierEthernet

GlobalNationalCarrierEthernet

SmallMedium Business

Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

ResidentialTriple-Play

FTTx DSLAM Cable Modem

Broadbandmobile datavideo

Bringing vastly extended scalability for business and residential users

ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing

5 Camada de Enlace 5-61

Carrier Ethernet Defined

bull Carrier Ethernet is a ubiquitous standardized carrier-class SERVICE defined by five attributes that distinguish Carrier Ethernet from familiar LAN based Ethernet

bull It brings the compelling business benefit of the Ethernet cost model to achieve significant savings

Carrier Ethernet

bull Scalability

bull Standardized Services

bull Service Management

bull Quality of Service

bull Reliability

Carrier Ethernet Attributes

httpwwwmetroethernetforumorg

5 Camada de Enlace 5-62

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos52 Teacutecnicas de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de acesso muacuteltiplo 54 Endereccedilamento na Camada de Enlace55 Ethernet56 Comutadores da camada de enlace57 PPP o protocolo ponto-a-ponto58 Virtualizaccedilatildeo de enlace uma rede como

camada de enlace59 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina

Web

5 Camada de Enlace 5-63

Hubs

hellip repetidores (ldquoburrosrdquo) da camada fiacutesicabits vindos de um dado link saem por todos

os outros links na mesma taxatodos os noacutes conectados ao hub podem

colidir uns com os outrosnatildeo haacute bufferizaccedilatildeo de quadrosnatildeo implementa CSMACD no hub cartotildees

do hospedeiro detectam as colisotildees

par tranccedilado

hub

5 Camada de Enlace 5-64

Comutador (switch)

Dispositivo da camada de enlace mais inteligentes que os hubs tecircm papel ativo armazena e retransmite quadros Ethernetexamina o cabeccedilalho do quadro e

seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento

transparentehospedeiros ignoram a presenccedila dos

switches plug-and-play self-learning (autodidatas)

os comutadores natildeo necessitam ser configurados

5 Camada de Enlace 5-65

Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas

hospedeiros tecircm conexatildeo direta e dedicada para o switch

os switches armazenam quadros

o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplex cada link eacute o seu proacuteprio

domiacutenio de colisatildeo comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-

para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees isto natildeo eacute possiacutevel com hubs

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

switch com seis interfaces(123456)

1 23

45

6

5 Camada de Enlace 5-66

Tabela de Comutaccedilatildeo

P como eacute que o switch sabe que Arsquo eacute alcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel a partir da interface 5

R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutem (endereccedilo MAC do hospedeiro

interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)

parece uma tabela de roteamento P como satildeo criadas e mantidas as

entradas na tabela de comutaccedilatildeo haacute algo como um protocolo de

roteamento

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

switch with six interfaces(123456)

1 23

45

6

5 Camada de Enlace 5-67

switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfaces quando um quadro eacute

recebido o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada

registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo

Switch autoaprendizagem

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 23

45

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

5 Camada de Enlace 5-685 Camada de Enlace

Switch FiltragemRepasse de quadrosQuando um comutador recebe um quadroregistra o link associado com o hospedeiro

transmissorindexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo

MAC do destinoif entrada encontrada para o destino

then if dest estiver no segmento de onde veio o

quadro then descarta o quadro else repassa o quadro na interface indicada else usa inundaccedilatildeoRepassa o quadro para todas as

demais interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido

5 Camada de Enlace 5-69

Exemplo de auto aprendizagem e repasse

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 23

45

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo

destino do quadro desconhecido inundaccedilatildeo

Arsquo A

local do destino A conhecido

Arsquo 4 60

transmissatildeo seletiva

5 Camada de Enlace 5-70

Exemplo com comutador

Suponha que C envia quadro para D

comutador recebe o quadro vindo de C anota na tabela de comutaccedilatildeo que C estaacute na interface 1 dado que D natildeo se encontra na tabela encaminha o quadro para as

demais interfaces 2 e 3

quadro eacute recebido por D

hub

hub hub

comutador

A

B CD

EF G H

I

endereccedilointerface

ABEG

1123

12 3

5 Camada de Enlace 5-71

Exemplo com comutador

Suponha que D responde com um quadro para C

comutador recebe o quadro vindo de D anota na tabela de comutaccedilatildeo que D estaacute na interface 2 dado que C estaacute na tabela encaminha o quadro apenas na interface

1

quadro eacute recebido por C

hub

hub hub

comutador

A

B CD

EF G H

I

interface

ABEGC

11231

endereccedilo

5 Camada de Enlace 5-72

Interligaccedilatildeo de comutadores

Podemos interligar comutadores (switches)

A

B

P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe que deve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3

R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenico comutador)

S1

C D

E

FS2

S4

S3

HI

G

5 Camada de Enlace 5-73

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde

para C

P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4

A

B

S1

C D

E

FS2

S4

S3

HI

G

1

2

5 Camada de Enlace 5-74

Rede Institucionalcorporativa

5 Camada de Enlace 5-75

Rede institucional

Para redeexterna

roteador

Subrede IP

Servidor de mensagens

Servidor web

5 Camada de Enlace 5-76

Comutadores versus Roteadores ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa

roteadores dispositivos da camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)

comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace roteadores mantecircm tabelas de roteamento

implementam algoritmos de roteamento comutadores mantecircm tabelas de comutaccedilatildeo

implementam filtragem algoritmos de aprendizagem

5 Camada de Enlace 5-77

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos52 Teacutecnicas de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de acesso muacuteltiplo 54 Endereccedilamento na Camada de Enlace55 Ethernet56 Comutadores da camada de enlace57 PPP o protocolo ponto-a-ponto58 Virtualizaccedilatildeo de enlace uma rede como

camada de enlace59 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina

Web

5 Camada de Enlace 5-78

Siacutentese um dia na vida de um pedido web jornada completa atravessando toda a pilha de

protocolos aplicaccedilatildeo transporte rede enlace

colocando tudo junto siacutentese objetivo identificar revisar entender os

protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web

cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom

5 Camada de Enlace 5-79

Um dia na vida cenaacuterio

rede da Comcast68800013

rede do Google64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola68802024

paacutegina web

navegador

5 Camada de Enlace 5-80

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPDHCP

quadro Ethernet difundido (dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador que executa o servidor DHCP

Ethernet demultiplexado para IP demultiplexado para UDP e demultiplexado paraDHCP

o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilo do primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP Solicitaccedilatildeo DHCP encapsulada em UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023 Ethernet

5 Camada de Enlace 5-81

roteador(roda DHCP)

servidor DHCP prepara ACK DHCP contendo endereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiro roteador nome e endereccedilo IP do servidor DNS

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

encapsulamento no servidor DHCP quadro repassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente

Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador

cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

5 Camada de Enlace 5-82

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

consulta DNS criada encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviar quadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP

consulta ARP difundida recebida pelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccedilo MAC da interface do roteador

o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiro roteador podendo agora enviar o quadro contendo a consulta DNS

ARP query

EthPhy

ARP

ARP

ARP reply

antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS

5 Camada de Enlace 5-83

roteador(roda DHCP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

DNS

datagrama IP conteacutem consulta DNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador

datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelos protocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS

demultiplexado pelo servidor DNS

servidor DNS responde ao cliente com o endereccedilo IP de wwwgooglecom

rede da Comcast68800013

servidor DNS

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

Um dia na vidahellip usando DNS

5 Camada de Enlace 5-84

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP

HTTPTCPIP

EthPhy

HTTP

para enviar pedido HTTP cliente primeiro abre um socket TCP para o servidor web segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web

conexatildeo TCP estabelecida64233169105

servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCPIP

EthPhy

SYN

SYN

SYN

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)

5 Camada de Enlace 5-85

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP

HTTPTCPIP

EthPhy

HTTP

solicitaccedilatildeo HTTP enviada para o socket TCP datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhado para wwwgooglecom

datagrama IP com a resposta HTTP eacute encaminhado de volta para o cliente

64233169105

servidor web

HTTPTCPIP

EthPhy

servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTPHTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

paacutegina web finalmente() apresentada

5 Camada de Enlace 5-86

Capiacutetulo 5 Resumo

princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dados detecccedilatildeo correccedilatildeo de erros compartilhamento de canal de difusatildeo acesso

muacuteltiplo endereccedilamento da camada de enlace

instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlace Ethernet LANs comutadas redes virtualizadas como camada de enlace MPLS

siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web

  • Capiacutetulo 5 A Camada de Enlace e Redes Locais
  • Camada de Enlace
  • Camada de Enlace Introduccedilatildeo
  • Camada de Enlace Contexto
  • Serviccedilos da Camada de Enlace
  • Serviccedilos da Camada de Enlace (mais)
  • Onde a camada de enlace eacute implementada
  • Comunicaccedilatildeo entre Adaptadores
  • Camada de Enlace (2)
  • Detecccedilatildeo de Erros
  • Verificaccedilotildees de Paridade
  • Soma de verificaccedilatildeo da Internet
  • Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica (CRC)
  • Exemplo de CRC
  • Implementaccedilatildeo em Hardware
  • Camada de Enlace (3)
  • Enlaces e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolo Ideal de Acesso Muacuteltiplo
  • Taxonomia dos Protocolos MAC
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal TDMA
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal FDMA
  • Protocolos de Acesso Aleatoacuterio
  • Slotted ALOHA
  • Slotted ALOHA (2)
  • Eficiecircncia do Slotted Aloha
  • ALOHA Puro (sem slots)
  • Eficiecircncia do Aloha puro
  • CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)
  • Colisotildees no CSMA
  • CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)
  • Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (2)
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (3)
  • Resumo dos protocolos MAC
  • Camada de Enlace (4)
  • Endereccedilos MAC
  • Endereccedilos MAC (2)
  • Endereccedilo MAC (cont)
  • ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de Resoluccedilatildeo de En
  • Protocolo ARP Mesma LAN (rede)
  • Roteando um pacote para outra LAN
  • Slide 44
  • Camada de Enlace (5)
  • Ethernet
  • Topologia em Estrela
  • Estrutura do Quadro Ethernet
  • Estrutura de Quadro Ethernet (cont)
  • Ethernet natildeo confiaacutevel e natildeo orientado para conexatildeo
  • Algoritmo CSMACD do Ethernet
  • CSMACD da Ethernet (mais)
  • Eficiecircncia do CSMACD
  • Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
  • 10Base5
  • 10Base2
  • 10BaseT
  • Conector RJ 45
  • 100Base-TX
  • Slide 60
  • Carrier Ethernet Defined
  • Camada de Enlace (6)
  • Hubs
  • Comutador (switch)
  • Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
  • Tabela de Comutaccedilatildeo
  • Switch autoaprendizagem
  • Switch FiltragemRepasse de quadros
  • Exemplo de auto aprendizagem e repasse
  • Exemplo com comutador
  • Exemplo com comutador (2)
  • Interligaccedilatildeo de comutadores
  • Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores
  • Rede Institucionalcorporativa
  • Rede institucional
  • Comutadores versus Roteadores
  • Camada de Enlace (7)
  • Siacutentese um dia na vida de um pedido web
  • Um dia na vida cenaacuterio
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet (2)
  • Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
  • Um dia na vidahellip usando DNS
  • Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
  • Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
  • Capiacutetulo 5 Resumo
Page 27: 5: Camada de Enlace 5-1 Capítulo 5: A Camada de Enlace e Redes Locais Nossos objetivos: Entender os princípios por trás dos serviços da camada de enlace

5 Camada de Enlace 5-27

ALOHA Puro (sem slots) Aloha puro (sem slots) mais simples sem sincronizaccedilatildeo Ao chegar um quadro no noacute

transmite imediatamente Probabilidade de colisatildeo aumenta

quadro enviado em t0 colide com outros quadros enviados em [t0-1t0+1]

5 Camada de Enlace 5-28

Eficiecircncia do Aloha puro

P(sucesso por um dado noacute) = P(noacute transmita)

P(nenhum outro noacute transmita em [t0-1t0]

P(nenhum outro noacute transmita em [t0t0+1]

= p (1-p)N-1 (1-p)N-1

= p (1-p)2(N-1)

hellip escolhendo o valor oacutetimo de p e deixando n -gt infinito

= 1(2e) = 018 Ainda pior do que o Slotted Aloha

5 Camada de Enlace 5-29

CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)

CSMA (Carrier Sense Multiple Access) Escuta antes de transmitir (detecccedilatildeo de portadora)

Se o canal estiver livre transmite todo o quadro

Se o canal estiver ocupado adia a transmissatildeo

Analogia humana natildeo interrompa outros

5 Camada de Enlace 5-30

Colisotildees no CSMA

colisotildees ainda podem aconteceratraso de propagaccedilatildeo significa que dois noacutes podem natildeo ouvira transmissatildeo do outro colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo eacute desperdiccedilado

Disposiccedilatildeo espacial dos noacutes

notapapel da distacircncia e atraso de propagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo

5 Camada de Enlace 5-31

CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)

CSMACD detecccedilatildeo da portadora adia a transmissatildeo como no CSMAAs colisotildees satildeo detectadas em pouco tempoTransmissotildees que sofreram colisotildees satildeo

abortadas reduzindo o desperdiacutecio do canal Detecccedilatildeo de colisotildees

Faacutecil em LANs cabeadas mede a potecircncia do sinal compara o sinal recebido com o transmitido

Difiacutecil em LANs sem fio o receptor eacute desligado durante a transmissatildeo

Analogia humana bate papo educado

5 Camada de Enlace 5-32

Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD

5 Camada de Enlace 5-33

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoProtocolos MAC de divisatildeo de canal

Compartilha o canal eficientemente e de forma justa em altas cargas

Ineficiente em baixas cargas atraso no canal de acesso alocaccedilatildeo de 1N da largura de banda mesmo com apenas 1 noacute ativo

Protocolos MAC de acesso aleatoacuterioeficiente em baixas cargas um uacutenico noacute

pode utilizar completamente o canalAltas cargas overhead com colisotildees

Protocolos de revezamentoProcura oferecer o melhor dos dois mundos

5 Camada de Enlace 5-34

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo

Seleccedilatildeo (Polling) Noacute mestre ldquoconvidardquo

noacutes escravos a transmitir em revezamento

Usado tipicamente com dispositivos escravo burros

Preocupaccedilotildees Overhead com as

consultas (polling) Latecircncia Ponto uacutenico de

falha (mestre)

mestre

escravos

poll

dados

dados

5 Camada de Enlace 5-35

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo

Passagem de permissatildeo (token)

controla permissatildeo passada de um noacute para o proacuteximo de forma sequencial

mensagem de passagem da permissatildeo

preocupaccedilotildees overhead com a

passagem de permissatildeo

latecircncia Ponto uacutenico de falha

(permissatildeo)

T

dados

(nada paramandar)

T

5 Camada de Enlace 5-36

Resumo dos protocolos MAC Divisatildeo do canal por tempo frequumlecircncia ou

coacutedigoDivisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequumlecircncia

Particionamento Aleatoacuterio (dinacircmico) ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDEscutar a portadora faacutecil em algumas

tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)

CSMACD usado na EthernetCSMACA usado no 80211

RevezamentoSeleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto

central passagem de permissotildeesBluetooth FDDI Token Ring (IBM)

5 Camada de Enlace 5-37

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos52 Teacutecnicas de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de

erros 53 Protocolos de acesso muacuteltiplo 54 Endereccedilamento na Camada de Enlace55 Ethernet56 Comutadores da camada de enlace57 PPP o protocolo ponto-a-ponto58 Virtualizaccedilatildeo de enlace uma rede

como camada de enlace59 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de

paacutegina Web

5 Camada de Enlace 5-38

Endereccedilos MAC

Endereccedilo IP de 32 bits Endereccedilos da camada de redeusado para levar o datagrama agrave subrede IP

destinoEndereccedilo MAC (ou LAN ou fiacutesico ou

Ethernet) levar o datagrama de uma interface ateacute outra

interface conectada fisicamente (na mesma rede)

Endereccedilo MAC de 48 bits (para a maioria das redes)bull gravado na ROM do adaptador ou configurado

por software

5 Camada de Enlace 5-39

Endereccedilos MAC

Cada adaptador na LAN possui um endereccedilo MAC uacutenico

Endereccedilo de Broadcast =FF-FF-FF-FF-FF-FF

= adaptador

1A-2F-BB-76-09-AD

58-23-D7-FA-20-B0

0C-C4-11-6F-E3-98

71-65-F7-2B-08-53

LAN(cabeada ousem fio)

5 Camada de Enlace 5-40

Endereccedilo MAC (cont)

Alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC gerenciada pelo IEEE Um fabricante compra uma parte do espaccedilo de

endereccedilos (para garantir unicidade) Analogia (a) endereccedilo MAC como nuacutemero do CPF (b) endereccedilo IP como endereccedilo postal (CEP) endereccedilo MAC tem estrutura linear =gt

portabilidadePode mover um cartatildeo LAN de uma LAN para

outra endereccedilo IP hieraacuterquico NAtildeO eacute portaacutetil (requer IP

moacutevel)Depende da subrede IP agrave qual o noacute estaacute

conectado

5 Camada de Enlace 5-41

ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de Resoluccedilatildeo de Endereccedilos)

Cada noacute IP (Host Roteador) de uma LAN possui tabela ARP

Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN

lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt TTL (Time To Live) tempo

a partir do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute esquecido (valor tiacutepico de 20 min)

Pergunta como obter oendereccedilo MAC de B a partir do endereccedilo IP de B

1A-2F-BB-76-09-AD

58-23-D7-FA-20-B0

0C-C4-11-6F-E3-98

71-65-F7-2B-08-53

LAN

237196723

237196778

237196714

237196788

5 Camada de Enlace 5-42

Protocolo ARP Mesma LAN (rede) A deseja enviar datagrama

para B e o endereccedilo MAC de B natildeo estaacute na tabela ARP

A difunde o pacote de solicitaccedilatildeo ARP que conteacutem o endereccedilo IP de B Endereccedilo MAC destino =

FF-FF-FF-FF-FF-FF todas as maacutequinas na

LAN recebem a consulta do ARP

B recebe o pacote ARP responde a A com o seu (de B) endereccedilo MAC Quadro enviado para o

endereccedilo MAC (unicast) de A

Uma cache (salva) o par de endereccedilos IP-para-MAC na sua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo fique antiquada (expire) lsquosoft statersquo informaccedilatildeo que expira (vai embora) a menos que seja renovada

ARP eacute ldquoplug-and-playrdquo os noacutes criam suas tabelas ARP sem a intervenccedilatildeo do administrador

da rede

5 Camada de Enlace 5-43

Roteando um pacote para outra LAN

passo a passo envio de datagrama de A para B via R assuma que A conhece o endereccedilo IP de B

Duas tabelas ARP no roteador R uma para cada rede IP (LAN)

A

RB

5 Camada de Enlace 5-44

A cria datagrama com origem A destino B A usa ARP para obter o endereccedilo MAC de R para

111111111110 A cria quadro da camada de enlace com o endereccedilo

MAC de R como destino quadro conteacutem datagrama IP de A para B

O adaptador de A envia o quadro O adaptador de R recebe o quadro R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verifica

que eacute destinado para B R usa ARP para obter o endereccedilo MAC de B R cria quadro contendo datagrama IP de A para B e o

envia para B

A

R B

Este eacute um exemplo muito importantendash garanta que vocecirc o entendeu

5 Camada de Enlace 5-45

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos52 Teacutecnicas de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de

erros 53 Protocolos de acesso muacuteltiplo 54 Endereccedilamento na Camada de Enlace55 Ethernet56 Comutadores da camada de enlace57 PPP o protocolo ponto-a-ponto58 Virtualizaccedilatildeo de enlace uma rede

como camada de enlace59 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de

paacutegina Web

5 Camada de Enlace 5-46

Ethernet Muitiacutessimo difundida porque

Muito barata R$30 para placas 10100Mbps A mais antiga das tecnologias de rede local (meados da

deacutecada de 70) Mais simples e menos cara que redes usando ficha ou

ATM Acompanhou o aumento de velocidade 10 Mbps ndash 10

Gbps

Rascunho de Metcalfe sobre o Ethernet

5 Camada de Enlace 5-47

Topologia em Estrela Topologia de barramento popular ateacute meados

dos anos 90 Todos os noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo (podem colidir

um com o outro)

Agora prevalecircncia de topologia em estrela Comutador (switch) no centro Cada porta roda o protocolo Ethernet separadamente (os

noacutes natildeo colidem uns com os outros)

barramento cabo coaxial

switch

estrela

5 Camada de Enlace 5-48

Estrutura do Quadro Ethernet

Adaptador remetente encapsula datagrama IP (ou pacote de outro protocolo da camada de rede) num Quadro Ethernet

Dados 46 a 1500 bytes Preacircmbulo 7 bytes com o padratildeo 10101010 seguidos por um byte

com o padratildeo 10101011 usado para sincronizar receptor ao reloacutegio do

remetente (reloacutegios nunca satildeo exatos eacute muito provaacutevel que exista algum desvio entre eles)

5 Camada de Enlace 5-49

Estrutura de Quadro Ethernet (cont)

Endereccedilos 6 bytes para cada endereccedilo MAC se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo destino igual

ao seu ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede

caso contraacuterio o adaptador descarta o quadro Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior

usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)

CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado

5 Camada de Enlace 5-50

Ethernet natildeo confiaacutevel e natildeo orientado para conexatildeo

Natildeo orientado para conexatildeo Natildeo haacute estabelecimento de conexatildeo (saudaccedilatildeo) entre os adaptadores transmissor e receptor

Natildeo confiaacutevel o adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador transmissorfluxo de datagramas passados para a

camada de rede pode conter falhas na sequumlecircncia

falhas seratildeo preenchidas se aplicaccedilatildeo estiver usando o TCP

caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as falhas Protocolo MAC do Ethernet CSMACD sem slots

5 Camada de Enlace 5-51

Algoritmo CSMACD do Ethernet

1 Adaptador recebe datagrama da camada de rede e cria um quadro

2 Se o adaptador percebe que o canal estaacute ocioso comeccedila a transmitir o quadro Se percebe que o canal estaacute ocupado espera que o canal fique livre e transmite

3 Se o adaptador transmitir todo o quadro sem detectar outra transmissatildeo o adaptador concluiu a operaccedilatildeo com o quadro

4 Se o adaptador detectar outra transmissatildeo enquanto estiver transmitindo aborta e envia sinal de reforccedilo de colisatildeo de 48 bits

5 Apoacutes o aborto o adaptador entra na retirada (backoff) exponencial binaacuteria apoacutes a m-eacutesima colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoriamente entre 012hellip2m-1 O adaptador espera K512 tempos de bit e retorna ao Passo 2

5 Camada de Enlace 5-52

CSMACD da Ethernet (mais)

Sinal de reforccedilo de colisatildeo garante que todos os demais transmissores estejam cientes da colisatildeo 48 bits

Tempo de Bit 01 microseg para Ethernet de 10 Mbpspara K=1023 tempo de espera de cerca de 50 mseg

Retirada Exponencial Binaacuteria

Objetivo adaptar as tentativas de retransmissatildeo agrave carga atual estimada Alta carga espera

aleatoacuteria seraacute mais longa

na primeira colisatildeo escolhe K entre 01 atraso eacute de K 512 tempos de transmissatildeo de um bit

apoacutes a segunda colisatildeo escolhe K entre 0123hellip

apoacutes 10 colisotildees escolhe K entre 01234hellip1023

Vejainteraja com o applet Java siacutetio do livroaltamente recomendaacutevel

5 Camada de Enlace 5-53

Eficiecircncia do CSMACD

tprop = atraso maacuteximo de prop entre 2 noacutes na LAN

ttrans = tempo para transmitir quadro de tamanho maacuteximo

Eficiecircncia vai para 1 agrave medida que tprop vai para 0

ttrans vai para infinito Muito melhor do que ALOHA e ainda eacute

descentralizado simples e barato

transprop tt 51

1eficiecircncia

5 Camada de Enlace 5-54

Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica

Diversos padrotildees Ethernet diferentestecircm em comum o protocolo MAC e o

formato do quadrodiferentes velocidades 2Mbps 10Mbps

100Mbps 1Gbps 10Gbpsdiferentes meios da camada fiacutesica fibra

caboaplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

protocolo MACe formato do quadro

100BASE-TX

100BASE-T4

100BASE-FX100BASE-T2

100BASE-SX 100BASE-BX

camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)

5 Camada de Enlace 5-55

10Base5

httpwwwethermanagecom

5 Camada de Enlace 5-56

10Base2

httpwwwethermanagecom

5 Camada de Enlace 5-57

10BaseT

httpwwwethermanagecom

5 Camada de Enlace 5-58

Conector RJ 45

5 Camada de Enlace 5-59

100Base-TX

httpwwwethermanagecom

5 Camada de Enlace 5-60 10

Wireless Backhaul

Carrier Ethernet Access Expansion

Voice gateway

VoiceVideoTelephony

HD TVTVoD VoD

Video Source

Gaming BusinessBackup ERP

InternetVideo Source

BusinessBroadband

E-Line andE-LAN service

GlobalNationalCarrierEthernet

GlobalNationalCarrierEthernet

SmallMedium Business

Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

ResidentialTriple-Play

FTTx DSLAM Cable Modem

Broadbandmobile datavideo

Bringing vastly extended scalability for business and residential users

ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing

5 Camada de Enlace 5-61

Carrier Ethernet Defined

bull Carrier Ethernet is a ubiquitous standardized carrier-class SERVICE defined by five attributes that distinguish Carrier Ethernet from familiar LAN based Ethernet

bull It brings the compelling business benefit of the Ethernet cost model to achieve significant savings

Carrier Ethernet

bull Scalability

bull Standardized Services

bull Service Management

bull Quality of Service

bull Reliability

Carrier Ethernet Attributes

httpwwwmetroethernetforumorg

5 Camada de Enlace 5-62

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos52 Teacutecnicas de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de acesso muacuteltiplo 54 Endereccedilamento na Camada de Enlace55 Ethernet56 Comutadores da camada de enlace57 PPP o protocolo ponto-a-ponto58 Virtualizaccedilatildeo de enlace uma rede como

camada de enlace59 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina

Web

5 Camada de Enlace 5-63

Hubs

hellip repetidores (ldquoburrosrdquo) da camada fiacutesicabits vindos de um dado link saem por todos

os outros links na mesma taxatodos os noacutes conectados ao hub podem

colidir uns com os outrosnatildeo haacute bufferizaccedilatildeo de quadrosnatildeo implementa CSMACD no hub cartotildees

do hospedeiro detectam as colisotildees

par tranccedilado

hub

5 Camada de Enlace 5-64

Comutador (switch)

Dispositivo da camada de enlace mais inteligentes que os hubs tecircm papel ativo armazena e retransmite quadros Ethernetexamina o cabeccedilalho do quadro e

seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento

transparentehospedeiros ignoram a presenccedila dos

switches plug-and-play self-learning (autodidatas)

os comutadores natildeo necessitam ser configurados

5 Camada de Enlace 5-65

Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas

hospedeiros tecircm conexatildeo direta e dedicada para o switch

os switches armazenam quadros

o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplex cada link eacute o seu proacuteprio

domiacutenio de colisatildeo comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-

para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees isto natildeo eacute possiacutevel com hubs

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

switch com seis interfaces(123456)

1 23

45

6

5 Camada de Enlace 5-66

Tabela de Comutaccedilatildeo

P como eacute que o switch sabe que Arsquo eacute alcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel a partir da interface 5

R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutem (endereccedilo MAC do hospedeiro

interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)

parece uma tabela de roteamento P como satildeo criadas e mantidas as

entradas na tabela de comutaccedilatildeo haacute algo como um protocolo de

roteamento

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

switch with six interfaces(123456)

1 23

45

6

5 Camada de Enlace 5-67

switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfaces quando um quadro eacute

recebido o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada

registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo

Switch autoaprendizagem

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 23

45

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

5 Camada de Enlace 5-685 Camada de Enlace

Switch FiltragemRepasse de quadrosQuando um comutador recebe um quadroregistra o link associado com o hospedeiro

transmissorindexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo

MAC do destinoif entrada encontrada para o destino

then if dest estiver no segmento de onde veio o

quadro then descarta o quadro else repassa o quadro na interface indicada else usa inundaccedilatildeoRepassa o quadro para todas as

demais interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido

5 Camada de Enlace 5-69

Exemplo de auto aprendizagem e repasse

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 23

45

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo

destino do quadro desconhecido inundaccedilatildeo

Arsquo A

local do destino A conhecido

Arsquo 4 60

transmissatildeo seletiva

5 Camada de Enlace 5-70

Exemplo com comutador

Suponha que C envia quadro para D

comutador recebe o quadro vindo de C anota na tabela de comutaccedilatildeo que C estaacute na interface 1 dado que D natildeo se encontra na tabela encaminha o quadro para as

demais interfaces 2 e 3

quadro eacute recebido por D

hub

hub hub

comutador

A

B CD

EF G H

I

endereccedilointerface

ABEG

1123

12 3

5 Camada de Enlace 5-71

Exemplo com comutador

Suponha que D responde com um quadro para C

comutador recebe o quadro vindo de D anota na tabela de comutaccedilatildeo que D estaacute na interface 2 dado que C estaacute na tabela encaminha o quadro apenas na interface

1

quadro eacute recebido por C

hub

hub hub

comutador

A

B CD

EF G H

I

interface

ABEGC

11231

endereccedilo

5 Camada de Enlace 5-72

Interligaccedilatildeo de comutadores

Podemos interligar comutadores (switches)

A

B

P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe que deve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3

R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenico comutador)

S1

C D

E

FS2

S4

S3

HI

G

5 Camada de Enlace 5-73

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde

para C

P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4

A

B

S1

C D

E

FS2

S4

S3

HI

G

1

2

5 Camada de Enlace 5-74

Rede Institucionalcorporativa

5 Camada de Enlace 5-75

Rede institucional

Para redeexterna

roteador

Subrede IP

Servidor de mensagens

Servidor web

5 Camada de Enlace 5-76

Comutadores versus Roteadores ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa

roteadores dispositivos da camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)

comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace roteadores mantecircm tabelas de roteamento

implementam algoritmos de roteamento comutadores mantecircm tabelas de comutaccedilatildeo

implementam filtragem algoritmos de aprendizagem

5 Camada de Enlace 5-77

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos52 Teacutecnicas de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de acesso muacuteltiplo 54 Endereccedilamento na Camada de Enlace55 Ethernet56 Comutadores da camada de enlace57 PPP o protocolo ponto-a-ponto58 Virtualizaccedilatildeo de enlace uma rede como

camada de enlace59 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina

Web

5 Camada de Enlace 5-78

Siacutentese um dia na vida de um pedido web jornada completa atravessando toda a pilha de

protocolos aplicaccedilatildeo transporte rede enlace

colocando tudo junto siacutentese objetivo identificar revisar entender os

protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web

cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom

5 Camada de Enlace 5-79

Um dia na vida cenaacuterio

rede da Comcast68800013

rede do Google64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola68802024

paacutegina web

navegador

5 Camada de Enlace 5-80

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPDHCP

quadro Ethernet difundido (dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador que executa o servidor DHCP

Ethernet demultiplexado para IP demultiplexado para UDP e demultiplexado paraDHCP

o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilo do primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP Solicitaccedilatildeo DHCP encapsulada em UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023 Ethernet

5 Camada de Enlace 5-81

roteador(roda DHCP)

servidor DHCP prepara ACK DHCP contendo endereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiro roteador nome e endereccedilo IP do servidor DNS

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

encapsulamento no servidor DHCP quadro repassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente

Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador

cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

5 Camada de Enlace 5-82

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

consulta DNS criada encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviar quadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP

consulta ARP difundida recebida pelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccedilo MAC da interface do roteador

o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiro roteador podendo agora enviar o quadro contendo a consulta DNS

ARP query

EthPhy

ARP

ARP

ARP reply

antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS

5 Camada de Enlace 5-83

roteador(roda DHCP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

DNS

datagrama IP conteacutem consulta DNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador

datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelos protocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS

demultiplexado pelo servidor DNS

servidor DNS responde ao cliente com o endereccedilo IP de wwwgooglecom

rede da Comcast68800013

servidor DNS

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

Um dia na vidahellip usando DNS

5 Camada de Enlace 5-84

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP

HTTPTCPIP

EthPhy

HTTP

para enviar pedido HTTP cliente primeiro abre um socket TCP para o servidor web segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web

conexatildeo TCP estabelecida64233169105

servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCPIP

EthPhy

SYN

SYN

SYN

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)

5 Camada de Enlace 5-85

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP

HTTPTCPIP

EthPhy

HTTP

solicitaccedilatildeo HTTP enviada para o socket TCP datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhado para wwwgooglecom

datagrama IP com a resposta HTTP eacute encaminhado de volta para o cliente

64233169105

servidor web

HTTPTCPIP

EthPhy

servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTPHTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

paacutegina web finalmente() apresentada

5 Camada de Enlace 5-86

Capiacutetulo 5 Resumo

princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dados detecccedilatildeo correccedilatildeo de erros compartilhamento de canal de difusatildeo acesso

muacuteltiplo endereccedilamento da camada de enlace

instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlace Ethernet LANs comutadas redes virtualizadas como camada de enlace MPLS

siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web

  • Capiacutetulo 5 A Camada de Enlace e Redes Locais
  • Camada de Enlace
  • Camada de Enlace Introduccedilatildeo
  • Camada de Enlace Contexto
  • Serviccedilos da Camada de Enlace
  • Serviccedilos da Camada de Enlace (mais)
  • Onde a camada de enlace eacute implementada
  • Comunicaccedilatildeo entre Adaptadores
  • Camada de Enlace (2)
  • Detecccedilatildeo de Erros
  • Verificaccedilotildees de Paridade
  • Soma de verificaccedilatildeo da Internet
  • Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica (CRC)
  • Exemplo de CRC
  • Implementaccedilatildeo em Hardware
  • Camada de Enlace (3)
  • Enlaces e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolo Ideal de Acesso Muacuteltiplo
  • Taxonomia dos Protocolos MAC
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal TDMA
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal FDMA
  • Protocolos de Acesso Aleatoacuterio
  • Slotted ALOHA
  • Slotted ALOHA (2)
  • Eficiecircncia do Slotted Aloha
  • ALOHA Puro (sem slots)
  • Eficiecircncia do Aloha puro
  • CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)
  • Colisotildees no CSMA
  • CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)
  • Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (2)
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (3)
  • Resumo dos protocolos MAC
  • Camada de Enlace (4)
  • Endereccedilos MAC
  • Endereccedilos MAC (2)
  • Endereccedilo MAC (cont)
  • ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de Resoluccedilatildeo de En
  • Protocolo ARP Mesma LAN (rede)
  • Roteando um pacote para outra LAN
  • Slide 44
  • Camada de Enlace (5)
  • Ethernet
  • Topologia em Estrela
  • Estrutura do Quadro Ethernet
  • Estrutura de Quadro Ethernet (cont)
  • Ethernet natildeo confiaacutevel e natildeo orientado para conexatildeo
  • Algoritmo CSMACD do Ethernet
  • CSMACD da Ethernet (mais)
  • Eficiecircncia do CSMACD
  • Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
  • 10Base5
  • 10Base2
  • 10BaseT
  • Conector RJ 45
  • 100Base-TX
  • Slide 60
  • Carrier Ethernet Defined
  • Camada de Enlace (6)
  • Hubs
  • Comutador (switch)
  • Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
  • Tabela de Comutaccedilatildeo
  • Switch autoaprendizagem
  • Switch FiltragemRepasse de quadros
  • Exemplo de auto aprendizagem e repasse
  • Exemplo com comutador
  • Exemplo com comutador (2)
  • Interligaccedilatildeo de comutadores
  • Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores
  • Rede Institucionalcorporativa
  • Rede institucional
  • Comutadores versus Roteadores
  • Camada de Enlace (7)
  • Siacutentese um dia na vida de um pedido web
  • Um dia na vida cenaacuterio
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet (2)
  • Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
  • Um dia na vidahellip usando DNS
  • Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
  • Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
  • Capiacutetulo 5 Resumo
Page 28: 5: Camada de Enlace 5-1 Capítulo 5: A Camada de Enlace e Redes Locais Nossos objetivos: Entender os princípios por trás dos serviços da camada de enlace

5 Camada de Enlace 5-28

Eficiecircncia do Aloha puro

P(sucesso por um dado noacute) = P(noacute transmita)

P(nenhum outro noacute transmita em [t0-1t0]

P(nenhum outro noacute transmita em [t0t0+1]

= p (1-p)N-1 (1-p)N-1

= p (1-p)2(N-1)

hellip escolhendo o valor oacutetimo de p e deixando n -gt infinito

= 1(2e) = 018 Ainda pior do que o Slotted Aloha

5 Camada de Enlace 5-29

CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)

CSMA (Carrier Sense Multiple Access) Escuta antes de transmitir (detecccedilatildeo de portadora)

Se o canal estiver livre transmite todo o quadro

Se o canal estiver ocupado adia a transmissatildeo

Analogia humana natildeo interrompa outros

5 Camada de Enlace 5-30

Colisotildees no CSMA

colisotildees ainda podem aconteceratraso de propagaccedilatildeo significa que dois noacutes podem natildeo ouvira transmissatildeo do outro colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo eacute desperdiccedilado

Disposiccedilatildeo espacial dos noacutes

notapapel da distacircncia e atraso de propagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo

5 Camada de Enlace 5-31

CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)

CSMACD detecccedilatildeo da portadora adia a transmissatildeo como no CSMAAs colisotildees satildeo detectadas em pouco tempoTransmissotildees que sofreram colisotildees satildeo

abortadas reduzindo o desperdiacutecio do canal Detecccedilatildeo de colisotildees

Faacutecil em LANs cabeadas mede a potecircncia do sinal compara o sinal recebido com o transmitido

Difiacutecil em LANs sem fio o receptor eacute desligado durante a transmissatildeo

Analogia humana bate papo educado

5 Camada de Enlace 5-32

Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD

5 Camada de Enlace 5-33

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoProtocolos MAC de divisatildeo de canal

Compartilha o canal eficientemente e de forma justa em altas cargas

Ineficiente em baixas cargas atraso no canal de acesso alocaccedilatildeo de 1N da largura de banda mesmo com apenas 1 noacute ativo

Protocolos MAC de acesso aleatoacuterioeficiente em baixas cargas um uacutenico noacute

pode utilizar completamente o canalAltas cargas overhead com colisotildees

Protocolos de revezamentoProcura oferecer o melhor dos dois mundos

5 Camada de Enlace 5-34

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo

Seleccedilatildeo (Polling) Noacute mestre ldquoconvidardquo

noacutes escravos a transmitir em revezamento

Usado tipicamente com dispositivos escravo burros

Preocupaccedilotildees Overhead com as

consultas (polling) Latecircncia Ponto uacutenico de

falha (mestre)

mestre

escravos

poll

dados

dados

5 Camada de Enlace 5-35

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo

Passagem de permissatildeo (token)

controla permissatildeo passada de um noacute para o proacuteximo de forma sequencial

mensagem de passagem da permissatildeo

preocupaccedilotildees overhead com a

passagem de permissatildeo

latecircncia Ponto uacutenico de falha

(permissatildeo)

T

dados

(nada paramandar)

T

5 Camada de Enlace 5-36

Resumo dos protocolos MAC Divisatildeo do canal por tempo frequumlecircncia ou

coacutedigoDivisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequumlecircncia

Particionamento Aleatoacuterio (dinacircmico) ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDEscutar a portadora faacutecil em algumas

tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)

CSMACD usado na EthernetCSMACA usado no 80211

RevezamentoSeleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto

central passagem de permissotildeesBluetooth FDDI Token Ring (IBM)

5 Camada de Enlace 5-37

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos52 Teacutecnicas de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de

erros 53 Protocolos de acesso muacuteltiplo 54 Endereccedilamento na Camada de Enlace55 Ethernet56 Comutadores da camada de enlace57 PPP o protocolo ponto-a-ponto58 Virtualizaccedilatildeo de enlace uma rede

como camada de enlace59 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de

paacutegina Web

5 Camada de Enlace 5-38

Endereccedilos MAC

Endereccedilo IP de 32 bits Endereccedilos da camada de redeusado para levar o datagrama agrave subrede IP

destinoEndereccedilo MAC (ou LAN ou fiacutesico ou

Ethernet) levar o datagrama de uma interface ateacute outra

interface conectada fisicamente (na mesma rede)

Endereccedilo MAC de 48 bits (para a maioria das redes)bull gravado na ROM do adaptador ou configurado

por software

5 Camada de Enlace 5-39

Endereccedilos MAC

Cada adaptador na LAN possui um endereccedilo MAC uacutenico

Endereccedilo de Broadcast =FF-FF-FF-FF-FF-FF

= adaptador

1A-2F-BB-76-09-AD

58-23-D7-FA-20-B0

0C-C4-11-6F-E3-98

71-65-F7-2B-08-53

LAN(cabeada ousem fio)

5 Camada de Enlace 5-40

Endereccedilo MAC (cont)

Alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC gerenciada pelo IEEE Um fabricante compra uma parte do espaccedilo de

endereccedilos (para garantir unicidade) Analogia (a) endereccedilo MAC como nuacutemero do CPF (b) endereccedilo IP como endereccedilo postal (CEP) endereccedilo MAC tem estrutura linear =gt

portabilidadePode mover um cartatildeo LAN de uma LAN para

outra endereccedilo IP hieraacuterquico NAtildeO eacute portaacutetil (requer IP

moacutevel)Depende da subrede IP agrave qual o noacute estaacute

conectado

5 Camada de Enlace 5-41

ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de Resoluccedilatildeo de Endereccedilos)

Cada noacute IP (Host Roteador) de uma LAN possui tabela ARP

Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN

lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt TTL (Time To Live) tempo

a partir do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute esquecido (valor tiacutepico de 20 min)

Pergunta como obter oendereccedilo MAC de B a partir do endereccedilo IP de B

1A-2F-BB-76-09-AD

58-23-D7-FA-20-B0

0C-C4-11-6F-E3-98

71-65-F7-2B-08-53

LAN

237196723

237196778

237196714

237196788

5 Camada de Enlace 5-42

Protocolo ARP Mesma LAN (rede) A deseja enviar datagrama

para B e o endereccedilo MAC de B natildeo estaacute na tabela ARP

A difunde o pacote de solicitaccedilatildeo ARP que conteacutem o endereccedilo IP de B Endereccedilo MAC destino =

FF-FF-FF-FF-FF-FF todas as maacutequinas na

LAN recebem a consulta do ARP

B recebe o pacote ARP responde a A com o seu (de B) endereccedilo MAC Quadro enviado para o

endereccedilo MAC (unicast) de A

Uma cache (salva) o par de endereccedilos IP-para-MAC na sua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo fique antiquada (expire) lsquosoft statersquo informaccedilatildeo que expira (vai embora) a menos que seja renovada

ARP eacute ldquoplug-and-playrdquo os noacutes criam suas tabelas ARP sem a intervenccedilatildeo do administrador

da rede

5 Camada de Enlace 5-43

Roteando um pacote para outra LAN

passo a passo envio de datagrama de A para B via R assuma que A conhece o endereccedilo IP de B

Duas tabelas ARP no roteador R uma para cada rede IP (LAN)

A

RB

5 Camada de Enlace 5-44

A cria datagrama com origem A destino B A usa ARP para obter o endereccedilo MAC de R para

111111111110 A cria quadro da camada de enlace com o endereccedilo

MAC de R como destino quadro conteacutem datagrama IP de A para B

O adaptador de A envia o quadro O adaptador de R recebe o quadro R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verifica

que eacute destinado para B R usa ARP para obter o endereccedilo MAC de B R cria quadro contendo datagrama IP de A para B e o

envia para B

A

R B

Este eacute um exemplo muito importantendash garanta que vocecirc o entendeu

5 Camada de Enlace 5-45

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos52 Teacutecnicas de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de

erros 53 Protocolos de acesso muacuteltiplo 54 Endereccedilamento na Camada de Enlace55 Ethernet56 Comutadores da camada de enlace57 PPP o protocolo ponto-a-ponto58 Virtualizaccedilatildeo de enlace uma rede

como camada de enlace59 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de

paacutegina Web

5 Camada de Enlace 5-46

Ethernet Muitiacutessimo difundida porque

Muito barata R$30 para placas 10100Mbps A mais antiga das tecnologias de rede local (meados da

deacutecada de 70) Mais simples e menos cara que redes usando ficha ou

ATM Acompanhou o aumento de velocidade 10 Mbps ndash 10

Gbps

Rascunho de Metcalfe sobre o Ethernet

5 Camada de Enlace 5-47

Topologia em Estrela Topologia de barramento popular ateacute meados

dos anos 90 Todos os noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo (podem colidir

um com o outro)

Agora prevalecircncia de topologia em estrela Comutador (switch) no centro Cada porta roda o protocolo Ethernet separadamente (os

noacutes natildeo colidem uns com os outros)

barramento cabo coaxial

switch

estrela

5 Camada de Enlace 5-48

Estrutura do Quadro Ethernet

Adaptador remetente encapsula datagrama IP (ou pacote de outro protocolo da camada de rede) num Quadro Ethernet

Dados 46 a 1500 bytes Preacircmbulo 7 bytes com o padratildeo 10101010 seguidos por um byte

com o padratildeo 10101011 usado para sincronizar receptor ao reloacutegio do

remetente (reloacutegios nunca satildeo exatos eacute muito provaacutevel que exista algum desvio entre eles)

5 Camada de Enlace 5-49

Estrutura de Quadro Ethernet (cont)

Endereccedilos 6 bytes para cada endereccedilo MAC se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo destino igual

ao seu ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede

caso contraacuterio o adaptador descarta o quadro Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior

usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)

CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado

5 Camada de Enlace 5-50

Ethernet natildeo confiaacutevel e natildeo orientado para conexatildeo

Natildeo orientado para conexatildeo Natildeo haacute estabelecimento de conexatildeo (saudaccedilatildeo) entre os adaptadores transmissor e receptor

Natildeo confiaacutevel o adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador transmissorfluxo de datagramas passados para a

camada de rede pode conter falhas na sequumlecircncia

falhas seratildeo preenchidas se aplicaccedilatildeo estiver usando o TCP

caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as falhas Protocolo MAC do Ethernet CSMACD sem slots

5 Camada de Enlace 5-51

Algoritmo CSMACD do Ethernet

1 Adaptador recebe datagrama da camada de rede e cria um quadro

2 Se o adaptador percebe que o canal estaacute ocioso comeccedila a transmitir o quadro Se percebe que o canal estaacute ocupado espera que o canal fique livre e transmite

3 Se o adaptador transmitir todo o quadro sem detectar outra transmissatildeo o adaptador concluiu a operaccedilatildeo com o quadro

4 Se o adaptador detectar outra transmissatildeo enquanto estiver transmitindo aborta e envia sinal de reforccedilo de colisatildeo de 48 bits

5 Apoacutes o aborto o adaptador entra na retirada (backoff) exponencial binaacuteria apoacutes a m-eacutesima colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoriamente entre 012hellip2m-1 O adaptador espera K512 tempos de bit e retorna ao Passo 2

5 Camada de Enlace 5-52

CSMACD da Ethernet (mais)

Sinal de reforccedilo de colisatildeo garante que todos os demais transmissores estejam cientes da colisatildeo 48 bits

Tempo de Bit 01 microseg para Ethernet de 10 Mbpspara K=1023 tempo de espera de cerca de 50 mseg

Retirada Exponencial Binaacuteria

Objetivo adaptar as tentativas de retransmissatildeo agrave carga atual estimada Alta carga espera

aleatoacuteria seraacute mais longa

na primeira colisatildeo escolhe K entre 01 atraso eacute de K 512 tempos de transmissatildeo de um bit

apoacutes a segunda colisatildeo escolhe K entre 0123hellip

apoacutes 10 colisotildees escolhe K entre 01234hellip1023

Vejainteraja com o applet Java siacutetio do livroaltamente recomendaacutevel

5 Camada de Enlace 5-53

Eficiecircncia do CSMACD

tprop = atraso maacuteximo de prop entre 2 noacutes na LAN

ttrans = tempo para transmitir quadro de tamanho maacuteximo

Eficiecircncia vai para 1 agrave medida que tprop vai para 0

ttrans vai para infinito Muito melhor do que ALOHA e ainda eacute

descentralizado simples e barato

transprop tt 51

1eficiecircncia

5 Camada de Enlace 5-54

Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica

Diversos padrotildees Ethernet diferentestecircm em comum o protocolo MAC e o

formato do quadrodiferentes velocidades 2Mbps 10Mbps

100Mbps 1Gbps 10Gbpsdiferentes meios da camada fiacutesica fibra

caboaplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

protocolo MACe formato do quadro

100BASE-TX

100BASE-T4

100BASE-FX100BASE-T2

100BASE-SX 100BASE-BX

camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)

5 Camada de Enlace 5-55

10Base5

httpwwwethermanagecom

5 Camada de Enlace 5-56

10Base2

httpwwwethermanagecom

5 Camada de Enlace 5-57

10BaseT

httpwwwethermanagecom

5 Camada de Enlace 5-58

Conector RJ 45

5 Camada de Enlace 5-59

100Base-TX

httpwwwethermanagecom

5 Camada de Enlace 5-60 10

Wireless Backhaul

Carrier Ethernet Access Expansion

Voice gateway

VoiceVideoTelephony

HD TVTVoD VoD

Video Source

Gaming BusinessBackup ERP

InternetVideo Source

BusinessBroadband

E-Line andE-LAN service

GlobalNationalCarrierEthernet

GlobalNationalCarrierEthernet

SmallMedium Business

Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

ResidentialTriple-Play

FTTx DSLAM Cable Modem

Broadbandmobile datavideo

Bringing vastly extended scalability for business and residential users

ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing

5 Camada de Enlace 5-61

Carrier Ethernet Defined

bull Carrier Ethernet is a ubiquitous standardized carrier-class SERVICE defined by five attributes that distinguish Carrier Ethernet from familiar LAN based Ethernet

bull It brings the compelling business benefit of the Ethernet cost model to achieve significant savings

Carrier Ethernet

bull Scalability

bull Standardized Services

bull Service Management

bull Quality of Service

bull Reliability

Carrier Ethernet Attributes

httpwwwmetroethernetforumorg

5 Camada de Enlace 5-62

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos52 Teacutecnicas de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de acesso muacuteltiplo 54 Endereccedilamento na Camada de Enlace55 Ethernet56 Comutadores da camada de enlace57 PPP o protocolo ponto-a-ponto58 Virtualizaccedilatildeo de enlace uma rede como

camada de enlace59 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina

Web

5 Camada de Enlace 5-63

Hubs

hellip repetidores (ldquoburrosrdquo) da camada fiacutesicabits vindos de um dado link saem por todos

os outros links na mesma taxatodos os noacutes conectados ao hub podem

colidir uns com os outrosnatildeo haacute bufferizaccedilatildeo de quadrosnatildeo implementa CSMACD no hub cartotildees

do hospedeiro detectam as colisotildees

par tranccedilado

hub

5 Camada de Enlace 5-64

Comutador (switch)

Dispositivo da camada de enlace mais inteligentes que os hubs tecircm papel ativo armazena e retransmite quadros Ethernetexamina o cabeccedilalho do quadro e

seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento

transparentehospedeiros ignoram a presenccedila dos

switches plug-and-play self-learning (autodidatas)

os comutadores natildeo necessitam ser configurados

5 Camada de Enlace 5-65

Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas

hospedeiros tecircm conexatildeo direta e dedicada para o switch

os switches armazenam quadros

o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplex cada link eacute o seu proacuteprio

domiacutenio de colisatildeo comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-

para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees isto natildeo eacute possiacutevel com hubs

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

switch com seis interfaces(123456)

1 23

45

6

5 Camada de Enlace 5-66

Tabela de Comutaccedilatildeo

P como eacute que o switch sabe que Arsquo eacute alcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel a partir da interface 5

R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutem (endereccedilo MAC do hospedeiro

interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)

parece uma tabela de roteamento P como satildeo criadas e mantidas as

entradas na tabela de comutaccedilatildeo haacute algo como um protocolo de

roteamento

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

switch with six interfaces(123456)

1 23

45

6

5 Camada de Enlace 5-67

switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfaces quando um quadro eacute

recebido o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada

registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo

Switch autoaprendizagem

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 23

45

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

5 Camada de Enlace 5-685 Camada de Enlace

Switch FiltragemRepasse de quadrosQuando um comutador recebe um quadroregistra o link associado com o hospedeiro

transmissorindexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo

MAC do destinoif entrada encontrada para o destino

then if dest estiver no segmento de onde veio o

quadro then descarta o quadro else repassa o quadro na interface indicada else usa inundaccedilatildeoRepassa o quadro para todas as

demais interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido

5 Camada de Enlace 5-69

Exemplo de auto aprendizagem e repasse

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 23

45

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo

destino do quadro desconhecido inundaccedilatildeo

Arsquo A

local do destino A conhecido

Arsquo 4 60

transmissatildeo seletiva

5 Camada de Enlace 5-70

Exemplo com comutador

Suponha que C envia quadro para D

comutador recebe o quadro vindo de C anota na tabela de comutaccedilatildeo que C estaacute na interface 1 dado que D natildeo se encontra na tabela encaminha o quadro para as

demais interfaces 2 e 3

quadro eacute recebido por D

hub

hub hub

comutador

A

B CD

EF G H

I

endereccedilointerface

ABEG

1123

12 3

5 Camada de Enlace 5-71

Exemplo com comutador

Suponha que D responde com um quadro para C

comutador recebe o quadro vindo de D anota na tabela de comutaccedilatildeo que D estaacute na interface 2 dado que C estaacute na tabela encaminha o quadro apenas na interface

1

quadro eacute recebido por C

hub

hub hub

comutador

A

B CD

EF G H

I

interface

ABEGC

11231

endereccedilo

5 Camada de Enlace 5-72

Interligaccedilatildeo de comutadores

Podemos interligar comutadores (switches)

A

B

P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe que deve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3

R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenico comutador)

S1

C D

E

FS2

S4

S3

HI

G

5 Camada de Enlace 5-73

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde

para C

P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4

A

B

S1

C D

E

FS2

S4

S3

HI

G

1

2

5 Camada de Enlace 5-74

Rede Institucionalcorporativa

5 Camada de Enlace 5-75

Rede institucional

Para redeexterna

roteador

Subrede IP

Servidor de mensagens

Servidor web

5 Camada de Enlace 5-76

Comutadores versus Roteadores ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa

roteadores dispositivos da camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)

comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace roteadores mantecircm tabelas de roteamento

implementam algoritmos de roteamento comutadores mantecircm tabelas de comutaccedilatildeo

implementam filtragem algoritmos de aprendizagem

5 Camada de Enlace 5-77

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos52 Teacutecnicas de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de acesso muacuteltiplo 54 Endereccedilamento na Camada de Enlace55 Ethernet56 Comutadores da camada de enlace57 PPP o protocolo ponto-a-ponto58 Virtualizaccedilatildeo de enlace uma rede como

camada de enlace59 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina

Web

5 Camada de Enlace 5-78

Siacutentese um dia na vida de um pedido web jornada completa atravessando toda a pilha de

protocolos aplicaccedilatildeo transporte rede enlace

colocando tudo junto siacutentese objetivo identificar revisar entender os

protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web

cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom

5 Camada de Enlace 5-79

Um dia na vida cenaacuterio

rede da Comcast68800013

rede do Google64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola68802024

paacutegina web

navegador

5 Camada de Enlace 5-80

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPDHCP

quadro Ethernet difundido (dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador que executa o servidor DHCP

Ethernet demultiplexado para IP demultiplexado para UDP e demultiplexado paraDHCP

o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilo do primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP Solicitaccedilatildeo DHCP encapsulada em UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023 Ethernet

5 Camada de Enlace 5-81

roteador(roda DHCP)

servidor DHCP prepara ACK DHCP contendo endereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiro roteador nome e endereccedilo IP do servidor DNS

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

encapsulamento no servidor DHCP quadro repassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente

Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador

cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

5 Camada de Enlace 5-82

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

consulta DNS criada encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviar quadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP

consulta ARP difundida recebida pelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccedilo MAC da interface do roteador

o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiro roteador podendo agora enviar o quadro contendo a consulta DNS

ARP query

EthPhy

ARP

ARP

ARP reply

antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS

5 Camada de Enlace 5-83

roteador(roda DHCP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

DNS

datagrama IP conteacutem consulta DNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador

datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelos protocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS

demultiplexado pelo servidor DNS

servidor DNS responde ao cliente com o endereccedilo IP de wwwgooglecom

rede da Comcast68800013

servidor DNS

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

Um dia na vidahellip usando DNS

5 Camada de Enlace 5-84

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP

HTTPTCPIP

EthPhy

HTTP

para enviar pedido HTTP cliente primeiro abre um socket TCP para o servidor web segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web

conexatildeo TCP estabelecida64233169105

servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCPIP

EthPhy

SYN

SYN

SYN

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)

5 Camada de Enlace 5-85

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP

HTTPTCPIP

EthPhy

HTTP

solicitaccedilatildeo HTTP enviada para o socket TCP datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhado para wwwgooglecom

datagrama IP com a resposta HTTP eacute encaminhado de volta para o cliente

64233169105

servidor web

HTTPTCPIP

EthPhy

servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTPHTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

paacutegina web finalmente() apresentada

5 Camada de Enlace 5-86

Capiacutetulo 5 Resumo

princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dados detecccedilatildeo correccedilatildeo de erros compartilhamento de canal de difusatildeo acesso

muacuteltiplo endereccedilamento da camada de enlace

instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlace Ethernet LANs comutadas redes virtualizadas como camada de enlace MPLS

siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web

  • Capiacutetulo 5 A Camada de Enlace e Redes Locais
  • Camada de Enlace
  • Camada de Enlace Introduccedilatildeo
  • Camada de Enlace Contexto
  • Serviccedilos da Camada de Enlace
  • Serviccedilos da Camada de Enlace (mais)
  • Onde a camada de enlace eacute implementada
  • Comunicaccedilatildeo entre Adaptadores
  • Camada de Enlace (2)
  • Detecccedilatildeo de Erros
  • Verificaccedilotildees de Paridade
  • Soma de verificaccedilatildeo da Internet
  • Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica (CRC)
  • Exemplo de CRC
  • Implementaccedilatildeo em Hardware
  • Camada de Enlace (3)
  • Enlaces e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolo Ideal de Acesso Muacuteltiplo
  • Taxonomia dos Protocolos MAC
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal TDMA
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal FDMA
  • Protocolos de Acesso Aleatoacuterio
  • Slotted ALOHA
  • Slotted ALOHA (2)
  • Eficiecircncia do Slotted Aloha
  • ALOHA Puro (sem slots)
  • Eficiecircncia do Aloha puro
  • CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)
  • Colisotildees no CSMA
  • CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)
  • Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (2)
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (3)
  • Resumo dos protocolos MAC
  • Camada de Enlace (4)
  • Endereccedilos MAC
  • Endereccedilos MAC (2)
  • Endereccedilo MAC (cont)
  • ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de Resoluccedilatildeo de En
  • Protocolo ARP Mesma LAN (rede)
  • Roteando um pacote para outra LAN
  • Slide 44
  • Camada de Enlace (5)
  • Ethernet
  • Topologia em Estrela
  • Estrutura do Quadro Ethernet
  • Estrutura de Quadro Ethernet (cont)
  • Ethernet natildeo confiaacutevel e natildeo orientado para conexatildeo
  • Algoritmo CSMACD do Ethernet
  • CSMACD da Ethernet (mais)
  • Eficiecircncia do CSMACD
  • Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
  • 10Base5
  • 10Base2
  • 10BaseT
  • Conector RJ 45
  • 100Base-TX
  • Slide 60
  • Carrier Ethernet Defined
  • Camada de Enlace (6)
  • Hubs
  • Comutador (switch)
  • Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
  • Tabela de Comutaccedilatildeo
  • Switch autoaprendizagem
  • Switch FiltragemRepasse de quadros
  • Exemplo de auto aprendizagem e repasse
  • Exemplo com comutador
  • Exemplo com comutador (2)
  • Interligaccedilatildeo de comutadores
  • Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores
  • Rede Institucionalcorporativa
  • Rede institucional
  • Comutadores versus Roteadores
  • Camada de Enlace (7)
  • Siacutentese um dia na vida de um pedido web
  • Um dia na vida cenaacuterio
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet (2)
  • Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
  • Um dia na vidahellip usando DNS
  • Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
  • Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
  • Capiacutetulo 5 Resumo
Page 29: 5: Camada de Enlace 5-1 Capítulo 5: A Camada de Enlace e Redes Locais Nossos objetivos: Entender os princípios por trás dos serviços da camada de enlace

5 Camada de Enlace 5-29

CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)

CSMA (Carrier Sense Multiple Access) Escuta antes de transmitir (detecccedilatildeo de portadora)

Se o canal estiver livre transmite todo o quadro

Se o canal estiver ocupado adia a transmissatildeo

Analogia humana natildeo interrompa outros

5 Camada de Enlace 5-30

Colisotildees no CSMA

colisotildees ainda podem aconteceratraso de propagaccedilatildeo significa que dois noacutes podem natildeo ouvira transmissatildeo do outro colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo eacute desperdiccedilado

Disposiccedilatildeo espacial dos noacutes

notapapel da distacircncia e atraso de propagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo

5 Camada de Enlace 5-31

CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)

CSMACD detecccedilatildeo da portadora adia a transmissatildeo como no CSMAAs colisotildees satildeo detectadas em pouco tempoTransmissotildees que sofreram colisotildees satildeo

abortadas reduzindo o desperdiacutecio do canal Detecccedilatildeo de colisotildees

Faacutecil em LANs cabeadas mede a potecircncia do sinal compara o sinal recebido com o transmitido

Difiacutecil em LANs sem fio o receptor eacute desligado durante a transmissatildeo

Analogia humana bate papo educado

5 Camada de Enlace 5-32

Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD

5 Camada de Enlace 5-33

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoProtocolos MAC de divisatildeo de canal

Compartilha o canal eficientemente e de forma justa em altas cargas

Ineficiente em baixas cargas atraso no canal de acesso alocaccedilatildeo de 1N da largura de banda mesmo com apenas 1 noacute ativo

Protocolos MAC de acesso aleatoacuterioeficiente em baixas cargas um uacutenico noacute

pode utilizar completamente o canalAltas cargas overhead com colisotildees

Protocolos de revezamentoProcura oferecer o melhor dos dois mundos

5 Camada de Enlace 5-34

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo

Seleccedilatildeo (Polling) Noacute mestre ldquoconvidardquo

noacutes escravos a transmitir em revezamento

Usado tipicamente com dispositivos escravo burros

Preocupaccedilotildees Overhead com as

consultas (polling) Latecircncia Ponto uacutenico de

falha (mestre)

mestre

escravos

poll

dados

dados

5 Camada de Enlace 5-35

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo

Passagem de permissatildeo (token)

controla permissatildeo passada de um noacute para o proacuteximo de forma sequencial

mensagem de passagem da permissatildeo

preocupaccedilotildees overhead com a

passagem de permissatildeo

latecircncia Ponto uacutenico de falha

(permissatildeo)

T

dados

(nada paramandar)

T

5 Camada de Enlace 5-36

Resumo dos protocolos MAC Divisatildeo do canal por tempo frequumlecircncia ou

coacutedigoDivisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequumlecircncia

Particionamento Aleatoacuterio (dinacircmico) ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDEscutar a portadora faacutecil em algumas

tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)

CSMACD usado na EthernetCSMACA usado no 80211

RevezamentoSeleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto

central passagem de permissotildeesBluetooth FDDI Token Ring (IBM)

5 Camada de Enlace 5-37

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos52 Teacutecnicas de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de

erros 53 Protocolos de acesso muacuteltiplo 54 Endereccedilamento na Camada de Enlace55 Ethernet56 Comutadores da camada de enlace57 PPP o protocolo ponto-a-ponto58 Virtualizaccedilatildeo de enlace uma rede

como camada de enlace59 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de

paacutegina Web

5 Camada de Enlace 5-38

Endereccedilos MAC

Endereccedilo IP de 32 bits Endereccedilos da camada de redeusado para levar o datagrama agrave subrede IP

destinoEndereccedilo MAC (ou LAN ou fiacutesico ou

Ethernet) levar o datagrama de uma interface ateacute outra

interface conectada fisicamente (na mesma rede)

Endereccedilo MAC de 48 bits (para a maioria das redes)bull gravado na ROM do adaptador ou configurado

por software

5 Camada de Enlace 5-39

Endereccedilos MAC

Cada adaptador na LAN possui um endereccedilo MAC uacutenico

Endereccedilo de Broadcast =FF-FF-FF-FF-FF-FF

= adaptador

1A-2F-BB-76-09-AD

58-23-D7-FA-20-B0

0C-C4-11-6F-E3-98

71-65-F7-2B-08-53

LAN(cabeada ousem fio)

5 Camada de Enlace 5-40

Endereccedilo MAC (cont)

Alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC gerenciada pelo IEEE Um fabricante compra uma parte do espaccedilo de

endereccedilos (para garantir unicidade) Analogia (a) endereccedilo MAC como nuacutemero do CPF (b) endereccedilo IP como endereccedilo postal (CEP) endereccedilo MAC tem estrutura linear =gt

portabilidadePode mover um cartatildeo LAN de uma LAN para

outra endereccedilo IP hieraacuterquico NAtildeO eacute portaacutetil (requer IP

moacutevel)Depende da subrede IP agrave qual o noacute estaacute

conectado

5 Camada de Enlace 5-41

ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de Resoluccedilatildeo de Endereccedilos)

Cada noacute IP (Host Roteador) de uma LAN possui tabela ARP

Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN

lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt TTL (Time To Live) tempo

a partir do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute esquecido (valor tiacutepico de 20 min)

Pergunta como obter oendereccedilo MAC de B a partir do endereccedilo IP de B

1A-2F-BB-76-09-AD

58-23-D7-FA-20-B0

0C-C4-11-6F-E3-98

71-65-F7-2B-08-53

LAN

237196723

237196778

237196714

237196788

5 Camada de Enlace 5-42

Protocolo ARP Mesma LAN (rede) A deseja enviar datagrama

para B e o endereccedilo MAC de B natildeo estaacute na tabela ARP

A difunde o pacote de solicitaccedilatildeo ARP que conteacutem o endereccedilo IP de B Endereccedilo MAC destino =

FF-FF-FF-FF-FF-FF todas as maacutequinas na

LAN recebem a consulta do ARP

B recebe o pacote ARP responde a A com o seu (de B) endereccedilo MAC Quadro enviado para o

endereccedilo MAC (unicast) de A

Uma cache (salva) o par de endereccedilos IP-para-MAC na sua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo fique antiquada (expire) lsquosoft statersquo informaccedilatildeo que expira (vai embora) a menos que seja renovada

ARP eacute ldquoplug-and-playrdquo os noacutes criam suas tabelas ARP sem a intervenccedilatildeo do administrador

da rede

5 Camada de Enlace 5-43

Roteando um pacote para outra LAN

passo a passo envio de datagrama de A para B via R assuma que A conhece o endereccedilo IP de B

Duas tabelas ARP no roteador R uma para cada rede IP (LAN)

A

RB

5 Camada de Enlace 5-44

A cria datagrama com origem A destino B A usa ARP para obter o endereccedilo MAC de R para

111111111110 A cria quadro da camada de enlace com o endereccedilo

MAC de R como destino quadro conteacutem datagrama IP de A para B

O adaptador de A envia o quadro O adaptador de R recebe o quadro R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verifica

que eacute destinado para B R usa ARP para obter o endereccedilo MAC de B R cria quadro contendo datagrama IP de A para B e o

envia para B

A

R B

Este eacute um exemplo muito importantendash garanta que vocecirc o entendeu

5 Camada de Enlace 5-45

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos52 Teacutecnicas de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de

erros 53 Protocolos de acesso muacuteltiplo 54 Endereccedilamento na Camada de Enlace55 Ethernet56 Comutadores da camada de enlace57 PPP o protocolo ponto-a-ponto58 Virtualizaccedilatildeo de enlace uma rede

como camada de enlace59 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de

paacutegina Web

5 Camada de Enlace 5-46

Ethernet Muitiacutessimo difundida porque

Muito barata R$30 para placas 10100Mbps A mais antiga das tecnologias de rede local (meados da

deacutecada de 70) Mais simples e menos cara que redes usando ficha ou

ATM Acompanhou o aumento de velocidade 10 Mbps ndash 10

Gbps

Rascunho de Metcalfe sobre o Ethernet

5 Camada de Enlace 5-47

Topologia em Estrela Topologia de barramento popular ateacute meados

dos anos 90 Todos os noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo (podem colidir

um com o outro)

Agora prevalecircncia de topologia em estrela Comutador (switch) no centro Cada porta roda o protocolo Ethernet separadamente (os

noacutes natildeo colidem uns com os outros)

barramento cabo coaxial

switch

estrela

5 Camada de Enlace 5-48

Estrutura do Quadro Ethernet

Adaptador remetente encapsula datagrama IP (ou pacote de outro protocolo da camada de rede) num Quadro Ethernet

Dados 46 a 1500 bytes Preacircmbulo 7 bytes com o padratildeo 10101010 seguidos por um byte

com o padratildeo 10101011 usado para sincronizar receptor ao reloacutegio do

remetente (reloacutegios nunca satildeo exatos eacute muito provaacutevel que exista algum desvio entre eles)

5 Camada de Enlace 5-49

Estrutura de Quadro Ethernet (cont)

Endereccedilos 6 bytes para cada endereccedilo MAC se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo destino igual

ao seu ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede

caso contraacuterio o adaptador descarta o quadro Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior

usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)

CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado

5 Camada de Enlace 5-50

Ethernet natildeo confiaacutevel e natildeo orientado para conexatildeo

Natildeo orientado para conexatildeo Natildeo haacute estabelecimento de conexatildeo (saudaccedilatildeo) entre os adaptadores transmissor e receptor

Natildeo confiaacutevel o adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador transmissorfluxo de datagramas passados para a

camada de rede pode conter falhas na sequumlecircncia

falhas seratildeo preenchidas se aplicaccedilatildeo estiver usando o TCP

caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as falhas Protocolo MAC do Ethernet CSMACD sem slots

5 Camada de Enlace 5-51

Algoritmo CSMACD do Ethernet

1 Adaptador recebe datagrama da camada de rede e cria um quadro

2 Se o adaptador percebe que o canal estaacute ocioso comeccedila a transmitir o quadro Se percebe que o canal estaacute ocupado espera que o canal fique livre e transmite

3 Se o adaptador transmitir todo o quadro sem detectar outra transmissatildeo o adaptador concluiu a operaccedilatildeo com o quadro

4 Se o adaptador detectar outra transmissatildeo enquanto estiver transmitindo aborta e envia sinal de reforccedilo de colisatildeo de 48 bits

5 Apoacutes o aborto o adaptador entra na retirada (backoff) exponencial binaacuteria apoacutes a m-eacutesima colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoriamente entre 012hellip2m-1 O adaptador espera K512 tempos de bit e retorna ao Passo 2

5 Camada de Enlace 5-52

CSMACD da Ethernet (mais)

Sinal de reforccedilo de colisatildeo garante que todos os demais transmissores estejam cientes da colisatildeo 48 bits

Tempo de Bit 01 microseg para Ethernet de 10 Mbpspara K=1023 tempo de espera de cerca de 50 mseg

Retirada Exponencial Binaacuteria

Objetivo adaptar as tentativas de retransmissatildeo agrave carga atual estimada Alta carga espera

aleatoacuteria seraacute mais longa

na primeira colisatildeo escolhe K entre 01 atraso eacute de K 512 tempos de transmissatildeo de um bit

apoacutes a segunda colisatildeo escolhe K entre 0123hellip

apoacutes 10 colisotildees escolhe K entre 01234hellip1023

Vejainteraja com o applet Java siacutetio do livroaltamente recomendaacutevel

5 Camada de Enlace 5-53

Eficiecircncia do CSMACD

tprop = atraso maacuteximo de prop entre 2 noacutes na LAN

ttrans = tempo para transmitir quadro de tamanho maacuteximo

Eficiecircncia vai para 1 agrave medida que tprop vai para 0

ttrans vai para infinito Muito melhor do que ALOHA e ainda eacute

descentralizado simples e barato

transprop tt 51

1eficiecircncia

5 Camada de Enlace 5-54

Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica

Diversos padrotildees Ethernet diferentestecircm em comum o protocolo MAC e o

formato do quadrodiferentes velocidades 2Mbps 10Mbps

100Mbps 1Gbps 10Gbpsdiferentes meios da camada fiacutesica fibra

caboaplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

protocolo MACe formato do quadro

100BASE-TX

100BASE-T4

100BASE-FX100BASE-T2

100BASE-SX 100BASE-BX

camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)

5 Camada de Enlace 5-55

10Base5

httpwwwethermanagecom

5 Camada de Enlace 5-56

10Base2

httpwwwethermanagecom

5 Camada de Enlace 5-57

10BaseT

httpwwwethermanagecom

5 Camada de Enlace 5-58

Conector RJ 45

5 Camada de Enlace 5-59

100Base-TX

httpwwwethermanagecom

5 Camada de Enlace 5-60 10

Wireless Backhaul

Carrier Ethernet Access Expansion

Voice gateway

VoiceVideoTelephony

HD TVTVoD VoD

Video Source

Gaming BusinessBackup ERP

InternetVideo Source

BusinessBroadband

E-Line andE-LAN service

GlobalNationalCarrierEthernet

GlobalNationalCarrierEthernet

SmallMedium Business

Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

ResidentialTriple-Play

FTTx DSLAM Cable Modem

Broadbandmobile datavideo

Bringing vastly extended scalability for business and residential users

ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing

5 Camada de Enlace 5-61

Carrier Ethernet Defined

bull Carrier Ethernet is a ubiquitous standardized carrier-class SERVICE defined by five attributes that distinguish Carrier Ethernet from familiar LAN based Ethernet

bull It brings the compelling business benefit of the Ethernet cost model to achieve significant savings

Carrier Ethernet

bull Scalability

bull Standardized Services

bull Service Management

bull Quality of Service

bull Reliability

Carrier Ethernet Attributes

httpwwwmetroethernetforumorg

5 Camada de Enlace 5-62

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos52 Teacutecnicas de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de acesso muacuteltiplo 54 Endereccedilamento na Camada de Enlace55 Ethernet56 Comutadores da camada de enlace57 PPP o protocolo ponto-a-ponto58 Virtualizaccedilatildeo de enlace uma rede como

camada de enlace59 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina

Web

5 Camada de Enlace 5-63

Hubs

hellip repetidores (ldquoburrosrdquo) da camada fiacutesicabits vindos de um dado link saem por todos

os outros links na mesma taxatodos os noacutes conectados ao hub podem

colidir uns com os outrosnatildeo haacute bufferizaccedilatildeo de quadrosnatildeo implementa CSMACD no hub cartotildees

do hospedeiro detectam as colisotildees

par tranccedilado

hub

5 Camada de Enlace 5-64

Comutador (switch)

Dispositivo da camada de enlace mais inteligentes que os hubs tecircm papel ativo armazena e retransmite quadros Ethernetexamina o cabeccedilalho do quadro e

seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento

transparentehospedeiros ignoram a presenccedila dos

switches plug-and-play self-learning (autodidatas)

os comutadores natildeo necessitam ser configurados

5 Camada de Enlace 5-65

Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas

hospedeiros tecircm conexatildeo direta e dedicada para o switch

os switches armazenam quadros

o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplex cada link eacute o seu proacuteprio

domiacutenio de colisatildeo comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-

para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees isto natildeo eacute possiacutevel com hubs

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

switch com seis interfaces(123456)

1 23

45

6

5 Camada de Enlace 5-66

Tabela de Comutaccedilatildeo

P como eacute que o switch sabe que Arsquo eacute alcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel a partir da interface 5

R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutem (endereccedilo MAC do hospedeiro

interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)

parece uma tabela de roteamento P como satildeo criadas e mantidas as

entradas na tabela de comutaccedilatildeo haacute algo como um protocolo de

roteamento

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

switch with six interfaces(123456)

1 23

45

6

5 Camada de Enlace 5-67

switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfaces quando um quadro eacute

recebido o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada

registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo

Switch autoaprendizagem

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 23

45

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

5 Camada de Enlace 5-685 Camada de Enlace

Switch FiltragemRepasse de quadrosQuando um comutador recebe um quadroregistra o link associado com o hospedeiro

transmissorindexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo

MAC do destinoif entrada encontrada para o destino

then if dest estiver no segmento de onde veio o

quadro then descarta o quadro else repassa o quadro na interface indicada else usa inundaccedilatildeoRepassa o quadro para todas as

demais interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido

5 Camada de Enlace 5-69

Exemplo de auto aprendizagem e repasse

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 23

45

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo

destino do quadro desconhecido inundaccedilatildeo

Arsquo A

local do destino A conhecido

Arsquo 4 60

transmissatildeo seletiva

5 Camada de Enlace 5-70

Exemplo com comutador

Suponha que C envia quadro para D

comutador recebe o quadro vindo de C anota na tabela de comutaccedilatildeo que C estaacute na interface 1 dado que D natildeo se encontra na tabela encaminha o quadro para as

demais interfaces 2 e 3

quadro eacute recebido por D

hub

hub hub

comutador

A

B CD

EF G H

I

endereccedilointerface

ABEG

1123

12 3

5 Camada de Enlace 5-71

Exemplo com comutador

Suponha que D responde com um quadro para C

comutador recebe o quadro vindo de D anota na tabela de comutaccedilatildeo que D estaacute na interface 2 dado que C estaacute na tabela encaminha o quadro apenas na interface

1

quadro eacute recebido por C

hub

hub hub

comutador

A

B CD

EF G H

I

interface

ABEGC

11231

endereccedilo

5 Camada de Enlace 5-72

Interligaccedilatildeo de comutadores

Podemos interligar comutadores (switches)

A

B

P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe que deve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3

R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenico comutador)

S1

C D

E

FS2

S4

S3

HI

G

5 Camada de Enlace 5-73

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde

para C

P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4

A

B

S1

C D

E

FS2

S4

S3

HI

G

1

2

5 Camada de Enlace 5-74

Rede Institucionalcorporativa

5 Camada de Enlace 5-75

Rede institucional

Para redeexterna

roteador

Subrede IP

Servidor de mensagens

Servidor web

5 Camada de Enlace 5-76

Comutadores versus Roteadores ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa

roteadores dispositivos da camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)

comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace roteadores mantecircm tabelas de roteamento

implementam algoritmos de roteamento comutadores mantecircm tabelas de comutaccedilatildeo

implementam filtragem algoritmos de aprendizagem

5 Camada de Enlace 5-77

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos52 Teacutecnicas de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de acesso muacuteltiplo 54 Endereccedilamento na Camada de Enlace55 Ethernet56 Comutadores da camada de enlace57 PPP o protocolo ponto-a-ponto58 Virtualizaccedilatildeo de enlace uma rede como

camada de enlace59 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina

Web

5 Camada de Enlace 5-78

Siacutentese um dia na vida de um pedido web jornada completa atravessando toda a pilha de

protocolos aplicaccedilatildeo transporte rede enlace

colocando tudo junto siacutentese objetivo identificar revisar entender os

protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web

cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom

5 Camada de Enlace 5-79

Um dia na vida cenaacuterio

rede da Comcast68800013

rede do Google64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola68802024

paacutegina web

navegador

5 Camada de Enlace 5-80

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPDHCP

quadro Ethernet difundido (dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador que executa o servidor DHCP

Ethernet demultiplexado para IP demultiplexado para UDP e demultiplexado paraDHCP

o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilo do primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP Solicitaccedilatildeo DHCP encapsulada em UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023 Ethernet

5 Camada de Enlace 5-81

roteador(roda DHCP)

servidor DHCP prepara ACK DHCP contendo endereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiro roteador nome e endereccedilo IP do servidor DNS

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

encapsulamento no servidor DHCP quadro repassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente

Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador

cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

5 Camada de Enlace 5-82

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

consulta DNS criada encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviar quadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP

consulta ARP difundida recebida pelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccedilo MAC da interface do roteador

o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiro roteador podendo agora enviar o quadro contendo a consulta DNS

ARP query

EthPhy

ARP

ARP

ARP reply

antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS

5 Camada de Enlace 5-83

roteador(roda DHCP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

DNS

datagrama IP conteacutem consulta DNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador

datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelos protocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS

demultiplexado pelo servidor DNS

servidor DNS responde ao cliente com o endereccedilo IP de wwwgooglecom

rede da Comcast68800013

servidor DNS

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

Um dia na vidahellip usando DNS

5 Camada de Enlace 5-84

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP

HTTPTCPIP

EthPhy

HTTP

para enviar pedido HTTP cliente primeiro abre um socket TCP para o servidor web segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web

conexatildeo TCP estabelecida64233169105

servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCPIP

EthPhy

SYN

SYN

SYN

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)

5 Camada de Enlace 5-85

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP

HTTPTCPIP

EthPhy

HTTP

solicitaccedilatildeo HTTP enviada para o socket TCP datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhado para wwwgooglecom

datagrama IP com a resposta HTTP eacute encaminhado de volta para o cliente

64233169105

servidor web

HTTPTCPIP

EthPhy

servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTPHTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

paacutegina web finalmente() apresentada

5 Camada de Enlace 5-86

Capiacutetulo 5 Resumo

princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dados detecccedilatildeo correccedilatildeo de erros compartilhamento de canal de difusatildeo acesso

muacuteltiplo endereccedilamento da camada de enlace

instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlace Ethernet LANs comutadas redes virtualizadas como camada de enlace MPLS

siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web

  • Capiacutetulo 5 A Camada de Enlace e Redes Locais
  • Camada de Enlace
  • Camada de Enlace Introduccedilatildeo
  • Camada de Enlace Contexto
  • Serviccedilos da Camada de Enlace
  • Serviccedilos da Camada de Enlace (mais)
  • Onde a camada de enlace eacute implementada
  • Comunicaccedilatildeo entre Adaptadores
  • Camada de Enlace (2)
  • Detecccedilatildeo de Erros
  • Verificaccedilotildees de Paridade
  • Soma de verificaccedilatildeo da Internet
  • Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica (CRC)
  • Exemplo de CRC
  • Implementaccedilatildeo em Hardware
  • Camada de Enlace (3)
  • Enlaces e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolo Ideal de Acesso Muacuteltiplo
  • Taxonomia dos Protocolos MAC
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal TDMA
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal FDMA
  • Protocolos de Acesso Aleatoacuterio
  • Slotted ALOHA
  • Slotted ALOHA (2)
  • Eficiecircncia do Slotted Aloha
  • ALOHA Puro (sem slots)
  • Eficiecircncia do Aloha puro
  • CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)
  • Colisotildees no CSMA
  • CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)
  • Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (2)
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (3)
  • Resumo dos protocolos MAC
  • Camada de Enlace (4)
  • Endereccedilos MAC
  • Endereccedilos MAC (2)
  • Endereccedilo MAC (cont)
  • ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de Resoluccedilatildeo de En
  • Protocolo ARP Mesma LAN (rede)
  • Roteando um pacote para outra LAN
  • Slide 44
  • Camada de Enlace (5)
  • Ethernet
  • Topologia em Estrela
  • Estrutura do Quadro Ethernet
  • Estrutura de Quadro Ethernet (cont)
  • Ethernet natildeo confiaacutevel e natildeo orientado para conexatildeo
  • Algoritmo CSMACD do Ethernet
  • CSMACD da Ethernet (mais)
  • Eficiecircncia do CSMACD
  • Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
  • 10Base5
  • 10Base2
  • 10BaseT
  • Conector RJ 45
  • 100Base-TX
  • Slide 60
  • Carrier Ethernet Defined
  • Camada de Enlace (6)
  • Hubs
  • Comutador (switch)
  • Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
  • Tabela de Comutaccedilatildeo
  • Switch autoaprendizagem
  • Switch FiltragemRepasse de quadros
  • Exemplo de auto aprendizagem e repasse
  • Exemplo com comutador
  • Exemplo com comutador (2)
  • Interligaccedilatildeo de comutadores
  • Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores
  • Rede Institucionalcorporativa
  • Rede institucional
  • Comutadores versus Roteadores
  • Camada de Enlace (7)
  • Siacutentese um dia na vida de um pedido web
  • Um dia na vida cenaacuterio
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet (2)
  • Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
  • Um dia na vidahellip usando DNS
  • Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
  • Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
  • Capiacutetulo 5 Resumo
Page 30: 5: Camada de Enlace 5-1 Capítulo 5: A Camada de Enlace e Redes Locais Nossos objetivos: Entender os princípios por trás dos serviços da camada de enlace

5 Camada de Enlace 5-30

Colisotildees no CSMA

colisotildees ainda podem aconteceratraso de propagaccedilatildeo significa que dois noacutes podem natildeo ouvira transmissatildeo do outro colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo eacute desperdiccedilado

Disposiccedilatildeo espacial dos noacutes

notapapel da distacircncia e atraso de propagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo

5 Camada de Enlace 5-31

CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)

CSMACD detecccedilatildeo da portadora adia a transmissatildeo como no CSMAAs colisotildees satildeo detectadas em pouco tempoTransmissotildees que sofreram colisotildees satildeo

abortadas reduzindo o desperdiacutecio do canal Detecccedilatildeo de colisotildees

Faacutecil em LANs cabeadas mede a potecircncia do sinal compara o sinal recebido com o transmitido

Difiacutecil em LANs sem fio o receptor eacute desligado durante a transmissatildeo

Analogia humana bate papo educado

5 Camada de Enlace 5-32

Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD

5 Camada de Enlace 5-33

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoProtocolos MAC de divisatildeo de canal

Compartilha o canal eficientemente e de forma justa em altas cargas

Ineficiente em baixas cargas atraso no canal de acesso alocaccedilatildeo de 1N da largura de banda mesmo com apenas 1 noacute ativo

Protocolos MAC de acesso aleatoacuterioeficiente em baixas cargas um uacutenico noacute

pode utilizar completamente o canalAltas cargas overhead com colisotildees

Protocolos de revezamentoProcura oferecer o melhor dos dois mundos

5 Camada de Enlace 5-34

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo

Seleccedilatildeo (Polling) Noacute mestre ldquoconvidardquo

noacutes escravos a transmitir em revezamento

Usado tipicamente com dispositivos escravo burros

Preocupaccedilotildees Overhead com as

consultas (polling) Latecircncia Ponto uacutenico de

falha (mestre)

mestre

escravos

poll

dados

dados

5 Camada de Enlace 5-35

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo

Passagem de permissatildeo (token)

controla permissatildeo passada de um noacute para o proacuteximo de forma sequencial

mensagem de passagem da permissatildeo

preocupaccedilotildees overhead com a

passagem de permissatildeo

latecircncia Ponto uacutenico de falha

(permissatildeo)

T

dados

(nada paramandar)

T

5 Camada de Enlace 5-36

Resumo dos protocolos MAC Divisatildeo do canal por tempo frequumlecircncia ou

coacutedigoDivisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequumlecircncia

Particionamento Aleatoacuterio (dinacircmico) ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDEscutar a portadora faacutecil em algumas

tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)

CSMACD usado na EthernetCSMACA usado no 80211

RevezamentoSeleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto

central passagem de permissotildeesBluetooth FDDI Token Ring (IBM)

5 Camada de Enlace 5-37

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos52 Teacutecnicas de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de

erros 53 Protocolos de acesso muacuteltiplo 54 Endereccedilamento na Camada de Enlace55 Ethernet56 Comutadores da camada de enlace57 PPP o protocolo ponto-a-ponto58 Virtualizaccedilatildeo de enlace uma rede

como camada de enlace59 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de

paacutegina Web

5 Camada de Enlace 5-38

Endereccedilos MAC

Endereccedilo IP de 32 bits Endereccedilos da camada de redeusado para levar o datagrama agrave subrede IP

destinoEndereccedilo MAC (ou LAN ou fiacutesico ou

Ethernet) levar o datagrama de uma interface ateacute outra

interface conectada fisicamente (na mesma rede)

Endereccedilo MAC de 48 bits (para a maioria das redes)bull gravado na ROM do adaptador ou configurado

por software

5 Camada de Enlace 5-39

Endereccedilos MAC

Cada adaptador na LAN possui um endereccedilo MAC uacutenico

Endereccedilo de Broadcast =FF-FF-FF-FF-FF-FF

= adaptador

1A-2F-BB-76-09-AD

58-23-D7-FA-20-B0

0C-C4-11-6F-E3-98

71-65-F7-2B-08-53

LAN(cabeada ousem fio)

5 Camada de Enlace 5-40

Endereccedilo MAC (cont)

Alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC gerenciada pelo IEEE Um fabricante compra uma parte do espaccedilo de

endereccedilos (para garantir unicidade) Analogia (a) endereccedilo MAC como nuacutemero do CPF (b) endereccedilo IP como endereccedilo postal (CEP) endereccedilo MAC tem estrutura linear =gt

portabilidadePode mover um cartatildeo LAN de uma LAN para

outra endereccedilo IP hieraacuterquico NAtildeO eacute portaacutetil (requer IP

moacutevel)Depende da subrede IP agrave qual o noacute estaacute

conectado

5 Camada de Enlace 5-41

ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de Resoluccedilatildeo de Endereccedilos)

Cada noacute IP (Host Roteador) de uma LAN possui tabela ARP

Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN

lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt TTL (Time To Live) tempo

a partir do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute esquecido (valor tiacutepico de 20 min)

Pergunta como obter oendereccedilo MAC de B a partir do endereccedilo IP de B

1A-2F-BB-76-09-AD

58-23-D7-FA-20-B0

0C-C4-11-6F-E3-98

71-65-F7-2B-08-53

LAN

237196723

237196778

237196714

237196788

5 Camada de Enlace 5-42

Protocolo ARP Mesma LAN (rede) A deseja enviar datagrama

para B e o endereccedilo MAC de B natildeo estaacute na tabela ARP

A difunde o pacote de solicitaccedilatildeo ARP que conteacutem o endereccedilo IP de B Endereccedilo MAC destino =

FF-FF-FF-FF-FF-FF todas as maacutequinas na

LAN recebem a consulta do ARP

B recebe o pacote ARP responde a A com o seu (de B) endereccedilo MAC Quadro enviado para o

endereccedilo MAC (unicast) de A

Uma cache (salva) o par de endereccedilos IP-para-MAC na sua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo fique antiquada (expire) lsquosoft statersquo informaccedilatildeo que expira (vai embora) a menos que seja renovada

ARP eacute ldquoplug-and-playrdquo os noacutes criam suas tabelas ARP sem a intervenccedilatildeo do administrador

da rede

5 Camada de Enlace 5-43

Roteando um pacote para outra LAN

passo a passo envio de datagrama de A para B via R assuma que A conhece o endereccedilo IP de B

Duas tabelas ARP no roteador R uma para cada rede IP (LAN)

A

RB

5 Camada de Enlace 5-44

A cria datagrama com origem A destino B A usa ARP para obter o endereccedilo MAC de R para

111111111110 A cria quadro da camada de enlace com o endereccedilo

MAC de R como destino quadro conteacutem datagrama IP de A para B

O adaptador de A envia o quadro O adaptador de R recebe o quadro R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verifica

que eacute destinado para B R usa ARP para obter o endereccedilo MAC de B R cria quadro contendo datagrama IP de A para B e o

envia para B

A

R B

Este eacute um exemplo muito importantendash garanta que vocecirc o entendeu

5 Camada de Enlace 5-45

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos52 Teacutecnicas de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de

erros 53 Protocolos de acesso muacuteltiplo 54 Endereccedilamento na Camada de Enlace55 Ethernet56 Comutadores da camada de enlace57 PPP o protocolo ponto-a-ponto58 Virtualizaccedilatildeo de enlace uma rede

como camada de enlace59 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de

paacutegina Web

5 Camada de Enlace 5-46

Ethernet Muitiacutessimo difundida porque

Muito barata R$30 para placas 10100Mbps A mais antiga das tecnologias de rede local (meados da

deacutecada de 70) Mais simples e menos cara que redes usando ficha ou

ATM Acompanhou o aumento de velocidade 10 Mbps ndash 10

Gbps

Rascunho de Metcalfe sobre o Ethernet

5 Camada de Enlace 5-47

Topologia em Estrela Topologia de barramento popular ateacute meados

dos anos 90 Todos os noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo (podem colidir

um com o outro)

Agora prevalecircncia de topologia em estrela Comutador (switch) no centro Cada porta roda o protocolo Ethernet separadamente (os

noacutes natildeo colidem uns com os outros)

barramento cabo coaxial

switch

estrela

5 Camada de Enlace 5-48

Estrutura do Quadro Ethernet

Adaptador remetente encapsula datagrama IP (ou pacote de outro protocolo da camada de rede) num Quadro Ethernet

Dados 46 a 1500 bytes Preacircmbulo 7 bytes com o padratildeo 10101010 seguidos por um byte

com o padratildeo 10101011 usado para sincronizar receptor ao reloacutegio do

remetente (reloacutegios nunca satildeo exatos eacute muito provaacutevel que exista algum desvio entre eles)

5 Camada de Enlace 5-49

Estrutura de Quadro Ethernet (cont)

Endereccedilos 6 bytes para cada endereccedilo MAC se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo destino igual

ao seu ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede

caso contraacuterio o adaptador descarta o quadro Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior

usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)

CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado

5 Camada de Enlace 5-50

Ethernet natildeo confiaacutevel e natildeo orientado para conexatildeo

Natildeo orientado para conexatildeo Natildeo haacute estabelecimento de conexatildeo (saudaccedilatildeo) entre os adaptadores transmissor e receptor

Natildeo confiaacutevel o adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador transmissorfluxo de datagramas passados para a

camada de rede pode conter falhas na sequumlecircncia

falhas seratildeo preenchidas se aplicaccedilatildeo estiver usando o TCP

caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as falhas Protocolo MAC do Ethernet CSMACD sem slots

5 Camada de Enlace 5-51

Algoritmo CSMACD do Ethernet

1 Adaptador recebe datagrama da camada de rede e cria um quadro

2 Se o adaptador percebe que o canal estaacute ocioso comeccedila a transmitir o quadro Se percebe que o canal estaacute ocupado espera que o canal fique livre e transmite

3 Se o adaptador transmitir todo o quadro sem detectar outra transmissatildeo o adaptador concluiu a operaccedilatildeo com o quadro

4 Se o adaptador detectar outra transmissatildeo enquanto estiver transmitindo aborta e envia sinal de reforccedilo de colisatildeo de 48 bits

5 Apoacutes o aborto o adaptador entra na retirada (backoff) exponencial binaacuteria apoacutes a m-eacutesima colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoriamente entre 012hellip2m-1 O adaptador espera K512 tempos de bit e retorna ao Passo 2

5 Camada de Enlace 5-52

CSMACD da Ethernet (mais)

Sinal de reforccedilo de colisatildeo garante que todos os demais transmissores estejam cientes da colisatildeo 48 bits

Tempo de Bit 01 microseg para Ethernet de 10 Mbpspara K=1023 tempo de espera de cerca de 50 mseg

Retirada Exponencial Binaacuteria

Objetivo adaptar as tentativas de retransmissatildeo agrave carga atual estimada Alta carga espera

aleatoacuteria seraacute mais longa

na primeira colisatildeo escolhe K entre 01 atraso eacute de K 512 tempos de transmissatildeo de um bit

apoacutes a segunda colisatildeo escolhe K entre 0123hellip

apoacutes 10 colisotildees escolhe K entre 01234hellip1023

Vejainteraja com o applet Java siacutetio do livroaltamente recomendaacutevel

5 Camada de Enlace 5-53

Eficiecircncia do CSMACD

tprop = atraso maacuteximo de prop entre 2 noacutes na LAN

ttrans = tempo para transmitir quadro de tamanho maacuteximo

Eficiecircncia vai para 1 agrave medida que tprop vai para 0

ttrans vai para infinito Muito melhor do que ALOHA e ainda eacute

descentralizado simples e barato

transprop tt 51

1eficiecircncia

5 Camada de Enlace 5-54

Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica

Diversos padrotildees Ethernet diferentestecircm em comum o protocolo MAC e o

formato do quadrodiferentes velocidades 2Mbps 10Mbps

100Mbps 1Gbps 10Gbpsdiferentes meios da camada fiacutesica fibra

caboaplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

protocolo MACe formato do quadro

100BASE-TX

100BASE-T4

100BASE-FX100BASE-T2

100BASE-SX 100BASE-BX

camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)

5 Camada de Enlace 5-55

10Base5

httpwwwethermanagecom

5 Camada de Enlace 5-56

10Base2

httpwwwethermanagecom

5 Camada de Enlace 5-57

10BaseT

httpwwwethermanagecom

5 Camada de Enlace 5-58

Conector RJ 45

5 Camada de Enlace 5-59

100Base-TX

httpwwwethermanagecom

5 Camada de Enlace 5-60 10

Wireless Backhaul

Carrier Ethernet Access Expansion

Voice gateway

VoiceVideoTelephony

HD TVTVoD VoD

Video Source

Gaming BusinessBackup ERP

InternetVideo Source

BusinessBroadband

E-Line andE-LAN service

GlobalNationalCarrierEthernet

GlobalNationalCarrierEthernet

SmallMedium Business

Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

ResidentialTriple-Play

FTTx DSLAM Cable Modem

Broadbandmobile datavideo

Bringing vastly extended scalability for business and residential users

ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing

5 Camada de Enlace 5-61

Carrier Ethernet Defined

bull Carrier Ethernet is a ubiquitous standardized carrier-class SERVICE defined by five attributes that distinguish Carrier Ethernet from familiar LAN based Ethernet

bull It brings the compelling business benefit of the Ethernet cost model to achieve significant savings

Carrier Ethernet

bull Scalability

bull Standardized Services

bull Service Management

bull Quality of Service

bull Reliability

Carrier Ethernet Attributes

httpwwwmetroethernetforumorg

5 Camada de Enlace 5-62

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos52 Teacutecnicas de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de acesso muacuteltiplo 54 Endereccedilamento na Camada de Enlace55 Ethernet56 Comutadores da camada de enlace57 PPP o protocolo ponto-a-ponto58 Virtualizaccedilatildeo de enlace uma rede como

camada de enlace59 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina

Web

5 Camada de Enlace 5-63

Hubs

hellip repetidores (ldquoburrosrdquo) da camada fiacutesicabits vindos de um dado link saem por todos

os outros links na mesma taxatodos os noacutes conectados ao hub podem

colidir uns com os outrosnatildeo haacute bufferizaccedilatildeo de quadrosnatildeo implementa CSMACD no hub cartotildees

do hospedeiro detectam as colisotildees

par tranccedilado

hub

5 Camada de Enlace 5-64

Comutador (switch)

Dispositivo da camada de enlace mais inteligentes que os hubs tecircm papel ativo armazena e retransmite quadros Ethernetexamina o cabeccedilalho do quadro e

seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento

transparentehospedeiros ignoram a presenccedila dos

switches plug-and-play self-learning (autodidatas)

os comutadores natildeo necessitam ser configurados

5 Camada de Enlace 5-65

Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas

hospedeiros tecircm conexatildeo direta e dedicada para o switch

os switches armazenam quadros

o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplex cada link eacute o seu proacuteprio

domiacutenio de colisatildeo comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-

para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees isto natildeo eacute possiacutevel com hubs

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

switch com seis interfaces(123456)

1 23

45

6

5 Camada de Enlace 5-66

Tabela de Comutaccedilatildeo

P como eacute que o switch sabe que Arsquo eacute alcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel a partir da interface 5

R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutem (endereccedilo MAC do hospedeiro

interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)

parece uma tabela de roteamento P como satildeo criadas e mantidas as

entradas na tabela de comutaccedilatildeo haacute algo como um protocolo de

roteamento

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

switch with six interfaces(123456)

1 23

45

6

5 Camada de Enlace 5-67

switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfaces quando um quadro eacute

recebido o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada

registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo

Switch autoaprendizagem

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 23

45

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

5 Camada de Enlace 5-685 Camada de Enlace

Switch FiltragemRepasse de quadrosQuando um comutador recebe um quadroregistra o link associado com o hospedeiro

transmissorindexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo

MAC do destinoif entrada encontrada para o destino

then if dest estiver no segmento de onde veio o

quadro then descarta o quadro else repassa o quadro na interface indicada else usa inundaccedilatildeoRepassa o quadro para todas as

demais interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido

5 Camada de Enlace 5-69

Exemplo de auto aprendizagem e repasse

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 23

45

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo

destino do quadro desconhecido inundaccedilatildeo

Arsquo A

local do destino A conhecido

Arsquo 4 60

transmissatildeo seletiva

5 Camada de Enlace 5-70

Exemplo com comutador

Suponha que C envia quadro para D

comutador recebe o quadro vindo de C anota na tabela de comutaccedilatildeo que C estaacute na interface 1 dado que D natildeo se encontra na tabela encaminha o quadro para as

demais interfaces 2 e 3

quadro eacute recebido por D

hub

hub hub

comutador

A

B CD

EF G H

I

endereccedilointerface

ABEG

1123

12 3

5 Camada de Enlace 5-71

Exemplo com comutador

Suponha que D responde com um quadro para C

comutador recebe o quadro vindo de D anota na tabela de comutaccedilatildeo que D estaacute na interface 2 dado que C estaacute na tabela encaminha o quadro apenas na interface

1

quadro eacute recebido por C

hub

hub hub

comutador

A

B CD

EF G H

I

interface

ABEGC

11231

endereccedilo

5 Camada de Enlace 5-72

Interligaccedilatildeo de comutadores

Podemos interligar comutadores (switches)

A

B

P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe que deve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3

R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenico comutador)

S1

C D

E

FS2

S4

S3

HI

G

5 Camada de Enlace 5-73

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde

para C

P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4

A

B

S1

C D

E

FS2

S4

S3

HI

G

1

2

5 Camada de Enlace 5-74

Rede Institucionalcorporativa

5 Camada de Enlace 5-75

Rede institucional

Para redeexterna

roteador

Subrede IP

Servidor de mensagens

Servidor web

5 Camada de Enlace 5-76

Comutadores versus Roteadores ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa

roteadores dispositivos da camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)

comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace roteadores mantecircm tabelas de roteamento

implementam algoritmos de roteamento comutadores mantecircm tabelas de comutaccedilatildeo

implementam filtragem algoritmos de aprendizagem

5 Camada de Enlace 5-77

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos52 Teacutecnicas de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de acesso muacuteltiplo 54 Endereccedilamento na Camada de Enlace55 Ethernet56 Comutadores da camada de enlace57 PPP o protocolo ponto-a-ponto58 Virtualizaccedilatildeo de enlace uma rede como

camada de enlace59 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina

Web

5 Camada de Enlace 5-78

Siacutentese um dia na vida de um pedido web jornada completa atravessando toda a pilha de

protocolos aplicaccedilatildeo transporte rede enlace

colocando tudo junto siacutentese objetivo identificar revisar entender os

protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web

cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom

5 Camada de Enlace 5-79

Um dia na vida cenaacuterio

rede da Comcast68800013

rede do Google64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola68802024

paacutegina web

navegador

5 Camada de Enlace 5-80

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPDHCP

quadro Ethernet difundido (dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador que executa o servidor DHCP

Ethernet demultiplexado para IP demultiplexado para UDP e demultiplexado paraDHCP

o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilo do primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP Solicitaccedilatildeo DHCP encapsulada em UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023 Ethernet

5 Camada de Enlace 5-81

roteador(roda DHCP)

servidor DHCP prepara ACK DHCP contendo endereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiro roteador nome e endereccedilo IP do servidor DNS

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

encapsulamento no servidor DHCP quadro repassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente

Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador

cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

5 Camada de Enlace 5-82

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

consulta DNS criada encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviar quadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP

consulta ARP difundida recebida pelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccedilo MAC da interface do roteador

o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiro roteador podendo agora enviar o quadro contendo a consulta DNS

ARP query

EthPhy

ARP

ARP

ARP reply

antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS

5 Camada de Enlace 5-83

roteador(roda DHCP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

DNS

datagrama IP conteacutem consulta DNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador

datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelos protocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS

demultiplexado pelo servidor DNS

servidor DNS responde ao cliente com o endereccedilo IP de wwwgooglecom

rede da Comcast68800013

servidor DNS

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

Um dia na vidahellip usando DNS

5 Camada de Enlace 5-84

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP

HTTPTCPIP

EthPhy

HTTP

para enviar pedido HTTP cliente primeiro abre um socket TCP para o servidor web segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web

conexatildeo TCP estabelecida64233169105

servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCPIP

EthPhy

SYN

SYN

SYN

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)

5 Camada de Enlace 5-85

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP

HTTPTCPIP

EthPhy

HTTP

solicitaccedilatildeo HTTP enviada para o socket TCP datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhado para wwwgooglecom

datagrama IP com a resposta HTTP eacute encaminhado de volta para o cliente

64233169105

servidor web

HTTPTCPIP

EthPhy

servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTPHTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

paacutegina web finalmente() apresentada

5 Camada de Enlace 5-86

Capiacutetulo 5 Resumo

princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dados detecccedilatildeo correccedilatildeo de erros compartilhamento de canal de difusatildeo acesso

muacuteltiplo endereccedilamento da camada de enlace

instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlace Ethernet LANs comutadas redes virtualizadas como camada de enlace MPLS

siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web

  • Capiacutetulo 5 A Camada de Enlace e Redes Locais
  • Camada de Enlace
  • Camada de Enlace Introduccedilatildeo
  • Camada de Enlace Contexto
  • Serviccedilos da Camada de Enlace
  • Serviccedilos da Camada de Enlace (mais)
  • Onde a camada de enlace eacute implementada
  • Comunicaccedilatildeo entre Adaptadores
  • Camada de Enlace (2)
  • Detecccedilatildeo de Erros
  • Verificaccedilotildees de Paridade
  • Soma de verificaccedilatildeo da Internet
  • Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica (CRC)
  • Exemplo de CRC
  • Implementaccedilatildeo em Hardware
  • Camada de Enlace (3)
  • Enlaces e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolo Ideal de Acesso Muacuteltiplo
  • Taxonomia dos Protocolos MAC
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal TDMA
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal FDMA
  • Protocolos de Acesso Aleatoacuterio
  • Slotted ALOHA
  • Slotted ALOHA (2)
  • Eficiecircncia do Slotted Aloha
  • ALOHA Puro (sem slots)
  • Eficiecircncia do Aloha puro
  • CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)
  • Colisotildees no CSMA
  • CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)
  • Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (2)
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (3)
  • Resumo dos protocolos MAC
  • Camada de Enlace (4)
  • Endereccedilos MAC
  • Endereccedilos MAC (2)
  • Endereccedilo MAC (cont)
  • ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de Resoluccedilatildeo de En
  • Protocolo ARP Mesma LAN (rede)
  • Roteando um pacote para outra LAN
  • Slide 44
  • Camada de Enlace (5)
  • Ethernet
  • Topologia em Estrela
  • Estrutura do Quadro Ethernet
  • Estrutura de Quadro Ethernet (cont)
  • Ethernet natildeo confiaacutevel e natildeo orientado para conexatildeo
  • Algoritmo CSMACD do Ethernet
  • CSMACD da Ethernet (mais)
  • Eficiecircncia do CSMACD
  • Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
  • 10Base5
  • 10Base2
  • 10BaseT
  • Conector RJ 45
  • 100Base-TX
  • Slide 60
  • Carrier Ethernet Defined
  • Camada de Enlace (6)
  • Hubs
  • Comutador (switch)
  • Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
  • Tabela de Comutaccedilatildeo
  • Switch autoaprendizagem
  • Switch FiltragemRepasse de quadros
  • Exemplo de auto aprendizagem e repasse
  • Exemplo com comutador
  • Exemplo com comutador (2)
  • Interligaccedilatildeo de comutadores
  • Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores
  • Rede Institucionalcorporativa
  • Rede institucional
  • Comutadores versus Roteadores
  • Camada de Enlace (7)
  • Siacutentese um dia na vida de um pedido web
  • Um dia na vida cenaacuterio
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet (2)
  • Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
  • Um dia na vidahellip usando DNS
  • Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
  • Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
  • Capiacutetulo 5 Resumo
Page 31: 5: Camada de Enlace 5-1 Capítulo 5: A Camada de Enlace e Redes Locais Nossos objetivos: Entender os princípios por trás dos serviços da camada de enlace

5 Camada de Enlace 5-31

CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)

CSMACD detecccedilatildeo da portadora adia a transmissatildeo como no CSMAAs colisotildees satildeo detectadas em pouco tempoTransmissotildees que sofreram colisotildees satildeo

abortadas reduzindo o desperdiacutecio do canal Detecccedilatildeo de colisotildees

Faacutecil em LANs cabeadas mede a potecircncia do sinal compara o sinal recebido com o transmitido

Difiacutecil em LANs sem fio o receptor eacute desligado durante a transmissatildeo

Analogia humana bate papo educado

5 Camada de Enlace 5-32

Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD

5 Camada de Enlace 5-33

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoProtocolos MAC de divisatildeo de canal

Compartilha o canal eficientemente e de forma justa em altas cargas

Ineficiente em baixas cargas atraso no canal de acesso alocaccedilatildeo de 1N da largura de banda mesmo com apenas 1 noacute ativo

Protocolos MAC de acesso aleatoacuterioeficiente em baixas cargas um uacutenico noacute

pode utilizar completamente o canalAltas cargas overhead com colisotildees

Protocolos de revezamentoProcura oferecer o melhor dos dois mundos

5 Camada de Enlace 5-34

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo

Seleccedilatildeo (Polling) Noacute mestre ldquoconvidardquo

noacutes escravos a transmitir em revezamento

Usado tipicamente com dispositivos escravo burros

Preocupaccedilotildees Overhead com as

consultas (polling) Latecircncia Ponto uacutenico de

falha (mestre)

mestre

escravos

poll

dados

dados

5 Camada de Enlace 5-35

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo

Passagem de permissatildeo (token)

controla permissatildeo passada de um noacute para o proacuteximo de forma sequencial

mensagem de passagem da permissatildeo

preocupaccedilotildees overhead com a

passagem de permissatildeo

latecircncia Ponto uacutenico de falha

(permissatildeo)

T

dados

(nada paramandar)

T

5 Camada de Enlace 5-36

Resumo dos protocolos MAC Divisatildeo do canal por tempo frequumlecircncia ou

coacutedigoDivisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequumlecircncia

Particionamento Aleatoacuterio (dinacircmico) ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDEscutar a portadora faacutecil em algumas

tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)

CSMACD usado na EthernetCSMACA usado no 80211

RevezamentoSeleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto

central passagem de permissotildeesBluetooth FDDI Token Ring (IBM)

5 Camada de Enlace 5-37

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos52 Teacutecnicas de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de

erros 53 Protocolos de acesso muacuteltiplo 54 Endereccedilamento na Camada de Enlace55 Ethernet56 Comutadores da camada de enlace57 PPP o protocolo ponto-a-ponto58 Virtualizaccedilatildeo de enlace uma rede

como camada de enlace59 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de

paacutegina Web

5 Camada de Enlace 5-38

Endereccedilos MAC

Endereccedilo IP de 32 bits Endereccedilos da camada de redeusado para levar o datagrama agrave subrede IP

destinoEndereccedilo MAC (ou LAN ou fiacutesico ou

Ethernet) levar o datagrama de uma interface ateacute outra

interface conectada fisicamente (na mesma rede)

Endereccedilo MAC de 48 bits (para a maioria das redes)bull gravado na ROM do adaptador ou configurado

por software

5 Camada de Enlace 5-39

Endereccedilos MAC

Cada adaptador na LAN possui um endereccedilo MAC uacutenico

Endereccedilo de Broadcast =FF-FF-FF-FF-FF-FF

= adaptador

1A-2F-BB-76-09-AD

58-23-D7-FA-20-B0

0C-C4-11-6F-E3-98

71-65-F7-2B-08-53

LAN(cabeada ousem fio)

5 Camada de Enlace 5-40

Endereccedilo MAC (cont)

Alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC gerenciada pelo IEEE Um fabricante compra uma parte do espaccedilo de

endereccedilos (para garantir unicidade) Analogia (a) endereccedilo MAC como nuacutemero do CPF (b) endereccedilo IP como endereccedilo postal (CEP) endereccedilo MAC tem estrutura linear =gt

portabilidadePode mover um cartatildeo LAN de uma LAN para

outra endereccedilo IP hieraacuterquico NAtildeO eacute portaacutetil (requer IP

moacutevel)Depende da subrede IP agrave qual o noacute estaacute

conectado

5 Camada de Enlace 5-41

ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de Resoluccedilatildeo de Endereccedilos)

Cada noacute IP (Host Roteador) de uma LAN possui tabela ARP

Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN

lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt TTL (Time To Live) tempo

a partir do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute esquecido (valor tiacutepico de 20 min)

Pergunta como obter oendereccedilo MAC de B a partir do endereccedilo IP de B

1A-2F-BB-76-09-AD

58-23-D7-FA-20-B0

0C-C4-11-6F-E3-98

71-65-F7-2B-08-53

LAN

237196723

237196778

237196714

237196788

5 Camada de Enlace 5-42

Protocolo ARP Mesma LAN (rede) A deseja enviar datagrama

para B e o endereccedilo MAC de B natildeo estaacute na tabela ARP

A difunde o pacote de solicitaccedilatildeo ARP que conteacutem o endereccedilo IP de B Endereccedilo MAC destino =

FF-FF-FF-FF-FF-FF todas as maacutequinas na

LAN recebem a consulta do ARP

B recebe o pacote ARP responde a A com o seu (de B) endereccedilo MAC Quadro enviado para o

endereccedilo MAC (unicast) de A

Uma cache (salva) o par de endereccedilos IP-para-MAC na sua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo fique antiquada (expire) lsquosoft statersquo informaccedilatildeo que expira (vai embora) a menos que seja renovada

ARP eacute ldquoplug-and-playrdquo os noacutes criam suas tabelas ARP sem a intervenccedilatildeo do administrador

da rede

5 Camada de Enlace 5-43

Roteando um pacote para outra LAN

passo a passo envio de datagrama de A para B via R assuma que A conhece o endereccedilo IP de B

Duas tabelas ARP no roteador R uma para cada rede IP (LAN)

A

RB

5 Camada de Enlace 5-44

A cria datagrama com origem A destino B A usa ARP para obter o endereccedilo MAC de R para

111111111110 A cria quadro da camada de enlace com o endereccedilo

MAC de R como destino quadro conteacutem datagrama IP de A para B

O adaptador de A envia o quadro O adaptador de R recebe o quadro R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verifica

que eacute destinado para B R usa ARP para obter o endereccedilo MAC de B R cria quadro contendo datagrama IP de A para B e o

envia para B

A

R B

Este eacute um exemplo muito importantendash garanta que vocecirc o entendeu

5 Camada de Enlace 5-45

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos52 Teacutecnicas de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de

erros 53 Protocolos de acesso muacuteltiplo 54 Endereccedilamento na Camada de Enlace55 Ethernet56 Comutadores da camada de enlace57 PPP o protocolo ponto-a-ponto58 Virtualizaccedilatildeo de enlace uma rede

como camada de enlace59 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de

paacutegina Web

5 Camada de Enlace 5-46

Ethernet Muitiacutessimo difundida porque

Muito barata R$30 para placas 10100Mbps A mais antiga das tecnologias de rede local (meados da

deacutecada de 70) Mais simples e menos cara que redes usando ficha ou

ATM Acompanhou o aumento de velocidade 10 Mbps ndash 10

Gbps

Rascunho de Metcalfe sobre o Ethernet

5 Camada de Enlace 5-47

Topologia em Estrela Topologia de barramento popular ateacute meados

dos anos 90 Todos os noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo (podem colidir

um com o outro)

Agora prevalecircncia de topologia em estrela Comutador (switch) no centro Cada porta roda o protocolo Ethernet separadamente (os

noacutes natildeo colidem uns com os outros)

barramento cabo coaxial

switch

estrela

5 Camada de Enlace 5-48

Estrutura do Quadro Ethernet

Adaptador remetente encapsula datagrama IP (ou pacote de outro protocolo da camada de rede) num Quadro Ethernet

Dados 46 a 1500 bytes Preacircmbulo 7 bytes com o padratildeo 10101010 seguidos por um byte

com o padratildeo 10101011 usado para sincronizar receptor ao reloacutegio do

remetente (reloacutegios nunca satildeo exatos eacute muito provaacutevel que exista algum desvio entre eles)

5 Camada de Enlace 5-49

Estrutura de Quadro Ethernet (cont)

Endereccedilos 6 bytes para cada endereccedilo MAC se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo destino igual

ao seu ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede

caso contraacuterio o adaptador descarta o quadro Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior

usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)

CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado

5 Camada de Enlace 5-50

Ethernet natildeo confiaacutevel e natildeo orientado para conexatildeo

Natildeo orientado para conexatildeo Natildeo haacute estabelecimento de conexatildeo (saudaccedilatildeo) entre os adaptadores transmissor e receptor

Natildeo confiaacutevel o adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador transmissorfluxo de datagramas passados para a

camada de rede pode conter falhas na sequumlecircncia

falhas seratildeo preenchidas se aplicaccedilatildeo estiver usando o TCP

caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as falhas Protocolo MAC do Ethernet CSMACD sem slots

5 Camada de Enlace 5-51

Algoritmo CSMACD do Ethernet

1 Adaptador recebe datagrama da camada de rede e cria um quadro

2 Se o adaptador percebe que o canal estaacute ocioso comeccedila a transmitir o quadro Se percebe que o canal estaacute ocupado espera que o canal fique livre e transmite

3 Se o adaptador transmitir todo o quadro sem detectar outra transmissatildeo o adaptador concluiu a operaccedilatildeo com o quadro

4 Se o adaptador detectar outra transmissatildeo enquanto estiver transmitindo aborta e envia sinal de reforccedilo de colisatildeo de 48 bits

5 Apoacutes o aborto o adaptador entra na retirada (backoff) exponencial binaacuteria apoacutes a m-eacutesima colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoriamente entre 012hellip2m-1 O adaptador espera K512 tempos de bit e retorna ao Passo 2

5 Camada de Enlace 5-52

CSMACD da Ethernet (mais)

Sinal de reforccedilo de colisatildeo garante que todos os demais transmissores estejam cientes da colisatildeo 48 bits

Tempo de Bit 01 microseg para Ethernet de 10 Mbpspara K=1023 tempo de espera de cerca de 50 mseg

Retirada Exponencial Binaacuteria

Objetivo adaptar as tentativas de retransmissatildeo agrave carga atual estimada Alta carga espera

aleatoacuteria seraacute mais longa

na primeira colisatildeo escolhe K entre 01 atraso eacute de K 512 tempos de transmissatildeo de um bit

apoacutes a segunda colisatildeo escolhe K entre 0123hellip

apoacutes 10 colisotildees escolhe K entre 01234hellip1023

Vejainteraja com o applet Java siacutetio do livroaltamente recomendaacutevel

5 Camada de Enlace 5-53

Eficiecircncia do CSMACD

tprop = atraso maacuteximo de prop entre 2 noacutes na LAN

ttrans = tempo para transmitir quadro de tamanho maacuteximo

Eficiecircncia vai para 1 agrave medida que tprop vai para 0

ttrans vai para infinito Muito melhor do que ALOHA e ainda eacute

descentralizado simples e barato

transprop tt 51

1eficiecircncia

5 Camada de Enlace 5-54

Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica

Diversos padrotildees Ethernet diferentestecircm em comum o protocolo MAC e o

formato do quadrodiferentes velocidades 2Mbps 10Mbps

100Mbps 1Gbps 10Gbpsdiferentes meios da camada fiacutesica fibra

caboaplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

protocolo MACe formato do quadro

100BASE-TX

100BASE-T4

100BASE-FX100BASE-T2

100BASE-SX 100BASE-BX

camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)

5 Camada de Enlace 5-55

10Base5

httpwwwethermanagecom

5 Camada de Enlace 5-56

10Base2

httpwwwethermanagecom

5 Camada de Enlace 5-57

10BaseT

httpwwwethermanagecom

5 Camada de Enlace 5-58

Conector RJ 45

5 Camada de Enlace 5-59

100Base-TX

httpwwwethermanagecom

5 Camada de Enlace 5-60 10

Wireless Backhaul

Carrier Ethernet Access Expansion

Voice gateway

VoiceVideoTelephony

HD TVTVoD VoD

Video Source

Gaming BusinessBackup ERP

InternetVideo Source

BusinessBroadband

E-Line andE-LAN service

GlobalNationalCarrierEthernet

GlobalNationalCarrierEthernet

SmallMedium Business

Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

ResidentialTriple-Play

FTTx DSLAM Cable Modem

Broadbandmobile datavideo

Bringing vastly extended scalability for business and residential users

ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing

5 Camada de Enlace 5-61

Carrier Ethernet Defined

bull Carrier Ethernet is a ubiquitous standardized carrier-class SERVICE defined by five attributes that distinguish Carrier Ethernet from familiar LAN based Ethernet

bull It brings the compelling business benefit of the Ethernet cost model to achieve significant savings

Carrier Ethernet

bull Scalability

bull Standardized Services

bull Service Management

bull Quality of Service

bull Reliability

Carrier Ethernet Attributes

httpwwwmetroethernetforumorg

5 Camada de Enlace 5-62

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos52 Teacutecnicas de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de acesso muacuteltiplo 54 Endereccedilamento na Camada de Enlace55 Ethernet56 Comutadores da camada de enlace57 PPP o protocolo ponto-a-ponto58 Virtualizaccedilatildeo de enlace uma rede como

camada de enlace59 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina

Web

5 Camada de Enlace 5-63

Hubs

hellip repetidores (ldquoburrosrdquo) da camada fiacutesicabits vindos de um dado link saem por todos

os outros links na mesma taxatodos os noacutes conectados ao hub podem

colidir uns com os outrosnatildeo haacute bufferizaccedilatildeo de quadrosnatildeo implementa CSMACD no hub cartotildees

do hospedeiro detectam as colisotildees

par tranccedilado

hub

5 Camada de Enlace 5-64

Comutador (switch)

Dispositivo da camada de enlace mais inteligentes que os hubs tecircm papel ativo armazena e retransmite quadros Ethernetexamina o cabeccedilalho do quadro e

seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento

transparentehospedeiros ignoram a presenccedila dos

switches plug-and-play self-learning (autodidatas)

os comutadores natildeo necessitam ser configurados

5 Camada de Enlace 5-65

Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas

hospedeiros tecircm conexatildeo direta e dedicada para o switch

os switches armazenam quadros

o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplex cada link eacute o seu proacuteprio

domiacutenio de colisatildeo comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-

para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees isto natildeo eacute possiacutevel com hubs

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

switch com seis interfaces(123456)

1 23

45

6

5 Camada de Enlace 5-66

Tabela de Comutaccedilatildeo

P como eacute que o switch sabe que Arsquo eacute alcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel a partir da interface 5

R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutem (endereccedilo MAC do hospedeiro

interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)

parece uma tabela de roteamento P como satildeo criadas e mantidas as

entradas na tabela de comutaccedilatildeo haacute algo como um protocolo de

roteamento

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

switch with six interfaces(123456)

1 23

45

6

5 Camada de Enlace 5-67

switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfaces quando um quadro eacute

recebido o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada

registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo

Switch autoaprendizagem

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 23

45

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

5 Camada de Enlace 5-685 Camada de Enlace

Switch FiltragemRepasse de quadrosQuando um comutador recebe um quadroregistra o link associado com o hospedeiro

transmissorindexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo

MAC do destinoif entrada encontrada para o destino

then if dest estiver no segmento de onde veio o

quadro then descarta o quadro else repassa o quadro na interface indicada else usa inundaccedilatildeoRepassa o quadro para todas as

demais interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido

5 Camada de Enlace 5-69

Exemplo de auto aprendizagem e repasse

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 23

45

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo

destino do quadro desconhecido inundaccedilatildeo

Arsquo A

local do destino A conhecido

Arsquo 4 60

transmissatildeo seletiva

5 Camada de Enlace 5-70

Exemplo com comutador

Suponha que C envia quadro para D

comutador recebe o quadro vindo de C anota na tabela de comutaccedilatildeo que C estaacute na interface 1 dado que D natildeo se encontra na tabela encaminha o quadro para as

demais interfaces 2 e 3

quadro eacute recebido por D

hub

hub hub

comutador

A

B CD

EF G H

I

endereccedilointerface

ABEG

1123

12 3

5 Camada de Enlace 5-71

Exemplo com comutador

Suponha que D responde com um quadro para C

comutador recebe o quadro vindo de D anota na tabela de comutaccedilatildeo que D estaacute na interface 2 dado que C estaacute na tabela encaminha o quadro apenas na interface

1

quadro eacute recebido por C

hub

hub hub

comutador

A

B CD

EF G H

I

interface

ABEGC

11231

endereccedilo

5 Camada de Enlace 5-72

Interligaccedilatildeo de comutadores

Podemos interligar comutadores (switches)

A

B

P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe que deve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3

R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenico comutador)

S1

C D

E

FS2

S4

S3

HI

G

5 Camada de Enlace 5-73

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde

para C

P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4

A

B

S1

C D

E

FS2

S4

S3

HI

G

1

2

5 Camada de Enlace 5-74

Rede Institucionalcorporativa

5 Camada de Enlace 5-75

Rede institucional

Para redeexterna

roteador

Subrede IP

Servidor de mensagens

Servidor web

5 Camada de Enlace 5-76

Comutadores versus Roteadores ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa

roteadores dispositivos da camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)

comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace roteadores mantecircm tabelas de roteamento

implementam algoritmos de roteamento comutadores mantecircm tabelas de comutaccedilatildeo

implementam filtragem algoritmos de aprendizagem

5 Camada de Enlace 5-77

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos52 Teacutecnicas de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de acesso muacuteltiplo 54 Endereccedilamento na Camada de Enlace55 Ethernet56 Comutadores da camada de enlace57 PPP o protocolo ponto-a-ponto58 Virtualizaccedilatildeo de enlace uma rede como

camada de enlace59 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina

Web

5 Camada de Enlace 5-78

Siacutentese um dia na vida de um pedido web jornada completa atravessando toda a pilha de

protocolos aplicaccedilatildeo transporte rede enlace

colocando tudo junto siacutentese objetivo identificar revisar entender os

protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web

cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom

5 Camada de Enlace 5-79

Um dia na vida cenaacuterio

rede da Comcast68800013

rede do Google64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola68802024

paacutegina web

navegador

5 Camada de Enlace 5-80

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPDHCP

quadro Ethernet difundido (dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador que executa o servidor DHCP

Ethernet demultiplexado para IP demultiplexado para UDP e demultiplexado paraDHCP

o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilo do primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP Solicitaccedilatildeo DHCP encapsulada em UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023 Ethernet

5 Camada de Enlace 5-81

roteador(roda DHCP)

servidor DHCP prepara ACK DHCP contendo endereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiro roteador nome e endereccedilo IP do servidor DNS

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

encapsulamento no servidor DHCP quadro repassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente

Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador

cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

5 Camada de Enlace 5-82

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

consulta DNS criada encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviar quadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP

consulta ARP difundida recebida pelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccedilo MAC da interface do roteador

o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiro roteador podendo agora enviar o quadro contendo a consulta DNS

ARP query

EthPhy

ARP

ARP

ARP reply

antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS

5 Camada de Enlace 5-83

roteador(roda DHCP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

DNS

datagrama IP conteacutem consulta DNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador

datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelos protocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS

demultiplexado pelo servidor DNS

servidor DNS responde ao cliente com o endereccedilo IP de wwwgooglecom

rede da Comcast68800013

servidor DNS

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

Um dia na vidahellip usando DNS

5 Camada de Enlace 5-84

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP

HTTPTCPIP

EthPhy

HTTP

para enviar pedido HTTP cliente primeiro abre um socket TCP para o servidor web segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web

conexatildeo TCP estabelecida64233169105

servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCPIP

EthPhy

SYN

SYN

SYN

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)

5 Camada de Enlace 5-85

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP

HTTPTCPIP

EthPhy

HTTP

solicitaccedilatildeo HTTP enviada para o socket TCP datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhado para wwwgooglecom

datagrama IP com a resposta HTTP eacute encaminhado de volta para o cliente

64233169105

servidor web

HTTPTCPIP

EthPhy

servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTPHTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

paacutegina web finalmente() apresentada

5 Camada de Enlace 5-86

Capiacutetulo 5 Resumo

princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dados detecccedilatildeo correccedilatildeo de erros compartilhamento de canal de difusatildeo acesso

muacuteltiplo endereccedilamento da camada de enlace

instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlace Ethernet LANs comutadas redes virtualizadas como camada de enlace MPLS

siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web

  • Capiacutetulo 5 A Camada de Enlace e Redes Locais
  • Camada de Enlace
  • Camada de Enlace Introduccedilatildeo
  • Camada de Enlace Contexto
  • Serviccedilos da Camada de Enlace
  • Serviccedilos da Camada de Enlace (mais)
  • Onde a camada de enlace eacute implementada
  • Comunicaccedilatildeo entre Adaptadores
  • Camada de Enlace (2)
  • Detecccedilatildeo de Erros
  • Verificaccedilotildees de Paridade
  • Soma de verificaccedilatildeo da Internet
  • Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica (CRC)
  • Exemplo de CRC
  • Implementaccedilatildeo em Hardware
  • Camada de Enlace (3)
  • Enlaces e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolo Ideal de Acesso Muacuteltiplo
  • Taxonomia dos Protocolos MAC
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal TDMA
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal FDMA
  • Protocolos de Acesso Aleatoacuterio
  • Slotted ALOHA
  • Slotted ALOHA (2)
  • Eficiecircncia do Slotted Aloha
  • ALOHA Puro (sem slots)
  • Eficiecircncia do Aloha puro
  • CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)
  • Colisotildees no CSMA
  • CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)
  • Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (2)
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (3)
  • Resumo dos protocolos MAC
  • Camada de Enlace (4)
  • Endereccedilos MAC
  • Endereccedilos MAC (2)
  • Endereccedilo MAC (cont)
  • ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de Resoluccedilatildeo de En
  • Protocolo ARP Mesma LAN (rede)
  • Roteando um pacote para outra LAN
  • Slide 44
  • Camada de Enlace (5)
  • Ethernet
  • Topologia em Estrela
  • Estrutura do Quadro Ethernet
  • Estrutura de Quadro Ethernet (cont)
  • Ethernet natildeo confiaacutevel e natildeo orientado para conexatildeo
  • Algoritmo CSMACD do Ethernet
  • CSMACD da Ethernet (mais)
  • Eficiecircncia do CSMACD
  • Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
  • 10Base5
  • 10Base2
  • 10BaseT
  • Conector RJ 45
  • 100Base-TX
  • Slide 60
  • Carrier Ethernet Defined
  • Camada de Enlace (6)
  • Hubs
  • Comutador (switch)
  • Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
  • Tabela de Comutaccedilatildeo
  • Switch autoaprendizagem
  • Switch FiltragemRepasse de quadros
  • Exemplo de auto aprendizagem e repasse
  • Exemplo com comutador
  • Exemplo com comutador (2)
  • Interligaccedilatildeo de comutadores
  • Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores
  • Rede Institucionalcorporativa
  • Rede institucional
  • Comutadores versus Roteadores
  • Camada de Enlace (7)
  • Siacutentese um dia na vida de um pedido web
  • Um dia na vida cenaacuterio
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet (2)
  • Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
  • Um dia na vidahellip usando DNS
  • Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
  • Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
  • Capiacutetulo 5 Resumo
Page 32: 5: Camada de Enlace 5-1 Capítulo 5: A Camada de Enlace e Redes Locais Nossos objetivos: Entender os princípios por trás dos serviços da camada de enlace

5 Camada de Enlace 5-32

Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD

5 Camada de Enlace 5-33

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoProtocolos MAC de divisatildeo de canal

Compartilha o canal eficientemente e de forma justa em altas cargas

Ineficiente em baixas cargas atraso no canal de acesso alocaccedilatildeo de 1N da largura de banda mesmo com apenas 1 noacute ativo

Protocolos MAC de acesso aleatoacuterioeficiente em baixas cargas um uacutenico noacute

pode utilizar completamente o canalAltas cargas overhead com colisotildees

Protocolos de revezamentoProcura oferecer o melhor dos dois mundos

5 Camada de Enlace 5-34

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo

Seleccedilatildeo (Polling) Noacute mestre ldquoconvidardquo

noacutes escravos a transmitir em revezamento

Usado tipicamente com dispositivos escravo burros

Preocupaccedilotildees Overhead com as

consultas (polling) Latecircncia Ponto uacutenico de

falha (mestre)

mestre

escravos

poll

dados

dados

5 Camada de Enlace 5-35

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo

Passagem de permissatildeo (token)

controla permissatildeo passada de um noacute para o proacuteximo de forma sequencial

mensagem de passagem da permissatildeo

preocupaccedilotildees overhead com a

passagem de permissatildeo

latecircncia Ponto uacutenico de falha

(permissatildeo)

T

dados

(nada paramandar)

T

5 Camada de Enlace 5-36

Resumo dos protocolos MAC Divisatildeo do canal por tempo frequumlecircncia ou

coacutedigoDivisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequumlecircncia

Particionamento Aleatoacuterio (dinacircmico) ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDEscutar a portadora faacutecil em algumas

tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)

CSMACD usado na EthernetCSMACA usado no 80211

RevezamentoSeleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto

central passagem de permissotildeesBluetooth FDDI Token Ring (IBM)

5 Camada de Enlace 5-37

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos52 Teacutecnicas de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de

erros 53 Protocolos de acesso muacuteltiplo 54 Endereccedilamento na Camada de Enlace55 Ethernet56 Comutadores da camada de enlace57 PPP o protocolo ponto-a-ponto58 Virtualizaccedilatildeo de enlace uma rede

como camada de enlace59 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de

paacutegina Web

5 Camada de Enlace 5-38

Endereccedilos MAC

Endereccedilo IP de 32 bits Endereccedilos da camada de redeusado para levar o datagrama agrave subrede IP

destinoEndereccedilo MAC (ou LAN ou fiacutesico ou

Ethernet) levar o datagrama de uma interface ateacute outra

interface conectada fisicamente (na mesma rede)

Endereccedilo MAC de 48 bits (para a maioria das redes)bull gravado na ROM do adaptador ou configurado

por software

5 Camada de Enlace 5-39

Endereccedilos MAC

Cada adaptador na LAN possui um endereccedilo MAC uacutenico

Endereccedilo de Broadcast =FF-FF-FF-FF-FF-FF

= adaptador

1A-2F-BB-76-09-AD

58-23-D7-FA-20-B0

0C-C4-11-6F-E3-98

71-65-F7-2B-08-53

LAN(cabeada ousem fio)

5 Camada de Enlace 5-40

Endereccedilo MAC (cont)

Alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC gerenciada pelo IEEE Um fabricante compra uma parte do espaccedilo de

endereccedilos (para garantir unicidade) Analogia (a) endereccedilo MAC como nuacutemero do CPF (b) endereccedilo IP como endereccedilo postal (CEP) endereccedilo MAC tem estrutura linear =gt

portabilidadePode mover um cartatildeo LAN de uma LAN para

outra endereccedilo IP hieraacuterquico NAtildeO eacute portaacutetil (requer IP

moacutevel)Depende da subrede IP agrave qual o noacute estaacute

conectado

5 Camada de Enlace 5-41

ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de Resoluccedilatildeo de Endereccedilos)

Cada noacute IP (Host Roteador) de uma LAN possui tabela ARP

Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN

lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt TTL (Time To Live) tempo

a partir do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute esquecido (valor tiacutepico de 20 min)

Pergunta como obter oendereccedilo MAC de B a partir do endereccedilo IP de B

1A-2F-BB-76-09-AD

58-23-D7-FA-20-B0

0C-C4-11-6F-E3-98

71-65-F7-2B-08-53

LAN

237196723

237196778

237196714

237196788

5 Camada de Enlace 5-42

Protocolo ARP Mesma LAN (rede) A deseja enviar datagrama

para B e o endereccedilo MAC de B natildeo estaacute na tabela ARP

A difunde o pacote de solicitaccedilatildeo ARP que conteacutem o endereccedilo IP de B Endereccedilo MAC destino =

FF-FF-FF-FF-FF-FF todas as maacutequinas na

LAN recebem a consulta do ARP

B recebe o pacote ARP responde a A com o seu (de B) endereccedilo MAC Quadro enviado para o

endereccedilo MAC (unicast) de A

Uma cache (salva) o par de endereccedilos IP-para-MAC na sua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo fique antiquada (expire) lsquosoft statersquo informaccedilatildeo que expira (vai embora) a menos que seja renovada

ARP eacute ldquoplug-and-playrdquo os noacutes criam suas tabelas ARP sem a intervenccedilatildeo do administrador

da rede

5 Camada de Enlace 5-43

Roteando um pacote para outra LAN

passo a passo envio de datagrama de A para B via R assuma que A conhece o endereccedilo IP de B

Duas tabelas ARP no roteador R uma para cada rede IP (LAN)

A

RB

5 Camada de Enlace 5-44

A cria datagrama com origem A destino B A usa ARP para obter o endereccedilo MAC de R para

111111111110 A cria quadro da camada de enlace com o endereccedilo

MAC de R como destino quadro conteacutem datagrama IP de A para B

O adaptador de A envia o quadro O adaptador de R recebe o quadro R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verifica

que eacute destinado para B R usa ARP para obter o endereccedilo MAC de B R cria quadro contendo datagrama IP de A para B e o

envia para B

A

R B

Este eacute um exemplo muito importantendash garanta que vocecirc o entendeu

5 Camada de Enlace 5-45

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos52 Teacutecnicas de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de

erros 53 Protocolos de acesso muacuteltiplo 54 Endereccedilamento na Camada de Enlace55 Ethernet56 Comutadores da camada de enlace57 PPP o protocolo ponto-a-ponto58 Virtualizaccedilatildeo de enlace uma rede

como camada de enlace59 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de

paacutegina Web

5 Camada de Enlace 5-46

Ethernet Muitiacutessimo difundida porque

Muito barata R$30 para placas 10100Mbps A mais antiga das tecnologias de rede local (meados da

deacutecada de 70) Mais simples e menos cara que redes usando ficha ou

ATM Acompanhou o aumento de velocidade 10 Mbps ndash 10

Gbps

Rascunho de Metcalfe sobre o Ethernet

5 Camada de Enlace 5-47

Topologia em Estrela Topologia de barramento popular ateacute meados

dos anos 90 Todos os noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo (podem colidir

um com o outro)

Agora prevalecircncia de topologia em estrela Comutador (switch) no centro Cada porta roda o protocolo Ethernet separadamente (os

noacutes natildeo colidem uns com os outros)

barramento cabo coaxial

switch

estrela

5 Camada de Enlace 5-48

Estrutura do Quadro Ethernet

Adaptador remetente encapsula datagrama IP (ou pacote de outro protocolo da camada de rede) num Quadro Ethernet

Dados 46 a 1500 bytes Preacircmbulo 7 bytes com o padratildeo 10101010 seguidos por um byte

com o padratildeo 10101011 usado para sincronizar receptor ao reloacutegio do

remetente (reloacutegios nunca satildeo exatos eacute muito provaacutevel que exista algum desvio entre eles)

5 Camada de Enlace 5-49

Estrutura de Quadro Ethernet (cont)

Endereccedilos 6 bytes para cada endereccedilo MAC se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo destino igual

ao seu ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede

caso contraacuterio o adaptador descarta o quadro Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior

usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)

CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado

5 Camada de Enlace 5-50

Ethernet natildeo confiaacutevel e natildeo orientado para conexatildeo

Natildeo orientado para conexatildeo Natildeo haacute estabelecimento de conexatildeo (saudaccedilatildeo) entre os adaptadores transmissor e receptor

Natildeo confiaacutevel o adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador transmissorfluxo de datagramas passados para a

camada de rede pode conter falhas na sequumlecircncia

falhas seratildeo preenchidas se aplicaccedilatildeo estiver usando o TCP

caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as falhas Protocolo MAC do Ethernet CSMACD sem slots

5 Camada de Enlace 5-51

Algoritmo CSMACD do Ethernet

1 Adaptador recebe datagrama da camada de rede e cria um quadro

2 Se o adaptador percebe que o canal estaacute ocioso comeccedila a transmitir o quadro Se percebe que o canal estaacute ocupado espera que o canal fique livre e transmite

3 Se o adaptador transmitir todo o quadro sem detectar outra transmissatildeo o adaptador concluiu a operaccedilatildeo com o quadro

4 Se o adaptador detectar outra transmissatildeo enquanto estiver transmitindo aborta e envia sinal de reforccedilo de colisatildeo de 48 bits

5 Apoacutes o aborto o adaptador entra na retirada (backoff) exponencial binaacuteria apoacutes a m-eacutesima colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoriamente entre 012hellip2m-1 O adaptador espera K512 tempos de bit e retorna ao Passo 2

5 Camada de Enlace 5-52

CSMACD da Ethernet (mais)

Sinal de reforccedilo de colisatildeo garante que todos os demais transmissores estejam cientes da colisatildeo 48 bits

Tempo de Bit 01 microseg para Ethernet de 10 Mbpspara K=1023 tempo de espera de cerca de 50 mseg

Retirada Exponencial Binaacuteria

Objetivo adaptar as tentativas de retransmissatildeo agrave carga atual estimada Alta carga espera

aleatoacuteria seraacute mais longa

na primeira colisatildeo escolhe K entre 01 atraso eacute de K 512 tempos de transmissatildeo de um bit

apoacutes a segunda colisatildeo escolhe K entre 0123hellip

apoacutes 10 colisotildees escolhe K entre 01234hellip1023

Vejainteraja com o applet Java siacutetio do livroaltamente recomendaacutevel

5 Camada de Enlace 5-53

Eficiecircncia do CSMACD

tprop = atraso maacuteximo de prop entre 2 noacutes na LAN

ttrans = tempo para transmitir quadro de tamanho maacuteximo

Eficiecircncia vai para 1 agrave medida que tprop vai para 0

ttrans vai para infinito Muito melhor do que ALOHA e ainda eacute

descentralizado simples e barato

transprop tt 51

1eficiecircncia

5 Camada de Enlace 5-54

Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica

Diversos padrotildees Ethernet diferentestecircm em comum o protocolo MAC e o

formato do quadrodiferentes velocidades 2Mbps 10Mbps

100Mbps 1Gbps 10Gbpsdiferentes meios da camada fiacutesica fibra

caboaplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

protocolo MACe formato do quadro

100BASE-TX

100BASE-T4

100BASE-FX100BASE-T2

100BASE-SX 100BASE-BX

camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)

5 Camada de Enlace 5-55

10Base5

httpwwwethermanagecom

5 Camada de Enlace 5-56

10Base2

httpwwwethermanagecom

5 Camada de Enlace 5-57

10BaseT

httpwwwethermanagecom

5 Camada de Enlace 5-58

Conector RJ 45

5 Camada de Enlace 5-59

100Base-TX

httpwwwethermanagecom

5 Camada de Enlace 5-60 10

Wireless Backhaul

Carrier Ethernet Access Expansion

Voice gateway

VoiceVideoTelephony

HD TVTVoD VoD

Video Source

Gaming BusinessBackup ERP

InternetVideo Source

BusinessBroadband

E-Line andE-LAN service

GlobalNationalCarrierEthernet

GlobalNationalCarrierEthernet

SmallMedium Business

Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

ResidentialTriple-Play

FTTx DSLAM Cable Modem

Broadbandmobile datavideo

Bringing vastly extended scalability for business and residential users

ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing

5 Camada de Enlace 5-61

Carrier Ethernet Defined

bull Carrier Ethernet is a ubiquitous standardized carrier-class SERVICE defined by five attributes that distinguish Carrier Ethernet from familiar LAN based Ethernet

bull It brings the compelling business benefit of the Ethernet cost model to achieve significant savings

Carrier Ethernet

bull Scalability

bull Standardized Services

bull Service Management

bull Quality of Service

bull Reliability

Carrier Ethernet Attributes

httpwwwmetroethernetforumorg

5 Camada de Enlace 5-62

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos52 Teacutecnicas de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de acesso muacuteltiplo 54 Endereccedilamento na Camada de Enlace55 Ethernet56 Comutadores da camada de enlace57 PPP o protocolo ponto-a-ponto58 Virtualizaccedilatildeo de enlace uma rede como

camada de enlace59 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina

Web

5 Camada de Enlace 5-63

Hubs

hellip repetidores (ldquoburrosrdquo) da camada fiacutesicabits vindos de um dado link saem por todos

os outros links na mesma taxatodos os noacutes conectados ao hub podem

colidir uns com os outrosnatildeo haacute bufferizaccedilatildeo de quadrosnatildeo implementa CSMACD no hub cartotildees

do hospedeiro detectam as colisotildees

par tranccedilado

hub

5 Camada de Enlace 5-64

Comutador (switch)

Dispositivo da camada de enlace mais inteligentes que os hubs tecircm papel ativo armazena e retransmite quadros Ethernetexamina o cabeccedilalho do quadro e

seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento

transparentehospedeiros ignoram a presenccedila dos

switches plug-and-play self-learning (autodidatas)

os comutadores natildeo necessitam ser configurados

5 Camada de Enlace 5-65

Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas

hospedeiros tecircm conexatildeo direta e dedicada para o switch

os switches armazenam quadros

o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplex cada link eacute o seu proacuteprio

domiacutenio de colisatildeo comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-

para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees isto natildeo eacute possiacutevel com hubs

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

switch com seis interfaces(123456)

1 23

45

6

5 Camada de Enlace 5-66

Tabela de Comutaccedilatildeo

P como eacute que o switch sabe que Arsquo eacute alcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel a partir da interface 5

R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutem (endereccedilo MAC do hospedeiro

interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)

parece uma tabela de roteamento P como satildeo criadas e mantidas as

entradas na tabela de comutaccedilatildeo haacute algo como um protocolo de

roteamento

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

switch with six interfaces(123456)

1 23

45

6

5 Camada de Enlace 5-67

switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfaces quando um quadro eacute

recebido o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada

registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo

Switch autoaprendizagem

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 23

45

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

5 Camada de Enlace 5-685 Camada de Enlace

Switch FiltragemRepasse de quadrosQuando um comutador recebe um quadroregistra o link associado com o hospedeiro

transmissorindexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo

MAC do destinoif entrada encontrada para o destino

then if dest estiver no segmento de onde veio o

quadro then descarta o quadro else repassa o quadro na interface indicada else usa inundaccedilatildeoRepassa o quadro para todas as

demais interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido

5 Camada de Enlace 5-69

Exemplo de auto aprendizagem e repasse

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 23

45

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo

destino do quadro desconhecido inundaccedilatildeo

Arsquo A

local do destino A conhecido

Arsquo 4 60

transmissatildeo seletiva

5 Camada de Enlace 5-70

Exemplo com comutador

Suponha que C envia quadro para D

comutador recebe o quadro vindo de C anota na tabela de comutaccedilatildeo que C estaacute na interface 1 dado que D natildeo se encontra na tabela encaminha o quadro para as

demais interfaces 2 e 3

quadro eacute recebido por D

hub

hub hub

comutador

A

B CD

EF G H

I

endereccedilointerface

ABEG

1123

12 3

5 Camada de Enlace 5-71

Exemplo com comutador

Suponha que D responde com um quadro para C

comutador recebe o quadro vindo de D anota na tabela de comutaccedilatildeo que D estaacute na interface 2 dado que C estaacute na tabela encaminha o quadro apenas na interface

1

quadro eacute recebido por C

hub

hub hub

comutador

A

B CD

EF G H

I

interface

ABEGC

11231

endereccedilo

5 Camada de Enlace 5-72

Interligaccedilatildeo de comutadores

Podemos interligar comutadores (switches)

A

B

P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe que deve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3

R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenico comutador)

S1

C D

E

FS2

S4

S3

HI

G

5 Camada de Enlace 5-73

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde

para C

P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4

A

B

S1

C D

E

FS2

S4

S3

HI

G

1

2

5 Camada de Enlace 5-74

Rede Institucionalcorporativa

5 Camada de Enlace 5-75

Rede institucional

Para redeexterna

roteador

Subrede IP

Servidor de mensagens

Servidor web

5 Camada de Enlace 5-76

Comutadores versus Roteadores ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa

roteadores dispositivos da camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)

comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace roteadores mantecircm tabelas de roteamento

implementam algoritmos de roteamento comutadores mantecircm tabelas de comutaccedilatildeo

implementam filtragem algoritmos de aprendizagem

5 Camada de Enlace 5-77

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos52 Teacutecnicas de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de acesso muacuteltiplo 54 Endereccedilamento na Camada de Enlace55 Ethernet56 Comutadores da camada de enlace57 PPP o protocolo ponto-a-ponto58 Virtualizaccedilatildeo de enlace uma rede como

camada de enlace59 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina

Web

5 Camada de Enlace 5-78

Siacutentese um dia na vida de um pedido web jornada completa atravessando toda a pilha de

protocolos aplicaccedilatildeo transporte rede enlace

colocando tudo junto siacutentese objetivo identificar revisar entender os

protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web

cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom

5 Camada de Enlace 5-79

Um dia na vida cenaacuterio

rede da Comcast68800013

rede do Google64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola68802024

paacutegina web

navegador

5 Camada de Enlace 5-80

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPDHCP

quadro Ethernet difundido (dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador que executa o servidor DHCP

Ethernet demultiplexado para IP demultiplexado para UDP e demultiplexado paraDHCP

o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilo do primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP Solicitaccedilatildeo DHCP encapsulada em UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023 Ethernet

5 Camada de Enlace 5-81

roteador(roda DHCP)

servidor DHCP prepara ACK DHCP contendo endereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiro roteador nome e endereccedilo IP do servidor DNS

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

encapsulamento no servidor DHCP quadro repassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente

Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador

cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

5 Camada de Enlace 5-82

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

consulta DNS criada encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviar quadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP

consulta ARP difundida recebida pelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccedilo MAC da interface do roteador

o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiro roteador podendo agora enviar o quadro contendo a consulta DNS

ARP query

EthPhy

ARP

ARP

ARP reply

antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS

5 Camada de Enlace 5-83

roteador(roda DHCP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

DNS

datagrama IP conteacutem consulta DNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador

datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelos protocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS

demultiplexado pelo servidor DNS

servidor DNS responde ao cliente com o endereccedilo IP de wwwgooglecom

rede da Comcast68800013

servidor DNS

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

Um dia na vidahellip usando DNS

5 Camada de Enlace 5-84

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP

HTTPTCPIP

EthPhy

HTTP

para enviar pedido HTTP cliente primeiro abre um socket TCP para o servidor web segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web

conexatildeo TCP estabelecida64233169105

servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCPIP

EthPhy

SYN

SYN

SYN

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)

5 Camada de Enlace 5-85

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP

HTTPTCPIP

EthPhy

HTTP

solicitaccedilatildeo HTTP enviada para o socket TCP datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhado para wwwgooglecom

datagrama IP com a resposta HTTP eacute encaminhado de volta para o cliente

64233169105

servidor web

HTTPTCPIP

EthPhy

servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTPHTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

paacutegina web finalmente() apresentada

5 Camada de Enlace 5-86

Capiacutetulo 5 Resumo

princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dados detecccedilatildeo correccedilatildeo de erros compartilhamento de canal de difusatildeo acesso

muacuteltiplo endereccedilamento da camada de enlace

instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlace Ethernet LANs comutadas redes virtualizadas como camada de enlace MPLS

siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web

  • Capiacutetulo 5 A Camada de Enlace e Redes Locais
  • Camada de Enlace
  • Camada de Enlace Introduccedilatildeo
  • Camada de Enlace Contexto
  • Serviccedilos da Camada de Enlace
  • Serviccedilos da Camada de Enlace (mais)
  • Onde a camada de enlace eacute implementada
  • Comunicaccedilatildeo entre Adaptadores
  • Camada de Enlace (2)
  • Detecccedilatildeo de Erros
  • Verificaccedilotildees de Paridade
  • Soma de verificaccedilatildeo da Internet
  • Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica (CRC)
  • Exemplo de CRC
  • Implementaccedilatildeo em Hardware
  • Camada de Enlace (3)
  • Enlaces e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolo Ideal de Acesso Muacuteltiplo
  • Taxonomia dos Protocolos MAC
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal TDMA
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal FDMA
  • Protocolos de Acesso Aleatoacuterio
  • Slotted ALOHA
  • Slotted ALOHA (2)
  • Eficiecircncia do Slotted Aloha
  • ALOHA Puro (sem slots)
  • Eficiecircncia do Aloha puro
  • CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)
  • Colisotildees no CSMA
  • CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)
  • Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (2)
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (3)
  • Resumo dos protocolos MAC
  • Camada de Enlace (4)
  • Endereccedilos MAC
  • Endereccedilos MAC (2)
  • Endereccedilo MAC (cont)
  • ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de Resoluccedilatildeo de En
  • Protocolo ARP Mesma LAN (rede)
  • Roteando um pacote para outra LAN
  • Slide 44
  • Camada de Enlace (5)
  • Ethernet
  • Topologia em Estrela
  • Estrutura do Quadro Ethernet
  • Estrutura de Quadro Ethernet (cont)
  • Ethernet natildeo confiaacutevel e natildeo orientado para conexatildeo
  • Algoritmo CSMACD do Ethernet
  • CSMACD da Ethernet (mais)
  • Eficiecircncia do CSMACD
  • Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
  • 10Base5
  • 10Base2
  • 10BaseT
  • Conector RJ 45
  • 100Base-TX
  • Slide 60
  • Carrier Ethernet Defined
  • Camada de Enlace (6)
  • Hubs
  • Comutador (switch)
  • Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
  • Tabela de Comutaccedilatildeo
  • Switch autoaprendizagem
  • Switch FiltragemRepasse de quadros
  • Exemplo de auto aprendizagem e repasse
  • Exemplo com comutador
  • Exemplo com comutador (2)
  • Interligaccedilatildeo de comutadores
  • Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores
  • Rede Institucionalcorporativa
  • Rede institucional
  • Comutadores versus Roteadores
  • Camada de Enlace (7)
  • Siacutentese um dia na vida de um pedido web
  • Um dia na vida cenaacuterio
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet (2)
  • Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
  • Um dia na vidahellip usando DNS
  • Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
  • Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
  • Capiacutetulo 5 Resumo
Page 33: 5: Camada de Enlace 5-1 Capítulo 5: A Camada de Enlace e Redes Locais Nossos objetivos: Entender os princípios por trás dos serviços da camada de enlace

5 Camada de Enlace 5-33

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoProtocolos MAC de divisatildeo de canal

Compartilha o canal eficientemente e de forma justa em altas cargas

Ineficiente em baixas cargas atraso no canal de acesso alocaccedilatildeo de 1N da largura de banda mesmo com apenas 1 noacute ativo

Protocolos MAC de acesso aleatoacuterioeficiente em baixas cargas um uacutenico noacute

pode utilizar completamente o canalAltas cargas overhead com colisotildees

Protocolos de revezamentoProcura oferecer o melhor dos dois mundos

5 Camada de Enlace 5-34

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo

Seleccedilatildeo (Polling) Noacute mestre ldquoconvidardquo

noacutes escravos a transmitir em revezamento

Usado tipicamente com dispositivos escravo burros

Preocupaccedilotildees Overhead com as

consultas (polling) Latecircncia Ponto uacutenico de

falha (mestre)

mestre

escravos

poll

dados

dados

5 Camada de Enlace 5-35

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo

Passagem de permissatildeo (token)

controla permissatildeo passada de um noacute para o proacuteximo de forma sequencial

mensagem de passagem da permissatildeo

preocupaccedilotildees overhead com a

passagem de permissatildeo

latecircncia Ponto uacutenico de falha

(permissatildeo)

T

dados

(nada paramandar)

T

5 Camada de Enlace 5-36

Resumo dos protocolos MAC Divisatildeo do canal por tempo frequumlecircncia ou

coacutedigoDivisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequumlecircncia

Particionamento Aleatoacuterio (dinacircmico) ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDEscutar a portadora faacutecil em algumas

tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)

CSMACD usado na EthernetCSMACA usado no 80211

RevezamentoSeleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto

central passagem de permissotildeesBluetooth FDDI Token Ring (IBM)

5 Camada de Enlace 5-37

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos52 Teacutecnicas de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de

erros 53 Protocolos de acesso muacuteltiplo 54 Endereccedilamento na Camada de Enlace55 Ethernet56 Comutadores da camada de enlace57 PPP o protocolo ponto-a-ponto58 Virtualizaccedilatildeo de enlace uma rede

como camada de enlace59 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de

paacutegina Web

5 Camada de Enlace 5-38

Endereccedilos MAC

Endereccedilo IP de 32 bits Endereccedilos da camada de redeusado para levar o datagrama agrave subrede IP

destinoEndereccedilo MAC (ou LAN ou fiacutesico ou

Ethernet) levar o datagrama de uma interface ateacute outra

interface conectada fisicamente (na mesma rede)

Endereccedilo MAC de 48 bits (para a maioria das redes)bull gravado na ROM do adaptador ou configurado

por software

5 Camada de Enlace 5-39

Endereccedilos MAC

Cada adaptador na LAN possui um endereccedilo MAC uacutenico

Endereccedilo de Broadcast =FF-FF-FF-FF-FF-FF

= adaptador

1A-2F-BB-76-09-AD

58-23-D7-FA-20-B0

0C-C4-11-6F-E3-98

71-65-F7-2B-08-53

LAN(cabeada ousem fio)

5 Camada de Enlace 5-40

Endereccedilo MAC (cont)

Alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC gerenciada pelo IEEE Um fabricante compra uma parte do espaccedilo de

endereccedilos (para garantir unicidade) Analogia (a) endereccedilo MAC como nuacutemero do CPF (b) endereccedilo IP como endereccedilo postal (CEP) endereccedilo MAC tem estrutura linear =gt

portabilidadePode mover um cartatildeo LAN de uma LAN para

outra endereccedilo IP hieraacuterquico NAtildeO eacute portaacutetil (requer IP

moacutevel)Depende da subrede IP agrave qual o noacute estaacute

conectado

5 Camada de Enlace 5-41

ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de Resoluccedilatildeo de Endereccedilos)

Cada noacute IP (Host Roteador) de uma LAN possui tabela ARP

Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN

lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt TTL (Time To Live) tempo

a partir do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute esquecido (valor tiacutepico de 20 min)

Pergunta como obter oendereccedilo MAC de B a partir do endereccedilo IP de B

1A-2F-BB-76-09-AD

58-23-D7-FA-20-B0

0C-C4-11-6F-E3-98

71-65-F7-2B-08-53

LAN

237196723

237196778

237196714

237196788

5 Camada de Enlace 5-42

Protocolo ARP Mesma LAN (rede) A deseja enviar datagrama

para B e o endereccedilo MAC de B natildeo estaacute na tabela ARP

A difunde o pacote de solicitaccedilatildeo ARP que conteacutem o endereccedilo IP de B Endereccedilo MAC destino =

FF-FF-FF-FF-FF-FF todas as maacutequinas na

LAN recebem a consulta do ARP

B recebe o pacote ARP responde a A com o seu (de B) endereccedilo MAC Quadro enviado para o

endereccedilo MAC (unicast) de A

Uma cache (salva) o par de endereccedilos IP-para-MAC na sua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo fique antiquada (expire) lsquosoft statersquo informaccedilatildeo que expira (vai embora) a menos que seja renovada

ARP eacute ldquoplug-and-playrdquo os noacutes criam suas tabelas ARP sem a intervenccedilatildeo do administrador

da rede

5 Camada de Enlace 5-43

Roteando um pacote para outra LAN

passo a passo envio de datagrama de A para B via R assuma que A conhece o endereccedilo IP de B

Duas tabelas ARP no roteador R uma para cada rede IP (LAN)

A

RB

5 Camada de Enlace 5-44

A cria datagrama com origem A destino B A usa ARP para obter o endereccedilo MAC de R para

111111111110 A cria quadro da camada de enlace com o endereccedilo

MAC de R como destino quadro conteacutem datagrama IP de A para B

O adaptador de A envia o quadro O adaptador de R recebe o quadro R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verifica

que eacute destinado para B R usa ARP para obter o endereccedilo MAC de B R cria quadro contendo datagrama IP de A para B e o

envia para B

A

R B

Este eacute um exemplo muito importantendash garanta que vocecirc o entendeu

5 Camada de Enlace 5-45

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos52 Teacutecnicas de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de

erros 53 Protocolos de acesso muacuteltiplo 54 Endereccedilamento na Camada de Enlace55 Ethernet56 Comutadores da camada de enlace57 PPP o protocolo ponto-a-ponto58 Virtualizaccedilatildeo de enlace uma rede

como camada de enlace59 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de

paacutegina Web

5 Camada de Enlace 5-46

Ethernet Muitiacutessimo difundida porque

Muito barata R$30 para placas 10100Mbps A mais antiga das tecnologias de rede local (meados da

deacutecada de 70) Mais simples e menos cara que redes usando ficha ou

ATM Acompanhou o aumento de velocidade 10 Mbps ndash 10

Gbps

Rascunho de Metcalfe sobre o Ethernet

5 Camada de Enlace 5-47

Topologia em Estrela Topologia de barramento popular ateacute meados

dos anos 90 Todos os noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo (podem colidir

um com o outro)

Agora prevalecircncia de topologia em estrela Comutador (switch) no centro Cada porta roda o protocolo Ethernet separadamente (os

noacutes natildeo colidem uns com os outros)

barramento cabo coaxial

switch

estrela

5 Camada de Enlace 5-48

Estrutura do Quadro Ethernet

Adaptador remetente encapsula datagrama IP (ou pacote de outro protocolo da camada de rede) num Quadro Ethernet

Dados 46 a 1500 bytes Preacircmbulo 7 bytes com o padratildeo 10101010 seguidos por um byte

com o padratildeo 10101011 usado para sincronizar receptor ao reloacutegio do

remetente (reloacutegios nunca satildeo exatos eacute muito provaacutevel que exista algum desvio entre eles)

5 Camada de Enlace 5-49

Estrutura de Quadro Ethernet (cont)

Endereccedilos 6 bytes para cada endereccedilo MAC se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo destino igual

ao seu ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede

caso contraacuterio o adaptador descarta o quadro Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior

usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)

CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado

5 Camada de Enlace 5-50

Ethernet natildeo confiaacutevel e natildeo orientado para conexatildeo

Natildeo orientado para conexatildeo Natildeo haacute estabelecimento de conexatildeo (saudaccedilatildeo) entre os adaptadores transmissor e receptor

Natildeo confiaacutevel o adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador transmissorfluxo de datagramas passados para a

camada de rede pode conter falhas na sequumlecircncia

falhas seratildeo preenchidas se aplicaccedilatildeo estiver usando o TCP

caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as falhas Protocolo MAC do Ethernet CSMACD sem slots

5 Camada de Enlace 5-51

Algoritmo CSMACD do Ethernet

1 Adaptador recebe datagrama da camada de rede e cria um quadro

2 Se o adaptador percebe que o canal estaacute ocioso comeccedila a transmitir o quadro Se percebe que o canal estaacute ocupado espera que o canal fique livre e transmite

3 Se o adaptador transmitir todo o quadro sem detectar outra transmissatildeo o adaptador concluiu a operaccedilatildeo com o quadro

4 Se o adaptador detectar outra transmissatildeo enquanto estiver transmitindo aborta e envia sinal de reforccedilo de colisatildeo de 48 bits

5 Apoacutes o aborto o adaptador entra na retirada (backoff) exponencial binaacuteria apoacutes a m-eacutesima colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoriamente entre 012hellip2m-1 O adaptador espera K512 tempos de bit e retorna ao Passo 2

5 Camada de Enlace 5-52

CSMACD da Ethernet (mais)

Sinal de reforccedilo de colisatildeo garante que todos os demais transmissores estejam cientes da colisatildeo 48 bits

Tempo de Bit 01 microseg para Ethernet de 10 Mbpspara K=1023 tempo de espera de cerca de 50 mseg

Retirada Exponencial Binaacuteria

Objetivo adaptar as tentativas de retransmissatildeo agrave carga atual estimada Alta carga espera

aleatoacuteria seraacute mais longa

na primeira colisatildeo escolhe K entre 01 atraso eacute de K 512 tempos de transmissatildeo de um bit

apoacutes a segunda colisatildeo escolhe K entre 0123hellip

apoacutes 10 colisotildees escolhe K entre 01234hellip1023

Vejainteraja com o applet Java siacutetio do livroaltamente recomendaacutevel

5 Camada de Enlace 5-53

Eficiecircncia do CSMACD

tprop = atraso maacuteximo de prop entre 2 noacutes na LAN

ttrans = tempo para transmitir quadro de tamanho maacuteximo

Eficiecircncia vai para 1 agrave medida que tprop vai para 0

ttrans vai para infinito Muito melhor do que ALOHA e ainda eacute

descentralizado simples e barato

transprop tt 51

1eficiecircncia

5 Camada de Enlace 5-54

Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica

Diversos padrotildees Ethernet diferentestecircm em comum o protocolo MAC e o

formato do quadrodiferentes velocidades 2Mbps 10Mbps

100Mbps 1Gbps 10Gbpsdiferentes meios da camada fiacutesica fibra

caboaplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

protocolo MACe formato do quadro

100BASE-TX

100BASE-T4

100BASE-FX100BASE-T2

100BASE-SX 100BASE-BX

camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)

5 Camada de Enlace 5-55

10Base5

httpwwwethermanagecom

5 Camada de Enlace 5-56

10Base2

httpwwwethermanagecom

5 Camada de Enlace 5-57

10BaseT

httpwwwethermanagecom

5 Camada de Enlace 5-58

Conector RJ 45

5 Camada de Enlace 5-59

100Base-TX

httpwwwethermanagecom

5 Camada de Enlace 5-60 10

Wireless Backhaul

Carrier Ethernet Access Expansion

Voice gateway

VoiceVideoTelephony

HD TVTVoD VoD

Video Source

Gaming BusinessBackup ERP

InternetVideo Source

BusinessBroadband

E-Line andE-LAN service

GlobalNationalCarrierEthernet

GlobalNationalCarrierEthernet

SmallMedium Business

Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

ResidentialTriple-Play

FTTx DSLAM Cable Modem

Broadbandmobile datavideo

Bringing vastly extended scalability for business and residential users

ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing

5 Camada de Enlace 5-61

Carrier Ethernet Defined

bull Carrier Ethernet is a ubiquitous standardized carrier-class SERVICE defined by five attributes that distinguish Carrier Ethernet from familiar LAN based Ethernet

bull It brings the compelling business benefit of the Ethernet cost model to achieve significant savings

Carrier Ethernet

bull Scalability

bull Standardized Services

bull Service Management

bull Quality of Service

bull Reliability

Carrier Ethernet Attributes

httpwwwmetroethernetforumorg

5 Camada de Enlace 5-62

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos52 Teacutecnicas de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de acesso muacuteltiplo 54 Endereccedilamento na Camada de Enlace55 Ethernet56 Comutadores da camada de enlace57 PPP o protocolo ponto-a-ponto58 Virtualizaccedilatildeo de enlace uma rede como

camada de enlace59 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina

Web

5 Camada de Enlace 5-63

Hubs

hellip repetidores (ldquoburrosrdquo) da camada fiacutesicabits vindos de um dado link saem por todos

os outros links na mesma taxatodos os noacutes conectados ao hub podem

colidir uns com os outrosnatildeo haacute bufferizaccedilatildeo de quadrosnatildeo implementa CSMACD no hub cartotildees

do hospedeiro detectam as colisotildees

par tranccedilado

hub

5 Camada de Enlace 5-64

Comutador (switch)

Dispositivo da camada de enlace mais inteligentes que os hubs tecircm papel ativo armazena e retransmite quadros Ethernetexamina o cabeccedilalho do quadro e

seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento

transparentehospedeiros ignoram a presenccedila dos

switches plug-and-play self-learning (autodidatas)

os comutadores natildeo necessitam ser configurados

5 Camada de Enlace 5-65

Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas

hospedeiros tecircm conexatildeo direta e dedicada para o switch

os switches armazenam quadros

o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplex cada link eacute o seu proacuteprio

domiacutenio de colisatildeo comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-

para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees isto natildeo eacute possiacutevel com hubs

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

switch com seis interfaces(123456)

1 23

45

6

5 Camada de Enlace 5-66

Tabela de Comutaccedilatildeo

P como eacute que o switch sabe que Arsquo eacute alcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel a partir da interface 5

R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutem (endereccedilo MAC do hospedeiro

interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)

parece uma tabela de roteamento P como satildeo criadas e mantidas as

entradas na tabela de comutaccedilatildeo haacute algo como um protocolo de

roteamento

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

switch with six interfaces(123456)

1 23

45

6

5 Camada de Enlace 5-67

switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfaces quando um quadro eacute

recebido o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada

registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo

Switch autoaprendizagem

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 23

45

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

5 Camada de Enlace 5-685 Camada de Enlace

Switch FiltragemRepasse de quadrosQuando um comutador recebe um quadroregistra o link associado com o hospedeiro

transmissorindexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo

MAC do destinoif entrada encontrada para o destino

then if dest estiver no segmento de onde veio o

quadro then descarta o quadro else repassa o quadro na interface indicada else usa inundaccedilatildeoRepassa o quadro para todas as

demais interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido

5 Camada de Enlace 5-69

Exemplo de auto aprendizagem e repasse

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 23

45

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo

destino do quadro desconhecido inundaccedilatildeo

Arsquo A

local do destino A conhecido

Arsquo 4 60

transmissatildeo seletiva

5 Camada de Enlace 5-70

Exemplo com comutador

Suponha que C envia quadro para D

comutador recebe o quadro vindo de C anota na tabela de comutaccedilatildeo que C estaacute na interface 1 dado que D natildeo se encontra na tabela encaminha o quadro para as

demais interfaces 2 e 3

quadro eacute recebido por D

hub

hub hub

comutador

A

B CD

EF G H

I

endereccedilointerface

ABEG

1123

12 3

5 Camada de Enlace 5-71

Exemplo com comutador

Suponha que D responde com um quadro para C

comutador recebe o quadro vindo de D anota na tabela de comutaccedilatildeo que D estaacute na interface 2 dado que C estaacute na tabela encaminha o quadro apenas na interface

1

quadro eacute recebido por C

hub

hub hub

comutador

A

B CD

EF G H

I

interface

ABEGC

11231

endereccedilo

5 Camada de Enlace 5-72

Interligaccedilatildeo de comutadores

Podemos interligar comutadores (switches)

A

B

P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe que deve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3

R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenico comutador)

S1

C D

E

FS2

S4

S3

HI

G

5 Camada de Enlace 5-73

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde

para C

P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4

A

B

S1

C D

E

FS2

S4

S3

HI

G

1

2

5 Camada de Enlace 5-74

Rede Institucionalcorporativa

5 Camada de Enlace 5-75

Rede institucional

Para redeexterna

roteador

Subrede IP

Servidor de mensagens

Servidor web

5 Camada de Enlace 5-76

Comutadores versus Roteadores ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa

roteadores dispositivos da camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)

comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace roteadores mantecircm tabelas de roteamento

implementam algoritmos de roteamento comutadores mantecircm tabelas de comutaccedilatildeo

implementam filtragem algoritmos de aprendizagem

5 Camada de Enlace 5-77

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos52 Teacutecnicas de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de acesso muacuteltiplo 54 Endereccedilamento na Camada de Enlace55 Ethernet56 Comutadores da camada de enlace57 PPP o protocolo ponto-a-ponto58 Virtualizaccedilatildeo de enlace uma rede como

camada de enlace59 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina

Web

5 Camada de Enlace 5-78

Siacutentese um dia na vida de um pedido web jornada completa atravessando toda a pilha de

protocolos aplicaccedilatildeo transporte rede enlace

colocando tudo junto siacutentese objetivo identificar revisar entender os

protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web

cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom

5 Camada de Enlace 5-79

Um dia na vida cenaacuterio

rede da Comcast68800013

rede do Google64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola68802024

paacutegina web

navegador

5 Camada de Enlace 5-80

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPDHCP

quadro Ethernet difundido (dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador que executa o servidor DHCP

Ethernet demultiplexado para IP demultiplexado para UDP e demultiplexado paraDHCP

o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilo do primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP Solicitaccedilatildeo DHCP encapsulada em UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023 Ethernet

5 Camada de Enlace 5-81

roteador(roda DHCP)

servidor DHCP prepara ACK DHCP contendo endereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiro roteador nome e endereccedilo IP do servidor DNS

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

encapsulamento no servidor DHCP quadro repassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente

Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador

cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

5 Camada de Enlace 5-82

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

consulta DNS criada encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviar quadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP

consulta ARP difundida recebida pelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccedilo MAC da interface do roteador

o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiro roteador podendo agora enviar o quadro contendo a consulta DNS

ARP query

EthPhy

ARP

ARP

ARP reply

antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS

5 Camada de Enlace 5-83

roteador(roda DHCP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

DNS

datagrama IP conteacutem consulta DNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador

datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelos protocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS

demultiplexado pelo servidor DNS

servidor DNS responde ao cliente com o endereccedilo IP de wwwgooglecom

rede da Comcast68800013

servidor DNS

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

Um dia na vidahellip usando DNS

5 Camada de Enlace 5-84

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP

HTTPTCPIP

EthPhy

HTTP

para enviar pedido HTTP cliente primeiro abre um socket TCP para o servidor web segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web

conexatildeo TCP estabelecida64233169105

servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCPIP

EthPhy

SYN

SYN

SYN

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)

5 Camada de Enlace 5-85

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP

HTTPTCPIP

EthPhy

HTTP

solicitaccedilatildeo HTTP enviada para o socket TCP datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhado para wwwgooglecom

datagrama IP com a resposta HTTP eacute encaminhado de volta para o cliente

64233169105

servidor web

HTTPTCPIP

EthPhy

servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTPHTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

paacutegina web finalmente() apresentada

5 Camada de Enlace 5-86

Capiacutetulo 5 Resumo

princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dados detecccedilatildeo correccedilatildeo de erros compartilhamento de canal de difusatildeo acesso

muacuteltiplo endereccedilamento da camada de enlace

instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlace Ethernet LANs comutadas redes virtualizadas como camada de enlace MPLS

siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web

  • Capiacutetulo 5 A Camada de Enlace e Redes Locais
  • Camada de Enlace
  • Camada de Enlace Introduccedilatildeo
  • Camada de Enlace Contexto
  • Serviccedilos da Camada de Enlace
  • Serviccedilos da Camada de Enlace (mais)
  • Onde a camada de enlace eacute implementada
  • Comunicaccedilatildeo entre Adaptadores
  • Camada de Enlace (2)
  • Detecccedilatildeo de Erros
  • Verificaccedilotildees de Paridade
  • Soma de verificaccedilatildeo da Internet
  • Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica (CRC)
  • Exemplo de CRC
  • Implementaccedilatildeo em Hardware
  • Camada de Enlace (3)
  • Enlaces e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolo Ideal de Acesso Muacuteltiplo
  • Taxonomia dos Protocolos MAC
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal TDMA
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal FDMA
  • Protocolos de Acesso Aleatoacuterio
  • Slotted ALOHA
  • Slotted ALOHA (2)
  • Eficiecircncia do Slotted Aloha
  • ALOHA Puro (sem slots)
  • Eficiecircncia do Aloha puro
  • CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)
  • Colisotildees no CSMA
  • CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)
  • Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (2)
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (3)
  • Resumo dos protocolos MAC
  • Camada de Enlace (4)
  • Endereccedilos MAC
  • Endereccedilos MAC (2)
  • Endereccedilo MAC (cont)
  • ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de Resoluccedilatildeo de En
  • Protocolo ARP Mesma LAN (rede)
  • Roteando um pacote para outra LAN
  • Slide 44
  • Camada de Enlace (5)
  • Ethernet
  • Topologia em Estrela
  • Estrutura do Quadro Ethernet
  • Estrutura de Quadro Ethernet (cont)
  • Ethernet natildeo confiaacutevel e natildeo orientado para conexatildeo
  • Algoritmo CSMACD do Ethernet
  • CSMACD da Ethernet (mais)
  • Eficiecircncia do CSMACD
  • Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
  • 10Base5
  • 10Base2
  • 10BaseT
  • Conector RJ 45
  • 100Base-TX
  • Slide 60
  • Carrier Ethernet Defined
  • Camada de Enlace (6)
  • Hubs
  • Comutador (switch)
  • Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
  • Tabela de Comutaccedilatildeo
  • Switch autoaprendizagem
  • Switch FiltragemRepasse de quadros
  • Exemplo de auto aprendizagem e repasse
  • Exemplo com comutador
  • Exemplo com comutador (2)
  • Interligaccedilatildeo de comutadores
  • Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores
  • Rede Institucionalcorporativa
  • Rede institucional
  • Comutadores versus Roteadores
  • Camada de Enlace (7)
  • Siacutentese um dia na vida de um pedido web
  • Um dia na vida cenaacuterio
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet (2)
  • Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
  • Um dia na vidahellip usando DNS
  • Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
  • Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
  • Capiacutetulo 5 Resumo
Page 34: 5: Camada de Enlace 5-1 Capítulo 5: A Camada de Enlace e Redes Locais Nossos objetivos: Entender os princípios por trás dos serviços da camada de enlace

5 Camada de Enlace 5-34

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo

Seleccedilatildeo (Polling) Noacute mestre ldquoconvidardquo

noacutes escravos a transmitir em revezamento

Usado tipicamente com dispositivos escravo burros

Preocupaccedilotildees Overhead com as

consultas (polling) Latecircncia Ponto uacutenico de

falha (mestre)

mestre

escravos

poll

dados

dados

5 Camada de Enlace 5-35

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo

Passagem de permissatildeo (token)

controla permissatildeo passada de um noacute para o proacuteximo de forma sequencial

mensagem de passagem da permissatildeo

preocupaccedilotildees overhead com a

passagem de permissatildeo

latecircncia Ponto uacutenico de falha

(permissatildeo)

T

dados

(nada paramandar)

T

5 Camada de Enlace 5-36

Resumo dos protocolos MAC Divisatildeo do canal por tempo frequumlecircncia ou

coacutedigoDivisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequumlecircncia

Particionamento Aleatoacuterio (dinacircmico) ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDEscutar a portadora faacutecil em algumas

tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)

CSMACD usado na EthernetCSMACA usado no 80211

RevezamentoSeleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto

central passagem de permissotildeesBluetooth FDDI Token Ring (IBM)

5 Camada de Enlace 5-37

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos52 Teacutecnicas de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de

erros 53 Protocolos de acesso muacuteltiplo 54 Endereccedilamento na Camada de Enlace55 Ethernet56 Comutadores da camada de enlace57 PPP o protocolo ponto-a-ponto58 Virtualizaccedilatildeo de enlace uma rede

como camada de enlace59 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de

paacutegina Web

5 Camada de Enlace 5-38

Endereccedilos MAC

Endereccedilo IP de 32 bits Endereccedilos da camada de redeusado para levar o datagrama agrave subrede IP

destinoEndereccedilo MAC (ou LAN ou fiacutesico ou

Ethernet) levar o datagrama de uma interface ateacute outra

interface conectada fisicamente (na mesma rede)

Endereccedilo MAC de 48 bits (para a maioria das redes)bull gravado na ROM do adaptador ou configurado

por software

5 Camada de Enlace 5-39

Endereccedilos MAC

Cada adaptador na LAN possui um endereccedilo MAC uacutenico

Endereccedilo de Broadcast =FF-FF-FF-FF-FF-FF

= adaptador

1A-2F-BB-76-09-AD

58-23-D7-FA-20-B0

0C-C4-11-6F-E3-98

71-65-F7-2B-08-53

LAN(cabeada ousem fio)

5 Camada de Enlace 5-40

Endereccedilo MAC (cont)

Alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC gerenciada pelo IEEE Um fabricante compra uma parte do espaccedilo de

endereccedilos (para garantir unicidade) Analogia (a) endereccedilo MAC como nuacutemero do CPF (b) endereccedilo IP como endereccedilo postal (CEP) endereccedilo MAC tem estrutura linear =gt

portabilidadePode mover um cartatildeo LAN de uma LAN para

outra endereccedilo IP hieraacuterquico NAtildeO eacute portaacutetil (requer IP

moacutevel)Depende da subrede IP agrave qual o noacute estaacute

conectado

5 Camada de Enlace 5-41

ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de Resoluccedilatildeo de Endereccedilos)

Cada noacute IP (Host Roteador) de uma LAN possui tabela ARP

Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN

lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt TTL (Time To Live) tempo

a partir do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute esquecido (valor tiacutepico de 20 min)

Pergunta como obter oendereccedilo MAC de B a partir do endereccedilo IP de B

1A-2F-BB-76-09-AD

58-23-D7-FA-20-B0

0C-C4-11-6F-E3-98

71-65-F7-2B-08-53

LAN

237196723

237196778

237196714

237196788

5 Camada de Enlace 5-42

Protocolo ARP Mesma LAN (rede) A deseja enviar datagrama

para B e o endereccedilo MAC de B natildeo estaacute na tabela ARP

A difunde o pacote de solicitaccedilatildeo ARP que conteacutem o endereccedilo IP de B Endereccedilo MAC destino =

FF-FF-FF-FF-FF-FF todas as maacutequinas na

LAN recebem a consulta do ARP

B recebe o pacote ARP responde a A com o seu (de B) endereccedilo MAC Quadro enviado para o

endereccedilo MAC (unicast) de A

Uma cache (salva) o par de endereccedilos IP-para-MAC na sua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo fique antiquada (expire) lsquosoft statersquo informaccedilatildeo que expira (vai embora) a menos que seja renovada

ARP eacute ldquoplug-and-playrdquo os noacutes criam suas tabelas ARP sem a intervenccedilatildeo do administrador

da rede

5 Camada de Enlace 5-43

Roteando um pacote para outra LAN

passo a passo envio de datagrama de A para B via R assuma que A conhece o endereccedilo IP de B

Duas tabelas ARP no roteador R uma para cada rede IP (LAN)

A

RB

5 Camada de Enlace 5-44

A cria datagrama com origem A destino B A usa ARP para obter o endereccedilo MAC de R para

111111111110 A cria quadro da camada de enlace com o endereccedilo

MAC de R como destino quadro conteacutem datagrama IP de A para B

O adaptador de A envia o quadro O adaptador de R recebe o quadro R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verifica

que eacute destinado para B R usa ARP para obter o endereccedilo MAC de B R cria quadro contendo datagrama IP de A para B e o

envia para B

A

R B

Este eacute um exemplo muito importantendash garanta que vocecirc o entendeu

5 Camada de Enlace 5-45

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos52 Teacutecnicas de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de

erros 53 Protocolos de acesso muacuteltiplo 54 Endereccedilamento na Camada de Enlace55 Ethernet56 Comutadores da camada de enlace57 PPP o protocolo ponto-a-ponto58 Virtualizaccedilatildeo de enlace uma rede

como camada de enlace59 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de

paacutegina Web

5 Camada de Enlace 5-46

Ethernet Muitiacutessimo difundida porque

Muito barata R$30 para placas 10100Mbps A mais antiga das tecnologias de rede local (meados da

deacutecada de 70) Mais simples e menos cara que redes usando ficha ou

ATM Acompanhou o aumento de velocidade 10 Mbps ndash 10

Gbps

Rascunho de Metcalfe sobre o Ethernet

5 Camada de Enlace 5-47

Topologia em Estrela Topologia de barramento popular ateacute meados

dos anos 90 Todos os noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo (podem colidir

um com o outro)

Agora prevalecircncia de topologia em estrela Comutador (switch) no centro Cada porta roda o protocolo Ethernet separadamente (os

noacutes natildeo colidem uns com os outros)

barramento cabo coaxial

switch

estrela

5 Camada de Enlace 5-48

Estrutura do Quadro Ethernet

Adaptador remetente encapsula datagrama IP (ou pacote de outro protocolo da camada de rede) num Quadro Ethernet

Dados 46 a 1500 bytes Preacircmbulo 7 bytes com o padratildeo 10101010 seguidos por um byte

com o padratildeo 10101011 usado para sincronizar receptor ao reloacutegio do

remetente (reloacutegios nunca satildeo exatos eacute muito provaacutevel que exista algum desvio entre eles)

5 Camada de Enlace 5-49

Estrutura de Quadro Ethernet (cont)

Endereccedilos 6 bytes para cada endereccedilo MAC se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo destino igual

ao seu ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede

caso contraacuterio o adaptador descarta o quadro Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior

usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)

CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado

5 Camada de Enlace 5-50

Ethernet natildeo confiaacutevel e natildeo orientado para conexatildeo

Natildeo orientado para conexatildeo Natildeo haacute estabelecimento de conexatildeo (saudaccedilatildeo) entre os adaptadores transmissor e receptor

Natildeo confiaacutevel o adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador transmissorfluxo de datagramas passados para a

camada de rede pode conter falhas na sequumlecircncia

falhas seratildeo preenchidas se aplicaccedilatildeo estiver usando o TCP

caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as falhas Protocolo MAC do Ethernet CSMACD sem slots

5 Camada de Enlace 5-51

Algoritmo CSMACD do Ethernet

1 Adaptador recebe datagrama da camada de rede e cria um quadro

2 Se o adaptador percebe que o canal estaacute ocioso comeccedila a transmitir o quadro Se percebe que o canal estaacute ocupado espera que o canal fique livre e transmite

3 Se o adaptador transmitir todo o quadro sem detectar outra transmissatildeo o adaptador concluiu a operaccedilatildeo com o quadro

4 Se o adaptador detectar outra transmissatildeo enquanto estiver transmitindo aborta e envia sinal de reforccedilo de colisatildeo de 48 bits

5 Apoacutes o aborto o adaptador entra na retirada (backoff) exponencial binaacuteria apoacutes a m-eacutesima colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoriamente entre 012hellip2m-1 O adaptador espera K512 tempos de bit e retorna ao Passo 2

5 Camada de Enlace 5-52

CSMACD da Ethernet (mais)

Sinal de reforccedilo de colisatildeo garante que todos os demais transmissores estejam cientes da colisatildeo 48 bits

Tempo de Bit 01 microseg para Ethernet de 10 Mbpspara K=1023 tempo de espera de cerca de 50 mseg

Retirada Exponencial Binaacuteria

Objetivo adaptar as tentativas de retransmissatildeo agrave carga atual estimada Alta carga espera

aleatoacuteria seraacute mais longa

na primeira colisatildeo escolhe K entre 01 atraso eacute de K 512 tempos de transmissatildeo de um bit

apoacutes a segunda colisatildeo escolhe K entre 0123hellip

apoacutes 10 colisotildees escolhe K entre 01234hellip1023

Vejainteraja com o applet Java siacutetio do livroaltamente recomendaacutevel

5 Camada de Enlace 5-53

Eficiecircncia do CSMACD

tprop = atraso maacuteximo de prop entre 2 noacutes na LAN

ttrans = tempo para transmitir quadro de tamanho maacuteximo

Eficiecircncia vai para 1 agrave medida que tprop vai para 0

ttrans vai para infinito Muito melhor do que ALOHA e ainda eacute

descentralizado simples e barato

transprop tt 51

1eficiecircncia

5 Camada de Enlace 5-54

Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica

Diversos padrotildees Ethernet diferentestecircm em comum o protocolo MAC e o

formato do quadrodiferentes velocidades 2Mbps 10Mbps

100Mbps 1Gbps 10Gbpsdiferentes meios da camada fiacutesica fibra

caboaplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

protocolo MACe formato do quadro

100BASE-TX

100BASE-T4

100BASE-FX100BASE-T2

100BASE-SX 100BASE-BX

camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)

5 Camada de Enlace 5-55

10Base5

httpwwwethermanagecom

5 Camada de Enlace 5-56

10Base2

httpwwwethermanagecom

5 Camada de Enlace 5-57

10BaseT

httpwwwethermanagecom

5 Camada de Enlace 5-58

Conector RJ 45

5 Camada de Enlace 5-59

100Base-TX

httpwwwethermanagecom

5 Camada de Enlace 5-60 10

Wireless Backhaul

Carrier Ethernet Access Expansion

Voice gateway

VoiceVideoTelephony

HD TVTVoD VoD

Video Source

Gaming BusinessBackup ERP

InternetVideo Source

BusinessBroadband

E-Line andE-LAN service

GlobalNationalCarrierEthernet

GlobalNationalCarrierEthernet

SmallMedium Business

Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

ResidentialTriple-Play

FTTx DSLAM Cable Modem

Broadbandmobile datavideo

Bringing vastly extended scalability for business and residential users

ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing

5 Camada de Enlace 5-61

Carrier Ethernet Defined

bull Carrier Ethernet is a ubiquitous standardized carrier-class SERVICE defined by five attributes that distinguish Carrier Ethernet from familiar LAN based Ethernet

bull It brings the compelling business benefit of the Ethernet cost model to achieve significant savings

Carrier Ethernet

bull Scalability

bull Standardized Services

bull Service Management

bull Quality of Service

bull Reliability

Carrier Ethernet Attributes

httpwwwmetroethernetforumorg

5 Camada de Enlace 5-62

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos52 Teacutecnicas de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de acesso muacuteltiplo 54 Endereccedilamento na Camada de Enlace55 Ethernet56 Comutadores da camada de enlace57 PPP o protocolo ponto-a-ponto58 Virtualizaccedilatildeo de enlace uma rede como

camada de enlace59 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina

Web

5 Camada de Enlace 5-63

Hubs

hellip repetidores (ldquoburrosrdquo) da camada fiacutesicabits vindos de um dado link saem por todos

os outros links na mesma taxatodos os noacutes conectados ao hub podem

colidir uns com os outrosnatildeo haacute bufferizaccedilatildeo de quadrosnatildeo implementa CSMACD no hub cartotildees

do hospedeiro detectam as colisotildees

par tranccedilado

hub

5 Camada de Enlace 5-64

Comutador (switch)

Dispositivo da camada de enlace mais inteligentes que os hubs tecircm papel ativo armazena e retransmite quadros Ethernetexamina o cabeccedilalho do quadro e

seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento

transparentehospedeiros ignoram a presenccedila dos

switches plug-and-play self-learning (autodidatas)

os comutadores natildeo necessitam ser configurados

5 Camada de Enlace 5-65

Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas

hospedeiros tecircm conexatildeo direta e dedicada para o switch

os switches armazenam quadros

o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplex cada link eacute o seu proacuteprio

domiacutenio de colisatildeo comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-

para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees isto natildeo eacute possiacutevel com hubs

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

switch com seis interfaces(123456)

1 23

45

6

5 Camada de Enlace 5-66

Tabela de Comutaccedilatildeo

P como eacute que o switch sabe que Arsquo eacute alcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel a partir da interface 5

R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutem (endereccedilo MAC do hospedeiro

interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)

parece uma tabela de roteamento P como satildeo criadas e mantidas as

entradas na tabela de comutaccedilatildeo haacute algo como um protocolo de

roteamento

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

switch with six interfaces(123456)

1 23

45

6

5 Camada de Enlace 5-67

switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfaces quando um quadro eacute

recebido o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada

registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo

Switch autoaprendizagem

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 23

45

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

5 Camada de Enlace 5-685 Camada de Enlace

Switch FiltragemRepasse de quadrosQuando um comutador recebe um quadroregistra o link associado com o hospedeiro

transmissorindexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo

MAC do destinoif entrada encontrada para o destino

then if dest estiver no segmento de onde veio o

quadro then descarta o quadro else repassa o quadro na interface indicada else usa inundaccedilatildeoRepassa o quadro para todas as

demais interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido

5 Camada de Enlace 5-69

Exemplo de auto aprendizagem e repasse

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 23

45

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo

destino do quadro desconhecido inundaccedilatildeo

Arsquo A

local do destino A conhecido

Arsquo 4 60

transmissatildeo seletiva

5 Camada de Enlace 5-70

Exemplo com comutador

Suponha que C envia quadro para D

comutador recebe o quadro vindo de C anota na tabela de comutaccedilatildeo que C estaacute na interface 1 dado que D natildeo se encontra na tabela encaminha o quadro para as

demais interfaces 2 e 3

quadro eacute recebido por D

hub

hub hub

comutador

A

B CD

EF G H

I

endereccedilointerface

ABEG

1123

12 3

5 Camada de Enlace 5-71

Exemplo com comutador

Suponha que D responde com um quadro para C

comutador recebe o quadro vindo de D anota na tabela de comutaccedilatildeo que D estaacute na interface 2 dado que C estaacute na tabela encaminha o quadro apenas na interface

1

quadro eacute recebido por C

hub

hub hub

comutador

A

B CD

EF G H

I

interface

ABEGC

11231

endereccedilo

5 Camada de Enlace 5-72

Interligaccedilatildeo de comutadores

Podemos interligar comutadores (switches)

A

B

P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe que deve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3

R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenico comutador)

S1

C D

E

FS2

S4

S3

HI

G

5 Camada de Enlace 5-73

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde

para C

P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4

A

B

S1

C D

E

FS2

S4

S3

HI

G

1

2

5 Camada de Enlace 5-74

Rede Institucionalcorporativa

5 Camada de Enlace 5-75

Rede institucional

Para redeexterna

roteador

Subrede IP

Servidor de mensagens

Servidor web

5 Camada de Enlace 5-76

Comutadores versus Roteadores ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa

roteadores dispositivos da camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)

comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace roteadores mantecircm tabelas de roteamento

implementam algoritmos de roteamento comutadores mantecircm tabelas de comutaccedilatildeo

implementam filtragem algoritmos de aprendizagem

5 Camada de Enlace 5-77

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos52 Teacutecnicas de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de acesso muacuteltiplo 54 Endereccedilamento na Camada de Enlace55 Ethernet56 Comutadores da camada de enlace57 PPP o protocolo ponto-a-ponto58 Virtualizaccedilatildeo de enlace uma rede como

camada de enlace59 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina

Web

5 Camada de Enlace 5-78

Siacutentese um dia na vida de um pedido web jornada completa atravessando toda a pilha de

protocolos aplicaccedilatildeo transporte rede enlace

colocando tudo junto siacutentese objetivo identificar revisar entender os

protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web

cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom

5 Camada de Enlace 5-79

Um dia na vida cenaacuterio

rede da Comcast68800013

rede do Google64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola68802024

paacutegina web

navegador

5 Camada de Enlace 5-80

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPDHCP

quadro Ethernet difundido (dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador que executa o servidor DHCP

Ethernet demultiplexado para IP demultiplexado para UDP e demultiplexado paraDHCP

o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilo do primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP Solicitaccedilatildeo DHCP encapsulada em UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023 Ethernet

5 Camada de Enlace 5-81

roteador(roda DHCP)

servidor DHCP prepara ACK DHCP contendo endereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiro roteador nome e endereccedilo IP do servidor DNS

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

encapsulamento no servidor DHCP quadro repassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente

Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador

cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

5 Camada de Enlace 5-82

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

consulta DNS criada encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviar quadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP

consulta ARP difundida recebida pelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccedilo MAC da interface do roteador

o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiro roteador podendo agora enviar o quadro contendo a consulta DNS

ARP query

EthPhy

ARP

ARP

ARP reply

antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS

5 Camada de Enlace 5-83

roteador(roda DHCP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

DNS

datagrama IP conteacutem consulta DNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador

datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelos protocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS

demultiplexado pelo servidor DNS

servidor DNS responde ao cliente com o endereccedilo IP de wwwgooglecom

rede da Comcast68800013

servidor DNS

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

Um dia na vidahellip usando DNS

5 Camada de Enlace 5-84

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP

HTTPTCPIP

EthPhy

HTTP

para enviar pedido HTTP cliente primeiro abre um socket TCP para o servidor web segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web

conexatildeo TCP estabelecida64233169105

servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCPIP

EthPhy

SYN

SYN

SYN

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)

5 Camada de Enlace 5-85

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP

HTTPTCPIP

EthPhy

HTTP

solicitaccedilatildeo HTTP enviada para o socket TCP datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhado para wwwgooglecom

datagrama IP com a resposta HTTP eacute encaminhado de volta para o cliente

64233169105

servidor web

HTTPTCPIP

EthPhy

servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTPHTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

paacutegina web finalmente() apresentada

5 Camada de Enlace 5-86

Capiacutetulo 5 Resumo

princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dados detecccedilatildeo correccedilatildeo de erros compartilhamento de canal de difusatildeo acesso

muacuteltiplo endereccedilamento da camada de enlace

instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlace Ethernet LANs comutadas redes virtualizadas como camada de enlace MPLS

siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web

  • Capiacutetulo 5 A Camada de Enlace e Redes Locais
  • Camada de Enlace
  • Camada de Enlace Introduccedilatildeo
  • Camada de Enlace Contexto
  • Serviccedilos da Camada de Enlace
  • Serviccedilos da Camada de Enlace (mais)
  • Onde a camada de enlace eacute implementada
  • Comunicaccedilatildeo entre Adaptadores
  • Camada de Enlace (2)
  • Detecccedilatildeo de Erros
  • Verificaccedilotildees de Paridade
  • Soma de verificaccedilatildeo da Internet
  • Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica (CRC)
  • Exemplo de CRC
  • Implementaccedilatildeo em Hardware
  • Camada de Enlace (3)
  • Enlaces e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolo Ideal de Acesso Muacuteltiplo
  • Taxonomia dos Protocolos MAC
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal TDMA
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal FDMA
  • Protocolos de Acesso Aleatoacuterio
  • Slotted ALOHA
  • Slotted ALOHA (2)
  • Eficiecircncia do Slotted Aloha
  • ALOHA Puro (sem slots)
  • Eficiecircncia do Aloha puro
  • CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)
  • Colisotildees no CSMA
  • CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)
  • Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (2)
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (3)
  • Resumo dos protocolos MAC
  • Camada de Enlace (4)
  • Endereccedilos MAC
  • Endereccedilos MAC (2)
  • Endereccedilo MAC (cont)
  • ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de Resoluccedilatildeo de En
  • Protocolo ARP Mesma LAN (rede)
  • Roteando um pacote para outra LAN
  • Slide 44
  • Camada de Enlace (5)
  • Ethernet
  • Topologia em Estrela
  • Estrutura do Quadro Ethernet
  • Estrutura de Quadro Ethernet (cont)
  • Ethernet natildeo confiaacutevel e natildeo orientado para conexatildeo
  • Algoritmo CSMACD do Ethernet
  • CSMACD da Ethernet (mais)
  • Eficiecircncia do CSMACD
  • Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
  • 10Base5
  • 10Base2
  • 10BaseT
  • Conector RJ 45
  • 100Base-TX
  • Slide 60
  • Carrier Ethernet Defined
  • Camada de Enlace (6)
  • Hubs
  • Comutador (switch)
  • Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
  • Tabela de Comutaccedilatildeo
  • Switch autoaprendizagem
  • Switch FiltragemRepasse de quadros
  • Exemplo de auto aprendizagem e repasse
  • Exemplo com comutador
  • Exemplo com comutador (2)
  • Interligaccedilatildeo de comutadores
  • Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores
  • Rede Institucionalcorporativa
  • Rede institucional
  • Comutadores versus Roteadores
  • Camada de Enlace (7)
  • Siacutentese um dia na vida de um pedido web
  • Um dia na vida cenaacuterio
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet (2)
  • Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
  • Um dia na vidahellip usando DNS
  • Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
  • Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
  • Capiacutetulo 5 Resumo
Page 35: 5: Camada de Enlace 5-1 Capítulo 5: A Camada de Enlace e Redes Locais Nossos objetivos: Entender os princípios por trás dos serviços da camada de enlace

5 Camada de Enlace 5-35

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo

Passagem de permissatildeo (token)

controla permissatildeo passada de um noacute para o proacuteximo de forma sequencial

mensagem de passagem da permissatildeo

preocupaccedilotildees overhead com a

passagem de permissatildeo

latecircncia Ponto uacutenico de falha

(permissatildeo)

T

dados

(nada paramandar)

T

5 Camada de Enlace 5-36

Resumo dos protocolos MAC Divisatildeo do canal por tempo frequumlecircncia ou

coacutedigoDivisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequumlecircncia

Particionamento Aleatoacuterio (dinacircmico) ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDEscutar a portadora faacutecil em algumas

tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)

CSMACD usado na EthernetCSMACA usado no 80211

RevezamentoSeleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto

central passagem de permissotildeesBluetooth FDDI Token Ring (IBM)

5 Camada de Enlace 5-37

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos52 Teacutecnicas de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de

erros 53 Protocolos de acesso muacuteltiplo 54 Endereccedilamento na Camada de Enlace55 Ethernet56 Comutadores da camada de enlace57 PPP o protocolo ponto-a-ponto58 Virtualizaccedilatildeo de enlace uma rede

como camada de enlace59 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de

paacutegina Web

5 Camada de Enlace 5-38

Endereccedilos MAC

Endereccedilo IP de 32 bits Endereccedilos da camada de redeusado para levar o datagrama agrave subrede IP

destinoEndereccedilo MAC (ou LAN ou fiacutesico ou

Ethernet) levar o datagrama de uma interface ateacute outra

interface conectada fisicamente (na mesma rede)

Endereccedilo MAC de 48 bits (para a maioria das redes)bull gravado na ROM do adaptador ou configurado

por software

5 Camada de Enlace 5-39

Endereccedilos MAC

Cada adaptador na LAN possui um endereccedilo MAC uacutenico

Endereccedilo de Broadcast =FF-FF-FF-FF-FF-FF

= adaptador

1A-2F-BB-76-09-AD

58-23-D7-FA-20-B0

0C-C4-11-6F-E3-98

71-65-F7-2B-08-53

LAN(cabeada ousem fio)

5 Camada de Enlace 5-40

Endereccedilo MAC (cont)

Alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC gerenciada pelo IEEE Um fabricante compra uma parte do espaccedilo de

endereccedilos (para garantir unicidade) Analogia (a) endereccedilo MAC como nuacutemero do CPF (b) endereccedilo IP como endereccedilo postal (CEP) endereccedilo MAC tem estrutura linear =gt

portabilidadePode mover um cartatildeo LAN de uma LAN para

outra endereccedilo IP hieraacuterquico NAtildeO eacute portaacutetil (requer IP

moacutevel)Depende da subrede IP agrave qual o noacute estaacute

conectado

5 Camada de Enlace 5-41

ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de Resoluccedilatildeo de Endereccedilos)

Cada noacute IP (Host Roteador) de uma LAN possui tabela ARP

Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN

lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt TTL (Time To Live) tempo

a partir do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute esquecido (valor tiacutepico de 20 min)

Pergunta como obter oendereccedilo MAC de B a partir do endereccedilo IP de B

1A-2F-BB-76-09-AD

58-23-D7-FA-20-B0

0C-C4-11-6F-E3-98

71-65-F7-2B-08-53

LAN

237196723

237196778

237196714

237196788

5 Camada de Enlace 5-42

Protocolo ARP Mesma LAN (rede) A deseja enviar datagrama

para B e o endereccedilo MAC de B natildeo estaacute na tabela ARP

A difunde o pacote de solicitaccedilatildeo ARP que conteacutem o endereccedilo IP de B Endereccedilo MAC destino =

FF-FF-FF-FF-FF-FF todas as maacutequinas na

LAN recebem a consulta do ARP

B recebe o pacote ARP responde a A com o seu (de B) endereccedilo MAC Quadro enviado para o

endereccedilo MAC (unicast) de A

Uma cache (salva) o par de endereccedilos IP-para-MAC na sua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo fique antiquada (expire) lsquosoft statersquo informaccedilatildeo que expira (vai embora) a menos que seja renovada

ARP eacute ldquoplug-and-playrdquo os noacutes criam suas tabelas ARP sem a intervenccedilatildeo do administrador

da rede

5 Camada de Enlace 5-43

Roteando um pacote para outra LAN

passo a passo envio de datagrama de A para B via R assuma que A conhece o endereccedilo IP de B

Duas tabelas ARP no roteador R uma para cada rede IP (LAN)

A

RB

5 Camada de Enlace 5-44

A cria datagrama com origem A destino B A usa ARP para obter o endereccedilo MAC de R para

111111111110 A cria quadro da camada de enlace com o endereccedilo

MAC de R como destino quadro conteacutem datagrama IP de A para B

O adaptador de A envia o quadro O adaptador de R recebe o quadro R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verifica

que eacute destinado para B R usa ARP para obter o endereccedilo MAC de B R cria quadro contendo datagrama IP de A para B e o

envia para B

A

R B

Este eacute um exemplo muito importantendash garanta que vocecirc o entendeu

5 Camada de Enlace 5-45

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos52 Teacutecnicas de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de

erros 53 Protocolos de acesso muacuteltiplo 54 Endereccedilamento na Camada de Enlace55 Ethernet56 Comutadores da camada de enlace57 PPP o protocolo ponto-a-ponto58 Virtualizaccedilatildeo de enlace uma rede

como camada de enlace59 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de

paacutegina Web

5 Camada de Enlace 5-46

Ethernet Muitiacutessimo difundida porque

Muito barata R$30 para placas 10100Mbps A mais antiga das tecnologias de rede local (meados da

deacutecada de 70) Mais simples e menos cara que redes usando ficha ou

ATM Acompanhou o aumento de velocidade 10 Mbps ndash 10

Gbps

Rascunho de Metcalfe sobre o Ethernet

5 Camada de Enlace 5-47

Topologia em Estrela Topologia de barramento popular ateacute meados

dos anos 90 Todos os noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo (podem colidir

um com o outro)

Agora prevalecircncia de topologia em estrela Comutador (switch) no centro Cada porta roda o protocolo Ethernet separadamente (os

noacutes natildeo colidem uns com os outros)

barramento cabo coaxial

switch

estrela

5 Camada de Enlace 5-48

Estrutura do Quadro Ethernet

Adaptador remetente encapsula datagrama IP (ou pacote de outro protocolo da camada de rede) num Quadro Ethernet

Dados 46 a 1500 bytes Preacircmbulo 7 bytes com o padratildeo 10101010 seguidos por um byte

com o padratildeo 10101011 usado para sincronizar receptor ao reloacutegio do

remetente (reloacutegios nunca satildeo exatos eacute muito provaacutevel que exista algum desvio entre eles)

5 Camada de Enlace 5-49

Estrutura de Quadro Ethernet (cont)

Endereccedilos 6 bytes para cada endereccedilo MAC se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo destino igual

ao seu ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede

caso contraacuterio o adaptador descarta o quadro Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior

usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)

CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado

5 Camada de Enlace 5-50

Ethernet natildeo confiaacutevel e natildeo orientado para conexatildeo

Natildeo orientado para conexatildeo Natildeo haacute estabelecimento de conexatildeo (saudaccedilatildeo) entre os adaptadores transmissor e receptor

Natildeo confiaacutevel o adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador transmissorfluxo de datagramas passados para a

camada de rede pode conter falhas na sequumlecircncia

falhas seratildeo preenchidas se aplicaccedilatildeo estiver usando o TCP

caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as falhas Protocolo MAC do Ethernet CSMACD sem slots

5 Camada de Enlace 5-51

Algoritmo CSMACD do Ethernet

1 Adaptador recebe datagrama da camada de rede e cria um quadro

2 Se o adaptador percebe que o canal estaacute ocioso comeccedila a transmitir o quadro Se percebe que o canal estaacute ocupado espera que o canal fique livre e transmite

3 Se o adaptador transmitir todo o quadro sem detectar outra transmissatildeo o adaptador concluiu a operaccedilatildeo com o quadro

4 Se o adaptador detectar outra transmissatildeo enquanto estiver transmitindo aborta e envia sinal de reforccedilo de colisatildeo de 48 bits

5 Apoacutes o aborto o adaptador entra na retirada (backoff) exponencial binaacuteria apoacutes a m-eacutesima colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoriamente entre 012hellip2m-1 O adaptador espera K512 tempos de bit e retorna ao Passo 2

5 Camada de Enlace 5-52

CSMACD da Ethernet (mais)

Sinal de reforccedilo de colisatildeo garante que todos os demais transmissores estejam cientes da colisatildeo 48 bits

Tempo de Bit 01 microseg para Ethernet de 10 Mbpspara K=1023 tempo de espera de cerca de 50 mseg

Retirada Exponencial Binaacuteria

Objetivo adaptar as tentativas de retransmissatildeo agrave carga atual estimada Alta carga espera

aleatoacuteria seraacute mais longa

na primeira colisatildeo escolhe K entre 01 atraso eacute de K 512 tempos de transmissatildeo de um bit

apoacutes a segunda colisatildeo escolhe K entre 0123hellip

apoacutes 10 colisotildees escolhe K entre 01234hellip1023

Vejainteraja com o applet Java siacutetio do livroaltamente recomendaacutevel

5 Camada de Enlace 5-53

Eficiecircncia do CSMACD

tprop = atraso maacuteximo de prop entre 2 noacutes na LAN

ttrans = tempo para transmitir quadro de tamanho maacuteximo

Eficiecircncia vai para 1 agrave medida que tprop vai para 0

ttrans vai para infinito Muito melhor do que ALOHA e ainda eacute

descentralizado simples e barato

transprop tt 51

1eficiecircncia

5 Camada de Enlace 5-54

Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica

Diversos padrotildees Ethernet diferentestecircm em comum o protocolo MAC e o

formato do quadrodiferentes velocidades 2Mbps 10Mbps

100Mbps 1Gbps 10Gbpsdiferentes meios da camada fiacutesica fibra

caboaplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

protocolo MACe formato do quadro

100BASE-TX

100BASE-T4

100BASE-FX100BASE-T2

100BASE-SX 100BASE-BX

camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)

5 Camada de Enlace 5-55

10Base5

httpwwwethermanagecom

5 Camada de Enlace 5-56

10Base2

httpwwwethermanagecom

5 Camada de Enlace 5-57

10BaseT

httpwwwethermanagecom

5 Camada de Enlace 5-58

Conector RJ 45

5 Camada de Enlace 5-59

100Base-TX

httpwwwethermanagecom

5 Camada de Enlace 5-60 10

Wireless Backhaul

Carrier Ethernet Access Expansion

Voice gateway

VoiceVideoTelephony

HD TVTVoD VoD

Video Source

Gaming BusinessBackup ERP

InternetVideo Source

BusinessBroadband

E-Line andE-LAN service

GlobalNationalCarrierEthernet

GlobalNationalCarrierEthernet

SmallMedium Business

Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

ResidentialTriple-Play

FTTx DSLAM Cable Modem

Broadbandmobile datavideo

Bringing vastly extended scalability for business and residential users

ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing

5 Camada de Enlace 5-61

Carrier Ethernet Defined

bull Carrier Ethernet is a ubiquitous standardized carrier-class SERVICE defined by five attributes that distinguish Carrier Ethernet from familiar LAN based Ethernet

bull It brings the compelling business benefit of the Ethernet cost model to achieve significant savings

Carrier Ethernet

bull Scalability

bull Standardized Services

bull Service Management

bull Quality of Service

bull Reliability

Carrier Ethernet Attributes

httpwwwmetroethernetforumorg

5 Camada de Enlace 5-62

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos52 Teacutecnicas de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de acesso muacuteltiplo 54 Endereccedilamento na Camada de Enlace55 Ethernet56 Comutadores da camada de enlace57 PPP o protocolo ponto-a-ponto58 Virtualizaccedilatildeo de enlace uma rede como

camada de enlace59 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina

Web

5 Camada de Enlace 5-63

Hubs

hellip repetidores (ldquoburrosrdquo) da camada fiacutesicabits vindos de um dado link saem por todos

os outros links na mesma taxatodos os noacutes conectados ao hub podem

colidir uns com os outrosnatildeo haacute bufferizaccedilatildeo de quadrosnatildeo implementa CSMACD no hub cartotildees

do hospedeiro detectam as colisotildees

par tranccedilado

hub

5 Camada de Enlace 5-64

Comutador (switch)

Dispositivo da camada de enlace mais inteligentes que os hubs tecircm papel ativo armazena e retransmite quadros Ethernetexamina o cabeccedilalho do quadro e

seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento

transparentehospedeiros ignoram a presenccedila dos

switches plug-and-play self-learning (autodidatas)

os comutadores natildeo necessitam ser configurados

5 Camada de Enlace 5-65

Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas

hospedeiros tecircm conexatildeo direta e dedicada para o switch

os switches armazenam quadros

o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplex cada link eacute o seu proacuteprio

domiacutenio de colisatildeo comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-

para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees isto natildeo eacute possiacutevel com hubs

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

switch com seis interfaces(123456)

1 23

45

6

5 Camada de Enlace 5-66

Tabela de Comutaccedilatildeo

P como eacute que o switch sabe que Arsquo eacute alcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel a partir da interface 5

R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutem (endereccedilo MAC do hospedeiro

interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)

parece uma tabela de roteamento P como satildeo criadas e mantidas as

entradas na tabela de comutaccedilatildeo haacute algo como um protocolo de

roteamento

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

switch with six interfaces(123456)

1 23

45

6

5 Camada de Enlace 5-67

switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfaces quando um quadro eacute

recebido o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada

registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo

Switch autoaprendizagem

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 23

45

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

5 Camada de Enlace 5-685 Camada de Enlace

Switch FiltragemRepasse de quadrosQuando um comutador recebe um quadroregistra o link associado com o hospedeiro

transmissorindexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo

MAC do destinoif entrada encontrada para o destino

then if dest estiver no segmento de onde veio o

quadro then descarta o quadro else repassa o quadro na interface indicada else usa inundaccedilatildeoRepassa o quadro para todas as

demais interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido

5 Camada de Enlace 5-69

Exemplo de auto aprendizagem e repasse

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 23

45

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo

destino do quadro desconhecido inundaccedilatildeo

Arsquo A

local do destino A conhecido

Arsquo 4 60

transmissatildeo seletiva

5 Camada de Enlace 5-70

Exemplo com comutador

Suponha que C envia quadro para D

comutador recebe o quadro vindo de C anota na tabela de comutaccedilatildeo que C estaacute na interface 1 dado que D natildeo se encontra na tabela encaminha o quadro para as

demais interfaces 2 e 3

quadro eacute recebido por D

hub

hub hub

comutador

A

B CD

EF G H

I

endereccedilointerface

ABEG

1123

12 3

5 Camada de Enlace 5-71

Exemplo com comutador

Suponha que D responde com um quadro para C

comutador recebe o quadro vindo de D anota na tabela de comutaccedilatildeo que D estaacute na interface 2 dado que C estaacute na tabela encaminha o quadro apenas na interface

1

quadro eacute recebido por C

hub

hub hub

comutador

A

B CD

EF G H

I

interface

ABEGC

11231

endereccedilo

5 Camada de Enlace 5-72

Interligaccedilatildeo de comutadores

Podemos interligar comutadores (switches)

A

B

P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe que deve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3

R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenico comutador)

S1

C D

E

FS2

S4

S3

HI

G

5 Camada de Enlace 5-73

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde

para C

P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4

A

B

S1

C D

E

FS2

S4

S3

HI

G

1

2

5 Camada de Enlace 5-74

Rede Institucionalcorporativa

5 Camada de Enlace 5-75

Rede institucional

Para redeexterna

roteador

Subrede IP

Servidor de mensagens

Servidor web

5 Camada de Enlace 5-76

Comutadores versus Roteadores ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa

roteadores dispositivos da camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)

comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace roteadores mantecircm tabelas de roteamento

implementam algoritmos de roteamento comutadores mantecircm tabelas de comutaccedilatildeo

implementam filtragem algoritmos de aprendizagem

5 Camada de Enlace 5-77

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos52 Teacutecnicas de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de acesso muacuteltiplo 54 Endereccedilamento na Camada de Enlace55 Ethernet56 Comutadores da camada de enlace57 PPP o protocolo ponto-a-ponto58 Virtualizaccedilatildeo de enlace uma rede como

camada de enlace59 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina

Web

5 Camada de Enlace 5-78

Siacutentese um dia na vida de um pedido web jornada completa atravessando toda a pilha de

protocolos aplicaccedilatildeo transporte rede enlace

colocando tudo junto siacutentese objetivo identificar revisar entender os

protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web

cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom

5 Camada de Enlace 5-79

Um dia na vida cenaacuterio

rede da Comcast68800013

rede do Google64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola68802024

paacutegina web

navegador

5 Camada de Enlace 5-80

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPDHCP

quadro Ethernet difundido (dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador que executa o servidor DHCP

Ethernet demultiplexado para IP demultiplexado para UDP e demultiplexado paraDHCP

o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilo do primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP Solicitaccedilatildeo DHCP encapsulada em UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023 Ethernet

5 Camada de Enlace 5-81

roteador(roda DHCP)

servidor DHCP prepara ACK DHCP contendo endereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiro roteador nome e endereccedilo IP do servidor DNS

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

encapsulamento no servidor DHCP quadro repassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente

Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador

cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

5 Camada de Enlace 5-82

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

consulta DNS criada encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviar quadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP

consulta ARP difundida recebida pelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccedilo MAC da interface do roteador

o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiro roteador podendo agora enviar o quadro contendo a consulta DNS

ARP query

EthPhy

ARP

ARP

ARP reply

antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS

5 Camada de Enlace 5-83

roteador(roda DHCP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

DNS

datagrama IP conteacutem consulta DNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador

datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelos protocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS

demultiplexado pelo servidor DNS

servidor DNS responde ao cliente com o endereccedilo IP de wwwgooglecom

rede da Comcast68800013

servidor DNS

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

Um dia na vidahellip usando DNS

5 Camada de Enlace 5-84

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP

HTTPTCPIP

EthPhy

HTTP

para enviar pedido HTTP cliente primeiro abre um socket TCP para o servidor web segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web

conexatildeo TCP estabelecida64233169105

servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCPIP

EthPhy

SYN

SYN

SYN

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)

5 Camada de Enlace 5-85

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP

HTTPTCPIP

EthPhy

HTTP

solicitaccedilatildeo HTTP enviada para o socket TCP datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhado para wwwgooglecom

datagrama IP com a resposta HTTP eacute encaminhado de volta para o cliente

64233169105

servidor web

HTTPTCPIP

EthPhy

servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTPHTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

paacutegina web finalmente() apresentada

5 Camada de Enlace 5-86

Capiacutetulo 5 Resumo

princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dados detecccedilatildeo correccedilatildeo de erros compartilhamento de canal de difusatildeo acesso

muacuteltiplo endereccedilamento da camada de enlace

instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlace Ethernet LANs comutadas redes virtualizadas como camada de enlace MPLS

siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web

  • Capiacutetulo 5 A Camada de Enlace e Redes Locais
  • Camada de Enlace
  • Camada de Enlace Introduccedilatildeo
  • Camada de Enlace Contexto
  • Serviccedilos da Camada de Enlace
  • Serviccedilos da Camada de Enlace (mais)
  • Onde a camada de enlace eacute implementada
  • Comunicaccedilatildeo entre Adaptadores
  • Camada de Enlace (2)
  • Detecccedilatildeo de Erros
  • Verificaccedilotildees de Paridade
  • Soma de verificaccedilatildeo da Internet
  • Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica (CRC)
  • Exemplo de CRC
  • Implementaccedilatildeo em Hardware
  • Camada de Enlace (3)
  • Enlaces e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolo Ideal de Acesso Muacuteltiplo
  • Taxonomia dos Protocolos MAC
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal TDMA
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal FDMA
  • Protocolos de Acesso Aleatoacuterio
  • Slotted ALOHA
  • Slotted ALOHA (2)
  • Eficiecircncia do Slotted Aloha
  • ALOHA Puro (sem slots)
  • Eficiecircncia do Aloha puro
  • CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)
  • Colisotildees no CSMA
  • CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)
  • Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (2)
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (3)
  • Resumo dos protocolos MAC
  • Camada de Enlace (4)
  • Endereccedilos MAC
  • Endereccedilos MAC (2)
  • Endereccedilo MAC (cont)
  • ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de Resoluccedilatildeo de En
  • Protocolo ARP Mesma LAN (rede)
  • Roteando um pacote para outra LAN
  • Slide 44
  • Camada de Enlace (5)
  • Ethernet
  • Topologia em Estrela
  • Estrutura do Quadro Ethernet
  • Estrutura de Quadro Ethernet (cont)
  • Ethernet natildeo confiaacutevel e natildeo orientado para conexatildeo
  • Algoritmo CSMACD do Ethernet
  • CSMACD da Ethernet (mais)
  • Eficiecircncia do CSMACD
  • Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
  • 10Base5
  • 10Base2
  • 10BaseT
  • Conector RJ 45
  • 100Base-TX
  • Slide 60
  • Carrier Ethernet Defined
  • Camada de Enlace (6)
  • Hubs
  • Comutador (switch)
  • Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
  • Tabela de Comutaccedilatildeo
  • Switch autoaprendizagem
  • Switch FiltragemRepasse de quadros
  • Exemplo de auto aprendizagem e repasse
  • Exemplo com comutador
  • Exemplo com comutador (2)
  • Interligaccedilatildeo de comutadores
  • Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores
  • Rede Institucionalcorporativa
  • Rede institucional
  • Comutadores versus Roteadores
  • Camada de Enlace (7)
  • Siacutentese um dia na vida de um pedido web
  • Um dia na vida cenaacuterio
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet (2)
  • Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
  • Um dia na vidahellip usando DNS
  • Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
  • Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
  • Capiacutetulo 5 Resumo
Page 36: 5: Camada de Enlace 5-1 Capítulo 5: A Camada de Enlace e Redes Locais Nossos objetivos: Entender os princípios por trás dos serviços da camada de enlace

5 Camada de Enlace 5-36

Resumo dos protocolos MAC Divisatildeo do canal por tempo frequumlecircncia ou

coacutedigoDivisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequumlecircncia

Particionamento Aleatoacuterio (dinacircmico) ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDEscutar a portadora faacutecil em algumas

tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)

CSMACD usado na EthernetCSMACA usado no 80211

RevezamentoSeleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto

central passagem de permissotildeesBluetooth FDDI Token Ring (IBM)

5 Camada de Enlace 5-37

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos52 Teacutecnicas de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de

erros 53 Protocolos de acesso muacuteltiplo 54 Endereccedilamento na Camada de Enlace55 Ethernet56 Comutadores da camada de enlace57 PPP o protocolo ponto-a-ponto58 Virtualizaccedilatildeo de enlace uma rede

como camada de enlace59 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de

paacutegina Web

5 Camada de Enlace 5-38

Endereccedilos MAC

Endereccedilo IP de 32 bits Endereccedilos da camada de redeusado para levar o datagrama agrave subrede IP

destinoEndereccedilo MAC (ou LAN ou fiacutesico ou

Ethernet) levar o datagrama de uma interface ateacute outra

interface conectada fisicamente (na mesma rede)

Endereccedilo MAC de 48 bits (para a maioria das redes)bull gravado na ROM do adaptador ou configurado

por software

5 Camada de Enlace 5-39

Endereccedilos MAC

Cada adaptador na LAN possui um endereccedilo MAC uacutenico

Endereccedilo de Broadcast =FF-FF-FF-FF-FF-FF

= adaptador

1A-2F-BB-76-09-AD

58-23-D7-FA-20-B0

0C-C4-11-6F-E3-98

71-65-F7-2B-08-53

LAN(cabeada ousem fio)

5 Camada de Enlace 5-40

Endereccedilo MAC (cont)

Alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC gerenciada pelo IEEE Um fabricante compra uma parte do espaccedilo de

endereccedilos (para garantir unicidade) Analogia (a) endereccedilo MAC como nuacutemero do CPF (b) endereccedilo IP como endereccedilo postal (CEP) endereccedilo MAC tem estrutura linear =gt

portabilidadePode mover um cartatildeo LAN de uma LAN para

outra endereccedilo IP hieraacuterquico NAtildeO eacute portaacutetil (requer IP

moacutevel)Depende da subrede IP agrave qual o noacute estaacute

conectado

5 Camada de Enlace 5-41

ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de Resoluccedilatildeo de Endereccedilos)

Cada noacute IP (Host Roteador) de uma LAN possui tabela ARP

Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN

lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt TTL (Time To Live) tempo

a partir do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute esquecido (valor tiacutepico de 20 min)

Pergunta como obter oendereccedilo MAC de B a partir do endereccedilo IP de B

1A-2F-BB-76-09-AD

58-23-D7-FA-20-B0

0C-C4-11-6F-E3-98

71-65-F7-2B-08-53

LAN

237196723

237196778

237196714

237196788

5 Camada de Enlace 5-42

Protocolo ARP Mesma LAN (rede) A deseja enviar datagrama

para B e o endereccedilo MAC de B natildeo estaacute na tabela ARP

A difunde o pacote de solicitaccedilatildeo ARP que conteacutem o endereccedilo IP de B Endereccedilo MAC destino =

FF-FF-FF-FF-FF-FF todas as maacutequinas na

LAN recebem a consulta do ARP

B recebe o pacote ARP responde a A com o seu (de B) endereccedilo MAC Quadro enviado para o

endereccedilo MAC (unicast) de A

Uma cache (salva) o par de endereccedilos IP-para-MAC na sua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo fique antiquada (expire) lsquosoft statersquo informaccedilatildeo que expira (vai embora) a menos que seja renovada

ARP eacute ldquoplug-and-playrdquo os noacutes criam suas tabelas ARP sem a intervenccedilatildeo do administrador

da rede

5 Camada de Enlace 5-43

Roteando um pacote para outra LAN

passo a passo envio de datagrama de A para B via R assuma que A conhece o endereccedilo IP de B

Duas tabelas ARP no roteador R uma para cada rede IP (LAN)

A

RB

5 Camada de Enlace 5-44

A cria datagrama com origem A destino B A usa ARP para obter o endereccedilo MAC de R para

111111111110 A cria quadro da camada de enlace com o endereccedilo

MAC de R como destino quadro conteacutem datagrama IP de A para B

O adaptador de A envia o quadro O adaptador de R recebe o quadro R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verifica

que eacute destinado para B R usa ARP para obter o endereccedilo MAC de B R cria quadro contendo datagrama IP de A para B e o

envia para B

A

R B

Este eacute um exemplo muito importantendash garanta que vocecirc o entendeu

5 Camada de Enlace 5-45

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos52 Teacutecnicas de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de

erros 53 Protocolos de acesso muacuteltiplo 54 Endereccedilamento na Camada de Enlace55 Ethernet56 Comutadores da camada de enlace57 PPP o protocolo ponto-a-ponto58 Virtualizaccedilatildeo de enlace uma rede

como camada de enlace59 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de

paacutegina Web

5 Camada de Enlace 5-46

Ethernet Muitiacutessimo difundida porque

Muito barata R$30 para placas 10100Mbps A mais antiga das tecnologias de rede local (meados da

deacutecada de 70) Mais simples e menos cara que redes usando ficha ou

ATM Acompanhou o aumento de velocidade 10 Mbps ndash 10

Gbps

Rascunho de Metcalfe sobre o Ethernet

5 Camada de Enlace 5-47

Topologia em Estrela Topologia de barramento popular ateacute meados

dos anos 90 Todos os noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo (podem colidir

um com o outro)

Agora prevalecircncia de topologia em estrela Comutador (switch) no centro Cada porta roda o protocolo Ethernet separadamente (os

noacutes natildeo colidem uns com os outros)

barramento cabo coaxial

switch

estrela

5 Camada de Enlace 5-48

Estrutura do Quadro Ethernet

Adaptador remetente encapsula datagrama IP (ou pacote de outro protocolo da camada de rede) num Quadro Ethernet

Dados 46 a 1500 bytes Preacircmbulo 7 bytes com o padratildeo 10101010 seguidos por um byte

com o padratildeo 10101011 usado para sincronizar receptor ao reloacutegio do

remetente (reloacutegios nunca satildeo exatos eacute muito provaacutevel que exista algum desvio entre eles)

5 Camada de Enlace 5-49

Estrutura de Quadro Ethernet (cont)

Endereccedilos 6 bytes para cada endereccedilo MAC se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo destino igual

ao seu ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede

caso contraacuterio o adaptador descarta o quadro Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior

usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)

CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado

5 Camada de Enlace 5-50

Ethernet natildeo confiaacutevel e natildeo orientado para conexatildeo

Natildeo orientado para conexatildeo Natildeo haacute estabelecimento de conexatildeo (saudaccedilatildeo) entre os adaptadores transmissor e receptor

Natildeo confiaacutevel o adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador transmissorfluxo de datagramas passados para a

camada de rede pode conter falhas na sequumlecircncia

falhas seratildeo preenchidas se aplicaccedilatildeo estiver usando o TCP

caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as falhas Protocolo MAC do Ethernet CSMACD sem slots

5 Camada de Enlace 5-51

Algoritmo CSMACD do Ethernet

1 Adaptador recebe datagrama da camada de rede e cria um quadro

2 Se o adaptador percebe que o canal estaacute ocioso comeccedila a transmitir o quadro Se percebe que o canal estaacute ocupado espera que o canal fique livre e transmite

3 Se o adaptador transmitir todo o quadro sem detectar outra transmissatildeo o adaptador concluiu a operaccedilatildeo com o quadro

4 Se o adaptador detectar outra transmissatildeo enquanto estiver transmitindo aborta e envia sinal de reforccedilo de colisatildeo de 48 bits

5 Apoacutes o aborto o adaptador entra na retirada (backoff) exponencial binaacuteria apoacutes a m-eacutesima colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoriamente entre 012hellip2m-1 O adaptador espera K512 tempos de bit e retorna ao Passo 2

5 Camada de Enlace 5-52

CSMACD da Ethernet (mais)

Sinal de reforccedilo de colisatildeo garante que todos os demais transmissores estejam cientes da colisatildeo 48 bits

Tempo de Bit 01 microseg para Ethernet de 10 Mbpspara K=1023 tempo de espera de cerca de 50 mseg

Retirada Exponencial Binaacuteria

Objetivo adaptar as tentativas de retransmissatildeo agrave carga atual estimada Alta carga espera

aleatoacuteria seraacute mais longa

na primeira colisatildeo escolhe K entre 01 atraso eacute de K 512 tempos de transmissatildeo de um bit

apoacutes a segunda colisatildeo escolhe K entre 0123hellip

apoacutes 10 colisotildees escolhe K entre 01234hellip1023

Vejainteraja com o applet Java siacutetio do livroaltamente recomendaacutevel

5 Camada de Enlace 5-53

Eficiecircncia do CSMACD

tprop = atraso maacuteximo de prop entre 2 noacutes na LAN

ttrans = tempo para transmitir quadro de tamanho maacuteximo

Eficiecircncia vai para 1 agrave medida que tprop vai para 0

ttrans vai para infinito Muito melhor do que ALOHA e ainda eacute

descentralizado simples e barato

transprop tt 51

1eficiecircncia

5 Camada de Enlace 5-54

Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica

Diversos padrotildees Ethernet diferentestecircm em comum o protocolo MAC e o

formato do quadrodiferentes velocidades 2Mbps 10Mbps

100Mbps 1Gbps 10Gbpsdiferentes meios da camada fiacutesica fibra

caboaplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

protocolo MACe formato do quadro

100BASE-TX

100BASE-T4

100BASE-FX100BASE-T2

100BASE-SX 100BASE-BX

camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)

5 Camada de Enlace 5-55

10Base5

httpwwwethermanagecom

5 Camada de Enlace 5-56

10Base2

httpwwwethermanagecom

5 Camada de Enlace 5-57

10BaseT

httpwwwethermanagecom

5 Camada de Enlace 5-58

Conector RJ 45

5 Camada de Enlace 5-59

100Base-TX

httpwwwethermanagecom

5 Camada de Enlace 5-60 10

Wireless Backhaul

Carrier Ethernet Access Expansion

Voice gateway

VoiceVideoTelephony

HD TVTVoD VoD

Video Source

Gaming BusinessBackup ERP

InternetVideo Source

BusinessBroadband

E-Line andE-LAN service

GlobalNationalCarrierEthernet

GlobalNationalCarrierEthernet

SmallMedium Business

Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

ResidentialTriple-Play

FTTx DSLAM Cable Modem

Broadbandmobile datavideo

Bringing vastly extended scalability for business and residential users

ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing

5 Camada de Enlace 5-61

Carrier Ethernet Defined

bull Carrier Ethernet is a ubiquitous standardized carrier-class SERVICE defined by five attributes that distinguish Carrier Ethernet from familiar LAN based Ethernet

bull It brings the compelling business benefit of the Ethernet cost model to achieve significant savings

Carrier Ethernet

bull Scalability

bull Standardized Services

bull Service Management

bull Quality of Service

bull Reliability

Carrier Ethernet Attributes

httpwwwmetroethernetforumorg

5 Camada de Enlace 5-62

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos52 Teacutecnicas de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de acesso muacuteltiplo 54 Endereccedilamento na Camada de Enlace55 Ethernet56 Comutadores da camada de enlace57 PPP o protocolo ponto-a-ponto58 Virtualizaccedilatildeo de enlace uma rede como

camada de enlace59 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina

Web

5 Camada de Enlace 5-63

Hubs

hellip repetidores (ldquoburrosrdquo) da camada fiacutesicabits vindos de um dado link saem por todos

os outros links na mesma taxatodos os noacutes conectados ao hub podem

colidir uns com os outrosnatildeo haacute bufferizaccedilatildeo de quadrosnatildeo implementa CSMACD no hub cartotildees

do hospedeiro detectam as colisotildees

par tranccedilado

hub

5 Camada de Enlace 5-64

Comutador (switch)

Dispositivo da camada de enlace mais inteligentes que os hubs tecircm papel ativo armazena e retransmite quadros Ethernetexamina o cabeccedilalho do quadro e

seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento

transparentehospedeiros ignoram a presenccedila dos

switches plug-and-play self-learning (autodidatas)

os comutadores natildeo necessitam ser configurados

5 Camada de Enlace 5-65

Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas

hospedeiros tecircm conexatildeo direta e dedicada para o switch

os switches armazenam quadros

o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplex cada link eacute o seu proacuteprio

domiacutenio de colisatildeo comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-

para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees isto natildeo eacute possiacutevel com hubs

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

switch com seis interfaces(123456)

1 23

45

6

5 Camada de Enlace 5-66

Tabela de Comutaccedilatildeo

P como eacute que o switch sabe que Arsquo eacute alcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel a partir da interface 5

R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutem (endereccedilo MAC do hospedeiro

interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)

parece uma tabela de roteamento P como satildeo criadas e mantidas as

entradas na tabela de comutaccedilatildeo haacute algo como um protocolo de

roteamento

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

switch with six interfaces(123456)

1 23

45

6

5 Camada de Enlace 5-67

switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfaces quando um quadro eacute

recebido o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada

registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo

Switch autoaprendizagem

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 23

45

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

5 Camada de Enlace 5-685 Camada de Enlace

Switch FiltragemRepasse de quadrosQuando um comutador recebe um quadroregistra o link associado com o hospedeiro

transmissorindexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo

MAC do destinoif entrada encontrada para o destino

then if dest estiver no segmento de onde veio o

quadro then descarta o quadro else repassa o quadro na interface indicada else usa inundaccedilatildeoRepassa o quadro para todas as

demais interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido

5 Camada de Enlace 5-69

Exemplo de auto aprendizagem e repasse

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 23

45

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo

destino do quadro desconhecido inundaccedilatildeo

Arsquo A

local do destino A conhecido

Arsquo 4 60

transmissatildeo seletiva

5 Camada de Enlace 5-70

Exemplo com comutador

Suponha que C envia quadro para D

comutador recebe o quadro vindo de C anota na tabela de comutaccedilatildeo que C estaacute na interface 1 dado que D natildeo se encontra na tabela encaminha o quadro para as

demais interfaces 2 e 3

quadro eacute recebido por D

hub

hub hub

comutador

A

B CD

EF G H

I

endereccedilointerface

ABEG

1123

12 3

5 Camada de Enlace 5-71

Exemplo com comutador

Suponha que D responde com um quadro para C

comutador recebe o quadro vindo de D anota na tabela de comutaccedilatildeo que D estaacute na interface 2 dado que C estaacute na tabela encaminha o quadro apenas na interface

1

quadro eacute recebido por C

hub

hub hub

comutador

A

B CD

EF G H

I

interface

ABEGC

11231

endereccedilo

5 Camada de Enlace 5-72

Interligaccedilatildeo de comutadores

Podemos interligar comutadores (switches)

A

B

P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe que deve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3

R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenico comutador)

S1

C D

E

FS2

S4

S3

HI

G

5 Camada de Enlace 5-73

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde

para C

P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4

A

B

S1

C D

E

FS2

S4

S3

HI

G

1

2

5 Camada de Enlace 5-74

Rede Institucionalcorporativa

5 Camada de Enlace 5-75

Rede institucional

Para redeexterna

roteador

Subrede IP

Servidor de mensagens

Servidor web

5 Camada de Enlace 5-76

Comutadores versus Roteadores ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa

roteadores dispositivos da camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)

comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace roteadores mantecircm tabelas de roteamento

implementam algoritmos de roteamento comutadores mantecircm tabelas de comutaccedilatildeo

implementam filtragem algoritmos de aprendizagem

5 Camada de Enlace 5-77

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos52 Teacutecnicas de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de acesso muacuteltiplo 54 Endereccedilamento na Camada de Enlace55 Ethernet56 Comutadores da camada de enlace57 PPP o protocolo ponto-a-ponto58 Virtualizaccedilatildeo de enlace uma rede como

camada de enlace59 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina

Web

5 Camada de Enlace 5-78

Siacutentese um dia na vida de um pedido web jornada completa atravessando toda a pilha de

protocolos aplicaccedilatildeo transporte rede enlace

colocando tudo junto siacutentese objetivo identificar revisar entender os

protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web

cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom

5 Camada de Enlace 5-79

Um dia na vida cenaacuterio

rede da Comcast68800013

rede do Google64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola68802024

paacutegina web

navegador

5 Camada de Enlace 5-80

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPDHCP

quadro Ethernet difundido (dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador que executa o servidor DHCP

Ethernet demultiplexado para IP demultiplexado para UDP e demultiplexado paraDHCP

o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilo do primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP Solicitaccedilatildeo DHCP encapsulada em UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023 Ethernet

5 Camada de Enlace 5-81

roteador(roda DHCP)

servidor DHCP prepara ACK DHCP contendo endereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiro roteador nome e endereccedilo IP do servidor DNS

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

encapsulamento no servidor DHCP quadro repassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente

Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador

cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

5 Camada de Enlace 5-82

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

consulta DNS criada encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviar quadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP

consulta ARP difundida recebida pelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccedilo MAC da interface do roteador

o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiro roteador podendo agora enviar o quadro contendo a consulta DNS

ARP query

EthPhy

ARP

ARP

ARP reply

antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS

5 Camada de Enlace 5-83

roteador(roda DHCP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

DNS

datagrama IP conteacutem consulta DNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador

datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelos protocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS

demultiplexado pelo servidor DNS

servidor DNS responde ao cliente com o endereccedilo IP de wwwgooglecom

rede da Comcast68800013

servidor DNS

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

Um dia na vidahellip usando DNS

5 Camada de Enlace 5-84

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP

HTTPTCPIP

EthPhy

HTTP

para enviar pedido HTTP cliente primeiro abre um socket TCP para o servidor web segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web

conexatildeo TCP estabelecida64233169105

servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCPIP

EthPhy

SYN

SYN

SYN

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)

5 Camada de Enlace 5-85

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP

HTTPTCPIP

EthPhy

HTTP

solicitaccedilatildeo HTTP enviada para o socket TCP datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhado para wwwgooglecom

datagrama IP com a resposta HTTP eacute encaminhado de volta para o cliente

64233169105

servidor web

HTTPTCPIP

EthPhy

servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTPHTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

paacutegina web finalmente() apresentada

5 Camada de Enlace 5-86

Capiacutetulo 5 Resumo

princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dados detecccedilatildeo correccedilatildeo de erros compartilhamento de canal de difusatildeo acesso

muacuteltiplo endereccedilamento da camada de enlace

instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlace Ethernet LANs comutadas redes virtualizadas como camada de enlace MPLS

siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web

  • Capiacutetulo 5 A Camada de Enlace e Redes Locais
  • Camada de Enlace
  • Camada de Enlace Introduccedilatildeo
  • Camada de Enlace Contexto
  • Serviccedilos da Camada de Enlace
  • Serviccedilos da Camada de Enlace (mais)
  • Onde a camada de enlace eacute implementada
  • Comunicaccedilatildeo entre Adaptadores
  • Camada de Enlace (2)
  • Detecccedilatildeo de Erros
  • Verificaccedilotildees de Paridade
  • Soma de verificaccedilatildeo da Internet
  • Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica (CRC)
  • Exemplo de CRC
  • Implementaccedilatildeo em Hardware
  • Camada de Enlace (3)
  • Enlaces e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolo Ideal de Acesso Muacuteltiplo
  • Taxonomia dos Protocolos MAC
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal TDMA
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal FDMA
  • Protocolos de Acesso Aleatoacuterio
  • Slotted ALOHA
  • Slotted ALOHA (2)
  • Eficiecircncia do Slotted Aloha
  • ALOHA Puro (sem slots)
  • Eficiecircncia do Aloha puro
  • CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)
  • Colisotildees no CSMA
  • CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)
  • Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (2)
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (3)
  • Resumo dos protocolos MAC
  • Camada de Enlace (4)
  • Endereccedilos MAC
  • Endereccedilos MAC (2)
  • Endereccedilo MAC (cont)
  • ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de Resoluccedilatildeo de En
  • Protocolo ARP Mesma LAN (rede)
  • Roteando um pacote para outra LAN
  • Slide 44
  • Camada de Enlace (5)
  • Ethernet
  • Topologia em Estrela
  • Estrutura do Quadro Ethernet
  • Estrutura de Quadro Ethernet (cont)
  • Ethernet natildeo confiaacutevel e natildeo orientado para conexatildeo
  • Algoritmo CSMACD do Ethernet
  • CSMACD da Ethernet (mais)
  • Eficiecircncia do CSMACD
  • Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
  • 10Base5
  • 10Base2
  • 10BaseT
  • Conector RJ 45
  • 100Base-TX
  • Slide 60
  • Carrier Ethernet Defined
  • Camada de Enlace (6)
  • Hubs
  • Comutador (switch)
  • Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
  • Tabela de Comutaccedilatildeo
  • Switch autoaprendizagem
  • Switch FiltragemRepasse de quadros
  • Exemplo de auto aprendizagem e repasse
  • Exemplo com comutador
  • Exemplo com comutador (2)
  • Interligaccedilatildeo de comutadores
  • Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores
  • Rede Institucionalcorporativa
  • Rede institucional
  • Comutadores versus Roteadores
  • Camada de Enlace (7)
  • Siacutentese um dia na vida de um pedido web
  • Um dia na vida cenaacuterio
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet (2)
  • Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
  • Um dia na vidahellip usando DNS
  • Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
  • Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
  • Capiacutetulo 5 Resumo
Page 37: 5: Camada de Enlace 5-1 Capítulo 5: A Camada de Enlace e Redes Locais Nossos objetivos: Entender os princípios por trás dos serviços da camada de enlace

5 Camada de Enlace 5-37

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos52 Teacutecnicas de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de

erros 53 Protocolos de acesso muacuteltiplo 54 Endereccedilamento na Camada de Enlace55 Ethernet56 Comutadores da camada de enlace57 PPP o protocolo ponto-a-ponto58 Virtualizaccedilatildeo de enlace uma rede

como camada de enlace59 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de

paacutegina Web

5 Camada de Enlace 5-38

Endereccedilos MAC

Endereccedilo IP de 32 bits Endereccedilos da camada de redeusado para levar o datagrama agrave subrede IP

destinoEndereccedilo MAC (ou LAN ou fiacutesico ou

Ethernet) levar o datagrama de uma interface ateacute outra

interface conectada fisicamente (na mesma rede)

Endereccedilo MAC de 48 bits (para a maioria das redes)bull gravado na ROM do adaptador ou configurado

por software

5 Camada de Enlace 5-39

Endereccedilos MAC

Cada adaptador na LAN possui um endereccedilo MAC uacutenico

Endereccedilo de Broadcast =FF-FF-FF-FF-FF-FF

= adaptador

1A-2F-BB-76-09-AD

58-23-D7-FA-20-B0

0C-C4-11-6F-E3-98

71-65-F7-2B-08-53

LAN(cabeada ousem fio)

5 Camada de Enlace 5-40

Endereccedilo MAC (cont)

Alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC gerenciada pelo IEEE Um fabricante compra uma parte do espaccedilo de

endereccedilos (para garantir unicidade) Analogia (a) endereccedilo MAC como nuacutemero do CPF (b) endereccedilo IP como endereccedilo postal (CEP) endereccedilo MAC tem estrutura linear =gt

portabilidadePode mover um cartatildeo LAN de uma LAN para

outra endereccedilo IP hieraacuterquico NAtildeO eacute portaacutetil (requer IP

moacutevel)Depende da subrede IP agrave qual o noacute estaacute

conectado

5 Camada de Enlace 5-41

ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de Resoluccedilatildeo de Endereccedilos)

Cada noacute IP (Host Roteador) de uma LAN possui tabela ARP

Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN

lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt TTL (Time To Live) tempo

a partir do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute esquecido (valor tiacutepico de 20 min)

Pergunta como obter oendereccedilo MAC de B a partir do endereccedilo IP de B

1A-2F-BB-76-09-AD

58-23-D7-FA-20-B0

0C-C4-11-6F-E3-98

71-65-F7-2B-08-53

LAN

237196723

237196778

237196714

237196788

5 Camada de Enlace 5-42

Protocolo ARP Mesma LAN (rede) A deseja enviar datagrama

para B e o endereccedilo MAC de B natildeo estaacute na tabela ARP

A difunde o pacote de solicitaccedilatildeo ARP que conteacutem o endereccedilo IP de B Endereccedilo MAC destino =

FF-FF-FF-FF-FF-FF todas as maacutequinas na

LAN recebem a consulta do ARP

B recebe o pacote ARP responde a A com o seu (de B) endereccedilo MAC Quadro enviado para o

endereccedilo MAC (unicast) de A

Uma cache (salva) o par de endereccedilos IP-para-MAC na sua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo fique antiquada (expire) lsquosoft statersquo informaccedilatildeo que expira (vai embora) a menos que seja renovada

ARP eacute ldquoplug-and-playrdquo os noacutes criam suas tabelas ARP sem a intervenccedilatildeo do administrador

da rede

5 Camada de Enlace 5-43

Roteando um pacote para outra LAN

passo a passo envio de datagrama de A para B via R assuma que A conhece o endereccedilo IP de B

Duas tabelas ARP no roteador R uma para cada rede IP (LAN)

A

RB

5 Camada de Enlace 5-44

A cria datagrama com origem A destino B A usa ARP para obter o endereccedilo MAC de R para

111111111110 A cria quadro da camada de enlace com o endereccedilo

MAC de R como destino quadro conteacutem datagrama IP de A para B

O adaptador de A envia o quadro O adaptador de R recebe o quadro R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verifica

que eacute destinado para B R usa ARP para obter o endereccedilo MAC de B R cria quadro contendo datagrama IP de A para B e o

envia para B

A

R B

Este eacute um exemplo muito importantendash garanta que vocecirc o entendeu

5 Camada de Enlace 5-45

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos52 Teacutecnicas de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de

erros 53 Protocolos de acesso muacuteltiplo 54 Endereccedilamento na Camada de Enlace55 Ethernet56 Comutadores da camada de enlace57 PPP o protocolo ponto-a-ponto58 Virtualizaccedilatildeo de enlace uma rede

como camada de enlace59 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de

paacutegina Web

5 Camada de Enlace 5-46

Ethernet Muitiacutessimo difundida porque

Muito barata R$30 para placas 10100Mbps A mais antiga das tecnologias de rede local (meados da

deacutecada de 70) Mais simples e menos cara que redes usando ficha ou

ATM Acompanhou o aumento de velocidade 10 Mbps ndash 10

Gbps

Rascunho de Metcalfe sobre o Ethernet

5 Camada de Enlace 5-47

Topologia em Estrela Topologia de barramento popular ateacute meados

dos anos 90 Todos os noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo (podem colidir

um com o outro)

Agora prevalecircncia de topologia em estrela Comutador (switch) no centro Cada porta roda o protocolo Ethernet separadamente (os

noacutes natildeo colidem uns com os outros)

barramento cabo coaxial

switch

estrela

5 Camada de Enlace 5-48

Estrutura do Quadro Ethernet

Adaptador remetente encapsula datagrama IP (ou pacote de outro protocolo da camada de rede) num Quadro Ethernet

Dados 46 a 1500 bytes Preacircmbulo 7 bytes com o padratildeo 10101010 seguidos por um byte

com o padratildeo 10101011 usado para sincronizar receptor ao reloacutegio do

remetente (reloacutegios nunca satildeo exatos eacute muito provaacutevel que exista algum desvio entre eles)

5 Camada de Enlace 5-49

Estrutura de Quadro Ethernet (cont)

Endereccedilos 6 bytes para cada endereccedilo MAC se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo destino igual

ao seu ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede

caso contraacuterio o adaptador descarta o quadro Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior

usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)

CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado

5 Camada de Enlace 5-50

Ethernet natildeo confiaacutevel e natildeo orientado para conexatildeo

Natildeo orientado para conexatildeo Natildeo haacute estabelecimento de conexatildeo (saudaccedilatildeo) entre os adaptadores transmissor e receptor

Natildeo confiaacutevel o adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador transmissorfluxo de datagramas passados para a

camada de rede pode conter falhas na sequumlecircncia

falhas seratildeo preenchidas se aplicaccedilatildeo estiver usando o TCP

caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as falhas Protocolo MAC do Ethernet CSMACD sem slots

5 Camada de Enlace 5-51

Algoritmo CSMACD do Ethernet

1 Adaptador recebe datagrama da camada de rede e cria um quadro

2 Se o adaptador percebe que o canal estaacute ocioso comeccedila a transmitir o quadro Se percebe que o canal estaacute ocupado espera que o canal fique livre e transmite

3 Se o adaptador transmitir todo o quadro sem detectar outra transmissatildeo o adaptador concluiu a operaccedilatildeo com o quadro

4 Se o adaptador detectar outra transmissatildeo enquanto estiver transmitindo aborta e envia sinal de reforccedilo de colisatildeo de 48 bits

5 Apoacutes o aborto o adaptador entra na retirada (backoff) exponencial binaacuteria apoacutes a m-eacutesima colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoriamente entre 012hellip2m-1 O adaptador espera K512 tempos de bit e retorna ao Passo 2

5 Camada de Enlace 5-52

CSMACD da Ethernet (mais)

Sinal de reforccedilo de colisatildeo garante que todos os demais transmissores estejam cientes da colisatildeo 48 bits

Tempo de Bit 01 microseg para Ethernet de 10 Mbpspara K=1023 tempo de espera de cerca de 50 mseg

Retirada Exponencial Binaacuteria

Objetivo adaptar as tentativas de retransmissatildeo agrave carga atual estimada Alta carga espera

aleatoacuteria seraacute mais longa

na primeira colisatildeo escolhe K entre 01 atraso eacute de K 512 tempos de transmissatildeo de um bit

apoacutes a segunda colisatildeo escolhe K entre 0123hellip

apoacutes 10 colisotildees escolhe K entre 01234hellip1023

Vejainteraja com o applet Java siacutetio do livroaltamente recomendaacutevel

5 Camada de Enlace 5-53

Eficiecircncia do CSMACD

tprop = atraso maacuteximo de prop entre 2 noacutes na LAN

ttrans = tempo para transmitir quadro de tamanho maacuteximo

Eficiecircncia vai para 1 agrave medida que tprop vai para 0

ttrans vai para infinito Muito melhor do que ALOHA e ainda eacute

descentralizado simples e barato

transprop tt 51

1eficiecircncia

5 Camada de Enlace 5-54

Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica

Diversos padrotildees Ethernet diferentestecircm em comum o protocolo MAC e o

formato do quadrodiferentes velocidades 2Mbps 10Mbps

100Mbps 1Gbps 10Gbpsdiferentes meios da camada fiacutesica fibra

caboaplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

protocolo MACe formato do quadro

100BASE-TX

100BASE-T4

100BASE-FX100BASE-T2

100BASE-SX 100BASE-BX

camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)

5 Camada de Enlace 5-55

10Base5

httpwwwethermanagecom

5 Camada de Enlace 5-56

10Base2

httpwwwethermanagecom

5 Camada de Enlace 5-57

10BaseT

httpwwwethermanagecom

5 Camada de Enlace 5-58

Conector RJ 45

5 Camada de Enlace 5-59

100Base-TX

httpwwwethermanagecom

5 Camada de Enlace 5-60 10

Wireless Backhaul

Carrier Ethernet Access Expansion

Voice gateway

VoiceVideoTelephony

HD TVTVoD VoD

Video Source

Gaming BusinessBackup ERP

InternetVideo Source

BusinessBroadband

E-Line andE-LAN service

GlobalNationalCarrierEthernet

GlobalNationalCarrierEthernet

SmallMedium Business

Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

ResidentialTriple-Play

FTTx DSLAM Cable Modem

Broadbandmobile datavideo

Bringing vastly extended scalability for business and residential users

ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing

5 Camada de Enlace 5-61

Carrier Ethernet Defined

bull Carrier Ethernet is a ubiquitous standardized carrier-class SERVICE defined by five attributes that distinguish Carrier Ethernet from familiar LAN based Ethernet

bull It brings the compelling business benefit of the Ethernet cost model to achieve significant savings

Carrier Ethernet

bull Scalability

bull Standardized Services

bull Service Management

bull Quality of Service

bull Reliability

Carrier Ethernet Attributes

httpwwwmetroethernetforumorg

5 Camada de Enlace 5-62

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos52 Teacutecnicas de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de acesso muacuteltiplo 54 Endereccedilamento na Camada de Enlace55 Ethernet56 Comutadores da camada de enlace57 PPP o protocolo ponto-a-ponto58 Virtualizaccedilatildeo de enlace uma rede como

camada de enlace59 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina

Web

5 Camada de Enlace 5-63

Hubs

hellip repetidores (ldquoburrosrdquo) da camada fiacutesicabits vindos de um dado link saem por todos

os outros links na mesma taxatodos os noacutes conectados ao hub podem

colidir uns com os outrosnatildeo haacute bufferizaccedilatildeo de quadrosnatildeo implementa CSMACD no hub cartotildees

do hospedeiro detectam as colisotildees

par tranccedilado

hub

5 Camada de Enlace 5-64

Comutador (switch)

Dispositivo da camada de enlace mais inteligentes que os hubs tecircm papel ativo armazena e retransmite quadros Ethernetexamina o cabeccedilalho do quadro e

seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento

transparentehospedeiros ignoram a presenccedila dos

switches plug-and-play self-learning (autodidatas)

os comutadores natildeo necessitam ser configurados

5 Camada de Enlace 5-65

Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas

hospedeiros tecircm conexatildeo direta e dedicada para o switch

os switches armazenam quadros

o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplex cada link eacute o seu proacuteprio

domiacutenio de colisatildeo comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-

para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees isto natildeo eacute possiacutevel com hubs

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

switch com seis interfaces(123456)

1 23

45

6

5 Camada de Enlace 5-66

Tabela de Comutaccedilatildeo

P como eacute que o switch sabe que Arsquo eacute alcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel a partir da interface 5

R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutem (endereccedilo MAC do hospedeiro

interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)

parece uma tabela de roteamento P como satildeo criadas e mantidas as

entradas na tabela de comutaccedilatildeo haacute algo como um protocolo de

roteamento

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

switch with six interfaces(123456)

1 23

45

6

5 Camada de Enlace 5-67

switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfaces quando um quadro eacute

recebido o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada

registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo

Switch autoaprendizagem

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 23

45

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

5 Camada de Enlace 5-685 Camada de Enlace

Switch FiltragemRepasse de quadrosQuando um comutador recebe um quadroregistra o link associado com o hospedeiro

transmissorindexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo

MAC do destinoif entrada encontrada para o destino

then if dest estiver no segmento de onde veio o

quadro then descarta o quadro else repassa o quadro na interface indicada else usa inundaccedilatildeoRepassa o quadro para todas as

demais interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido

5 Camada de Enlace 5-69

Exemplo de auto aprendizagem e repasse

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 23

45

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo

destino do quadro desconhecido inundaccedilatildeo

Arsquo A

local do destino A conhecido

Arsquo 4 60

transmissatildeo seletiva

5 Camada de Enlace 5-70

Exemplo com comutador

Suponha que C envia quadro para D

comutador recebe o quadro vindo de C anota na tabela de comutaccedilatildeo que C estaacute na interface 1 dado que D natildeo se encontra na tabela encaminha o quadro para as

demais interfaces 2 e 3

quadro eacute recebido por D

hub

hub hub

comutador

A

B CD

EF G H

I

endereccedilointerface

ABEG

1123

12 3

5 Camada de Enlace 5-71

Exemplo com comutador

Suponha que D responde com um quadro para C

comutador recebe o quadro vindo de D anota na tabela de comutaccedilatildeo que D estaacute na interface 2 dado que C estaacute na tabela encaminha o quadro apenas na interface

1

quadro eacute recebido por C

hub

hub hub

comutador

A

B CD

EF G H

I

interface

ABEGC

11231

endereccedilo

5 Camada de Enlace 5-72

Interligaccedilatildeo de comutadores

Podemos interligar comutadores (switches)

A

B

P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe que deve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3

R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenico comutador)

S1

C D

E

FS2

S4

S3

HI

G

5 Camada de Enlace 5-73

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde

para C

P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4

A

B

S1

C D

E

FS2

S4

S3

HI

G

1

2

5 Camada de Enlace 5-74

Rede Institucionalcorporativa

5 Camada de Enlace 5-75

Rede institucional

Para redeexterna

roteador

Subrede IP

Servidor de mensagens

Servidor web

5 Camada de Enlace 5-76

Comutadores versus Roteadores ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa

roteadores dispositivos da camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)

comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace roteadores mantecircm tabelas de roteamento

implementam algoritmos de roteamento comutadores mantecircm tabelas de comutaccedilatildeo

implementam filtragem algoritmos de aprendizagem

5 Camada de Enlace 5-77

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos52 Teacutecnicas de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de acesso muacuteltiplo 54 Endereccedilamento na Camada de Enlace55 Ethernet56 Comutadores da camada de enlace57 PPP o protocolo ponto-a-ponto58 Virtualizaccedilatildeo de enlace uma rede como

camada de enlace59 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina

Web

5 Camada de Enlace 5-78

Siacutentese um dia na vida de um pedido web jornada completa atravessando toda a pilha de

protocolos aplicaccedilatildeo transporte rede enlace

colocando tudo junto siacutentese objetivo identificar revisar entender os

protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web

cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom

5 Camada de Enlace 5-79

Um dia na vida cenaacuterio

rede da Comcast68800013

rede do Google64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola68802024

paacutegina web

navegador

5 Camada de Enlace 5-80

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPDHCP

quadro Ethernet difundido (dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador que executa o servidor DHCP

Ethernet demultiplexado para IP demultiplexado para UDP e demultiplexado paraDHCP

o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilo do primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP Solicitaccedilatildeo DHCP encapsulada em UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023 Ethernet

5 Camada de Enlace 5-81

roteador(roda DHCP)

servidor DHCP prepara ACK DHCP contendo endereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiro roteador nome e endereccedilo IP do servidor DNS

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

encapsulamento no servidor DHCP quadro repassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente

Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador

cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

5 Camada de Enlace 5-82

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

consulta DNS criada encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviar quadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP

consulta ARP difundida recebida pelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccedilo MAC da interface do roteador

o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiro roteador podendo agora enviar o quadro contendo a consulta DNS

ARP query

EthPhy

ARP

ARP

ARP reply

antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS

5 Camada de Enlace 5-83

roteador(roda DHCP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

DNS

datagrama IP conteacutem consulta DNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador

datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelos protocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS

demultiplexado pelo servidor DNS

servidor DNS responde ao cliente com o endereccedilo IP de wwwgooglecom

rede da Comcast68800013

servidor DNS

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

Um dia na vidahellip usando DNS

5 Camada de Enlace 5-84

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP

HTTPTCPIP

EthPhy

HTTP

para enviar pedido HTTP cliente primeiro abre um socket TCP para o servidor web segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web

conexatildeo TCP estabelecida64233169105

servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCPIP

EthPhy

SYN

SYN

SYN

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)

5 Camada de Enlace 5-85

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP

HTTPTCPIP

EthPhy

HTTP

solicitaccedilatildeo HTTP enviada para o socket TCP datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhado para wwwgooglecom

datagrama IP com a resposta HTTP eacute encaminhado de volta para o cliente

64233169105

servidor web

HTTPTCPIP

EthPhy

servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTPHTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

paacutegina web finalmente() apresentada

5 Camada de Enlace 5-86

Capiacutetulo 5 Resumo

princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dados detecccedilatildeo correccedilatildeo de erros compartilhamento de canal de difusatildeo acesso

muacuteltiplo endereccedilamento da camada de enlace

instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlace Ethernet LANs comutadas redes virtualizadas como camada de enlace MPLS

siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web

  • Capiacutetulo 5 A Camada de Enlace e Redes Locais
  • Camada de Enlace
  • Camada de Enlace Introduccedilatildeo
  • Camada de Enlace Contexto
  • Serviccedilos da Camada de Enlace
  • Serviccedilos da Camada de Enlace (mais)
  • Onde a camada de enlace eacute implementada
  • Comunicaccedilatildeo entre Adaptadores
  • Camada de Enlace (2)
  • Detecccedilatildeo de Erros
  • Verificaccedilotildees de Paridade
  • Soma de verificaccedilatildeo da Internet
  • Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica (CRC)
  • Exemplo de CRC
  • Implementaccedilatildeo em Hardware
  • Camada de Enlace (3)
  • Enlaces e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolo Ideal de Acesso Muacuteltiplo
  • Taxonomia dos Protocolos MAC
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal TDMA
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal FDMA
  • Protocolos de Acesso Aleatoacuterio
  • Slotted ALOHA
  • Slotted ALOHA (2)
  • Eficiecircncia do Slotted Aloha
  • ALOHA Puro (sem slots)
  • Eficiecircncia do Aloha puro
  • CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)
  • Colisotildees no CSMA
  • CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)
  • Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (2)
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (3)
  • Resumo dos protocolos MAC
  • Camada de Enlace (4)
  • Endereccedilos MAC
  • Endereccedilos MAC (2)
  • Endereccedilo MAC (cont)
  • ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de Resoluccedilatildeo de En
  • Protocolo ARP Mesma LAN (rede)
  • Roteando um pacote para outra LAN
  • Slide 44
  • Camada de Enlace (5)
  • Ethernet
  • Topologia em Estrela
  • Estrutura do Quadro Ethernet
  • Estrutura de Quadro Ethernet (cont)
  • Ethernet natildeo confiaacutevel e natildeo orientado para conexatildeo
  • Algoritmo CSMACD do Ethernet
  • CSMACD da Ethernet (mais)
  • Eficiecircncia do CSMACD
  • Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
  • 10Base5
  • 10Base2
  • 10BaseT
  • Conector RJ 45
  • 100Base-TX
  • Slide 60
  • Carrier Ethernet Defined
  • Camada de Enlace (6)
  • Hubs
  • Comutador (switch)
  • Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
  • Tabela de Comutaccedilatildeo
  • Switch autoaprendizagem
  • Switch FiltragemRepasse de quadros
  • Exemplo de auto aprendizagem e repasse
  • Exemplo com comutador
  • Exemplo com comutador (2)
  • Interligaccedilatildeo de comutadores
  • Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores
  • Rede Institucionalcorporativa
  • Rede institucional
  • Comutadores versus Roteadores
  • Camada de Enlace (7)
  • Siacutentese um dia na vida de um pedido web
  • Um dia na vida cenaacuterio
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet (2)
  • Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
  • Um dia na vidahellip usando DNS
  • Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
  • Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
  • Capiacutetulo 5 Resumo
Page 38: 5: Camada de Enlace 5-1 Capítulo 5: A Camada de Enlace e Redes Locais Nossos objetivos: Entender os princípios por trás dos serviços da camada de enlace

5 Camada de Enlace 5-38

Endereccedilos MAC

Endereccedilo IP de 32 bits Endereccedilos da camada de redeusado para levar o datagrama agrave subrede IP

destinoEndereccedilo MAC (ou LAN ou fiacutesico ou

Ethernet) levar o datagrama de uma interface ateacute outra

interface conectada fisicamente (na mesma rede)

Endereccedilo MAC de 48 bits (para a maioria das redes)bull gravado na ROM do adaptador ou configurado

por software

5 Camada de Enlace 5-39

Endereccedilos MAC

Cada adaptador na LAN possui um endereccedilo MAC uacutenico

Endereccedilo de Broadcast =FF-FF-FF-FF-FF-FF

= adaptador

1A-2F-BB-76-09-AD

58-23-D7-FA-20-B0

0C-C4-11-6F-E3-98

71-65-F7-2B-08-53

LAN(cabeada ousem fio)

5 Camada de Enlace 5-40

Endereccedilo MAC (cont)

Alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC gerenciada pelo IEEE Um fabricante compra uma parte do espaccedilo de

endereccedilos (para garantir unicidade) Analogia (a) endereccedilo MAC como nuacutemero do CPF (b) endereccedilo IP como endereccedilo postal (CEP) endereccedilo MAC tem estrutura linear =gt

portabilidadePode mover um cartatildeo LAN de uma LAN para

outra endereccedilo IP hieraacuterquico NAtildeO eacute portaacutetil (requer IP

moacutevel)Depende da subrede IP agrave qual o noacute estaacute

conectado

5 Camada de Enlace 5-41

ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de Resoluccedilatildeo de Endereccedilos)

Cada noacute IP (Host Roteador) de uma LAN possui tabela ARP

Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN

lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt TTL (Time To Live) tempo

a partir do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute esquecido (valor tiacutepico de 20 min)

Pergunta como obter oendereccedilo MAC de B a partir do endereccedilo IP de B

1A-2F-BB-76-09-AD

58-23-D7-FA-20-B0

0C-C4-11-6F-E3-98

71-65-F7-2B-08-53

LAN

237196723

237196778

237196714

237196788

5 Camada de Enlace 5-42

Protocolo ARP Mesma LAN (rede) A deseja enviar datagrama

para B e o endereccedilo MAC de B natildeo estaacute na tabela ARP

A difunde o pacote de solicitaccedilatildeo ARP que conteacutem o endereccedilo IP de B Endereccedilo MAC destino =

FF-FF-FF-FF-FF-FF todas as maacutequinas na

LAN recebem a consulta do ARP

B recebe o pacote ARP responde a A com o seu (de B) endereccedilo MAC Quadro enviado para o

endereccedilo MAC (unicast) de A

Uma cache (salva) o par de endereccedilos IP-para-MAC na sua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo fique antiquada (expire) lsquosoft statersquo informaccedilatildeo que expira (vai embora) a menos que seja renovada

ARP eacute ldquoplug-and-playrdquo os noacutes criam suas tabelas ARP sem a intervenccedilatildeo do administrador

da rede

5 Camada de Enlace 5-43

Roteando um pacote para outra LAN

passo a passo envio de datagrama de A para B via R assuma que A conhece o endereccedilo IP de B

Duas tabelas ARP no roteador R uma para cada rede IP (LAN)

A

RB

5 Camada de Enlace 5-44

A cria datagrama com origem A destino B A usa ARP para obter o endereccedilo MAC de R para

111111111110 A cria quadro da camada de enlace com o endereccedilo

MAC de R como destino quadro conteacutem datagrama IP de A para B

O adaptador de A envia o quadro O adaptador de R recebe o quadro R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verifica

que eacute destinado para B R usa ARP para obter o endereccedilo MAC de B R cria quadro contendo datagrama IP de A para B e o

envia para B

A

R B

Este eacute um exemplo muito importantendash garanta que vocecirc o entendeu

5 Camada de Enlace 5-45

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos52 Teacutecnicas de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de

erros 53 Protocolos de acesso muacuteltiplo 54 Endereccedilamento na Camada de Enlace55 Ethernet56 Comutadores da camada de enlace57 PPP o protocolo ponto-a-ponto58 Virtualizaccedilatildeo de enlace uma rede

como camada de enlace59 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de

paacutegina Web

5 Camada de Enlace 5-46

Ethernet Muitiacutessimo difundida porque

Muito barata R$30 para placas 10100Mbps A mais antiga das tecnologias de rede local (meados da

deacutecada de 70) Mais simples e menos cara que redes usando ficha ou

ATM Acompanhou o aumento de velocidade 10 Mbps ndash 10

Gbps

Rascunho de Metcalfe sobre o Ethernet

5 Camada de Enlace 5-47

Topologia em Estrela Topologia de barramento popular ateacute meados

dos anos 90 Todos os noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo (podem colidir

um com o outro)

Agora prevalecircncia de topologia em estrela Comutador (switch) no centro Cada porta roda o protocolo Ethernet separadamente (os

noacutes natildeo colidem uns com os outros)

barramento cabo coaxial

switch

estrela

5 Camada de Enlace 5-48

Estrutura do Quadro Ethernet

Adaptador remetente encapsula datagrama IP (ou pacote de outro protocolo da camada de rede) num Quadro Ethernet

Dados 46 a 1500 bytes Preacircmbulo 7 bytes com o padratildeo 10101010 seguidos por um byte

com o padratildeo 10101011 usado para sincronizar receptor ao reloacutegio do

remetente (reloacutegios nunca satildeo exatos eacute muito provaacutevel que exista algum desvio entre eles)

5 Camada de Enlace 5-49

Estrutura de Quadro Ethernet (cont)

Endereccedilos 6 bytes para cada endereccedilo MAC se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo destino igual

ao seu ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede

caso contraacuterio o adaptador descarta o quadro Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior

usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)

CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado

5 Camada de Enlace 5-50

Ethernet natildeo confiaacutevel e natildeo orientado para conexatildeo

Natildeo orientado para conexatildeo Natildeo haacute estabelecimento de conexatildeo (saudaccedilatildeo) entre os adaptadores transmissor e receptor

Natildeo confiaacutevel o adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador transmissorfluxo de datagramas passados para a

camada de rede pode conter falhas na sequumlecircncia

falhas seratildeo preenchidas se aplicaccedilatildeo estiver usando o TCP

caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as falhas Protocolo MAC do Ethernet CSMACD sem slots

5 Camada de Enlace 5-51

Algoritmo CSMACD do Ethernet

1 Adaptador recebe datagrama da camada de rede e cria um quadro

2 Se o adaptador percebe que o canal estaacute ocioso comeccedila a transmitir o quadro Se percebe que o canal estaacute ocupado espera que o canal fique livre e transmite

3 Se o adaptador transmitir todo o quadro sem detectar outra transmissatildeo o adaptador concluiu a operaccedilatildeo com o quadro

4 Se o adaptador detectar outra transmissatildeo enquanto estiver transmitindo aborta e envia sinal de reforccedilo de colisatildeo de 48 bits

5 Apoacutes o aborto o adaptador entra na retirada (backoff) exponencial binaacuteria apoacutes a m-eacutesima colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoriamente entre 012hellip2m-1 O adaptador espera K512 tempos de bit e retorna ao Passo 2

5 Camada de Enlace 5-52

CSMACD da Ethernet (mais)

Sinal de reforccedilo de colisatildeo garante que todos os demais transmissores estejam cientes da colisatildeo 48 bits

Tempo de Bit 01 microseg para Ethernet de 10 Mbpspara K=1023 tempo de espera de cerca de 50 mseg

Retirada Exponencial Binaacuteria

Objetivo adaptar as tentativas de retransmissatildeo agrave carga atual estimada Alta carga espera

aleatoacuteria seraacute mais longa

na primeira colisatildeo escolhe K entre 01 atraso eacute de K 512 tempos de transmissatildeo de um bit

apoacutes a segunda colisatildeo escolhe K entre 0123hellip

apoacutes 10 colisotildees escolhe K entre 01234hellip1023

Vejainteraja com o applet Java siacutetio do livroaltamente recomendaacutevel

5 Camada de Enlace 5-53

Eficiecircncia do CSMACD

tprop = atraso maacuteximo de prop entre 2 noacutes na LAN

ttrans = tempo para transmitir quadro de tamanho maacuteximo

Eficiecircncia vai para 1 agrave medida que tprop vai para 0

ttrans vai para infinito Muito melhor do que ALOHA e ainda eacute

descentralizado simples e barato

transprop tt 51

1eficiecircncia

5 Camada de Enlace 5-54

Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica

Diversos padrotildees Ethernet diferentestecircm em comum o protocolo MAC e o

formato do quadrodiferentes velocidades 2Mbps 10Mbps

100Mbps 1Gbps 10Gbpsdiferentes meios da camada fiacutesica fibra

caboaplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

protocolo MACe formato do quadro

100BASE-TX

100BASE-T4

100BASE-FX100BASE-T2

100BASE-SX 100BASE-BX

camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)

5 Camada de Enlace 5-55

10Base5

httpwwwethermanagecom

5 Camada de Enlace 5-56

10Base2

httpwwwethermanagecom

5 Camada de Enlace 5-57

10BaseT

httpwwwethermanagecom

5 Camada de Enlace 5-58

Conector RJ 45

5 Camada de Enlace 5-59

100Base-TX

httpwwwethermanagecom

5 Camada de Enlace 5-60 10

Wireless Backhaul

Carrier Ethernet Access Expansion

Voice gateway

VoiceVideoTelephony

HD TVTVoD VoD

Video Source

Gaming BusinessBackup ERP

InternetVideo Source

BusinessBroadband

E-Line andE-LAN service

GlobalNationalCarrierEthernet

GlobalNationalCarrierEthernet

SmallMedium Business

Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

ResidentialTriple-Play

FTTx DSLAM Cable Modem

Broadbandmobile datavideo

Bringing vastly extended scalability for business and residential users

ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing

5 Camada de Enlace 5-61

Carrier Ethernet Defined

bull Carrier Ethernet is a ubiquitous standardized carrier-class SERVICE defined by five attributes that distinguish Carrier Ethernet from familiar LAN based Ethernet

bull It brings the compelling business benefit of the Ethernet cost model to achieve significant savings

Carrier Ethernet

bull Scalability

bull Standardized Services

bull Service Management

bull Quality of Service

bull Reliability

Carrier Ethernet Attributes

httpwwwmetroethernetforumorg

5 Camada de Enlace 5-62

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos52 Teacutecnicas de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de acesso muacuteltiplo 54 Endereccedilamento na Camada de Enlace55 Ethernet56 Comutadores da camada de enlace57 PPP o protocolo ponto-a-ponto58 Virtualizaccedilatildeo de enlace uma rede como

camada de enlace59 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina

Web

5 Camada de Enlace 5-63

Hubs

hellip repetidores (ldquoburrosrdquo) da camada fiacutesicabits vindos de um dado link saem por todos

os outros links na mesma taxatodos os noacutes conectados ao hub podem

colidir uns com os outrosnatildeo haacute bufferizaccedilatildeo de quadrosnatildeo implementa CSMACD no hub cartotildees

do hospedeiro detectam as colisotildees

par tranccedilado

hub

5 Camada de Enlace 5-64

Comutador (switch)

Dispositivo da camada de enlace mais inteligentes que os hubs tecircm papel ativo armazena e retransmite quadros Ethernetexamina o cabeccedilalho do quadro e

seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento

transparentehospedeiros ignoram a presenccedila dos

switches plug-and-play self-learning (autodidatas)

os comutadores natildeo necessitam ser configurados

5 Camada de Enlace 5-65

Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas

hospedeiros tecircm conexatildeo direta e dedicada para o switch

os switches armazenam quadros

o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplex cada link eacute o seu proacuteprio

domiacutenio de colisatildeo comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-

para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees isto natildeo eacute possiacutevel com hubs

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

switch com seis interfaces(123456)

1 23

45

6

5 Camada de Enlace 5-66

Tabela de Comutaccedilatildeo

P como eacute que o switch sabe que Arsquo eacute alcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel a partir da interface 5

R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutem (endereccedilo MAC do hospedeiro

interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)

parece uma tabela de roteamento P como satildeo criadas e mantidas as

entradas na tabela de comutaccedilatildeo haacute algo como um protocolo de

roteamento

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

switch with six interfaces(123456)

1 23

45

6

5 Camada de Enlace 5-67

switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfaces quando um quadro eacute

recebido o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada

registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo

Switch autoaprendizagem

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 23

45

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

5 Camada de Enlace 5-685 Camada de Enlace

Switch FiltragemRepasse de quadrosQuando um comutador recebe um quadroregistra o link associado com o hospedeiro

transmissorindexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo

MAC do destinoif entrada encontrada para o destino

then if dest estiver no segmento de onde veio o

quadro then descarta o quadro else repassa o quadro na interface indicada else usa inundaccedilatildeoRepassa o quadro para todas as

demais interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido

5 Camada de Enlace 5-69

Exemplo de auto aprendizagem e repasse

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 23

45

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo

destino do quadro desconhecido inundaccedilatildeo

Arsquo A

local do destino A conhecido

Arsquo 4 60

transmissatildeo seletiva

5 Camada de Enlace 5-70

Exemplo com comutador

Suponha que C envia quadro para D

comutador recebe o quadro vindo de C anota na tabela de comutaccedilatildeo que C estaacute na interface 1 dado que D natildeo se encontra na tabela encaminha o quadro para as

demais interfaces 2 e 3

quadro eacute recebido por D

hub

hub hub

comutador

A

B CD

EF G H

I

endereccedilointerface

ABEG

1123

12 3

5 Camada de Enlace 5-71

Exemplo com comutador

Suponha que D responde com um quadro para C

comutador recebe o quadro vindo de D anota na tabela de comutaccedilatildeo que D estaacute na interface 2 dado que C estaacute na tabela encaminha o quadro apenas na interface

1

quadro eacute recebido por C

hub

hub hub

comutador

A

B CD

EF G H

I

interface

ABEGC

11231

endereccedilo

5 Camada de Enlace 5-72

Interligaccedilatildeo de comutadores

Podemos interligar comutadores (switches)

A

B

P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe que deve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3

R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenico comutador)

S1

C D

E

FS2

S4

S3

HI

G

5 Camada de Enlace 5-73

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde

para C

P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4

A

B

S1

C D

E

FS2

S4

S3

HI

G

1

2

5 Camada de Enlace 5-74

Rede Institucionalcorporativa

5 Camada de Enlace 5-75

Rede institucional

Para redeexterna

roteador

Subrede IP

Servidor de mensagens

Servidor web

5 Camada de Enlace 5-76

Comutadores versus Roteadores ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa

roteadores dispositivos da camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)

comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace roteadores mantecircm tabelas de roteamento

implementam algoritmos de roteamento comutadores mantecircm tabelas de comutaccedilatildeo

implementam filtragem algoritmos de aprendizagem

5 Camada de Enlace 5-77

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos52 Teacutecnicas de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de acesso muacuteltiplo 54 Endereccedilamento na Camada de Enlace55 Ethernet56 Comutadores da camada de enlace57 PPP o protocolo ponto-a-ponto58 Virtualizaccedilatildeo de enlace uma rede como

camada de enlace59 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina

Web

5 Camada de Enlace 5-78

Siacutentese um dia na vida de um pedido web jornada completa atravessando toda a pilha de

protocolos aplicaccedilatildeo transporte rede enlace

colocando tudo junto siacutentese objetivo identificar revisar entender os

protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web

cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom

5 Camada de Enlace 5-79

Um dia na vida cenaacuterio

rede da Comcast68800013

rede do Google64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola68802024

paacutegina web

navegador

5 Camada de Enlace 5-80

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPDHCP

quadro Ethernet difundido (dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador que executa o servidor DHCP

Ethernet demultiplexado para IP demultiplexado para UDP e demultiplexado paraDHCP

o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilo do primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP Solicitaccedilatildeo DHCP encapsulada em UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023 Ethernet

5 Camada de Enlace 5-81

roteador(roda DHCP)

servidor DHCP prepara ACK DHCP contendo endereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiro roteador nome e endereccedilo IP do servidor DNS

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

encapsulamento no servidor DHCP quadro repassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente

Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador

cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

5 Camada de Enlace 5-82

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

consulta DNS criada encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviar quadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP

consulta ARP difundida recebida pelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccedilo MAC da interface do roteador

o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiro roteador podendo agora enviar o quadro contendo a consulta DNS

ARP query

EthPhy

ARP

ARP

ARP reply

antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS

5 Camada de Enlace 5-83

roteador(roda DHCP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

DNS

datagrama IP conteacutem consulta DNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador

datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelos protocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS

demultiplexado pelo servidor DNS

servidor DNS responde ao cliente com o endereccedilo IP de wwwgooglecom

rede da Comcast68800013

servidor DNS

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

Um dia na vidahellip usando DNS

5 Camada de Enlace 5-84

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP

HTTPTCPIP

EthPhy

HTTP

para enviar pedido HTTP cliente primeiro abre um socket TCP para o servidor web segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web

conexatildeo TCP estabelecida64233169105

servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCPIP

EthPhy

SYN

SYN

SYN

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)

5 Camada de Enlace 5-85

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP

HTTPTCPIP

EthPhy

HTTP

solicitaccedilatildeo HTTP enviada para o socket TCP datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhado para wwwgooglecom

datagrama IP com a resposta HTTP eacute encaminhado de volta para o cliente

64233169105

servidor web

HTTPTCPIP

EthPhy

servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTPHTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

paacutegina web finalmente() apresentada

5 Camada de Enlace 5-86

Capiacutetulo 5 Resumo

princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dados detecccedilatildeo correccedilatildeo de erros compartilhamento de canal de difusatildeo acesso

muacuteltiplo endereccedilamento da camada de enlace

instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlace Ethernet LANs comutadas redes virtualizadas como camada de enlace MPLS

siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web

  • Capiacutetulo 5 A Camada de Enlace e Redes Locais
  • Camada de Enlace
  • Camada de Enlace Introduccedilatildeo
  • Camada de Enlace Contexto
  • Serviccedilos da Camada de Enlace
  • Serviccedilos da Camada de Enlace (mais)
  • Onde a camada de enlace eacute implementada
  • Comunicaccedilatildeo entre Adaptadores
  • Camada de Enlace (2)
  • Detecccedilatildeo de Erros
  • Verificaccedilotildees de Paridade
  • Soma de verificaccedilatildeo da Internet
  • Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica (CRC)
  • Exemplo de CRC
  • Implementaccedilatildeo em Hardware
  • Camada de Enlace (3)
  • Enlaces e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolo Ideal de Acesso Muacuteltiplo
  • Taxonomia dos Protocolos MAC
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal TDMA
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal FDMA
  • Protocolos de Acesso Aleatoacuterio
  • Slotted ALOHA
  • Slotted ALOHA (2)
  • Eficiecircncia do Slotted Aloha
  • ALOHA Puro (sem slots)
  • Eficiecircncia do Aloha puro
  • CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)
  • Colisotildees no CSMA
  • CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)
  • Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (2)
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (3)
  • Resumo dos protocolos MAC
  • Camada de Enlace (4)
  • Endereccedilos MAC
  • Endereccedilos MAC (2)
  • Endereccedilo MAC (cont)
  • ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de Resoluccedilatildeo de En
  • Protocolo ARP Mesma LAN (rede)
  • Roteando um pacote para outra LAN
  • Slide 44
  • Camada de Enlace (5)
  • Ethernet
  • Topologia em Estrela
  • Estrutura do Quadro Ethernet
  • Estrutura de Quadro Ethernet (cont)
  • Ethernet natildeo confiaacutevel e natildeo orientado para conexatildeo
  • Algoritmo CSMACD do Ethernet
  • CSMACD da Ethernet (mais)
  • Eficiecircncia do CSMACD
  • Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
  • 10Base5
  • 10Base2
  • 10BaseT
  • Conector RJ 45
  • 100Base-TX
  • Slide 60
  • Carrier Ethernet Defined
  • Camada de Enlace (6)
  • Hubs
  • Comutador (switch)
  • Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
  • Tabela de Comutaccedilatildeo
  • Switch autoaprendizagem
  • Switch FiltragemRepasse de quadros
  • Exemplo de auto aprendizagem e repasse
  • Exemplo com comutador
  • Exemplo com comutador (2)
  • Interligaccedilatildeo de comutadores
  • Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores
  • Rede Institucionalcorporativa
  • Rede institucional
  • Comutadores versus Roteadores
  • Camada de Enlace (7)
  • Siacutentese um dia na vida de um pedido web
  • Um dia na vida cenaacuterio
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet (2)
  • Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
  • Um dia na vidahellip usando DNS
  • Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
  • Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
  • Capiacutetulo 5 Resumo
Page 39: 5: Camada de Enlace 5-1 Capítulo 5: A Camada de Enlace e Redes Locais Nossos objetivos: Entender os princípios por trás dos serviços da camada de enlace

5 Camada de Enlace 5-39

Endereccedilos MAC

Cada adaptador na LAN possui um endereccedilo MAC uacutenico

Endereccedilo de Broadcast =FF-FF-FF-FF-FF-FF

= adaptador

1A-2F-BB-76-09-AD

58-23-D7-FA-20-B0

0C-C4-11-6F-E3-98

71-65-F7-2B-08-53

LAN(cabeada ousem fio)

5 Camada de Enlace 5-40

Endereccedilo MAC (cont)

Alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC gerenciada pelo IEEE Um fabricante compra uma parte do espaccedilo de

endereccedilos (para garantir unicidade) Analogia (a) endereccedilo MAC como nuacutemero do CPF (b) endereccedilo IP como endereccedilo postal (CEP) endereccedilo MAC tem estrutura linear =gt

portabilidadePode mover um cartatildeo LAN de uma LAN para

outra endereccedilo IP hieraacuterquico NAtildeO eacute portaacutetil (requer IP

moacutevel)Depende da subrede IP agrave qual o noacute estaacute

conectado

5 Camada de Enlace 5-41

ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de Resoluccedilatildeo de Endereccedilos)

Cada noacute IP (Host Roteador) de uma LAN possui tabela ARP

Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN

lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt TTL (Time To Live) tempo

a partir do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute esquecido (valor tiacutepico de 20 min)

Pergunta como obter oendereccedilo MAC de B a partir do endereccedilo IP de B

1A-2F-BB-76-09-AD

58-23-D7-FA-20-B0

0C-C4-11-6F-E3-98

71-65-F7-2B-08-53

LAN

237196723

237196778

237196714

237196788

5 Camada de Enlace 5-42

Protocolo ARP Mesma LAN (rede) A deseja enviar datagrama

para B e o endereccedilo MAC de B natildeo estaacute na tabela ARP

A difunde o pacote de solicitaccedilatildeo ARP que conteacutem o endereccedilo IP de B Endereccedilo MAC destino =

FF-FF-FF-FF-FF-FF todas as maacutequinas na

LAN recebem a consulta do ARP

B recebe o pacote ARP responde a A com o seu (de B) endereccedilo MAC Quadro enviado para o

endereccedilo MAC (unicast) de A

Uma cache (salva) o par de endereccedilos IP-para-MAC na sua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo fique antiquada (expire) lsquosoft statersquo informaccedilatildeo que expira (vai embora) a menos que seja renovada

ARP eacute ldquoplug-and-playrdquo os noacutes criam suas tabelas ARP sem a intervenccedilatildeo do administrador

da rede

5 Camada de Enlace 5-43

Roteando um pacote para outra LAN

passo a passo envio de datagrama de A para B via R assuma que A conhece o endereccedilo IP de B

Duas tabelas ARP no roteador R uma para cada rede IP (LAN)

A

RB

5 Camada de Enlace 5-44

A cria datagrama com origem A destino B A usa ARP para obter o endereccedilo MAC de R para

111111111110 A cria quadro da camada de enlace com o endereccedilo

MAC de R como destino quadro conteacutem datagrama IP de A para B

O adaptador de A envia o quadro O adaptador de R recebe o quadro R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verifica

que eacute destinado para B R usa ARP para obter o endereccedilo MAC de B R cria quadro contendo datagrama IP de A para B e o

envia para B

A

R B

Este eacute um exemplo muito importantendash garanta que vocecirc o entendeu

5 Camada de Enlace 5-45

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos52 Teacutecnicas de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de

erros 53 Protocolos de acesso muacuteltiplo 54 Endereccedilamento na Camada de Enlace55 Ethernet56 Comutadores da camada de enlace57 PPP o protocolo ponto-a-ponto58 Virtualizaccedilatildeo de enlace uma rede

como camada de enlace59 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de

paacutegina Web

5 Camada de Enlace 5-46

Ethernet Muitiacutessimo difundida porque

Muito barata R$30 para placas 10100Mbps A mais antiga das tecnologias de rede local (meados da

deacutecada de 70) Mais simples e menos cara que redes usando ficha ou

ATM Acompanhou o aumento de velocidade 10 Mbps ndash 10

Gbps

Rascunho de Metcalfe sobre o Ethernet

5 Camada de Enlace 5-47

Topologia em Estrela Topologia de barramento popular ateacute meados

dos anos 90 Todos os noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo (podem colidir

um com o outro)

Agora prevalecircncia de topologia em estrela Comutador (switch) no centro Cada porta roda o protocolo Ethernet separadamente (os

noacutes natildeo colidem uns com os outros)

barramento cabo coaxial

switch

estrela

5 Camada de Enlace 5-48

Estrutura do Quadro Ethernet

Adaptador remetente encapsula datagrama IP (ou pacote de outro protocolo da camada de rede) num Quadro Ethernet

Dados 46 a 1500 bytes Preacircmbulo 7 bytes com o padratildeo 10101010 seguidos por um byte

com o padratildeo 10101011 usado para sincronizar receptor ao reloacutegio do

remetente (reloacutegios nunca satildeo exatos eacute muito provaacutevel que exista algum desvio entre eles)

5 Camada de Enlace 5-49

Estrutura de Quadro Ethernet (cont)

Endereccedilos 6 bytes para cada endereccedilo MAC se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo destino igual

ao seu ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede

caso contraacuterio o adaptador descarta o quadro Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior

usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)

CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado

5 Camada de Enlace 5-50

Ethernet natildeo confiaacutevel e natildeo orientado para conexatildeo

Natildeo orientado para conexatildeo Natildeo haacute estabelecimento de conexatildeo (saudaccedilatildeo) entre os adaptadores transmissor e receptor

Natildeo confiaacutevel o adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador transmissorfluxo de datagramas passados para a

camada de rede pode conter falhas na sequumlecircncia

falhas seratildeo preenchidas se aplicaccedilatildeo estiver usando o TCP

caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as falhas Protocolo MAC do Ethernet CSMACD sem slots

5 Camada de Enlace 5-51

Algoritmo CSMACD do Ethernet

1 Adaptador recebe datagrama da camada de rede e cria um quadro

2 Se o adaptador percebe que o canal estaacute ocioso comeccedila a transmitir o quadro Se percebe que o canal estaacute ocupado espera que o canal fique livre e transmite

3 Se o adaptador transmitir todo o quadro sem detectar outra transmissatildeo o adaptador concluiu a operaccedilatildeo com o quadro

4 Se o adaptador detectar outra transmissatildeo enquanto estiver transmitindo aborta e envia sinal de reforccedilo de colisatildeo de 48 bits

5 Apoacutes o aborto o adaptador entra na retirada (backoff) exponencial binaacuteria apoacutes a m-eacutesima colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoriamente entre 012hellip2m-1 O adaptador espera K512 tempos de bit e retorna ao Passo 2

5 Camada de Enlace 5-52

CSMACD da Ethernet (mais)

Sinal de reforccedilo de colisatildeo garante que todos os demais transmissores estejam cientes da colisatildeo 48 bits

Tempo de Bit 01 microseg para Ethernet de 10 Mbpspara K=1023 tempo de espera de cerca de 50 mseg

Retirada Exponencial Binaacuteria

Objetivo adaptar as tentativas de retransmissatildeo agrave carga atual estimada Alta carga espera

aleatoacuteria seraacute mais longa

na primeira colisatildeo escolhe K entre 01 atraso eacute de K 512 tempos de transmissatildeo de um bit

apoacutes a segunda colisatildeo escolhe K entre 0123hellip

apoacutes 10 colisotildees escolhe K entre 01234hellip1023

Vejainteraja com o applet Java siacutetio do livroaltamente recomendaacutevel

5 Camada de Enlace 5-53

Eficiecircncia do CSMACD

tprop = atraso maacuteximo de prop entre 2 noacutes na LAN

ttrans = tempo para transmitir quadro de tamanho maacuteximo

Eficiecircncia vai para 1 agrave medida que tprop vai para 0

ttrans vai para infinito Muito melhor do que ALOHA e ainda eacute

descentralizado simples e barato

transprop tt 51

1eficiecircncia

5 Camada de Enlace 5-54

Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica

Diversos padrotildees Ethernet diferentestecircm em comum o protocolo MAC e o

formato do quadrodiferentes velocidades 2Mbps 10Mbps

100Mbps 1Gbps 10Gbpsdiferentes meios da camada fiacutesica fibra

caboaplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

protocolo MACe formato do quadro

100BASE-TX

100BASE-T4

100BASE-FX100BASE-T2

100BASE-SX 100BASE-BX

camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)

5 Camada de Enlace 5-55

10Base5

httpwwwethermanagecom

5 Camada de Enlace 5-56

10Base2

httpwwwethermanagecom

5 Camada de Enlace 5-57

10BaseT

httpwwwethermanagecom

5 Camada de Enlace 5-58

Conector RJ 45

5 Camada de Enlace 5-59

100Base-TX

httpwwwethermanagecom

5 Camada de Enlace 5-60 10

Wireless Backhaul

Carrier Ethernet Access Expansion

Voice gateway

VoiceVideoTelephony

HD TVTVoD VoD

Video Source

Gaming BusinessBackup ERP

InternetVideo Source

BusinessBroadband

E-Line andE-LAN service

GlobalNationalCarrierEthernet

GlobalNationalCarrierEthernet

SmallMedium Business

Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

ResidentialTriple-Play

FTTx DSLAM Cable Modem

Broadbandmobile datavideo

Bringing vastly extended scalability for business and residential users

ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing

5 Camada de Enlace 5-61

Carrier Ethernet Defined

bull Carrier Ethernet is a ubiquitous standardized carrier-class SERVICE defined by five attributes that distinguish Carrier Ethernet from familiar LAN based Ethernet

bull It brings the compelling business benefit of the Ethernet cost model to achieve significant savings

Carrier Ethernet

bull Scalability

bull Standardized Services

bull Service Management

bull Quality of Service

bull Reliability

Carrier Ethernet Attributes

httpwwwmetroethernetforumorg

5 Camada de Enlace 5-62

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos52 Teacutecnicas de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de acesso muacuteltiplo 54 Endereccedilamento na Camada de Enlace55 Ethernet56 Comutadores da camada de enlace57 PPP o protocolo ponto-a-ponto58 Virtualizaccedilatildeo de enlace uma rede como

camada de enlace59 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina

Web

5 Camada de Enlace 5-63

Hubs

hellip repetidores (ldquoburrosrdquo) da camada fiacutesicabits vindos de um dado link saem por todos

os outros links na mesma taxatodos os noacutes conectados ao hub podem

colidir uns com os outrosnatildeo haacute bufferizaccedilatildeo de quadrosnatildeo implementa CSMACD no hub cartotildees

do hospedeiro detectam as colisotildees

par tranccedilado

hub

5 Camada de Enlace 5-64

Comutador (switch)

Dispositivo da camada de enlace mais inteligentes que os hubs tecircm papel ativo armazena e retransmite quadros Ethernetexamina o cabeccedilalho do quadro e

seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento

transparentehospedeiros ignoram a presenccedila dos

switches plug-and-play self-learning (autodidatas)

os comutadores natildeo necessitam ser configurados

5 Camada de Enlace 5-65

Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas

hospedeiros tecircm conexatildeo direta e dedicada para o switch

os switches armazenam quadros

o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplex cada link eacute o seu proacuteprio

domiacutenio de colisatildeo comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-

para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees isto natildeo eacute possiacutevel com hubs

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

switch com seis interfaces(123456)

1 23

45

6

5 Camada de Enlace 5-66

Tabela de Comutaccedilatildeo

P como eacute que o switch sabe que Arsquo eacute alcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel a partir da interface 5

R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutem (endereccedilo MAC do hospedeiro

interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)

parece uma tabela de roteamento P como satildeo criadas e mantidas as

entradas na tabela de comutaccedilatildeo haacute algo como um protocolo de

roteamento

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

switch with six interfaces(123456)

1 23

45

6

5 Camada de Enlace 5-67

switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfaces quando um quadro eacute

recebido o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada

registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo

Switch autoaprendizagem

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 23

45

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

5 Camada de Enlace 5-685 Camada de Enlace

Switch FiltragemRepasse de quadrosQuando um comutador recebe um quadroregistra o link associado com o hospedeiro

transmissorindexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo

MAC do destinoif entrada encontrada para o destino

then if dest estiver no segmento de onde veio o

quadro then descarta o quadro else repassa o quadro na interface indicada else usa inundaccedilatildeoRepassa o quadro para todas as

demais interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido

5 Camada de Enlace 5-69

Exemplo de auto aprendizagem e repasse

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 23

45

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo

destino do quadro desconhecido inundaccedilatildeo

Arsquo A

local do destino A conhecido

Arsquo 4 60

transmissatildeo seletiva

5 Camada de Enlace 5-70

Exemplo com comutador

Suponha que C envia quadro para D

comutador recebe o quadro vindo de C anota na tabela de comutaccedilatildeo que C estaacute na interface 1 dado que D natildeo se encontra na tabela encaminha o quadro para as

demais interfaces 2 e 3

quadro eacute recebido por D

hub

hub hub

comutador

A

B CD

EF G H

I

endereccedilointerface

ABEG

1123

12 3

5 Camada de Enlace 5-71

Exemplo com comutador

Suponha que D responde com um quadro para C

comutador recebe o quadro vindo de D anota na tabela de comutaccedilatildeo que D estaacute na interface 2 dado que C estaacute na tabela encaminha o quadro apenas na interface

1

quadro eacute recebido por C

hub

hub hub

comutador

A

B CD

EF G H

I

interface

ABEGC

11231

endereccedilo

5 Camada de Enlace 5-72

Interligaccedilatildeo de comutadores

Podemos interligar comutadores (switches)

A

B

P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe que deve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3

R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenico comutador)

S1

C D

E

FS2

S4

S3

HI

G

5 Camada de Enlace 5-73

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde

para C

P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4

A

B

S1

C D

E

FS2

S4

S3

HI

G

1

2

5 Camada de Enlace 5-74

Rede Institucionalcorporativa

5 Camada de Enlace 5-75

Rede institucional

Para redeexterna

roteador

Subrede IP

Servidor de mensagens

Servidor web

5 Camada de Enlace 5-76

Comutadores versus Roteadores ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa

roteadores dispositivos da camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)

comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace roteadores mantecircm tabelas de roteamento

implementam algoritmos de roteamento comutadores mantecircm tabelas de comutaccedilatildeo

implementam filtragem algoritmos de aprendizagem

5 Camada de Enlace 5-77

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos52 Teacutecnicas de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de acesso muacuteltiplo 54 Endereccedilamento na Camada de Enlace55 Ethernet56 Comutadores da camada de enlace57 PPP o protocolo ponto-a-ponto58 Virtualizaccedilatildeo de enlace uma rede como

camada de enlace59 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina

Web

5 Camada de Enlace 5-78

Siacutentese um dia na vida de um pedido web jornada completa atravessando toda a pilha de

protocolos aplicaccedilatildeo transporte rede enlace

colocando tudo junto siacutentese objetivo identificar revisar entender os

protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web

cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom

5 Camada de Enlace 5-79

Um dia na vida cenaacuterio

rede da Comcast68800013

rede do Google64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola68802024

paacutegina web

navegador

5 Camada de Enlace 5-80

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPDHCP

quadro Ethernet difundido (dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador que executa o servidor DHCP

Ethernet demultiplexado para IP demultiplexado para UDP e demultiplexado paraDHCP

o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilo do primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP Solicitaccedilatildeo DHCP encapsulada em UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023 Ethernet

5 Camada de Enlace 5-81

roteador(roda DHCP)

servidor DHCP prepara ACK DHCP contendo endereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiro roteador nome e endereccedilo IP do servidor DNS

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

encapsulamento no servidor DHCP quadro repassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente

Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador

cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

5 Camada de Enlace 5-82

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

consulta DNS criada encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviar quadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP

consulta ARP difundida recebida pelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccedilo MAC da interface do roteador

o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiro roteador podendo agora enviar o quadro contendo a consulta DNS

ARP query

EthPhy

ARP

ARP

ARP reply

antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS

5 Camada de Enlace 5-83

roteador(roda DHCP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

DNS

datagrama IP conteacutem consulta DNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador

datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelos protocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS

demultiplexado pelo servidor DNS

servidor DNS responde ao cliente com o endereccedilo IP de wwwgooglecom

rede da Comcast68800013

servidor DNS

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

Um dia na vidahellip usando DNS

5 Camada de Enlace 5-84

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP

HTTPTCPIP

EthPhy

HTTP

para enviar pedido HTTP cliente primeiro abre um socket TCP para o servidor web segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web

conexatildeo TCP estabelecida64233169105

servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCPIP

EthPhy

SYN

SYN

SYN

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)

5 Camada de Enlace 5-85

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP

HTTPTCPIP

EthPhy

HTTP

solicitaccedilatildeo HTTP enviada para o socket TCP datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhado para wwwgooglecom

datagrama IP com a resposta HTTP eacute encaminhado de volta para o cliente

64233169105

servidor web

HTTPTCPIP

EthPhy

servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTPHTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

paacutegina web finalmente() apresentada

5 Camada de Enlace 5-86

Capiacutetulo 5 Resumo

princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dados detecccedilatildeo correccedilatildeo de erros compartilhamento de canal de difusatildeo acesso

muacuteltiplo endereccedilamento da camada de enlace

instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlace Ethernet LANs comutadas redes virtualizadas como camada de enlace MPLS

siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web

  • Capiacutetulo 5 A Camada de Enlace e Redes Locais
  • Camada de Enlace
  • Camada de Enlace Introduccedilatildeo
  • Camada de Enlace Contexto
  • Serviccedilos da Camada de Enlace
  • Serviccedilos da Camada de Enlace (mais)
  • Onde a camada de enlace eacute implementada
  • Comunicaccedilatildeo entre Adaptadores
  • Camada de Enlace (2)
  • Detecccedilatildeo de Erros
  • Verificaccedilotildees de Paridade
  • Soma de verificaccedilatildeo da Internet
  • Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica (CRC)
  • Exemplo de CRC
  • Implementaccedilatildeo em Hardware
  • Camada de Enlace (3)
  • Enlaces e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolo Ideal de Acesso Muacuteltiplo
  • Taxonomia dos Protocolos MAC
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal TDMA
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal FDMA
  • Protocolos de Acesso Aleatoacuterio
  • Slotted ALOHA
  • Slotted ALOHA (2)
  • Eficiecircncia do Slotted Aloha
  • ALOHA Puro (sem slots)
  • Eficiecircncia do Aloha puro
  • CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)
  • Colisotildees no CSMA
  • CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)
  • Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (2)
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (3)
  • Resumo dos protocolos MAC
  • Camada de Enlace (4)
  • Endereccedilos MAC
  • Endereccedilos MAC (2)
  • Endereccedilo MAC (cont)
  • ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de Resoluccedilatildeo de En
  • Protocolo ARP Mesma LAN (rede)
  • Roteando um pacote para outra LAN
  • Slide 44
  • Camada de Enlace (5)
  • Ethernet
  • Topologia em Estrela
  • Estrutura do Quadro Ethernet
  • Estrutura de Quadro Ethernet (cont)
  • Ethernet natildeo confiaacutevel e natildeo orientado para conexatildeo
  • Algoritmo CSMACD do Ethernet
  • CSMACD da Ethernet (mais)
  • Eficiecircncia do CSMACD
  • Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
  • 10Base5
  • 10Base2
  • 10BaseT
  • Conector RJ 45
  • 100Base-TX
  • Slide 60
  • Carrier Ethernet Defined
  • Camada de Enlace (6)
  • Hubs
  • Comutador (switch)
  • Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
  • Tabela de Comutaccedilatildeo
  • Switch autoaprendizagem
  • Switch FiltragemRepasse de quadros
  • Exemplo de auto aprendizagem e repasse
  • Exemplo com comutador
  • Exemplo com comutador (2)
  • Interligaccedilatildeo de comutadores
  • Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores
  • Rede Institucionalcorporativa
  • Rede institucional
  • Comutadores versus Roteadores
  • Camada de Enlace (7)
  • Siacutentese um dia na vida de um pedido web
  • Um dia na vida cenaacuterio
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet (2)
  • Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
  • Um dia na vidahellip usando DNS
  • Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
  • Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
  • Capiacutetulo 5 Resumo
Page 40: 5: Camada de Enlace 5-1 Capítulo 5: A Camada de Enlace e Redes Locais Nossos objetivos: Entender os princípios por trás dos serviços da camada de enlace

5 Camada de Enlace 5-40

Endereccedilo MAC (cont)

Alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC gerenciada pelo IEEE Um fabricante compra uma parte do espaccedilo de

endereccedilos (para garantir unicidade) Analogia (a) endereccedilo MAC como nuacutemero do CPF (b) endereccedilo IP como endereccedilo postal (CEP) endereccedilo MAC tem estrutura linear =gt

portabilidadePode mover um cartatildeo LAN de uma LAN para

outra endereccedilo IP hieraacuterquico NAtildeO eacute portaacutetil (requer IP

moacutevel)Depende da subrede IP agrave qual o noacute estaacute

conectado

5 Camada de Enlace 5-41

ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de Resoluccedilatildeo de Endereccedilos)

Cada noacute IP (Host Roteador) de uma LAN possui tabela ARP

Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN

lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt TTL (Time To Live) tempo

a partir do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute esquecido (valor tiacutepico de 20 min)

Pergunta como obter oendereccedilo MAC de B a partir do endereccedilo IP de B

1A-2F-BB-76-09-AD

58-23-D7-FA-20-B0

0C-C4-11-6F-E3-98

71-65-F7-2B-08-53

LAN

237196723

237196778

237196714

237196788

5 Camada de Enlace 5-42

Protocolo ARP Mesma LAN (rede) A deseja enviar datagrama

para B e o endereccedilo MAC de B natildeo estaacute na tabela ARP

A difunde o pacote de solicitaccedilatildeo ARP que conteacutem o endereccedilo IP de B Endereccedilo MAC destino =

FF-FF-FF-FF-FF-FF todas as maacutequinas na

LAN recebem a consulta do ARP

B recebe o pacote ARP responde a A com o seu (de B) endereccedilo MAC Quadro enviado para o

endereccedilo MAC (unicast) de A

Uma cache (salva) o par de endereccedilos IP-para-MAC na sua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo fique antiquada (expire) lsquosoft statersquo informaccedilatildeo que expira (vai embora) a menos que seja renovada

ARP eacute ldquoplug-and-playrdquo os noacutes criam suas tabelas ARP sem a intervenccedilatildeo do administrador

da rede

5 Camada de Enlace 5-43

Roteando um pacote para outra LAN

passo a passo envio de datagrama de A para B via R assuma que A conhece o endereccedilo IP de B

Duas tabelas ARP no roteador R uma para cada rede IP (LAN)

A

RB

5 Camada de Enlace 5-44

A cria datagrama com origem A destino B A usa ARP para obter o endereccedilo MAC de R para

111111111110 A cria quadro da camada de enlace com o endereccedilo

MAC de R como destino quadro conteacutem datagrama IP de A para B

O adaptador de A envia o quadro O adaptador de R recebe o quadro R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verifica

que eacute destinado para B R usa ARP para obter o endereccedilo MAC de B R cria quadro contendo datagrama IP de A para B e o

envia para B

A

R B

Este eacute um exemplo muito importantendash garanta que vocecirc o entendeu

5 Camada de Enlace 5-45

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos52 Teacutecnicas de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de

erros 53 Protocolos de acesso muacuteltiplo 54 Endereccedilamento na Camada de Enlace55 Ethernet56 Comutadores da camada de enlace57 PPP o protocolo ponto-a-ponto58 Virtualizaccedilatildeo de enlace uma rede

como camada de enlace59 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de

paacutegina Web

5 Camada de Enlace 5-46

Ethernet Muitiacutessimo difundida porque

Muito barata R$30 para placas 10100Mbps A mais antiga das tecnologias de rede local (meados da

deacutecada de 70) Mais simples e menos cara que redes usando ficha ou

ATM Acompanhou o aumento de velocidade 10 Mbps ndash 10

Gbps

Rascunho de Metcalfe sobre o Ethernet

5 Camada de Enlace 5-47

Topologia em Estrela Topologia de barramento popular ateacute meados

dos anos 90 Todos os noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo (podem colidir

um com o outro)

Agora prevalecircncia de topologia em estrela Comutador (switch) no centro Cada porta roda o protocolo Ethernet separadamente (os

noacutes natildeo colidem uns com os outros)

barramento cabo coaxial

switch

estrela

5 Camada de Enlace 5-48

Estrutura do Quadro Ethernet

Adaptador remetente encapsula datagrama IP (ou pacote de outro protocolo da camada de rede) num Quadro Ethernet

Dados 46 a 1500 bytes Preacircmbulo 7 bytes com o padratildeo 10101010 seguidos por um byte

com o padratildeo 10101011 usado para sincronizar receptor ao reloacutegio do

remetente (reloacutegios nunca satildeo exatos eacute muito provaacutevel que exista algum desvio entre eles)

5 Camada de Enlace 5-49

Estrutura de Quadro Ethernet (cont)

Endereccedilos 6 bytes para cada endereccedilo MAC se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo destino igual

ao seu ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede

caso contraacuterio o adaptador descarta o quadro Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior

usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)

CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado

5 Camada de Enlace 5-50

Ethernet natildeo confiaacutevel e natildeo orientado para conexatildeo

Natildeo orientado para conexatildeo Natildeo haacute estabelecimento de conexatildeo (saudaccedilatildeo) entre os adaptadores transmissor e receptor

Natildeo confiaacutevel o adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador transmissorfluxo de datagramas passados para a

camada de rede pode conter falhas na sequumlecircncia

falhas seratildeo preenchidas se aplicaccedilatildeo estiver usando o TCP

caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as falhas Protocolo MAC do Ethernet CSMACD sem slots

5 Camada de Enlace 5-51

Algoritmo CSMACD do Ethernet

1 Adaptador recebe datagrama da camada de rede e cria um quadro

2 Se o adaptador percebe que o canal estaacute ocioso comeccedila a transmitir o quadro Se percebe que o canal estaacute ocupado espera que o canal fique livre e transmite

3 Se o adaptador transmitir todo o quadro sem detectar outra transmissatildeo o adaptador concluiu a operaccedilatildeo com o quadro

4 Se o adaptador detectar outra transmissatildeo enquanto estiver transmitindo aborta e envia sinal de reforccedilo de colisatildeo de 48 bits

5 Apoacutes o aborto o adaptador entra na retirada (backoff) exponencial binaacuteria apoacutes a m-eacutesima colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoriamente entre 012hellip2m-1 O adaptador espera K512 tempos de bit e retorna ao Passo 2

5 Camada de Enlace 5-52

CSMACD da Ethernet (mais)

Sinal de reforccedilo de colisatildeo garante que todos os demais transmissores estejam cientes da colisatildeo 48 bits

Tempo de Bit 01 microseg para Ethernet de 10 Mbpspara K=1023 tempo de espera de cerca de 50 mseg

Retirada Exponencial Binaacuteria

Objetivo adaptar as tentativas de retransmissatildeo agrave carga atual estimada Alta carga espera

aleatoacuteria seraacute mais longa

na primeira colisatildeo escolhe K entre 01 atraso eacute de K 512 tempos de transmissatildeo de um bit

apoacutes a segunda colisatildeo escolhe K entre 0123hellip

apoacutes 10 colisotildees escolhe K entre 01234hellip1023

Vejainteraja com o applet Java siacutetio do livroaltamente recomendaacutevel

5 Camada de Enlace 5-53

Eficiecircncia do CSMACD

tprop = atraso maacuteximo de prop entre 2 noacutes na LAN

ttrans = tempo para transmitir quadro de tamanho maacuteximo

Eficiecircncia vai para 1 agrave medida que tprop vai para 0

ttrans vai para infinito Muito melhor do que ALOHA e ainda eacute

descentralizado simples e barato

transprop tt 51

1eficiecircncia

5 Camada de Enlace 5-54

Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica

Diversos padrotildees Ethernet diferentestecircm em comum o protocolo MAC e o

formato do quadrodiferentes velocidades 2Mbps 10Mbps

100Mbps 1Gbps 10Gbpsdiferentes meios da camada fiacutesica fibra

caboaplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

protocolo MACe formato do quadro

100BASE-TX

100BASE-T4

100BASE-FX100BASE-T2

100BASE-SX 100BASE-BX

camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)

5 Camada de Enlace 5-55

10Base5

httpwwwethermanagecom

5 Camada de Enlace 5-56

10Base2

httpwwwethermanagecom

5 Camada de Enlace 5-57

10BaseT

httpwwwethermanagecom

5 Camada de Enlace 5-58

Conector RJ 45

5 Camada de Enlace 5-59

100Base-TX

httpwwwethermanagecom

5 Camada de Enlace 5-60 10

Wireless Backhaul

Carrier Ethernet Access Expansion

Voice gateway

VoiceVideoTelephony

HD TVTVoD VoD

Video Source

Gaming BusinessBackup ERP

InternetVideo Source

BusinessBroadband

E-Line andE-LAN service

GlobalNationalCarrierEthernet

GlobalNationalCarrierEthernet

SmallMedium Business

Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

ResidentialTriple-Play

FTTx DSLAM Cable Modem

Broadbandmobile datavideo

Bringing vastly extended scalability for business and residential users

ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing

5 Camada de Enlace 5-61

Carrier Ethernet Defined

bull Carrier Ethernet is a ubiquitous standardized carrier-class SERVICE defined by five attributes that distinguish Carrier Ethernet from familiar LAN based Ethernet

bull It brings the compelling business benefit of the Ethernet cost model to achieve significant savings

Carrier Ethernet

bull Scalability

bull Standardized Services

bull Service Management

bull Quality of Service

bull Reliability

Carrier Ethernet Attributes

httpwwwmetroethernetforumorg

5 Camada de Enlace 5-62

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos52 Teacutecnicas de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de acesso muacuteltiplo 54 Endereccedilamento na Camada de Enlace55 Ethernet56 Comutadores da camada de enlace57 PPP o protocolo ponto-a-ponto58 Virtualizaccedilatildeo de enlace uma rede como

camada de enlace59 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina

Web

5 Camada de Enlace 5-63

Hubs

hellip repetidores (ldquoburrosrdquo) da camada fiacutesicabits vindos de um dado link saem por todos

os outros links na mesma taxatodos os noacutes conectados ao hub podem

colidir uns com os outrosnatildeo haacute bufferizaccedilatildeo de quadrosnatildeo implementa CSMACD no hub cartotildees

do hospedeiro detectam as colisotildees

par tranccedilado

hub

5 Camada de Enlace 5-64

Comutador (switch)

Dispositivo da camada de enlace mais inteligentes que os hubs tecircm papel ativo armazena e retransmite quadros Ethernetexamina o cabeccedilalho do quadro e

seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento

transparentehospedeiros ignoram a presenccedila dos

switches plug-and-play self-learning (autodidatas)

os comutadores natildeo necessitam ser configurados

5 Camada de Enlace 5-65

Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas

hospedeiros tecircm conexatildeo direta e dedicada para o switch

os switches armazenam quadros

o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplex cada link eacute o seu proacuteprio

domiacutenio de colisatildeo comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-

para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees isto natildeo eacute possiacutevel com hubs

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

switch com seis interfaces(123456)

1 23

45

6

5 Camada de Enlace 5-66

Tabela de Comutaccedilatildeo

P como eacute que o switch sabe que Arsquo eacute alcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel a partir da interface 5

R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutem (endereccedilo MAC do hospedeiro

interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)

parece uma tabela de roteamento P como satildeo criadas e mantidas as

entradas na tabela de comutaccedilatildeo haacute algo como um protocolo de

roteamento

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

switch with six interfaces(123456)

1 23

45

6

5 Camada de Enlace 5-67

switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfaces quando um quadro eacute

recebido o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada

registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo

Switch autoaprendizagem

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 23

45

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

5 Camada de Enlace 5-685 Camada de Enlace

Switch FiltragemRepasse de quadrosQuando um comutador recebe um quadroregistra o link associado com o hospedeiro

transmissorindexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo

MAC do destinoif entrada encontrada para o destino

then if dest estiver no segmento de onde veio o

quadro then descarta o quadro else repassa o quadro na interface indicada else usa inundaccedilatildeoRepassa o quadro para todas as

demais interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido

5 Camada de Enlace 5-69

Exemplo de auto aprendizagem e repasse

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 23

45

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo

destino do quadro desconhecido inundaccedilatildeo

Arsquo A

local do destino A conhecido

Arsquo 4 60

transmissatildeo seletiva

5 Camada de Enlace 5-70

Exemplo com comutador

Suponha que C envia quadro para D

comutador recebe o quadro vindo de C anota na tabela de comutaccedilatildeo que C estaacute na interface 1 dado que D natildeo se encontra na tabela encaminha o quadro para as

demais interfaces 2 e 3

quadro eacute recebido por D

hub

hub hub

comutador

A

B CD

EF G H

I

endereccedilointerface

ABEG

1123

12 3

5 Camada de Enlace 5-71

Exemplo com comutador

Suponha que D responde com um quadro para C

comutador recebe o quadro vindo de D anota na tabela de comutaccedilatildeo que D estaacute na interface 2 dado que C estaacute na tabela encaminha o quadro apenas na interface

1

quadro eacute recebido por C

hub

hub hub

comutador

A

B CD

EF G H

I

interface

ABEGC

11231

endereccedilo

5 Camada de Enlace 5-72

Interligaccedilatildeo de comutadores

Podemos interligar comutadores (switches)

A

B

P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe que deve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3

R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenico comutador)

S1

C D

E

FS2

S4

S3

HI

G

5 Camada de Enlace 5-73

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde

para C

P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4

A

B

S1

C D

E

FS2

S4

S3

HI

G

1

2

5 Camada de Enlace 5-74

Rede Institucionalcorporativa

5 Camada de Enlace 5-75

Rede institucional

Para redeexterna

roteador

Subrede IP

Servidor de mensagens

Servidor web

5 Camada de Enlace 5-76

Comutadores versus Roteadores ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa

roteadores dispositivos da camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)

comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace roteadores mantecircm tabelas de roteamento

implementam algoritmos de roteamento comutadores mantecircm tabelas de comutaccedilatildeo

implementam filtragem algoritmos de aprendizagem

5 Camada de Enlace 5-77

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos52 Teacutecnicas de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de acesso muacuteltiplo 54 Endereccedilamento na Camada de Enlace55 Ethernet56 Comutadores da camada de enlace57 PPP o protocolo ponto-a-ponto58 Virtualizaccedilatildeo de enlace uma rede como

camada de enlace59 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina

Web

5 Camada de Enlace 5-78

Siacutentese um dia na vida de um pedido web jornada completa atravessando toda a pilha de

protocolos aplicaccedilatildeo transporte rede enlace

colocando tudo junto siacutentese objetivo identificar revisar entender os

protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web

cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom

5 Camada de Enlace 5-79

Um dia na vida cenaacuterio

rede da Comcast68800013

rede do Google64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola68802024

paacutegina web

navegador

5 Camada de Enlace 5-80

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPDHCP

quadro Ethernet difundido (dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador que executa o servidor DHCP

Ethernet demultiplexado para IP demultiplexado para UDP e demultiplexado paraDHCP

o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilo do primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP Solicitaccedilatildeo DHCP encapsulada em UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023 Ethernet

5 Camada de Enlace 5-81

roteador(roda DHCP)

servidor DHCP prepara ACK DHCP contendo endereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiro roteador nome e endereccedilo IP do servidor DNS

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

encapsulamento no servidor DHCP quadro repassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente

Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador

cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

5 Camada de Enlace 5-82

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

consulta DNS criada encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviar quadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP

consulta ARP difundida recebida pelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccedilo MAC da interface do roteador

o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiro roteador podendo agora enviar o quadro contendo a consulta DNS

ARP query

EthPhy

ARP

ARP

ARP reply

antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS

5 Camada de Enlace 5-83

roteador(roda DHCP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

DNS

datagrama IP conteacutem consulta DNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador

datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelos protocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS

demultiplexado pelo servidor DNS

servidor DNS responde ao cliente com o endereccedilo IP de wwwgooglecom

rede da Comcast68800013

servidor DNS

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

Um dia na vidahellip usando DNS

5 Camada de Enlace 5-84

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP

HTTPTCPIP

EthPhy

HTTP

para enviar pedido HTTP cliente primeiro abre um socket TCP para o servidor web segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web

conexatildeo TCP estabelecida64233169105

servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCPIP

EthPhy

SYN

SYN

SYN

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)

5 Camada de Enlace 5-85

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP

HTTPTCPIP

EthPhy

HTTP

solicitaccedilatildeo HTTP enviada para o socket TCP datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhado para wwwgooglecom

datagrama IP com a resposta HTTP eacute encaminhado de volta para o cliente

64233169105

servidor web

HTTPTCPIP

EthPhy

servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTPHTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

paacutegina web finalmente() apresentada

5 Camada de Enlace 5-86

Capiacutetulo 5 Resumo

princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dados detecccedilatildeo correccedilatildeo de erros compartilhamento de canal de difusatildeo acesso

muacuteltiplo endereccedilamento da camada de enlace

instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlace Ethernet LANs comutadas redes virtualizadas como camada de enlace MPLS

siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web

  • Capiacutetulo 5 A Camada de Enlace e Redes Locais
  • Camada de Enlace
  • Camada de Enlace Introduccedilatildeo
  • Camada de Enlace Contexto
  • Serviccedilos da Camada de Enlace
  • Serviccedilos da Camada de Enlace (mais)
  • Onde a camada de enlace eacute implementada
  • Comunicaccedilatildeo entre Adaptadores
  • Camada de Enlace (2)
  • Detecccedilatildeo de Erros
  • Verificaccedilotildees de Paridade
  • Soma de verificaccedilatildeo da Internet
  • Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica (CRC)
  • Exemplo de CRC
  • Implementaccedilatildeo em Hardware
  • Camada de Enlace (3)
  • Enlaces e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolo Ideal de Acesso Muacuteltiplo
  • Taxonomia dos Protocolos MAC
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal TDMA
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal FDMA
  • Protocolos de Acesso Aleatoacuterio
  • Slotted ALOHA
  • Slotted ALOHA (2)
  • Eficiecircncia do Slotted Aloha
  • ALOHA Puro (sem slots)
  • Eficiecircncia do Aloha puro
  • CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)
  • Colisotildees no CSMA
  • CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)
  • Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (2)
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (3)
  • Resumo dos protocolos MAC
  • Camada de Enlace (4)
  • Endereccedilos MAC
  • Endereccedilos MAC (2)
  • Endereccedilo MAC (cont)
  • ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de Resoluccedilatildeo de En
  • Protocolo ARP Mesma LAN (rede)
  • Roteando um pacote para outra LAN
  • Slide 44
  • Camada de Enlace (5)
  • Ethernet
  • Topologia em Estrela
  • Estrutura do Quadro Ethernet
  • Estrutura de Quadro Ethernet (cont)
  • Ethernet natildeo confiaacutevel e natildeo orientado para conexatildeo
  • Algoritmo CSMACD do Ethernet
  • CSMACD da Ethernet (mais)
  • Eficiecircncia do CSMACD
  • Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
  • 10Base5
  • 10Base2
  • 10BaseT
  • Conector RJ 45
  • 100Base-TX
  • Slide 60
  • Carrier Ethernet Defined
  • Camada de Enlace (6)
  • Hubs
  • Comutador (switch)
  • Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
  • Tabela de Comutaccedilatildeo
  • Switch autoaprendizagem
  • Switch FiltragemRepasse de quadros
  • Exemplo de auto aprendizagem e repasse
  • Exemplo com comutador
  • Exemplo com comutador (2)
  • Interligaccedilatildeo de comutadores
  • Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores
  • Rede Institucionalcorporativa
  • Rede institucional
  • Comutadores versus Roteadores
  • Camada de Enlace (7)
  • Siacutentese um dia na vida de um pedido web
  • Um dia na vida cenaacuterio
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet (2)
  • Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
  • Um dia na vidahellip usando DNS
  • Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
  • Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
  • Capiacutetulo 5 Resumo
Page 41: 5: Camada de Enlace 5-1 Capítulo 5: A Camada de Enlace e Redes Locais Nossos objetivos: Entender os princípios por trás dos serviços da camada de enlace

5 Camada de Enlace 5-41

ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de Resoluccedilatildeo de Endereccedilos)

Cada noacute IP (Host Roteador) de uma LAN possui tabela ARP

Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN

lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt TTL (Time To Live) tempo

a partir do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute esquecido (valor tiacutepico de 20 min)

Pergunta como obter oendereccedilo MAC de B a partir do endereccedilo IP de B

1A-2F-BB-76-09-AD

58-23-D7-FA-20-B0

0C-C4-11-6F-E3-98

71-65-F7-2B-08-53

LAN

237196723

237196778

237196714

237196788

5 Camada de Enlace 5-42

Protocolo ARP Mesma LAN (rede) A deseja enviar datagrama

para B e o endereccedilo MAC de B natildeo estaacute na tabela ARP

A difunde o pacote de solicitaccedilatildeo ARP que conteacutem o endereccedilo IP de B Endereccedilo MAC destino =

FF-FF-FF-FF-FF-FF todas as maacutequinas na

LAN recebem a consulta do ARP

B recebe o pacote ARP responde a A com o seu (de B) endereccedilo MAC Quadro enviado para o

endereccedilo MAC (unicast) de A

Uma cache (salva) o par de endereccedilos IP-para-MAC na sua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo fique antiquada (expire) lsquosoft statersquo informaccedilatildeo que expira (vai embora) a menos que seja renovada

ARP eacute ldquoplug-and-playrdquo os noacutes criam suas tabelas ARP sem a intervenccedilatildeo do administrador

da rede

5 Camada de Enlace 5-43

Roteando um pacote para outra LAN

passo a passo envio de datagrama de A para B via R assuma que A conhece o endereccedilo IP de B

Duas tabelas ARP no roteador R uma para cada rede IP (LAN)

A

RB

5 Camada de Enlace 5-44

A cria datagrama com origem A destino B A usa ARP para obter o endereccedilo MAC de R para

111111111110 A cria quadro da camada de enlace com o endereccedilo

MAC de R como destino quadro conteacutem datagrama IP de A para B

O adaptador de A envia o quadro O adaptador de R recebe o quadro R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verifica

que eacute destinado para B R usa ARP para obter o endereccedilo MAC de B R cria quadro contendo datagrama IP de A para B e o

envia para B

A

R B

Este eacute um exemplo muito importantendash garanta que vocecirc o entendeu

5 Camada de Enlace 5-45

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos52 Teacutecnicas de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de

erros 53 Protocolos de acesso muacuteltiplo 54 Endereccedilamento na Camada de Enlace55 Ethernet56 Comutadores da camada de enlace57 PPP o protocolo ponto-a-ponto58 Virtualizaccedilatildeo de enlace uma rede

como camada de enlace59 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de

paacutegina Web

5 Camada de Enlace 5-46

Ethernet Muitiacutessimo difundida porque

Muito barata R$30 para placas 10100Mbps A mais antiga das tecnologias de rede local (meados da

deacutecada de 70) Mais simples e menos cara que redes usando ficha ou

ATM Acompanhou o aumento de velocidade 10 Mbps ndash 10

Gbps

Rascunho de Metcalfe sobre o Ethernet

5 Camada de Enlace 5-47

Topologia em Estrela Topologia de barramento popular ateacute meados

dos anos 90 Todos os noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo (podem colidir

um com o outro)

Agora prevalecircncia de topologia em estrela Comutador (switch) no centro Cada porta roda o protocolo Ethernet separadamente (os

noacutes natildeo colidem uns com os outros)

barramento cabo coaxial

switch

estrela

5 Camada de Enlace 5-48

Estrutura do Quadro Ethernet

Adaptador remetente encapsula datagrama IP (ou pacote de outro protocolo da camada de rede) num Quadro Ethernet

Dados 46 a 1500 bytes Preacircmbulo 7 bytes com o padratildeo 10101010 seguidos por um byte

com o padratildeo 10101011 usado para sincronizar receptor ao reloacutegio do

remetente (reloacutegios nunca satildeo exatos eacute muito provaacutevel que exista algum desvio entre eles)

5 Camada de Enlace 5-49

Estrutura de Quadro Ethernet (cont)

Endereccedilos 6 bytes para cada endereccedilo MAC se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo destino igual

ao seu ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede

caso contraacuterio o adaptador descarta o quadro Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior

usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)

CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado

5 Camada de Enlace 5-50

Ethernet natildeo confiaacutevel e natildeo orientado para conexatildeo

Natildeo orientado para conexatildeo Natildeo haacute estabelecimento de conexatildeo (saudaccedilatildeo) entre os adaptadores transmissor e receptor

Natildeo confiaacutevel o adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador transmissorfluxo de datagramas passados para a

camada de rede pode conter falhas na sequumlecircncia

falhas seratildeo preenchidas se aplicaccedilatildeo estiver usando o TCP

caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as falhas Protocolo MAC do Ethernet CSMACD sem slots

5 Camada de Enlace 5-51

Algoritmo CSMACD do Ethernet

1 Adaptador recebe datagrama da camada de rede e cria um quadro

2 Se o adaptador percebe que o canal estaacute ocioso comeccedila a transmitir o quadro Se percebe que o canal estaacute ocupado espera que o canal fique livre e transmite

3 Se o adaptador transmitir todo o quadro sem detectar outra transmissatildeo o adaptador concluiu a operaccedilatildeo com o quadro

4 Se o adaptador detectar outra transmissatildeo enquanto estiver transmitindo aborta e envia sinal de reforccedilo de colisatildeo de 48 bits

5 Apoacutes o aborto o adaptador entra na retirada (backoff) exponencial binaacuteria apoacutes a m-eacutesima colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoriamente entre 012hellip2m-1 O adaptador espera K512 tempos de bit e retorna ao Passo 2

5 Camada de Enlace 5-52

CSMACD da Ethernet (mais)

Sinal de reforccedilo de colisatildeo garante que todos os demais transmissores estejam cientes da colisatildeo 48 bits

Tempo de Bit 01 microseg para Ethernet de 10 Mbpspara K=1023 tempo de espera de cerca de 50 mseg

Retirada Exponencial Binaacuteria

Objetivo adaptar as tentativas de retransmissatildeo agrave carga atual estimada Alta carga espera

aleatoacuteria seraacute mais longa

na primeira colisatildeo escolhe K entre 01 atraso eacute de K 512 tempos de transmissatildeo de um bit

apoacutes a segunda colisatildeo escolhe K entre 0123hellip

apoacutes 10 colisotildees escolhe K entre 01234hellip1023

Vejainteraja com o applet Java siacutetio do livroaltamente recomendaacutevel

5 Camada de Enlace 5-53

Eficiecircncia do CSMACD

tprop = atraso maacuteximo de prop entre 2 noacutes na LAN

ttrans = tempo para transmitir quadro de tamanho maacuteximo

Eficiecircncia vai para 1 agrave medida que tprop vai para 0

ttrans vai para infinito Muito melhor do que ALOHA e ainda eacute

descentralizado simples e barato

transprop tt 51

1eficiecircncia

5 Camada de Enlace 5-54

Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica

Diversos padrotildees Ethernet diferentestecircm em comum o protocolo MAC e o

formato do quadrodiferentes velocidades 2Mbps 10Mbps

100Mbps 1Gbps 10Gbpsdiferentes meios da camada fiacutesica fibra

caboaplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

protocolo MACe formato do quadro

100BASE-TX

100BASE-T4

100BASE-FX100BASE-T2

100BASE-SX 100BASE-BX

camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)

5 Camada de Enlace 5-55

10Base5

httpwwwethermanagecom

5 Camada de Enlace 5-56

10Base2

httpwwwethermanagecom

5 Camada de Enlace 5-57

10BaseT

httpwwwethermanagecom

5 Camada de Enlace 5-58

Conector RJ 45

5 Camada de Enlace 5-59

100Base-TX

httpwwwethermanagecom

5 Camada de Enlace 5-60 10

Wireless Backhaul

Carrier Ethernet Access Expansion

Voice gateway

VoiceVideoTelephony

HD TVTVoD VoD

Video Source

Gaming BusinessBackup ERP

InternetVideo Source

BusinessBroadband

E-Line andE-LAN service

GlobalNationalCarrierEthernet

GlobalNationalCarrierEthernet

SmallMedium Business

Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

ResidentialTriple-Play

FTTx DSLAM Cable Modem

Broadbandmobile datavideo

Bringing vastly extended scalability for business and residential users

ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing

5 Camada de Enlace 5-61

Carrier Ethernet Defined

bull Carrier Ethernet is a ubiquitous standardized carrier-class SERVICE defined by five attributes that distinguish Carrier Ethernet from familiar LAN based Ethernet

bull It brings the compelling business benefit of the Ethernet cost model to achieve significant savings

Carrier Ethernet

bull Scalability

bull Standardized Services

bull Service Management

bull Quality of Service

bull Reliability

Carrier Ethernet Attributes

httpwwwmetroethernetforumorg

5 Camada de Enlace 5-62

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos52 Teacutecnicas de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de acesso muacuteltiplo 54 Endereccedilamento na Camada de Enlace55 Ethernet56 Comutadores da camada de enlace57 PPP o protocolo ponto-a-ponto58 Virtualizaccedilatildeo de enlace uma rede como

camada de enlace59 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina

Web

5 Camada de Enlace 5-63

Hubs

hellip repetidores (ldquoburrosrdquo) da camada fiacutesicabits vindos de um dado link saem por todos

os outros links na mesma taxatodos os noacutes conectados ao hub podem

colidir uns com os outrosnatildeo haacute bufferizaccedilatildeo de quadrosnatildeo implementa CSMACD no hub cartotildees

do hospedeiro detectam as colisotildees

par tranccedilado

hub

5 Camada de Enlace 5-64

Comutador (switch)

Dispositivo da camada de enlace mais inteligentes que os hubs tecircm papel ativo armazena e retransmite quadros Ethernetexamina o cabeccedilalho do quadro e

seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento

transparentehospedeiros ignoram a presenccedila dos

switches plug-and-play self-learning (autodidatas)

os comutadores natildeo necessitam ser configurados

5 Camada de Enlace 5-65

Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas

hospedeiros tecircm conexatildeo direta e dedicada para o switch

os switches armazenam quadros

o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplex cada link eacute o seu proacuteprio

domiacutenio de colisatildeo comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-

para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees isto natildeo eacute possiacutevel com hubs

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

switch com seis interfaces(123456)

1 23

45

6

5 Camada de Enlace 5-66

Tabela de Comutaccedilatildeo

P como eacute que o switch sabe que Arsquo eacute alcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel a partir da interface 5

R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutem (endereccedilo MAC do hospedeiro

interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)

parece uma tabela de roteamento P como satildeo criadas e mantidas as

entradas na tabela de comutaccedilatildeo haacute algo como um protocolo de

roteamento

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

switch with six interfaces(123456)

1 23

45

6

5 Camada de Enlace 5-67

switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfaces quando um quadro eacute

recebido o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada

registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo

Switch autoaprendizagem

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 23

45

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

5 Camada de Enlace 5-685 Camada de Enlace

Switch FiltragemRepasse de quadrosQuando um comutador recebe um quadroregistra o link associado com o hospedeiro

transmissorindexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo

MAC do destinoif entrada encontrada para o destino

then if dest estiver no segmento de onde veio o

quadro then descarta o quadro else repassa o quadro na interface indicada else usa inundaccedilatildeoRepassa o quadro para todas as

demais interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido

5 Camada de Enlace 5-69

Exemplo de auto aprendizagem e repasse

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 23

45

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo

destino do quadro desconhecido inundaccedilatildeo

Arsquo A

local do destino A conhecido

Arsquo 4 60

transmissatildeo seletiva

5 Camada de Enlace 5-70

Exemplo com comutador

Suponha que C envia quadro para D

comutador recebe o quadro vindo de C anota na tabela de comutaccedilatildeo que C estaacute na interface 1 dado que D natildeo se encontra na tabela encaminha o quadro para as

demais interfaces 2 e 3

quadro eacute recebido por D

hub

hub hub

comutador

A

B CD

EF G H

I

endereccedilointerface

ABEG

1123

12 3

5 Camada de Enlace 5-71

Exemplo com comutador

Suponha que D responde com um quadro para C

comutador recebe o quadro vindo de D anota na tabela de comutaccedilatildeo que D estaacute na interface 2 dado que C estaacute na tabela encaminha o quadro apenas na interface

1

quadro eacute recebido por C

hub

hub hub

comutador

A

B CD

EF G H

I

interface

ABEGC

11231

endereccedilo

5 Camada de Enlace 5-72

Interligaccedilatildeo de comutadores

Podemos interligar comutadores (switches)

A

B

P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe que deve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3

R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenico comutador)

S1

C D

E

FS2

S4

S3

HI

G

5 Camada de Enlace 5-73

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde

para C

P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4

A

B

S1

C D

E

FS2

S4

S3

HI

G

1

2

5 Camada de Enlace 5-74

Rede Institucionalcorporativa

5 Camada de Enlace 5-75

Rede institucional

Para redeexterna

roteador

Subrede IP

Servidor de mensagens

Servidor web

5 Camada de Enlace 5-76

Comutadores versus Roteadores ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa

roteadores dispositivos da camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)

comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace roteadores mantecircm tabelas de roteamento

implementam algoritmos de roteamento comutadores mantecircm tabelas de comutaccedilatildeo

implementam filtragem algoritmos de aprendizagem

5 Camada de Enlace 5-77

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos52 Teacutecnicas de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de acesso muacuteltiplo 54 Endereccedilamento na Camada de Enlace55 Ethernet56 Comutadores da camada de enlace57 PPP o protocolo ponto-a-ponto58 Virtualizaccedilatildeo de enlace uma rede como

camada de enlace59 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina

Web

5 Camada de Enlace 5-78

Siacutentese um dia na vida de um pedido web jornada completa atravessando toda a pilha de

protocolos aplicaccedilatildeo transporte rede enlace

colocando tudo junto siacutentese objetivo identificar revisar entender os

protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web

cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom

5 Camada de Enlace 5-79

Um dia na vida cenaacuterio

rede da Comcast68800013

rede do Google64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola68802024

paacutegina web

navegador

5 Camada de Enlace 5-80

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPDHCP

quadro Ethernet difundido (dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador que executa o servidor DHCP

Ethernet demultiplexado para IP demultiplexado para UDP e demultiplexado paraDHCP

o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilo do primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP Solicitaccedilatildeo DHCP encapsulada em UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023 Ethernet

5 Camada de Enlace 5-81

roteador(roda DHCP)

servidor DHCP prepara ACK DHCP contendo endereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiro roteador nome e endereccedilo IP do servidor DNS

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

encapsulamento no servidor DHCP quadro repassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente

Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador

cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

5 Camada de Enlace 5-82

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

consulta DNS criada encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviar quadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP

consulta ARP difundida recebida pelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccedilo MAC da interface do roteador

o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiro roteador podendo agora enviar o quadro contendo a consulta DNS

ARP query

EthPhy

ARP

ARP

ARP reply

antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS

5 Camada de Enlace 5-83

roteador(roda DHCP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

DNS

datagrama IP conteacutem consulta DNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador

datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelos protocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS

demultiplexado pelo servidor DNS

servidor DNS responde ao cliente com o endereccedilo IP de wwwgooglecom

rede da Comcast68800013

servidor DNS

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

Um dia na vidahellip usando DNS

5 Camada de Enlace 5-84

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP

HTTPTCPIP

EthPhy

HTTP

para enviar pedido HTTP cliente primeiro abre um socket TCP para o servidor web segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web

conexatildeo TCP estabelecida64233169105

servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCPIP

EthPhy

SYN

SYN

SYN

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)

5 Camada de Enlace 5-85

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP

HTTPTCPIP

EthPhy

HTTP

solicitaccedilatildeo HTTP enviada para o socket TCP datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhado para wwwgooglecom

datagrama IP com a resposta HTTP eacute encaminhado de volta para o cliente

64233169105

servidor web

HTTPTCPIP

EthPhy

servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTPHTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

paacutegina web finalmente() apresentada

5 Camada de Enlace 5-86

Capiacutetulo 5 Resumo

princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dados detecccedilatildeo correccedilatildeo de erros compartilhamento de canal de difusatildeo acesso

muacuteltiplo endereccedilamento da camada de enlace

instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlace Ethernet LANs comutadas redes virtualizadas como camada de enlace MPLS

siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web

  • Capiacutetulo 5 A Camada de Enlace e Redes Locais
  • Camada de Enlace
  • Camada de Enlace Introduccedilatildeo
  • Camada de Enlace Contexto
  • Serviccedilos da Camada de Enlace
  • Serviccedilos da Camada de Enlace (mais)
  • Onde a camada de enlace eacute implementada
  • Comunicaccedilatildeo entre Adaptadores
  • Camada de Enlace (2)
  • Detecccedilatildeo de Erros
  • Verificaccedilotildees de Paridade
  • Soma de verificaccedilatildeo da Internet
  • Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica (CRC)
  • Exemplo de CRC
  • Implementaccedilatildeo em Hardware
  • Camada de Enlace (3)
  • Enlaces e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolo Ideal de Acesso Muacuteltiplo
  • Taxonomia dos Protocolos MAC
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal TDMA
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal FDMA
  • Protocolos de Acesso Aleatoacuterio
  • Slotted ALOHA
  • Slotted ALOHA (2)
  • Eficiecircncia do Slotted Aloha
  • ALOHA Puro (sem slots)
  • Eficiecircncia do Aloha puro
  • CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)
  • Colisotildees no CSMA
  • CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)
  • Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (2)
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (3)
  • Resumo dos protocolos MAC
  • Camada de Enlace (4)
  • Endereccedilos MAC
  • Endereccedilos MAC (2)
  • Endereccedilo MAC (cont)
  • ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de Resoluccedilatildeo de En
  • Protocolo ARP Mesma LAN (rede)
  • Roteando um pacote para outra LAN
  • Slide 44
  • Camada de Enlace (5)
  • Ethernet
  • Topologia em Estrela
  • Estrutura do Quadro Ethernet
  • Estrutura de Quadro Ethernet (cont)
  • Ethernet natildeo confiaacutevel e natildeo orientado para conexatildeo
  • Algoritmo CSMACD do Ethernet
  • CSMACD da Ethernet (mais)
  • Eficiecircncia do CSMACD
  • Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
  • 10Base5
  • 10Base2
  • 10BaseT
  • Conector RJ 45
  • 100Base-TX
  • Slide 60
  • Carrier Ethernet Defined
  • Camada de Enlace (6)
  • Hubs
  • Comutador (switch)
  • Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
  • Tabela de Comutaccedilatildeo
  • Switch autoaprendizagem
  • Switch FiltragemRepasse de quadros
  • Exemplo de auto aprendizagem e repasse
  • Exemplo com comutador
  • Exemplo com comutador (2)
  • Interligaccedilatildeo de comutadores
  • Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores
  • Rede Institucionalcorporativa
  • Rede institucional
  • Comutadores versus Roteadores
  • Camada de Enlace (7)
  • Siacutentese um dia na vida de um pedido web
  • Um dia na vida cenaacuterio
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet (2)
  • Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
  • Um dia na vidahellip usando DNS
  • Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
  • Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
  • Capiacutetulo 5 Resumo
Page 42: 5: Camada de Enlace 5-1 Capítulo 5: A Camada de Enlace e Redes Locais Nossos objetivos: Entender os princípios por trás dos serviços da camada de enlace

5 Camada de Enlace 5-42

Protocolo ARP Mesma LAN (rede) A deseja enviar datagrama

para B e o endereccedilo MAC de B natildeo estaacute na tabela ARP

A difunde o pacote de solicitaccedilatildeo ARP que conteacutem o endereccedilo IP de B Endereccedilo MAC destino =

FF-FF-FF-FF-FF-FF todas as maacutequinas na

LAN recebem a consulta do ARP

B recebe o pacote ARP responde a A com o seu (de B) endereccedilo MAC Quadro enviado para o

endereccedilo MAC (unicast) de A

Uma cache (salva) o par de endereccedilos IP-para-MAC na sua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo fique antiquada (expire) lsquosoft statersquo informaccedilatildeo que expira (vai embora) a menos que seja renovada

ARP eacute ldquoplug-and-playrdquo os noacutes criam suas tabelas ARP sem a intervenccedilatildeo do administrador

da rede

5 Camada de Enlace 5-43

Roteando um pacote para outra LAN

passo a passo envio de datagrama de A para B via R assuma que A conhece o endereccedilo IP de B

Duas tabelas ARP no roteador R uma para cada rede IP (LAN)

A

RB

5 Camada de Enlace 5-44

A cria datagrama com origem A destino B A usa ARP para obter o endereccedilo MAC de R para

111111111110 A cria quadro da camada de enlace com o endereccedilo

MAC de R como destino quadro conteacutem datagrama IP de A para B

O adaptador de A envia o quadro O adaptador de R recebe o quadro R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verifica

que eacute destinado para B R usa ARP para obter o endereccedilo MAC de B R cria quadro contendo datagrama IP de A para B e o

envia para B

A

R B

Este eacute um exemplo muito importantendash garanta que vocecirc o entendeu

5 Camada de Enlace 5-45

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos52 Teacutecnicas de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de

erros 53 Protocolos de acesso muacuteltiplo 54 Endereccedilamento na Camada de Enlace55 Ethernet56 Comutadores da camada de enlace57 PPP o protocolo ponto-a-ponto58 Virtualizaccedilatildeo de enlace uma rede

como camada de enlace59 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de

paacutegina Web

5 Camada de Enlace 5-46

Ethernet Muitiacutessimo difundida porque

Muito barata R$30 para placas 10100Mbps A mais antiga das tecnologias de rede local (meados da

deacutecada de 70) Mais simples e menos cara que redes usando ficha ou

ATM Acompanhou o aumento de velocidade 10 Mbps ndash 10

Gbps

Rascunho de Metcalfe sobre o Ethernet

5 Camada de Enlace 5-47

Topologia em Estrela Topologia de barramento popular ateacute meados

dos anos 90 Todos os noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo (podem colidir

um com o outro)

Agora prevalecircncia de topologia em estrela Comutador (switch) no centro Cada porta roda o protocolo Ethernet separadamente (os

noacutes natildeo colidem uns com os outros)

barramento cabo coaxial

switch

estrela

5 Camada de Enlace 5-48

Estrutura do Quadro Ethernet

Adaptador remetente encapsula datagrama IP (ou pacote de outro protocolo da camada de rede) num Quadro Ethernet

Dados 46 a 1500 bytes Preacircmbulo 7 bytes com o padratildeo 10101010 seguidos por um byte

com o padratildeo 10101011 usado para sincronizar receptor ao reloacutegio do

remetente (reloacutegios nunca satildeo exatos eacute muito provaacutevel que exista algum desvio entre eles)

5 Camada de Enlace 5-49

Estrutura de Quadro Ethernet (cont)

Endereccedilos 6 bytes para cada endereccedilo MAC se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo destino igual

ao seu ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede

caso contraacuterio o adaptador descarta o quadro Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior

usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)

CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado

5 Camada de Enlace 5-50

Ethernet natildeo confiaacutevel e natildeo orientado para conexatildeo

Natildeo orientado para conexatildeo Natildeo haacute estabelecimento de conexatildeo (saudaccedilatildeo) entre os adaptadores transmissor e receptor

Natildeo confiaacutevel o adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador transmissorfluxo de datagramas passados para a

camada de rede pode conter falhas na sequumlecircncia

falhas seratildeo preenchidas se aplicaccedilatildeo estiver usando o TCP

caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as falhas Protocolo MAC do Ethernet CSMACD sem slots

5 Camada de Enlace 5-51

Algoritmo CSMACD do Ethernet

1 Adaptador recebe datagrama da camada de rede e cria um quadro

2 Se o adaptador percebe que o canal estaacute ocioso comeccedila a transmitir o quadro Se percebe que o canal estaacute ocupado espera que o canal fique livre e transmite

3 Se o adaptador transmitir todo o quadro sem detectar outra transmissatildeo o adaptador concluiu a operaccedilatildeo com o quadro

4 Se o adaptador detectar outra transmissatildeo enquanto estiver transmitindo aborta e envia sinal de reforccedilo de colisatildeo de 48 bits

5 Apoacutes o aborto o adaptador entra na retirada (backoff) exponencial binaacuteria apoacutes a m-eacutesima colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoriamente entre 012hellip2m-1 O adaptador espera K512 tempos de bit e retorna ao Passo 2

5 Camada de Enlace 5-52

CSMACD da Ethernet (mais)

Sinal de reforccedilo de colisatildeo garante que todos os demais transmissores estejam cientes da colisatildeo 48 bits

Tempo de Bit 01 microseg para Ethernet de 10 Mbpspara K=1023 tempo de espera de cerca de 50 mseg

Retirada Exponencial Binaacuteria

Objetivo adaptar as tentativas de retransmissatildeo agrave carga atual estimada Alta carga espera

aleatoacuteria seraacute mais longa

na primeira colisatildeo escolhe K entre 01 atraso eacute de K 512 tempos de transmissatildeo de um bit

apoacutes a segunda colisatildeo escolhe K entre 0123hellip

apoacutes 10 colisotildees escolhe K entre 01234hellip1023

Vejainteraja com o applet Java siacutetio do livroaltamente recomendaacutevel

5 Camada de Enlace 5-53

Eficiecircncia do CSMACD

tprop = atraso maacuteximo de prop entre 2 noacutes na LAN

ttrans = tempo para transmitir quadro de tamanho maacuteximo

Eficiecircncia vai para 1 agrave medida que tprop vai para 0

ttrans vai para infinito Muito melhor do que ALOHA e ainda eacute

descentralizado simples e barato

transprop tt 51

1eficiecircncia

5 Camada de Enlace 5-54

Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica

Diversos padrotildees Ethernet diferentestecircm em comum o protocolo MAC e o

formato do quadrodiferentes velocidades 2Mbps 10Mbps

100Mbps 1Gbps 10Gbpsdiferentes meios da camada fiacutesica fibra

caboaplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

protocolo MACe formato do quadro

100BASE-TX

100BASE-T4

100BASE-FX100BASE-T2

100BASE-SX 100BASE-BX

camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)

5 Camada de Enlace 5-55

10Base5

httpwwwethermanagecom

5 Camada de Enlace 5-56

10Base2

httpwwwethermanagecom

5 Camada de Enlace 5-57

10BaseT

httpwwwethermanagecom

5 Camada de Enlace 5-58

Conector RJ 45

5 Camada de Enlace 5-59

100Base-TX

httpwwwethermanagecom

5 Camada de Enlace 5-60 10

Wireless Backhaul

Carrier Ethernet Access Expansion

Voice gateway

VoiceVideoTelephony

HD TVTVoD VoD

Video Source

Gaming BusinessBackup ERP

InternetVideo Source

BusinessBroadband

E-Line andE-LAN service

GlobalNationalCarrierEthernet

GlobalNationalCarrierEthernet

SmallMedium Business

Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

ResidentialTriple-Play

FTTx DSLAM Cable Modem

Broadbandmobile datavideo

Bringing vastly extended scalability for business and residential users

ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing

5 Camada de Enlace 5-61

Carrier Ethernet Defined

bull Carrier Ethernet is a ubiquitous standardized carrier-class SERVICE defined by five attributes that distinguish Carrier Ethernet from familiar LAN based Ethernet

bull It brings the compelling business benefit of the Ethernet cost model to achieve significant savings

Carrier Ethernet

bull Scalability

bull Standardized Services

bull Service Management

bull Quality of Service

bull Reliability

Carrier Ethernet Attributes

httpwwwmetroethernetforumorg

5 Camada de Enlace 5-62

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos52 Teacutecnicas de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de acesso muacuteltiplo 54 Endereccedilamento na Camada de Enlace55 Ethernet56 Comutadores da camada de enlace57 PPP o protocolo ponto-a-ponto58 Virtualizaccedilatildeo de enlace uma rede como

camada de enlace59 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina

Web

5 Camada de Enlace 5-63

Hubs

hellip repetidores (ldquoburrosrdquo) da camada fiacutesicabits vindos de um dado link saem por todos

os outros links na mesma taxatodos os noacutes conectados ao hub podem

colidir uns com os outrosnatildeo haacute bufferizaccedilatildeo de quadrosnatildeo implementa CSMACD no hub cartotildees

do hospedeiro detectam as colisotildees

par tranccedilado

hub

5 Camada de Enlace 5-64

Comutador (switch)

Dispositivo da camada de enlace mais inteligentes que os hubs tecircm papel ativo armazena e retransmite quadros Ethernetexamina o cabeccedilalho do quadro e

seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento

transparentehospedeiros ignoram a presenccedila dos

switches plug-and-play self-learning (autodidatas)

os comutadores natildeo necessitam ser configurados

5 Camada de Enlace 5-65

Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas

hospedeiros tecircm conexatildeo direta e dedicada para o switch

os switches armazenam quadros

o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplex cada link eacute o seu proacuteprio

domiacutenio de colisatildeo comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-

para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees isto natildeo eacute possiacutevel com hubs

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

switch com seis interfaces(123456)

1 23

45

6

5 Camada de Enlace 5-66

Tabela de Comutaccedilatildeo

P como eacute que o switch sabe que Arsquo eacute alcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel a partir da interface 5

R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutem (endereccedilo MAC do hospedeiro

interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)

parece uma tabela de roteamento P como satildeo criadas e mantidas as

entradas na tabela de comutaccedilatildeo haacute algo como um protocolo de

roteamento

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

switch with six interfaces(123456)

1 23

45

6

5 Camada de Enlace 5-67

switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfaces quando um quadro eacute

recebido o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada

registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo

Switch autoaprendizagem

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 23

45

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

5 Camada de Enlace 5-685 Camada de Enlace

Switch FiltragemRepasse de quadrosQuando um comutador recebe um quadroregistra o link associado com o hospedeiro

transmissorindexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo

MAC do destinoif entrada encontrada para o destino

then if dest estiver no segmento de onde veio o

quadro then descarta o quadro else repassa o quadro na interface indicada else usa inundaccedilatildeoRepassa o quadro para todas as

demais interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido

5 Camada de Enlace 5-69

Exemplo de auto aprendizagem e repasse

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 23

45

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo

destino do quadro desconhecido inundaccedilatildeo

Arsquo A

local do destino A conhecido

Arsquo 4 60

transmissatildeo seletiva

5 Camada de Enlace 5-70

Exemplo com comutador

Suponha que C envia quadro para D

comutador recebe o quadro vindo de C anota na tabela de comutaccedilatildeo que C estaacute na interface 1 dado que D natildeo se encontra na tabela encaminha o quadro para as

demais interfaces 2 e 3

quadro eacute recebido por D

hub

hub hub

comutador

A

B CD

EF G H

I

endereccedilointerface

ABEG

1123

12 3

5 Camada de Enlace 5-71

Exemplo com comutador

Suponha que D responde com um quadro para C

comutador recebe o quadro vindo de D anota na tabela de comutaccedilatildeo que D estaacute na interface 2 dado que C estaacute na tabela encaminha o quadro apenas na interface

1

quadro eacute recebido por C

hub

hub hub

comutador

A

B CD

EF G H

I

interface

ABEGC

11231

endereccedilo

5 Camada de Enlace 5-72

Interligaccedilatildeo de comutadores

Podemos interligar comutadores (switches)

A

B

P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe que deve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3

R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenico comutador)

S1

C D

E

FS2

S4

S3

HI

G

5 Camada de Enlace 5-73

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde

para C

P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4

A

B

S1

C D

E

FS2

S4

S3

HI

G

1

2

5 Camada de Enlace 5-74

Rede Institucionalcorporativa

5 Camada de Enlace 5-75

Rede institucional

Para redeexterna

roteador

Subrede IP

Servidor de mensagens

Servidor web

5 Camada de Enlace 5-76

Comutadores versus Roteadores ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa

roteadores dispositivos da camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)

comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace roteadores mantecircm tabelas de roteamento

implementam algoritmos de roteamento comutadores mantecircm tabelas de comutaccedilatildeo

implementam filtragem algoritmos de aprendizagem

5 Camada de Enlace 5-77

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos52 Teacutecnicas de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de acesso muacuteltiplo 54 Endereccedilamento na Camada de Enlace55 Ethernet56 Comutadores da camada de enlace57 PPP o protocolo ponto-a-ponto58 Virtualizaccedilatildeo de enlace uma rede como

camada de enlace59 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina

Web

5 Camada de Enlace 5-78

Siacutentese um dia na vida de um pedido web jornada completa atravessando toda a pilha de

protocolos aplicaccedilatildeo transporte rede enlace

colocando tudo junto siacutentese objetivo identificar revisar entender os

protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web

cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom

5 Camada de Enlace 5-79

Um dia na vida cenaacuterio

rede da Comcast68800013

rede do Google64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola68802024

paacutegina web

navegador

5 Camada de Enlace 5-80

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPDHCP

quadro Ethernet difundido (dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador que executa o servidor DHCP

Ethernet demultiplexado para IP demultiplexado para UDP e demultiplexado paraDHCP

o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilo do primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP Solicitaccedilatildeo DHCP encapsulada em UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023 Ethernet

5 Camada de Enlace 5-81

roteador(roda DHCP)

servidor DHCP prepara ACK DHCP contendo endereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiro roteador nome e endereccedilo IP do servidor DNS

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

encapsulamento no servidor DHCP quadro repassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente

Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador

cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

5 Camada de Enlace 5-82

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

consulta DNS criada encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviar quadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP

consulta ARP difundida recebida pelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccedilo MAC da interface do roteador

o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiro roteador podendo agora enviar o quadro contendo a consulta DNS

ARP query

EthPhy

ARP

ARP

ARP reply

antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS

5 Camada de Enlace 5-83

roteador(roda DHCP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

DNS

datagrama IP conteacutem consulta DNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador

datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelos protocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS

demultiplexado pelo servidor DNS

servidor DNS responde ao cliente com o endereccedilo IP de wwwgooglecom

rede da Comcast68800013

servidor DNS

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

Um dia na vidahellip usando DNS

5 Camada de Enlace 5-84

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP

HTTPTCPIP

EthPhy

HTTP

para enviar pedido HTTP cliente primeiro abre um socket TCP para o servidor web segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web

conexatildeo TCP estabelecida64233169105

servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCPIP

EthPhy

SYN

SYN

SYN

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)

5 Camada de Enlace 5-85

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP

HTTPTCPIP

EthPhy

HTTP

solicitaccedilatildeo HTTP enviada para o socket TCP datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhado para wwwgooglecom

datagrama IP com a resposta HTTP eacute encaminhado de volta para o cliente

64233169105

servidor web

HTTPTCPIP

EthPhy

servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTPHTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

paacutegina web finalmente() apresentada

5 Camada de Enlace 5-86

Capiacutetulo 5 Resumo

princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dados detecccedilatildeo correccedilatildeo de erros compartilhamento de canal de difusatildeo acesso

muacuteltiplo endereccedilamento da camada de enlace

instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlace Ethernet LANs comutadas redes virtualizadas como camada de enlace MPLS

siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web

  • Capiacutetulo 5 A Camada de Enlace e Redes Locais
  • Camada de Enlace
  • Camada de Enlace Introduccedilatildeo
  • Camada de Enlace Contexto
  • Serviccedilos da Camada de Enlace
  • Serviccedilos da Camada de Enlace (mais)
  • Onde a camada de enlace eacute implementada
  • Comunicaccedilatildeo entre Adaptadores
  • Camada de Enlace (2)
  • Detecccedilatildeo de Erros
  • Verificaccedilotildees de Paridade
  • Soma de verificaccedilatildeo da Internet
  • Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica (CRC)
  • Exemplo de CRC
  • Implementaccedilatildeo em Hardware
  • Camada de Enlace (3)
  • Enlaces e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolo Ideal de Acesso Muacuteltiplo
  • Taxonomia dos Protocolos MAC
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal TDMA
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal FDMA
  • Protocolos de Acesso Aleatoacuterio
  • Slotted ALOHA
  • Slotted ALOHA (2)
  • Eficiecircncia do Slotted Aloha
  • ALOHA Puro (sem slots)
  • Eficiecircncia do Aloha puro
  • CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)
  • Colisotildees no CSMA
  • CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)
  • Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (2)
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (3)
  • Resumo dos protocolos MAC
  • Camada de Enlace (4)
  • Endereccedilos MAC
  • Endereccedilos MAC (2)
  • Endereccedilo MAC (cont)
  • ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de Resoluccedilatildeo de En
  • Protocolo ARP Mesma LAN (rede)
  • Roteando um pacote para outra LAN
  • Slide 44
  • Camada de Enlace (5)
  • Ethernet
  • Topologia em Estrela
  • Estrutura do Quadro Ethernet
  • Estrutura de Quadro Ethernet (cont)
  • Ethernet natildeo confiaacutevel e natildeo orientado para conexatildeo
  • Algoritmo CSMACD do Ethernet
  • CSMACD da Ethernet (mais)
  • Eficiecircncia do CSMACD
  • Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
  • 10Base5
  • 10Base2
  • 10BaseT
  • Conector RJ 45
  • 100Base-TX
  • Slide 60
  • Carrier Ethernet Defined
  • Camada de Enlace (6)
  • Hubs
  • Comutador (switch)
  • Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
  • Tabela de Comutaccedilatildeo
  • Switch autoaprendizagem
  • Switch FiltragemRepasse de quadros
  • Exemplo de auto aprendizagem e repasse
  • Exemplo com comutador
  • Exemplo com comutador (2)
  • Interligaccedilatildeo de comutadores
  • Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores
  • Rede Institucionalcorporativa
  • Rede institucional
  • Comutadores versus Roteadores
  • Camada de Enlace (7)
  • Siacutentese um dia na vida de um pedido web
  • Um dia na vida cenaacuterio
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet (2)
  • Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
  • Um dia na vidahellip usando DNS
  • Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
  • Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
  • Capiacutetulo 5 Resumo
Page 43: 5: Camada de Enlace 5-1 Capítulo 5: A Camada de Enlace e Redes Locais Nossos objetivos: Entender os princípios por trás dos serviços da camada de enlace

5 Camada de Enlace 5-43

Roteando um pacote para outra LAN

passo a passo envio de datagrama de A para B via R assuma que A conhece o endereccedilo IP de B

Duas tabelas ARP no roteador R uma para cada rede IP (LAN)

A

RB

5 Camada de Enlace 5-44

A cria datagrama com origem A destino B A usa ARP para obter o endereccedilo MAC de R para

111111111110 A cria quadro da camada de enlace com o endereccedilo

MAC de R como destino quadro conteacutem datagrama IP de A para B

O adaptador de A envia o quadro O adaptador de R recebe o quadro R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verifica

que eacute destinado para B R usa ARP para obter o endereccedilo MAC de B R cria quadro contendo datagrama IP de A para B e o

envia para B

A

R B

Este eacute um exemplo muito importantendash garanta que vocecirc o entendeu

5 Camada de Enlace 5-45

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos52 Teacutecnicas de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de

erros 53 Protocolos de acesso muacuteltiplo 54 Endereccedilamento na Camada de Enlace55 Ethernet56 Comutadores da camada de enlace57 PPP o protocolo ponto-a-ponto58 Virtualizaccedilatildeo de enlace uma rede

como camada de enlace59 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de

paacutegina Web

5 Camada de Enlace 5-46

Ethernet Muitiacutessimo difundida porque

Muito barata R$30 para placas 10100Mbps A mais antiga das tecnologias de rede local (meados da

deacutecada de 70) Mais simples e menos cara que redes usando ficha ou

ATM Acompanhou o aumento de velocidade 10 Mbps ndash 10

Gbps

Rascunho de Metcalfe sobre o Ethernet

5 Camada de Enlace 5-47

Topologia em Estrela Topologia de barramento popular ateacute meados

dos anos 90 Todos os noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo (podem colidir

um com o outro)

Agora prevalecircncia de topologia em estrela Comutador (switch) no centro Cada porta roda o protocolo Ethernet separadamente (os

noacutes natildeo colidem uns com os outros)

barramento cabo coaxial

switch

estrela

5 Camada de Enlace 5-48

Estrutura do Quadro Ethernet

Adaptador remetente encapsula datagrama IP (ou pacote de outro protocolo da camada de rede) num Quadro Ethernet

Dados 46 a 1500 bytes Preacircmbulo 7 bytes com o padratildeo 10101010 seguidos por um byte

com o padratildeo 10101011 usado para sincronizar receptor ao reloacutegio do

remetente (reloacutegios nunca satildeo exatos eacute muito provaacutevel que exista algum desvio entre eles)

5 Camada de Enlace 5-49

Estrutura de Quadro Ethernet (cont)

Endereccedilos 6 bytes para cada endereccedilo MAC se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo destino igual

ao seu ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede

caso contraacuterio o adaptador descarta o quadro Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior

usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)

CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado

5 Camada de Enlace 5-50

Ethernet natildeo confiaacutevel e natildeo orientado para conexatildeo

Natildeo orientado para conexatildeo Natildeo haacute estabelecimento de conexatildeo (saudaccedilatildeo) entre os adaptadores transmissor e receptor

Natildeo confiaacutevel o adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador transmissorfluxo de datagramas passados para a

camada de rede pode conter falhas na sequumlecircncia

falhas seratildeo preenchidas se aplicaccedilatildeo estiver usando o TCP

caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as falhas Protocolo MAC do Ethernet CSMACD sem slots

5 Camada de Enlace 5-51

Algoritmo CSMACD do Ethernet

1 Adaptador recebe datagrama da camada de rede e cria um quadro

2 Se o adaptador percebe que o canal estaacute ocioso comeccedila a transmitir o quadro Se percebe que o canal estaacute ocupado espera que o canal fique livre e transmite

3 Se o adaptador transmitir todo o quadro sem detectar outra transmissatildeo o adaptador concluiu a operaccedilatildeo com o quadro

4 Se o adaptador detectar outra transmissatildeo enquanto estiver transmitindo aborta e envia sinal de reforccedilo de colisatildeo de 48 bits

5 Apoacutes o aborto o adaptador entra na retirada (backoff) exponencial binaacuteria apoacutes a m-eacutesima colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoriamente entre 012hellip2m-1 O adaptador espera K512 tempos de bit e retorna ao Passo 2

5 Camada de Enlace 5-52

CSMACD da Ethernet (mais)

Sinal de reforccedilo de colisatildeo garante que todos os demais transmissores estejam cientes da colisatildeo 48 bits

Tempo de Bit 01 microseg para Ethernet de 10 Mbpspara K=1023 tempo de espera de cerca de 50 mseg

Retirada Exponencial Binaacuteria

Objetivo adaptar as tentativas de retransmissatildeo agrave carga atual estimada Alta carga espera

aleatoacuteria seraacute mais longa

na primeira colisatildeo escolhe K entre 01 atraso eacute de K 512 tempos de transmissatildeo de um bit

apoacutes a segunda colisatildeo escolhe K entre 0123hellip

apoacutes 10 colisotildees escolhe K entre 01234hellip1023

Vejainteraja com o applet Java siacutetio do livroaltamente recomendaacutevel

5 Camada de Enlace 5-53

Eficiecircncia do CSMACD

tprop = atraso maacuteximo de prop entre 2 noacutes na LAN

ttrans = tempo para transmitir quadro de tamanho maacuteximo

Eficiecircncia vai para 1 agrave medida que tprop vai para 0

ttrans vai para infinito Muito melhor do que ALOHA e ainda eacute

descentralizado simples e barato

transprop tt 51

1eficiecircncia

5 Camada de Enlace 5-54

Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica

Diversos padrotildees Ethernet diferentestecircm em comum o protocolo MAC e o

formato do quadrodiferentes velocidades 2Mbps 10Mbps

100Mbps 1Gbps 10Gbpsdiferentes meios da camada fiacutesica fibra

caboaplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

protocolo MACe formato do quadro

100BASE-TX

100BASE-T4

100BASE-FX100BASE-T2

100BASE-SX 100BASE-BX

camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)

5 Camada de Enlace 5-55

10Base5

httpwwwethermanagecom

5 Camada de Enlace 5-56

10Base2

httpwwwethermanagecom

5 Camada de Enlace 5-57

10BaseT

httpwwwethermanagecom

5 Camada de Enlace 5-58

Conector RJ 45

5 Camada de Enlace 5-59

100Base-TX

httpwwwethermanagecom

5 Camada de Enlace 5-60 10

Wireless Backhaul

Carrier Ethernet Access Expansion

Voice gateway

VoiceVideoTelephony

HD TVTVoD VoD

Video Source

Gaming BusinessBackup ERP

InternetVideo Source

BusinessBroadband

E-Line andE-LAN service

GlobalNationalCarrierEthernet

GlobalNationalCarrierEthernet

SmallMedium Business

Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

ResidentialTriple-Play

FTTx DSLAM Cable Modem

Broadbandmobile datavideo

Bringing vastly extended scalability for business and residential users

ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing

5 Camada de Enlace 5-61

Carrier Ethernet Defined

bull Carrier Ethernet is a ubiquitous standardized carrier-class SERVICE defined by five attributes that distinguish Carrier Ethernet from familiar LAN based Ethernet

bull It brings the compelling business benefit of the Ethernet cost model to achieve significant savings

Carrier Ethernet

bull Scalability

bull Standardized Services

bull Service Management

bull Quality of Service

bull Reliability

Carrier Ethernet Attributes

httpwwwmetroethernetforumorg

5 Camada de Enlace 5-62

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos52 Teacutecnicas de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de acesso muacuteltiplo 54 Endereccedilamento na Camada de Enlace55 Ethernet56 Comutadores da camada de enlace57 PPP o protocolo ponto-a-ponto58 Virtualizaccedilatildeo de enlace uma rede como

camada de enlace59 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina

Web

5 Camada de Enlace 5-63

Hubs

hellip repetidores (ldquoburrosrdquo) da camada fiacutesicabits vindos de um dado link saem por todos

os outros links na mesma taxatodos os noacutes conectados ao hub podem

colidir uns com os outrosnatildeo haacute bufferizaccedilatildeo de quadrosnatildeo implementa CSMACD no hub cartotildees

do hospedeiro detectam as colisotildees

par tranccedilado

hub

5 Camada de Enlace 5-64

Comutador (switch)

Dispositivo da camada de enlace mais inteligentes que os hubs tecircm papel ativo armazena e retransmite quadros Ethernetexamina o cabeccedilalho do quadro e

seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento

transparentehospedeiros ignoram a presenccedila dos

switches plug-and-play self-learning (autodidatas)

os comutadores natildeo necessitam ser configurados

5 Camada de Enlace 5-65

Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas

hospedeiros tecircm conexatildeo direta e dedicada para o switch

os switches armazenam quadros

o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplex cada link eacute o seu proacuteprio

domiacutenio de colisatildeo comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-

para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees isto natildeo eacute possiacutevel com hubs

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

switch com seis interfaces(123456)

1 23

45

6

5 Camada de Enlace 5-66

Tabela de Comutaccedilatildeo

P como eacute que o switch sabe que Arsquo eacute alcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel a partir da interface 5

R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutem (endereccedilo MAC do hospedeiro

interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)

parece uma tabela de roteamento P como satildeo criadas e mantidas as

entradas na tabela de comutaccedilatildeo haacute algo como um protocolo de

roteamento

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

switch with six interfaces(123456)

1 23

45

6

5 Camada de Enlace 5-67

switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfaces quando um quadro eacute

recebido o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada

registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo

Switch autoaprendizagem

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 23

45

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

5 Camada de Enlace 5-685 Camada de Enlace

Switch FiltragemRepasse de quadrosQuando um comutador recebe um quadroregistra o link associado com o hospedeiro

transmissorindexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo

MAC do destinoif entrada encontrada para o destino

then if dest estiver no segmento de onde veio o

quadro then descarta o quadro else repassa o quadro na interface indicada else usa inundaccedilatildeoRepassa o quadro para todas as

demais interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido

5 Camada de Enlace 5-69

Exemplo de auto aprendizagem e repasse

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 23

45

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo

destino do quadro desconhecido inundaccedilatildeo

Arsquo A

local do destino A conhecido

Arsquo 4 60

transmissatildeo seletiva

5 Camada de Enlace 5-70

Exemplo com comutador

Suponha que C envia quadro para D

comutador recebe o quadro vindo de C anota na tabela de comutaccedilatildeo que C estaacute na interface 1 dado que D natildeo se encontra na tabela encaminha o quadro para as

demais interfaces 2 e 3

quadro eacute recebido por D

hub

hub hub

comutador

A

B CD

EF G H

I

endereccedilointerface

ABEG

1123

12 3

5 Camada de Enlace 5-71

Exemplo com comutador

Suponha que D responde com um quadro para C

comutador recebe o quadro vindo de D anota na tabela de comutaccedilatildeo que D estaacute na interface 2 dado que C estaacute na tabela encaminha o quadro apenas na interface

1

quadro eacute recebido por C

hub

hub hub

comutador

A

B CD

EF G H

I

interface

ABEGC

11231

endereccedilo

5 Camada de Enlace 5-72

Interligaccedilatildeo de comutadores

Podemos interligar comutadores (switches)

A

B

P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe que deve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3

R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenico comutador)

S1

C D

E

FS2

S4

S3

HI

G

5 Camada de Enlace 5-73

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde

para C

P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4

A

B

S1

C D

E

FS2

S4

S3

HI

G

1

2

5 Camada de Enlace 5-74

Rede Institucionalcorporativa

5 Camada de Enlace 5-75

Rede institucional

Para redeexterna

roteador

Subrede IP

Servidor de mensagens

Servidor web

5 Camada de Enlace 5-76

Comutadores versus Roteadores ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa

roteadores dispositivos da camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)

comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace roteadores mantecircm tabelas de roteamento

implementam algoritmos de roteamento comutadores mantecircm tabelas de comutaccedilatildeo

implementam filtragem algoritmos de aprendizagem

5 Camada de Enlace 5-77

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos52 Teacutecnicas de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de acesso muacuteltiplo 54 Endereccedilamento na Camada de Enlace55 Ethernet56 Comutadores da camada de enlace57 PPP o protocolo ponto-a-ponto58 Virtualizaccedilatildeo de enlace uma rede como

camada de enlace59 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina

Web

5 Camada de Enlace 5-78

Siacutentese um dia na vida de um pedido web jornada completa atravessando toda a pilha de

protocolos aplicaccedilatildeo transporte rede enlace

colocando tudo junto siacutentese objetivo identificar revisar entender os

protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web

cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom

5 Camada de Enlace 5-79

Um dia na vida cenaacuterio

rede da Comcast68800013

rede do Google64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola68802024

paacutegina web

navegador

5 Camada de Enlace 5-80

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPDHCP

quadro Ethernet difundido (dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador que executa o servidor DHCP

Ethernet demultiplexado para IP demultiplexado para UDP e demultiplexado paraDHCP

o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilo do primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP Solicitaccedilatildeo DHCP encapsulada em UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023 Ethernet

5 Camada de Enlace 5-81

roteador(roda DHCP)

servidor DHCP prepara ACK DHCP contendo endereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiro roteador nome e endereccedilo IP do servidor DNS

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

encapsulamento no servidor DHCP quadro repassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente

Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador

cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

5 Camada de Enlace 5-82

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

consulta DNS criada encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviar quadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP

consulta ARP difundida recebida pelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccedilo MAC da interface do roteador

o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiro roteador podendo agora enviar o quadro contendo a consulta DNS

ARP query

EthPhy

ARP

ARP

ARP reply

antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS

5 Camada de Enlace 5-83

roteador(roda DHCP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

DNS

datagrama IP conteacutem consulta DNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador

datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelos protocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS

demultiplexado pelo servidor DNS

servidor DNS responde ao cliente com o endereccedilo IP de wwwgooglecom

rede da Comcast68800013

servidor DNS

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

Um dia na vidahellip usando DNS

5 Camada de Enlace 5-84

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP

HTTPTCPIP

EthPhy

HTTP

para enviar pedido HTTP cliente primeiro abre um socket TCP para o servidor web segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web

conexatildeo TCP estabelecida64233169105

servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCPIP

EthPhy

SYN

SYN

SYN

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)

5 Camada de Enlace 5-85

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP

HTTPTCPIP

EthPhy

HTTP

solicitaccedilatildeo HTTP enviada para o socket TCP datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhado para wwwgooglecom

datagrama IP com a resposta HTTP eacute encaminhado de volta para o cliente

64233169105

servidor web

HTTPTCPIP

EthPhy

servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTPHTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

paacutegina web finalmente() apresentada

5 Camada de Enlace 5-86

Capiacutetulo 5 Resumo

princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dados detecccedilatildeo correccedilatildeo de erros compartilhamento de canal de difusatildeo acesso

muacuteltiplo endereccedilamento da camada de enlace

instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlace Ethernet LANs comutadas redes virtualizadas como camada de enlace MPLS

siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web

  • Capiacutetulo 5 A Camada de Enlace e Redes Locais
  • Camada de Enlace
  • Camada de Enlace Introduccedilatildeo
  • Camada de Enlace Contexto
  • Serviccedilos da Camada de Enlace
  • Serviccedilos da Camada de Enlace (mais)
  • Onde a camada de enlace eacute implementada
  • Comunicaccedilatildeo entre Adaptadores
  • Camada de Enlace (2)
  • Detecccedilatildeo de Erros
  • Verificaccedilotildees de Paridade
  • Soma de verificaccedilatildeo da Internet
  • Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica (CRC)
  • Exemplo de CRC
  • Implementaccedilatildeo em Hardware
  • Camada de Enlace (3)
  • Enlaces e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolo Ideal de Acesso Muacuteltiplo
  • Taxonomia dos Protocolos MAC
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal TDMA
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal FDMA
  • Protocolos de Acesso Aleatoacuterio
  • Slotted ALOHA
  • Slotted ALOHA (2)
  • Eficiecircncia do Slotted Aloha
  • ALOHA Puro (sem slots)
  • Eficiecircncia do Aloha puro
  • CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)
  • Colisotildees no CSMA
  • CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)
  • Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (2)
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (3)
  • Resumo dos protocolos MAC
  • Camada de Enlace (4)
  • Endereccedilos MAC
  • Endereccedilos MAC (2)
  • Endereccedilo MAC (cont)
  • ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de Resoluccedilatildeo de En
  • Protocolo ARP Mesma LAN (rede)
  • Roteando um pacote para outra LAN
  • Slide 44
  • Camada de Enlace (5)
  • Ethernet
  • Topologia em Estrela
  • Estrutura do Quadro Ethernet
  • Estrutura de Quadro Ethernet (cont)
  • Ethernet natildeo confiaacutevel e natildeo orientado para conexatildeo
  • Algoritmo CSMACD do Ethernet
  • CSMACD da Ethernet (mais)
  • Eficiecircncia do CSMACD
  • Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
  • 10Base5
  • 10Base2
  • 10BaseT
  • Conector RJ 45
  • 100Base-TX
  • Slide 60
  • Carrier Ethernet Defined
  • Camada de Enlace (6)
  • Hubs
  • Comutador (switch)
  • Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
  • Tabela de Comutaccedilatildeo
  • Switch autoaprendizagem
  • Switch FiltragemRepasse de quadros
  • Exemplo de auto aprendizagem e repasse
  • Exemplo com comutador
  • Exemplo com comutador (2)
  • Interligaccedilatildeo de comutadores
  • Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores
  • Rede Institucionalcorporativa
  • Rede institucional
  • Comutadores versus Roteadores
  • Camada de Enlace (7)
  • Siacutentese um dia na vida de um pedido web
  • Um dia na vida cenaacuterio
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet (2)
  • Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
  • Um dia na vidahellip usando DNS
  • Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
  • Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
  • Capiacutetulo 5 Resumo
Page 44: 5: Camada de Enlace 5-1 Capítulo 5: A Camada de Enlace e Redes Locais Nossos objetivos: Entender os princípios por trás dos serviços da camada de enlace

5 Camada de Enlace 5-44

A cria datagrama com origem A destino B A usa ARP para obter o endereccedilo MAC de R para

111111111110 A cria quadro da camada de enlace com o endereccedilo

MAC de R como destino quadro conteacutem datagrama IP de A para B

O adaptador de A envia o quadro O adaptador de R recebe o quadro R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verifica

que eacute destinado para B R usa ARP para obter o endereccedilo MAC de B R cria quadro contendo datagrama IP de A para B e o

envia para B

A

R B

Este eacute um exemplo muito importantendash garanta que vocecirc o entendeu

5 Camada de Enlace 5-45

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos52 Teacutecnicas de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de

erros 53 Protocolos de acesso muacuteltiplo 54 Endereccedilamento na Camada de Enlace55 Ethernet56 Comutadores da camada de enlace57 PPP o protocolo ponto-a-ponto58 Virtualizaccedilatildeo de enlace uma rede

como camada de enlace59 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de

paacutegina Web

5 Camada de Enlace 5-46

Ethernet Muitiacutessimo difundida porque

Muito barata R$30 para placas 10100Mbps A mais antiga das tecnologias de rede local (meados da

deacutecada de 70) Mais simples e menos cara que redes usando ficha ou

ATM Acompanhou o aumento de velocidade 10 Mbps ndash 10

Gbps

Rascunho de Metcalfe sobre o Ethernet

5 Camada de Enlace 5-47

Topologia em Estrela Topologia de barramento popular ateacute meados

dos anos 90 Todos os noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo (podem colidir

um com o outro)

Agora prevalecircncia de topologia em estrela Comutador (switch) no centro Cada porta roda o protocolo Ethernet separadamente (os

noacutes natildeo colidem uns com os outros)

barramento cabo coaxial

switch

estrela

5 Camada de Enlace 5-48

Estrutura do Quadro Ethernet

Adaptador remetente encapsula datagrama IP (ou pacote de outro protocolo da camada de rede) num Quadro Ethernet

Dados 46 a 1500 bytes Preacircmbulo 7 bytes com o padratildeo 10101010 seguidos por um byte

com o padratildeo 10101011 usado para sincronizar receptor ao reloacutegio do

remetente (reloacutegios nunca satildeo exatos eacute muito provaacutevel que exista algum desvio entre eles)

5 Camada de Enlace 5-49

Estrutura de Quadro Ethernet (cont)

Endereccedilos 6 bytes para cada endereccedilo MAC se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo destino igual

ao seu ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede

caso contraacuterio o adaptador descarta o quadro Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior

usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)

CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado

5 Camada de Enlace 5-50

Ethernet natildeo confiaacutevel e natildeo orientado para conexatildeo

Natildeo orientado para conexatildeo Natildeo haacute estabelecimento de conexatildeo (saudaccedilatildeo) entre os adaptadores transmissor e receptor

Natildeo confiaacutevel o adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador transmissorfluxo de datagramas passados para a

camada de rede pode conter falhas na sequumlecircncia

falhas seratildeo preenchidas se aplicaccedilatildeo estiver usando o TCP

caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as falhas Protocolo MAC do Ethernet CSMACD sem slots

5 Camada de Enlace 5-51

Algoritmo CSMACD do Ethernet

1 Adaptador recebe datagrama da camada de rede e cria um quadro

2 Se o adaptador percebe que o canal estaacute ocioso comeccedila a transmitir o quadro Se percebe que o canal estaacute ocupado espera que o canal fique livre e transmite

3 Se o adaptador transmitir todo o quadro sem detectar outra transmissatildeo o adaptador concluiu a operaccedilatildeo com o quadro

4 Se o adaptador detectar outra transmissatildeo enquanto estiver transmitindo aborta e envia sinal de reforccedilo de colisatildeo de 48 bits

5 Apoacutes o aborto o adaptador entra na retirada (backoff) exponencial binaacuteria apoacutes a m-eacutesima colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoriamente entre 012hellip2m-1 O adaptador espera K512 tempos de bit e retorna ao Passo 2

5 Camada de Enlace 5-52

CSMACD da Ethernet (mais)

Sinal de reforccedilo de colisatildeo garante que todos os demais transmissores estejam cientes da colisatildeo 48 bits

Tempo de Bit 01 microseg para Ethernet de 10 Mbpspara K=1023 tempo de espera de cerca de 50 mseg

Retirada Exponencial Binaacuteria

Objetivo adaptar as tentativas de retransmissatildeo agrave carga atual estimada Alta carga espera

aleatoacuteria seraacute mais longa

na primeira colisatildeo escolhe K entre 01 atraso eacute de K 512 tempos de transmissatildeo de um bit

apoacutes a segunda colisatildeo escolhe K entre 0123hellip

apoacutes 10 colisotildees escolhe K entre 01234hellip1023

Vejainteraja com o applet Java siacutetio do livroaltamente recomendaacutevel

5 Camada de Enlace 5-53

Eficiecircncia do CSMACD

tprop = atraso maacuteximo de prop entre 2 noacutes na LAN

ttrans = tempo para transmitir quadro de tamanho maacuteximo

Eficiecircncia vai para 1 agrave medida que tprop vai para 0

ttrans vai para infinito Muito melhor do que ALOHA e ainda eacute

descentralizado simples e barato

transprop tt 51

1eficiecircncia

5 Camada de Enlace 5-54

Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica

Diversos padrotildees Ethernet diferentestecircm em comum o protocolo MAC e o

formato do quadrodiferentes velocidades 2Mbps 10Mbps

100Mbps 1Gbps 10Gbpsdiferentes meios da camada fiacutesica fibra

caboaplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

protocolo MACe formato do quadro

100BASE-TX

100BASE-T4

100BASE-FX100BASE-T2

100BASE-SX 100BASE-BX

camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)

5 Camada de Enlace 5-55

10Base5

httpwwwethermanagecom

5 Camada de Enlace 5-56

10Base2

httpwwwethermanagecom

5 Camada de Enlace 5-57

10BaseT

httpwwwethermanagecom

5 Camada de Enlace 5-58

Conector RJ 45

5 Camada de Enlace 5-59

100Base-TX

httpwwwethermanagecom

5 Camada de Enlace 5-60 10

Wireless Backhaul

Carrier Ethernet Access Expansion

Voice gateway

VoiceVideoTelephony

HD TVTVoD VoD

Video Source

Gaming BusinessBackup ERP

InternetVideo Source

BusinessBroadband

E-Line andE-LAN service

GlobalNationalCarrierEthernet

GlobalNationalCarrierEthernet

SmallMedium Business

Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

ResidentialTriple-Play

FTTx DSLAM Cable Modem

Broadbandmobile datavideo

Bringing vastly extended scalability for business and residential users

ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing

5 Camada de Enlace 5-61

Carrier Ethernet Defined

bull Carrier Ethernet is a ubiquitous standardized carrier-class SERVICE defined by five attributes that distinguish Carrier Ethernet from familiar LAN based Ethernet

bull It brings the compelling business benefit of the Ethernet cost model to achieve significant savings

Carrier Ethernet

bull Scalability

bull Standardized Services

bull Service Management

bull Quality of Service

bull Reliability

Carrier Ethernet Attributes

httpwwwmetroethernetforumorg

5 Camada de Enlace 5-62

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos52 Teacutecnicas de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de acesso muacuteltiplo 54 Endereccedilamento na Camada de Enlace55 Ethernet56 Comutadores da camada de enlace57 PPP o protocolo ponto-a-ponto58 Virtualizaccedilatildeo de enlace uma rede como

camada de enlace59 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina

Web

5 Camada de Enlace 5-63

Hubs

hellip repetidores (ldquoburrosrdquo) da camada fiacutesicabits vindos de um dado link saem por todos

os outros links na mesma taxatodos os noacutes conectados ao hub podem

colidir uns com os outrosnatildeo haacute bufferizaccedilatildeo de quadrosnatildeo implementa CSMACD no hub cartotildees

do hospedeiro detectam as colisotildees

par tranccedilado

hub

5 Camada de Enlace 5-64

Comutador (switch)

Dispositivo da camada de enlace mais inteligentes que os hubs tecircm papel ativo armazena e retransmite quadros Ethernetexamina o cabeccedilalho do quadro e

seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento

transparentehospedeiros ignoram a presenccedila dos

switches plug-and-play self-learning (autodidatas)

os comutadores natildeo necessitam ser configurados

5 Camada de Enlace 5-65

Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas

hospedeiros tecircm conexatildeo direta e dedicada para o switch

os switches armazenam quadros

o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplex cada link eacute o seu proacuteprio

domiacutenio de colisatildeo comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-

para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees isto natildeo eacute possiacutevel com hubs

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

switch com seis interfaces(123456)

1 23

45

6

5 Camada de Enlace 5-66

Tabela de Comutaccedilatildeo

P como eacute que o switch sabe que Arsquo eacute alcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel a partir da interface 5

R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutem (endereccedilo MAC do hospedeiro

interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)

parece uma tabela de roteamento P como satildeo criadas e mantidas as

entradas na tabela de comutaccedilatildeo haacute algo como um protocolo de

roteamento

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

switch with six interfaces(123456)

1 23

45

6

5 Camada de Enlace 5-67

switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfaces quando um quadro eacute

recebido o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada

registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo

Switch autoaprendizagem

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 23

45

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

5 Camada de Enlace 5-685 Camada de Enlace

Switch FiltragemRepasse de quadrosQuando um comutador recebe um quadroregistra o link associado com o hospedeiro

transmissorindexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo

MAC do destinoif entrada encontrada para o destino

then if dest estiver no segmento de onde veio o

quadro then descarta o quadro else repassa o quadro na interface indicada else usa inundaccedilatildeoRepassa o quadro para todas as

demais interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido

5 Camada de Enlace 5-69

Exemplo de auto aprendizagem e repasse

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 23

45

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo

destino do quadro desconhecido inundaccedilatildeo

Arsquo A

local do destino A conhecido

Arsquo 4 60

transmissatildeo seletiva

5 Camada de Enlace 5-70

Exemplo com comutador

Suponha que C envia quadro para D

comutador recebe o quadro vindo de C anota na tabela de comutaccedilatildeo que C estaacute na interface 1 dado que D natildeo se encontra na tabela encaminha o quadro para as

demais interfaces 2 e 3

quadro eacute recebido por D

hub

hub hub

comutador

A

B CD

EF G H

I

endereccedilointerface

ABEG

1123

12 3

5 Camada de Enlace 5-71

Exemplo com comutador

Suponha que D responde com um quadro para C

comutador recebe o quadro vindo de D anota na tabela de comutaccedilatildeo que D estaacute na interface 2 dado que C estaacute na tabela encaminha o quadro apenas na interface

1

quadro eacute recebido por C

hub

hub hub

comutador

A

B CD

EF G H

I

interface

ABEGC

11231

endereccedilo

5 Camada de Enlace 5-72

Interligaccedilatildeo de comutadores

Podemos interligar comutadores (switches)

A

B

P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe que deve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3

R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenico comutador)

S1

C D

E

FS2

S4

S3

HI

G

5 Camada de Enlace 5-73

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde

para C

P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4

A

B

S1

C D

E

FS2

S4

S3

HI

G

1

2

5 Camada de Enlace 5-74

Rede Institucionalcorporativa

5 Camada de Enlace 5-75

Rede institucional

Para redeexterna

roteador

Subrede IP

Servidor de mensagens

Servidor web

5 Camada de Enlace 5-76

Comutadores versus Roteadores ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa

roteadores dispositivos da camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)

comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace roteadores mantecircm tabelas de roteamento

implementam algoritmos de roteamento comutadores mantecircm tabelas de comutaccedilatildeo

implementam filtragem algoritmos de aprendizagem

5 Camada de Enlace 5-77

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos52 Teacutecnicas de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de acesso muacuteltiplo 54 Endereccedilamento na Camada de Enlace55 Ethernet56 Comutadores da camada de enlace57 PPP o protocolo ponto-a-ponto58 Virtualizaccedilatildeo de enlace uma rede como

camada de enlace59 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina

Web

5 Camada de Enlace 5-78

Siacutentese um dia na vida de um pedido web jornada completa atravessando toda a pilha de

protocolos aplicaccedilatildeo transporte rede enlace

colocando tudo junto siacutentese objetivo identificar revisar entender os

protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web

cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom

5 Camada de Enlace 5-79

Um dia na vida cenaacuterio

rede da Comcast68800013

rede do Google64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola68802024

paacutegina web

navegador

5 Camada de Enlace 5-80

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPDHCP

quadro Ethernet difundido (dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador que executa o servidor DHCP

Ethernet demultiplexado para IP demultiplexado para UDP e demultiplexado paraDHCP

o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilo do primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP Solicitaccedilatildeo DHCP encapsulada em UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023 Ethernet

5 Camada de Enlace 5-81

roteador(roda DHCP)

servidor DHCP prepara ACK DHCP contendo endereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiro roteador nome e endereccedilo IP do servidor DNS

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

encapsulamento no servidor DHCP quadro repassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente

Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador

cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

5 Camada de Enlace 5-82

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

consulta DNS criada encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviar quadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP

consulta ARP difundida recebida pelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccedilo MAC da interface do roteador

o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiro roteador podendo agora enviar o quadro contendo a consulta DNS

ARP query

EthPhy

ARP

ARP

ARP reply

antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS

5 Camada de Enlace 5-83

roteador(roda DHCP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

DNS

datagrama IP conteacutem consulta DNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador

datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelos protocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS

demultiplexado pelo servidor DNS

servidor DNS responde ao cliente com o endereccedilo IP de wwwgooglecom

rede da Comcast68800013

servidor DNS

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

Um dia na vidahellip usando DNS

5 Camada de Enlace 5-84

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP

HTTPTCPIP

EthPhy

HTTP

para enviar pedido HTTP cliente primeiro abre um socket TCP para o servidor web segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web

conexatildeo TCP estabelecida64233169105

servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCPIP

EthPhy

SYN

SYN

SYN

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)

5 Camada de Enlace 5-85

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP

HTTPTCPIP

EthPhy

HTTP

solicitaccedilatildeo HTTP enviada para o socket TCP datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhado para wwwgooglecom

datagrama IP com a resposta HTTP eacute encaminhado de volta para o cliente

64233169105

servidor web

HTTPTCPIP

EthPhy

servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTPHTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

paacutegina web finalmente() apresentada

5 Camada de Enlace 5-86

Capiacutetulo 5 Resumo

princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dados detecccedilatildeo correccedilatildeo de erros compartilhamento de canal de difusatildeo acesso

muacuteltiplo endereccedilamento da camada de enlace

instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlace Ethernet LANs comutadas redes virtualizadas como camada de enlace MPLS

siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web

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  • Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
  • Capiacutetulo 5 Resumo
Page 45: 5: Camada de Enlace 5-1 Capítulo 5: A Camada de Enlace e Redes Locais Nossos objetivos: Entender os princípios por trás dos serviços da camada de enlace

5 Camada de Enlace 5-45

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos52 Teacutecnicas de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de

erros 53 Protocolos de acesso muacuteltiplo 54 Endereccedilamento na Camada de Enlace55 Ethernet56 Comutadores da camada de enlace57 PPP o protocolo ponto-a-ponto58 Virtualizaccedilatildeo de enlace uma rede

como camada de enlace59 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de

paacutegina Web

5 Camada de Enlace 5-46

Ethernet Muitiacutessimo difundida porque

Muito barata R$30 para placas 10100Mbps A mais antiga das tecnologias de rede local (meados da

deacutecada de 70) Mais simples e menos cara que redes usando ficha ou

ATM Acompanhou o aumento de velocidade 10 Mbps ndash 10

Gbps

Rascunho de Metcalfe sobre o Ethernet

5 Camada de Enlace 5-47

Topologia em Estrela Topologia de barramento popular ateacute meados

dos anos 90 Todos os noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo (podem colidir

um com o outro)

Agora prevalecircncia de topologia em estrela Comutador (switch) no centro Cada porta roda o protocolo Ethernet separadamente (os

noacutes natildeo colidem uns com os outros)

barramento cabo coaxial

switch

estrela

5 Camada de Enlace 5-48

Estrutura do Quadro Ethernet

Adaptador remetente encapsula datagrama IP (ou pacote de outro protocolo da camada de rede) num Quadro Ethernet

Dados 46 a 1500 bytes Preacircmbulo 7 bytes com o padratildeo 10101010 seguidos por um byte

com o padratildeo 10101011 usado para sincronizar receptor ao reloacutegio do

remetente (reloacutegios nunca satildeo exatos eacute muito provaacutevel que exista algum desvio entre eles)

5 Camada de Enlace 5-49

Estrutura de Quadro Ethernet (cont)

Endereccedilos 6 bytes para cada endereccedilo MAC se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo destino igual

ao seu ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede

caso contraacuterio o adaptador descarta o quadro Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior

usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)

CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado

5 Camada de Enlace 5-50

Ethernet natildeo confiaacutevel e natildeo orientado para conexatildeo

Natildeo orientado para conexatildeo Natildeo haacute estabelecimento de conexatildeo (saudaccedilatildeo) entre os adaptadores transmissor e receptor

Natildeo confiaacutevel o adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador transmissorfluxo de datagramas passados para a

camada de rede pode conter falhas na sequumlecircncia

falhas seratildeo preenchidas se aplicaccedilatildeo estiver usando o TCP

caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as falhas Protocolo MAC do Ethernet CSMACD sem slots

5 Camada de Enlace 5-51

Algoritmo CSMACD do Ethernet

1 Adaptador recebe datagrama da camada de rede e cria um quadro

2 Se o adaptador percebe que o canal estaacute ocioso comeccedila a transmitir o quadro Se percebe que o canal estaacute ocupado espera que o canal fique livre e transmite

3 Se o adaptador transmitir todo o quadro sem detectar outra transmissatildeo o adaptador concluiu a operaccedilatildeo com o quadro

4 Se o adaptador detectar outra transmissatildeo enquanto estiver transmitindo aborta e envia sinal de reforccedilo de colisatildeo de 48 bits

5 Apoacutes o aborto o adaptador entra na retirada (backoff) exponencial binaacuteria apoacutes a m-eacutesima colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoriamente entre 012hellip2m-1 O adaptador espera K512 tempos de bit e retorna ao Passo 2

5 Camada de Enlace 5-52

CSMACD da Ethernet (mais)

Sinal de reforccedilo de colisatildeo garante que todos os demais transmissores estejam cientes da colisatildeo 48 bits

Tempo de Bit 01 microseg para Ethernet de 10 Mbpspara K=1023 tempo de espera de cerca de 50 mseg

Retirada Exponencial Binaacuteria

Objetivo adaptar as tentativas de retransmissatildeo agrave carga atual estimada Alta carga espera

aleatoacuteria seraacute mais longa

na primeira colisatildeo escolhe K entre 01 atraso eacute de K 512 tempos de transmissatildeo de um bit

apoacutes a segunda colisatildeo escolhe K entre 0123hellip

apoacutes 10 colisotildees escolhe K entre 01234hellip1023

Vejainteraja com o applet Java siacutetio do livroaltamente recomendaacutevel

5 Camada de Enlace 5-53

Eficiecircncia do CSMACD

tprop = atraso maacuteximo de prop entre 2 noacutes na LAN

ttrans = tempo para transmitir quadro de tamanho maacuteximo

Eficiecircncia vai para 1 agrave medida que tprop vai para 0

ttrans vai para infinito Muito melhor do que ALOHA e ainda eacute

descentralizado simples e barato

transprop tt 51

1eficiecircncia

5 Camada de Enlace 5-54

Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica

Diversos padrotildees Ethernet diferentestecircm em comum o protocolo MAC e o

formato do quadrodiferentes velocidades 2Mbps 10Mbps

100Mbps 1Gbps 10Gbpsdiferentes meios da camada fiacutesica fibra

caboaplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

protocolo MACe formato do quadro

100BASE-TX

100BASE-T4

100BASE-FX100BASE-T2

100BASE-SX 100BASE-BX

camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)

5 Camada de Enlace 5-55

10Base5

httpwwwethermanagecom

5 Camada de Enlace 5-56

10Base2

httpwwwethermanagecom

5 Camada de Enlace 5-57

10BaseT

httpwwwethermanagecom

5 Camada de Enlace 5-58

Conector RJ 45

5 Camada de Enlace 5-59

100Base-TX

httpwwwethermanagecom

5 Camada de Enlace 5-60 10

Wireless Backhaul

Carrier Ethernet Access Expansion

Voice gateway

VoiceVideoTelephony

HD TVTVoD VoD

Video Source

Gaming BusinessBackup ERP

InternetVideo Source

BusinessBroadband

E-Line andE-LAN service

GlobalNationalCarrierEthernet

GlobalNationalCarrierEthernet

SmallMedium Business

Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

ResidentialTriple-Play

FTTx DSLAM Cable Modem

Broadbandmobile datavideo

Bringing vastly extended scalability for business and residential users

ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing

5 Camada de Enlace 5-61

Carrier Ethernet Defined

bull Carrier Ethernet is a ubiquitous standardized carrier-class SERVICE defined by five attributes that distinguish Carrier Ethernet from familiar LAN based Ethernet

bull It brings the compelling business benefit of the Ethernet cost model to achieve significant savings

Carrier Ethernet

bull Scalability

bull Standardized Services

bull Service Management

bull Quality of Service

bull Reliability

Carrier Ethernet Attributes

httpwwwmetroethernetforumorg

5 Camada de Enlace 5-62

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos52 Teacutecnicas de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de acesso muacuteltiplo 54 Endereccedilamento na Camada de Enlace55 Ethernet56 Comutadores da camada de enlace57 PPP o protocolo ponto-a-ponto58 Virtualizaccedilatildeo de enlace uma rede como

camada de enlace59 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina

Web

5 Camada de Enlace 5-63

Hubs

hellip repetidores (ldquoburrosrdquo) da camada fiacutesicabits vindos de um dado link saem por todos

os outros links na mesma taxatodos os noacutes conectados ao hub podem

colidir uns com os outrosnatildeo haacute bufferizaccedilatildeo de quadrosnatildeo implementa CSMACD no hub cartotildees

do hospedeiro detectam as colisotildees

par tranccedilado

hub

5 Camada de Enlace 5-64

Comutador (switch)

Dispositivo da camada de enlace mais inteligentes que os hubs tecircm papel ativo armazena e retransmite quadros Ethernetexamina o cabeccedilalho do quadro e

seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento

transparentehospedeiros ignoram a presenccedila dos

switches plug-and-play self-learning (autodidatas)

os comutadores natildeo necessitam ser configurados

5 Camada de Enlace 5-65

Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas

hospedeiros tecircm conexatildeo direta e dedicada para o switch

os switches armazenam quadros

o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplex cada link eacute o seu proacuteprio

domiacutenio de colisatildeo comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-

para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees isto natildeo eacute possiacutevel com hubs

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

switch com seis interfaces(123456)

1 23

45

6

5 Camada de Enlace 5-66

Tabela de Comutaccedilatildeo

P como eacute que o switch sabe que Arsquo eacute alcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel a partir da interface 5

R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutem (endereccedilo MAC do hospedeiro

interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)

parece uma tabela de roteamento P como satildeo criadas e mantidas as

entradas na tabela de comutaccedilatildeo haacute algo como um protocolo de

roteamento

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

switch with six interfaces(123456)

1 23

45

6

5 Camada de Enlace 5-67

switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfaces quando um quadro eacute

recebido o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada

registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo

Switch autoaprendizagem

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 23

45

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

5 Camada de Enlace 5-685 Camada de Enlace

Switch FiltragemRepasse de quadrosQuando um comutador recebe um quadroregistra o link associado com o hospedeiro

transmissorindexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo

MAC do destinoif entrada encontrada para o destino

then if dest estiver no segmento de onde veio o

quadro then descarta o quadro else repassa o quadro na interface indicada else usa inundaccedilatildeoRepassa o quadro para todas as

demais interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido

5 Camada de Enlace 5-69

Exemplo de auto aprendizagem e repasse

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 23

45

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo

destino do quadro desconhecido inundaccedilatildeo

Arsquo A

local do destino A conhecido

Arsquo 4 60

transmissatildeo seletiva

5 Camada de Enlace 5-70

Exemplo com comutador

Suponha que C envia quadro para D

comutador recebe o quadro vindo de C anota na tabela de comutaccedilatildeo que C estaacute na interface 1 dado que D natildeo se encontra na tabela encaminha o quadro para as

demais interfaces 2 e 3

quadro eacute recebido por D

hub

hub hub

comutador

A

B CD

EF G H

I

endereccedilointerface

ABEG

1123

12 3

5 Camada de Enlace 5-71

Exemplo com comutador

Suponha que D responde com um quadro para C

comutador recebe o quadro vindo de D anota na tabela de comutaccedilatildeo que D estaacute na interface 2 dado que C estaacute na tabela encaminha o quadro apenas na interface

1

quadro eacute recebido por C

hub

hub hub

comutador

A

B CD

EF G H

I

interface

ABEGC

11231

endereccedilo

5 Camada de Enlace 5-72

Interligaccedilatildeo de comutadores

Podemos interligar comutadores (switches)

A

B

P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe que deve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3

R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenico comutador)

S1

C D

E

FS2

S4

S3

HI

G

5 Camada de Enlace 5-73

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde

para C

P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4

A

B

S1

C D

E

FS2

S4

S3

HI

G

1

2

5 Camada de Enlace 5-74

Rede Institucionalcorporativa

5 Camada de Enlace 5-75

Rede institucional

Para redeexterna

roteador

Subrede IP

Servidor de mensagens

Servidor web

5 Camada de Enlace 5-76

Comutadores versus Roteadores ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa

roteadores dispositivos da camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)

comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace roteadores mantecircm tabelas de roteamento

implementam algoritmos de roteamento comutadores mantecircm tabelas de comutaccedilatildeo

implementam filtragem algoritmos de aprendizagem

5 Camada de Enlace 5-77

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos52 Teacutecnicas de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de acesso muacuteltiplo 54 Endereccedilamento na Camada de Enlace55 Ethernet56 Comutadores da camada de enlace57 PPP o protocolo ponto-a-ponto58 Virtualizaccedilatildeo de enlace uma rede como

camada de enlace59 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina

Web

5 Camada de Enlace 5-78

Siacutentese um dia na vida de um pedido web jornada completa atravessando toda a pilha de

protocolos aplicaccedilatildeo transporte rede enlace

colocando tudo junto siacutentese objetivo identificar revisar entender os

protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web

cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom

5 Camada de Enlace 5-79

Um dia na vida cenaacuterio

rede da Comcast68800013

rede do Google64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola68802024

paacutegina web

navegador

5 Camada de Enlace 5-80

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPDHCP

quadro Ethernet difundido (dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador que executa o servidor DHCP

Ethernet demultiplexado para IP demultiplexado para UDP e demultiplexado paraDHCP

o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilo do primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP Solicitaccedilatildeo DHCP encapsulada em UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023 Ethernet

5 Camada de Enlace 5-81

roteador(roda DHCP)

servidor DHCP prepara ACK DHCP contendo endereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiro roteador nome e endereccedilo IP do servidor DNS

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

encapsulamento no servidor DHCP quadro repassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente

Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador

cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

5 Camada de Enlace 5-82

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

consulta DNS criada encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviar quadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP

consulta ARP difundida recebida pelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccedilo MAC da interface do roteador

o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiro roteador podendo agora enviar o quadro contendo a consulta DNS

ARP query

EthPhy

ARP

ARP

ARP reply

antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS

5 Camada de Enlace 5-83

roteador(roda DHCP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

DNS

datagrama IP conteacutem consulta DNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador

datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelos protocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS

demultiplexado pelo servidor DNS

servidor DNS responde ao cliente com o endereccedilo IP de wwwgooglecom

rede da Comcast68800013

servidor DNS

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

Um dia na vidahellip usando DNS

5 Camada de Enlace 5-84

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP

HTTPTCPIP

EthPhy

HTTP

para enviar pedido HTTP cliente primeiro abre um socket TCP para o servidor web segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web

conexatildeo TCP estabelecida64233169105

servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCPIP

EthPhy

SYN

SYN

SYN

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)

5 Camada de Enlace 5-85

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP

HTTPTCPIP

EthPhy

HTTP

solicitaccedilatildeo HTTP enviada para o socket TCP datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhado para wwwgooglecom

datagrama IP com a resposta HTTP eacute encaminhado de volta para o cliente

64233169105

servidor web

HTTPTCPIP

EthPhy

servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTPHTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

paacutegina web finalmente() apresentada

5 Camada de Enlace 5-86

Capiacutetulo 5 Resumo

princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dados detecccedilatildeo correccedilatildeo de erros compartilhamento de canal de difusatildeo acesso

muacuteltiplo endereccedilamento da camada de enlace

instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlace Ethernet LANs comutadas redes virtualizadas como camada de enlace MPLS

siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web

  • Capiacutetulo 5 A Camada de Enlace e Redes Locais
  • Camada de Enlace
  • Camada de Enlace Introduccedilatildeo
  • Camada de Enlace Contexto
  • Serviccedilos da Camada de Enlace
  • Serviccedilos da Camada de Enlace (mais)
  • Onde a camada de enlace eacute implementada
  • Comunicaccedilatildeo entre Adaptadores
  • Camada de Enlace (2)
  • Detecccedilatildeo de Erros
  • Verificaccedilotildees de Paridade
  • Soma de verificaccedilatildeo da Internet
  • Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica (CRC)
  • Exemplo de CRC
  • Implementaccedilatildeo em Hardware
  • Camada de Enlace (3)
  • Enlaces e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolo Ideal de Acesso Muacuteltiplo
  • Taxonomia dos Protocolos MAC
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal TDMA
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal FDMA
  • Protocolos de Acesso Aleatoacuterio
  • Slotted ALOHA
  • Slotted ALOHA (2)
  • Eficiecircncia do Slotted Aloha
  • ALOHA Puro (sem slots)
  • Eficiecircncia do Aloha puro
  • CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)
  • Colisotildees no CSMA
  • CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)
  • Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (2)
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (3)
  • Resumo dos protocolos MAC
  • Camada de Enlace (4)
  • Endereccedilos MAC
  • Endereccedilos MAC (2)
  • Endereccedilo MAC (cont)
  • ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de Resoluccedilatildeo de En
  • Protocolo ARP Mesma LAN (rede)
  • Roteando um pacote para outra LAN
  • Slide 44
  • Camada de Enlace (5)
  • Ethernet
  • Topologia em Estrela
  • Estrutura do Quadro Ethernet
  • Estrutura de Quadro Ethernet (cont)
  • Ethernet natildeo confiaacutevel e natildeo orientado para conexatildeo
  • Algoritmo CSMACD do Ethernet
  • CSMACD da Ethernet (mais)
  • Eficiecircncia do CSMACD
  • Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
  • 10Base5
  • 10Base2
  • 10BaseT
  • Conector RJ 45
  • 100Base-TX
  • Slide 60
  • Carrier Ethernet Defined
  • Camada de Enlace (6)
  • Hubs
  • Comutador (switch)
  • Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
  • Tabela de Comutaccedilatildeo
  • Switch autoaprendizagem
  • Switch FiltragemRepasse de quadros
  • Exemplo de auto aprendizagem e repasse
  • Exemplo com comutador
  • Exemplo com comutador (2)
  • Interligaccedilatildeo de comutadores
  • Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores
  • Rede Institucionalcorporativa
  • Rede institucional
  • Comutadores versus Roteadores
  • Camada de Enlace (7)
  • Siacutentese um dia na vida de um pedido web
  • Um dia na vida cenaacuterio
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet (2)
  • Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
  • Um dia na vidahellip usando DNS
  • Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
  • Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
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5 Camada de Enlace 5-46

Ethernet Muitiacutessimo difundida porque

Muito barata R$30 para placas 10100Mbps A mais antiga das tecnologias de rede local (meados da

deacutecada de 70) Mais simples e menos cara que redes usando ficha ou

ATM Acompanhou o aumento de velocidade 10 Mbps ndash 10

Gbps

Rascunho de Metcalfe sobre o Ethernet

5 Camada de Enlace 5-47

Topologia em Estrela Topologia de barramento popular ateacute meados

dos anos 90 Todos os noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo (podem colidir

um com o outro)

Agora prevalecircncia de topologia em estrela Comutador (switch) no centro Cada porta roda o protocolo Ethernet separadamente (os

noacutes natildeo colidem uns com os outros)

barramento cabo coaxial

switch

estrela

5 Camada de Enlace 5-48

Estrutura do Quadro Ethernet

Adaptador remetente encapsula datagrama IP (ou pacote de outro protocolo da camada de rede) num Quadro Ethernet

Dados 46 a 1500 bytes Preacircmbulo 7 bytes com o padratildeo 10101010 seguidos por um byte

com o padratildeo 10101011 usado para sincronizar receptor ao reloacutegio do

remetente (reloacutegios nunca satildeo exatos eacute muito provaacutevel que exista algum desvio entre eles)

5 Camada de Enlace 5-49

Estrutura de Quadro Ethernet (cont)

Endereccedilos 6 bytes para cada endereccedilo MAC se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo destino igual

ao seu ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede

caso contraacuterio o adaptador descarta o quadro Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior

usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)

CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado

5 Camada de Enlace 5-50

Ethernet natildeo confiaacutevel e natildeo orientado para conexatildeo

Natildeo orientado para conexatildeo Natildeo haacute estabelecimento de conexatildeo (saudaccedilatildeo) entre os adaptadores transmissor e receptor

Natildeo confiaacutevel o adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador transmissorfluxo de datagramas passados para a

camada de rede pode conter falhas na sequumlecircncia

falhas seratildeo preenchidas se aplicaccedilatildeo estiver usando o TCP

caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as falhas Protocolo MAC do Ethernet CSMACD sem slots

5 Camada de Enlace 5-51

Algoritmo CSMACD do Ethernet

1 Adaptador recebe datagrama da camada de rede e cria um quadro

2 Se o adaptador percebe que o canal estaacute ocioso comeccedila a transmitir o quadro Se percebe que o canal estaacute ocupado espera que o canal fique livre e transmite

3 Se o adaptador transmitir todo o quadro sem detectar outra transmissatildeo o adaptador concluiu a operaccedilatildeo com o quadro

4 Se o adaptador detectar outra transmissatildeo enquanto estiver transmitindo aborta e envia sinal de reforccedilo de colisatildeo de 48 bits

5 Apoacutes o aborto o adaptador entra na retirada (backoff) exponencial binaacuteria apoacutes a m-eacutesima colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoriamente entre 012hellip2m-1 O adaptador espera K512 tempos de bit e retorna ao Passo 2

5 Camada de Enlace 5-52

CSMACD da Ethernet (mais)

Sinal de reforccedilo de colisatildeo garante que todos os demais transmissores estejam cientes da colisatildeo 48 bits

Tempo de Bit 01 microseg para Ethernet de 10 Mbpspara K=1023 tempo de espera de cerca de 50 mseg

Retirada Exponencial Binaacuteria

Objetivo adaptar as tentativas de retransmissatildeo agrave carga atual estimada Alta carga espera

aleatoacuteria seraacute mais longa

na primeira colisatildeo escolhe K entre 01 atraso eacute de K 512 tempos de transmissatildeo de um bit

apoacutes a segunda colisatildeo escolhe K entre 0123hellip

apoacutes 10 colisotildees escolhe K entre 01234hellip1023

Vejainteraja com o applet Java siacutetio do livroaltamente recomendaacutevel

5 Camada de Enlace 5-53

Eficiecircncia do CSMACD

tprop = atraso maacuteximo de prop entre 2 noacutes na LAN

ttrans = tempo para transmitir quadro de tamanho maacuteximo

Eficiecircncia vai para 1 agrave medida que tprop vai para 0

ttrans vai para infinito Muito melhor do que ALOHA e ainda eacute

descentralizado simples e barato

transprop tt 51

1eficiecircncia

5 Camada de Enlace 5-54

Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica

Diversos padrotildees Ethernet diferentestecircm em comum o protocolo MAC e o

formato do quadrodiferentes velocidades 2Mbps 10Mbps

100Mbps 1Gbps 10Gbpsdiferentes meios da camada fiacutesica fibra

caboaplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

protocolo MACe formato do quadro

100BASE-TX

100BASE-T4

100BASE-FX100BASE-T2

100BASE-SX 100BASE-BX

camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)

5 Camada de Enlace 5-55

10Base5

httpwwwethermanagecom

5 Camada de Enlace 5-56

10Base2

httpwwwethermanagecom

5 Camada de Enlace 5-57

10BaseT

httpwwwethermanagecom

5 Camada de Enlace 5-58

Conector RJ 45

5 Camada de Enlace 5-59

100Base-TX

httpwwwethermanagecom

5 Camada de Enlace 5-60 10

Wireless Backhaul

Carrier Ethernet Access Expansion

Voice gateway

VoiceVideoTelephony

HD TVTVoD VoD

Video Source

Gaming BusinessBackup ERP

InternetVideo Source

BusinessBroadband

E-Line andE-LAN service

GlobalNationalCarrierEthernet

GlobalNationalCarrierEthernet

SmallMedium Business

Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

ResidentialTriple-Play

FTTx DSLAM Cable Modem

Broadbandmobile datavideo

Bringing vastly extended scalability for business and residential users

ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing

5 Camada de Enlace 5-61

Carrier Ethernet Defined

bull Carrier Ethernet is a ubiquitous standardized carrier-class SERVICE defined by five attributes that distinguish Carrier Ethernet from familiar LAN based Ethernet

bull It brings the compelling business benefit of the Ethernet cost model to achieve significant savings

Carrier Ethernet

bull Scalability

bull Standardized Services

bull Service Management

bull Quality of Service

bull Reliability

Carrier Ethernet Attributes

httpwwwmetroethernetforumorg

5 Camada de Enlace 5-62

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos52 Teacutecnicas de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de acesso muacuteltiplo 54 Endereccedilamento na Camada de Enlace55 Ethernet56 Comutadores da camada de enlace57 PPP o protocolo ponto-a-ponto58 Virtualizaccedilatildeo de enlace uma rede como

camada de enlace59 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina

Web

5 Camada de Enlace 5-63

Hubs

hellip repetidores (ldquoburrosrdquo) da camada fiacutesicabits vindos de um dado link saem por todos

os outros links na mesma taxatodos os noacutes conectados ao hub podem

colidir uns com os outrosnatildeo haacute bufferizaccedilatildeo de quadrosnatildeo implementa CSMACD no hub cartotildees

do hospedeiro detectam as colisotildees

par tranccedilado

hub

5 Camada de Enlace 5-64

Comutador (switch)

Dispositivo da camada de enlace mais inteligentes que os hubs tecircm papel ativo armazena e retransmite quadros Ethernetexamina o cabeccedilalho do quadro e

seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento

transparentehospedeiros ignoram a presenccedila dos

switches plug-and-play self-learning (autodidatas)

os comutadores natildeo necessitam ser configurados

5 Camada de Enlace 5-65

Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas

hospedeiros tecircm conexatildeo direta e dedicada para o switch

os switches armazenam quadros

o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplex cada link eacute o seu proacuteprio

domiacutenio de colisatildeo comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-

para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees isto natildeo eacute possiacutevel com hubs

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

switch com seis interfaces(123456)

1 23

45

6

5 Camada de Enlace 5-66

Tabela de Comutaccedilatildeo

P como eacute que o switch sabe que Arsquo eacute alcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel a partir da interface 5

R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutem (endereccedilo MAC do hospedeiro

interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)

parece uma tabela de roteamento P como satildeo criadas e mantidas as

entradas na tabela de comutaccedilatildeo haacute algo como um protocolo de

roteamento

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

switch with six interfaces(123456)

1 23

45

6

5 Camada de Enlace 5-67

switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfaces quando um quadro eacute

recebido o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada

registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo

Switch autoaprendizagem

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 23

45

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

5 Camada de Enlace 5-685 Camada de Enlace

Switch FiltragemRepasse de quadrosQuando um comutador recebe um quadroregistra o link associado com o hospedeiro

transmissorindexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo

MAC do destinoif entrada encontrada para o destino

then if dest estiver no segmento de onde veio o

quadro then descarta o quadro else repassa o quadro na interface indicada else usa inundaccedilatildeoRepassa o quadro para todas as

demais interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido

5 Camada de Enlace 5-69

Exemplo de auto aprendizagem e repasse

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 23

45

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo

destino do quadro desconhecido inundaccedilatildeo

Arsquo A

local do destino A conhecido

Arsquo 4 60

transmissatildeo seletiva

5 Camada de Enlace 5-70

Exemplo com comutador

Suponha que C envia quadro para D

comutador recebe o quadro vindo de C anota na tabela de comutaccedilatildeo que C estaacute na interface 1 dado que D natildeo se encontra na tabela encaminha o quadro para as

demais interfaces 2 e 3

quadro eacute recebido por D

hub

hub hub

comutador

A

B CD

EF G H

I

endereccedilointerface

ABEG

1123

12 3

5 Camada de Enlace 5-71

Exemplo com comutador

Suponha que D responde com um quadro para C

comutador recebe o quadro vindo de D anota na tabela de comutaccedilatildeo que D estaacute na interface 2 dado que C estaacute na tabela encaminha o quadro apenas na interface

1

quadro eacute recebido por C

hub

hub hub

comutador

A

B CD

EF G H

I

interface

ABEGC

11231

endereccedilo

5 Camada de Enlace 5-72

Interligaccedilatildeo de comutadores

Podemos interligar comutadores (switches)

A

B

P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe que deve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3

R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenico comutador)

S1

C D

E

FS2

S4

S3

HI

G

5 Camada de Enlace 5-73

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde

para C

P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4

A

B

S1

C D

E

FS2

S4

S3

HI

G

1

2

5 Camada de Enlace 5-74

Rede Institucionalcorporativa

5 Camada de Enlace 5-75

Rede institucional

Para redeexterna

roteador

Subrede IP

Servidor de mensagens

Servidor web

5 Camada de Enlace 5-76

Comutadores versus Roteadores ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa

roteadores dispositivos da camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)

comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace roteadores mantecircm tabelas de roteamento

implementam algoritmos de roteamento comutadores mantecircm tabelas de comutaccedilatildeo

implementam filtragem algoritmos de aprendizagem

5 Camada de Enlace 5-77

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos52 Teacutecnicas de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de acesso muacuteltiplo 54 Endereccedilamento na Camada de Enlace55 Ethernet56 Comutadores da camada de enlace57 PPP o protocolo ponto-a-ponto58 Virtualizaccedilatildeo de enlace uma rede como

camada de enlace59 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina

Web

5 Camada de Enlace 5-78

Siacutentese um dia na vida de um pedido web jornada completa atravessando toda a pilha de

protocolos aplicaccedilatildeo transporte rede enlace

colocando tudo junto siacutentese objetivo identificar revisar entender os

protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web

cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom

5 Camada de Enlace 5-79

Um dia na vida cenaacuterio

rede da Comcast68800013

rede do Google64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola68802024

paacutegina web

navegador

5 Camada de Enlace 5-80

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPDHCP

quadro Ethernet difundido (dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador que executa o servidor DHCP

Ethernet demultiplexado para IP demultiplexado para UDP e demultiplexado paraDHCP

o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilo do primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP Solicitaccedilatildeo DHCP encapsulada em UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023 Ethernet

5 Camada de Enlace 5-81

roteador(roda DHCP)

servidor DHCP prepara ACK DHCP contendo endereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiro roteador nome e endereccedilo IP do servidor DNS

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

encapsulamento no servidor DHCP quadro repassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente

Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador

cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

5 Camada de Enlace 5-82

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

consulta DNS criada encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviar quadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP

consulta ARP difundida recebida pelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccedilo MAC da interface do roteador

o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiro roteador podendo agora enviar o quadro contendo a consulta DNS

ARP query

EthPhy

ARP

ARP

ARP reply

antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS

5 Camada de Enlace 5-83

roteador(roda DHCP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

DNS

datagrama IP conteacutem consulta DNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador

datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelos protocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS

demultiplexado pelo servidor DNS

servidor DNS responde ao cliente com o endereccedilo IP de wwwgooglecom

rede da Comcast68800013

servidor DNS

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

Um dia na vidahellip usando DNS

5 Camada de Enlace 5-84

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP

HTTPTCPIP

EthPhy

HTTP

para enviar pedido HTTP cliente primeiro abre um socket TCP para o servidor web segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web

conexatildeo TCP estabelecida64233169105

servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCPIP

EthPhy

SYN

SYN

SYN

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)

5 Camada de Enlace 5-85

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP

HTTPTCPIP

EthPhy

HTTP

solicitaccedilatildeo HTTP enviada para o socket TCP datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhado para wwwgooglecom

datagrama IP com a resposta HTTP eacute encaminhado de volta para o cliente

64233169105

servidor web

HTTPTCPIP

EthPhy

servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTPHTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

paacutegina web finalmente() apresentada

5 Camada de Enlace 5-86

Capiacutetulo 5 Resumo

princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dados detecccedilatildeo correccedilatildeo de erros compartilhamento de canal de difusatildeo acesso

muacuteltiplo endereccedilamento da camada de enlace

instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlace Ethernet LANs comutadas redes virtualizadas como camada de enlace MPLS

siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web

  • Capiacutetulo 5 A Camada de Enlace e Redes Locais
  • Camada de Enlace
  • Camada de Enlace Introduccedilatildeo
  • Camada de Enlace Contexto
  • Serviccedilos da Camada de Enlace
  • Serviccedilos da Camada de Enlace (mais)
  • Onde a camada de enlace eacute implementada
  • Comunicaccedilatildeo entre Adaptadores
  • Camada de Enlace (2)
  • Detecccedilatildeo de Erros
  • Verificaccedilotildees de Paridade
  • Soma de verificaccedilatildeo da Internet
  • Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica (CRC)
  • Exemplo de CRC
  • Implementaccedilatildeo em Hardware
  • Camada de Enlace (3)
  • Enlaces e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolo Ideal de Acesso Muacuteltiplo
  • Taxonomia dos Protocolos MAC
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal TDMA
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal FDMA
  • Protocolos de Acesso Aleatoacuterio
  • Slotted ALOHA
  • Slotted ALOHA (2)
  • Eficiecircncia do Slotted Aloha
  • ALOHA Puro (sem slots)
  • Eficiecircncia do Aloha puro
  • CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)
  • Colisotildees no CSMA
  • CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)
  • Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (2)
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (3)
  • Resumo dos protocolos MAC
  • Camada de Enlace (4)
  • Endereccedilos MAC
  • Endereccedilos MAC (2)
  • Endereccedilo MAC (cont)
  • ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de Resoluccedilatildeo de En
  • Protocolo ARP Mesma LAN (rede)
  • Roteando um pacote para outra LAN
  • Slide 44
  • Camada de Enlace (5)
  • Ethernet
  • Topologia em Estrela
  • Estrutura do Quadro Ethernet
  • Estrutura de Quadro Ethernet (cont)
  • Ethernet natildeo confiaacutevel e natildeo orientado para conexatildeo
  • Algoritmo CSMACD do Ethernet
  • CSMACD da Ethernet (mais)
  • Eficiecircncia do CSMACD
  • Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
  • 10Base5
  • 10Base2
  • 10BaseT
  • Conector RJ 45
  • 100Base-TX
  • Slide 60
  • Carrier Ethernet Defined
  • Camada de Enlace (6)
  • Hubs
  • Comutador (switch)
  • Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
  • Tabela de Comutaccedilatildeo
  • Switch autoaprendizagem
  • Switch FiltragemRepasse de quadros
  • Exemplo de auto aprendizagem e repasse
  • Exemplo com comutador
  • Exemplo com comutador (2)
  • Interligaccedilatildeo de comutadores
  • Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores
  • Rede Institucionalcorporativa
  • Rede institucional
  • Comutadores versus Roteadores
  • Camada de Enlace (7)
  • Siacutentese um dia na vida de um pedido web
  • Um dia na vida cenaacuterio
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet (2)
  • Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
  • Um dia na vidahellip usando DNS
  • Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
  • Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
  • Capiacutetulo 5 Resumo
Page 47: 5: Camada de Enlace 5-1 Capítulo 5: A Camada de Enlace e Redes Locais Nossos objetivos: Entender os princípios por trás dos serviços da camada de enlace

5 Camada de Enlace 5-47

Topologia em Estrela Topologia de barramento popular ateacute meados

dos anos 90 Todos os noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo (podem colidir

um com o outro)

Agora prevalecircncia de topologia em estrela Comutador (switch) no centro Cada porta roda o protocolo Ethernet separadamente (os

noacutes natildeo colidem uns com os outros)

barramento cabo coaxial

switch

estrela

5 Camada de Enlace 5-48

Estrutura do Quadro Ethernet

Adaptador remetente encapsula datagrama IP (ou pacote de outro protocolo da camada de rede) num Quadro Ethernet

Dados 46 a 1500 bytes Preacircmbulo 7 bytes com o padratildeo 10101010 seguidos por um byte

com o padratildeo 10101011 usado para sincronizar receptor ao reloacutegio do

remetente (reloacutegios nunca satildeo exatos eacute muito provaacutevel que exista algum desvio entre eles)

5 Camada de Enlace 5-49

Estrutura de Quadro Ethernet (cont)

Endereccedilos 6 bytes para cada endereccedilo MAC se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo destino igual

ao seu ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede

caso contraacuterio o adaptador descarta o quadro Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior

usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)

CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado

5 Camada de Enlace 5-50

Ethernet natildeo confiaacutevel e natildeo orientado para conexatildeo

Natildeo orientado para conexatildeo Natildeo haacute estabelecimento de conexatildeo (saudaccedilatildeo) entre os adaptadores transmissor e receptor

Natildeo confiaacutevel o adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador transmissorfluxo de datagramas passados para a

camada de rede pode conter falhas na sequumlecircncia

falhas seratildeo preenchidas se aplicaccedilatildeo estiver usando o TCP

caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as falhas Protocolo MAC do Ethernet CSMACD sem slots

5 Camada de Enlace 5-51

Algoritmo CSMACD do Ethernet

1 Adaptador recebe datagrama da camada de rede e cria um quadro

2 Se o adaptador percebe que o canal estaacute ocioso comeccedila a transmitir o quadro Se percebe que o canal estaacute ocupado espera que o canal fique livre e transmite

3 Se o adaptador transmitir todo o quadro sem detectar outra transmissatildeo o adaptador concluiu a operaccedilatildeo com o quadro

4 Se o adaptador detectar outra transmissatildeo enquanto estiver transmitindo aborta e envia sinal de reforccedilo de colisatildeo de 48 bits

5 Apoacutes o aborto o adaptador entra na retirada (backoff) exponencial binaacuteria apoacutes a m-eacutesima colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoriamente entre 012hellip2m-1 O adaptador espera K512 tempos de bit e retorna ao Passo 2

5 Camada de Enlace 5-52

CSMACD da Ethernet (mais)

Sinal de reforccedilo de colisatildeo garante que todos os demais transmissores estejam cientes da colisatildeo 48 bits

Tempo de Bit 01 microseg para Ethernet de 10 Mbpspara K=1023 tempo de espera de cerca de 50 mseg

Retirada Exponencial Binaacuteria

Objetivo adaptar as tentativas de retransmissatildeo agrave carga atual estimada Alta carga espera

aleatoacuteria seraacute mais longa

na primeira colisatildeo escolhe K entre 01 atraso eacute de K 512 tempos de transmissatildeo de um bit

apoacutes a segunda colisatildeo escolhe K entre 0123hellip

apoacutes 10 colisotildees escolhe K entre 01234hellip1023

Vejainteraja com o applet Java siacutetio do livroaltamente recomendaacutevel

5 Camada de Enlace 5-53

Eficiecircncia do CSMACD

tprop = atraso maacuteximo de prop entre 2 noacutes na LAN

ttrans = tempo para transmitir quadro de tamanho maacuteximo

Eficiecircncia vai para 1 agrave medida que tprop vai para 0

ttrans vai para infinito Muito melhor do que ALOHA e ainda eacute

descentralizado simples e barato

transprop tt 51

1eficiecircncia

5 Camada de Enlace 5-54

Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica

Diversos padrotildees Ethernet diferentestecircm em comum o protocolo MAC e o

formato do quadrodiferentes velocidades 2Mbps 10Mbps

100Mbps 1Gbps 10Gbpsdiferentes meios da camada fiacutesica fibra

caboaplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

protocolo MACe formato do quadro

100BASE-TX

100BASE-T4

100BASE-FX100BASE-T2

100BASE-SX 100BASE-BX

camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)

5 Camada de Enlace 5-55

10Base5

httpwwwethermanagecom

5 Camada de Enlace 5-56

10Base2

httpwwwethermanagecom

5 Camada de Enlace 5-57

10BaseT

httpwwwethermanagecom

5 Camada de Enlace 5-58

Conector RJ 45

5 Camada de Enlace 5-59

100Base-TX

httpwwwethermanagecom

5 Camada de Enlace 5-60 10

Wireless Backhaul

Carrier Ethernet Access Expansion

Voice gateway

VoiceVideoTelephony

HD TVTVoD VoD

Video Source

Gaming BusinessBackup ERP

InternetVideo Source

BusinessBroadband

E-Line andE-LAN service

GlobalNationalCarrierEthernet

GlobalNationalCarrierEthernet

SmallMedium Business

Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

ResidentialTriple-Play

FTTx DSLAM Cable Modem

Broadbandmobile datavideo

Bringing vastly extended scalability for business and residential users

ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing

5 Camada de Enlace 5-61

Carrier Ethernet Defined

bull Carrier Ethernet is a ubiquitous standardized carrier-class SERVICE defined by five attributes that distinguish Carrier Ethernet from familiar LAN based Ethernet

bull It brings the compelling business benefit of the Ethernet cost model to achieve significant savings

Carrier Ethernet

bull Scalability

bull Standardized Services

bull Service Management

bull Quality of Service

bull Reliability

Carrier Ethernet Attributes

httpwwwmetroethernetforumorg

5 Camada de Enlace 5-62

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos52 Teacutecnicas de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de acesso muacuteltiplo 54 Endereccedilamento na Camada de Enlace55 Ethernet56 Comutadores da camada de enlace57 PPP o protocolo ponto-a-ponto58 Virtualizaccedilatildeo de enlace uma rede como

camada de enlace59 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina

Web

5 Camada de Enlace 5-63

Hubs

hellip repetidores (ldquoburrosrdquo) da camada fiacutesicabits vindos de um dado link saem por todos

os outros links na mesma taxatodos os noacutes conectados ao hub podem

colidir uns com os outrosnatildeo haacute bufferizaccedilatildeo de quadrosnatildeo implementa CSMACD no hub cartotildees

do hospedeiro detectam as colisotildees

par tranccedilado

hub

5 Camada de Enlace 5-64

Comutador (switch)

Dispositivo da camada de enlace mais inteligentes que os hubs tecircm papel ativo armazena e retransmite quadros Ethernetexamina o cabeccedilalho do quadro e

seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento

transparentehospedeiros ignoram a presenccedila dos

switches plug-and-play self-learning (autodidatas)

os comutadores natildeo necessitam ser configurados

5 Camada de Enlace 5-65

Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas

hospedeiros tecircm conexatildeo direta e dedicada para o switch

os switches armazenam quadros

o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplex cada link eacute o seu proacuteprio

domiacutenio de colisatildeo comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-

para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees isto natildeo eacute possiacutevel com hubs

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

switch com seis interfaces(123456)

1 23

45

6

5 Camada de Enlace 5-66

Tabela de Comutaccedilatildeo

P como eacute que o switch sabe que Arsquo eacute alcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel a partir da interface 5

R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutem (endereccedilo MAC do hospedeiro

interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)

parece uma tabela de roteamento P como satildeo criadas e mantidas as

entradas na tabela de comutaccedilatildeo haacute algo como um protocolo de

roteamento

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

switch with six interfaces(123456)

1 23

45

6

5 Camada de Enlace 5-67

switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfaces quando um quadro eacute

recebido o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada

registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo

Switch autoaprendizagem

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 23

45

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

5 Camada de Enlace 5-685 Camada de Enlace

Switch FiltragemRepasse de quadrosQuando um comutador recebe um quadroregistra o link associado com o hospedeiro

transmissorindexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo

MAC do destinoif entrada encontrada para o destino

then if dest estiver no segmento de onde veio o

quadro then descarta o quadro else repassa o quadro na interface indicada else usa inundaccedilatildeoRepassa o quadro para todas as

demais interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido

5 Camada de Enlace 5-69

Exemplo de auto aprendizagem e repasse

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 23

45

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo

destino do quadro desconhecido inundaccedilatildeo

Arsquo A

local do destino A conhecido

Arsquo 4 60

transmissatildeo seletiva

5 Camada de Enlace 5-70

Exemplo com comutador

Suponha que C envia quadro para D

comutador recebe o quadro vindo de C anota na tabela de comutaccedilatildeo que C estaacute na interface 1 dado que D natildeo se encontra na tabela encaminha o quadro para as

demais interfaces 2 e 3

quadro eacute recebido por D

hub

hub hub

comutador

A

B CD

EF G H

I

endereccedilointerface

ABEG

1123

12 3

5 Camada de Enlace 5-71

Exemplo com comutador

Suponha que D responde com um quadro para C

comutador recebe o quadro vindo de D anota na tabela de comutaccedilatildeo que D estaacute na interface 2 dado que C estaacute na tabela encaminha o quadro apenas na interface

1

quadro eacute recebido por C

hub

hub hub

comutador

A

B CD

EF G H

I

interface

ABEGC

11231

endereccedilo

5 Camada de Enlace 5-72

Interligaccedilatildeo de comutadores

Podemos interligar comutadores (switches)

A

B

P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe que deve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3

R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenico comutador)

S1

C D

E

FS2

S4

S3

HI

G

5 Camada de Enlace 5-73

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde

para C

P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4

A

B

S1

C D

E

FS2

S4

S3

HI

G

1

2

5 Camada de Enlace 5-74

Rede Institucionalcorporativa

5 Camada de Enlace 5-75

Rede institucional

Para redeexterna

roteador

Subrede IP

Servidor de mensagens

Servidor web

5 Camada de Enlace 5-76

Comutadores versus Roteadores ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa

roteadores dispositivos da camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)

comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace roteadores mantecircm tabelas de roteamento

implementam algoritmos de roteamento comutadores mantecircm tabelas de comutaccedilatildeo

implementam filtragem algoritmos de aprendizagem

5 Camada de Enlace 5-77

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos52 Teacutecnicas de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de acesso muacuteltiplo 54 Endereccedilamento na Camada de Enlace55 Ethernet56 Comutadores da camada de enlace57 PPP o protocolo ponto-a-ponto58 Virtualizaccedilatildeo de enlace uma rede como

camada de enlace59 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina

Web

5 Camada de Enlace 5-78

Siacutentese um dia na vida de um pedido web jornada completa atravessando toda a pilha de

protocolos aplicaccedilatildeo transporte rede enlace

colocando tudo junto siacutentese objetivo identificar revisar entender os

protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web

cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom

5 Camada de Enlace 5-79

Um dia na vida cenaacuterio

rede da Comcast68800013

rede do Google64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola68802024

paacutegina web

navegador

5 Camada de Enlace 5-80

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPDHCP

quadro Ethernet difundido (dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador que executa o servidor DHCP

Ethernet demultiplexado para IP demultiplexado para UDP e demultiplexado paraDHCP

o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilo do primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP Solicitaccedilatildeo DHCP encapsulada em UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023 Ethernet

5 Camada de Enlace 5-81

roteador(roda DHCP)

servidor DHCP prepara ACK DHCP contendo endereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiro roteador nome e endereccedilo IP do servidor DNS

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

encapsulamento no servidor DHCP quadro repassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente

Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador

cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

5 Camada de Enlace 5-82

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

consulta DNS criada encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviar quadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP

consulta ARP difundida recebida pelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccedilo MAC da interface do roteador

o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiro roteador podendo agora enviar o quadro contendo a consulta DNS

ARP query

EthPhy

ARP

ARP

ARP reply

antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS

5 Camada de Enlace 5-83

roteador(roda DHCP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

DNS

datagrama IP conteacutem consulta DNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador

datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelos protocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS

demultiplexado pelo servidor DNS

servidor DNS responde ao cliente com o endereccedilo IP de wwwgooglecom

rede da Comcast68800013

servidor DNS

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

Um dia na vidahellip usando DNS

5 Camada de Enlace 5-84

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP

HTTPTCPIP

EthPhy

HTTP

para enviar pedido HTTP cliente primeiro abre um socket TCP para o servidor web segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web

conexatildeo TCP estabelecida64233169105

servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCPIP

EthPhy

SYN

SYN

SYN

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)

5 Camada de Enlace 5-85

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP

HTTPTCPIP

EthPhy

HTTP

solicitaccedilatildeo HTTP enviada para o socket TCP datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhado para wwwgooglecom

datagrama IP com a resposta HTTP eacute encaminhado de volta para o cliente

64233169105

servidor web

HTTPTCPIP

EthPhy

servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTPHTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

paacutegina web finalmente() apresentada

5 Camada de Enlace 5-86

Capiacutetulo 5 Resumo

princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dados detecccedilatildeo correccedilatildeo de erros compartilhamento de canal de difusatildeo acesso

muacuteltiplo endereccedilamento da camada de enlace

instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlace Ethernet LANs comutadas redes virtualizadas como camada de enlace MPLS

siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web

  • Capiacutetulo 5 A Camada de Enlace e Redes Locais
  • Camada de Enlace
  • Camada de Enlace Introduccedilatildeo
  • Camada de Enlace Contexto
  • Serviccedilos da Camada de Enlace
  • Serviccedilos da Camada de Enlace (mais)
  • Onde a camada de enlace eacute implementada
  • Comunicaccedilatildeo entre Adaptadores
  • Camada de Enlace (2)
  • Detecccedilatildeo de Erros
  • Verificaccedilotildees de Paridade
  • Soma de verificaccedilatildeo da Internet
  • Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica (CRC)
  • Exemplo de CRC
  • Implementaccedilatildeo em Hardware
  • Camada de Enlace (3)
  • Enlaces e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolo Ideal de Acesso Muacuteltiplo
  • Taxonomia dos Protocolos MAC
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal TDMA
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal FDMA
  • Protocolos de Acesso Aleatoacuterio
  • Slotted ALOHA
  • Slotted ALOHA (2)
  • Eficiecircncia do Slotted Aloha
  • ALOHA Puro (sem slots)
  • Eficiecircncia do Aloha puro
  • CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)
  • Colisotildees no CSMA
  • CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)
  • Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (2)
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (3)
  • Resumo dos protocolos MAC
  • Camada de Enlace (4)
  • Endereccedilos MAC
  • Endereccedilos MAC (2)
  • Endereccedilo MAC (cont)
  • ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de Resoluccedilatildeo de En
  • Protocolo ARP Mesma LAN (rede)
  • Roteando um pacote para outra LAN
  • Slide 44
  • Camada de Enlace (5)
  • Ethernet
  • Topologia em Estrela
  • Estrutura do Quadro Ethernet
  • Estrutura de Quadro Ethernet (cont)
  • Ethernet natildeo confiaacutevel e natildeo orientado para conexatildeo
  • Algoritmo CSMACD do Ethernet
  • CSMACD da Ethernet (mais)
  • Eficiecircncia do CSMACD
  • Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
  • 10Base5
  • 10Base2
  • 10BaseT
  • Conector RJ 45
  • 100Base-TX
  • Slide 60
  • Carrier Ethernet Defined
  • Camada de Enlace (6)
  • Hubs
  • Comutador (switch)
  • Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
  • Tabela de Comutaccedilatildeo
  • Switch autoaprendizagem
  • Switch FiltragemRepasse de quadros
  • Exemplo de auto aprendizagem e repasse
  • Exemplo com comutador
  • Exemplo com comutador (2)
  • Interligaccedilatildeo de comutadores
  • Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores
  • Rede Institucionalcorporativa
  • Rede institucional
  • Comutadores versus Roteadores
  • Camada de Enlace (7)
  • Siacutentese um dia na vida de um pedido web
  • Um dia na vida cenaacuterio
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet (2)
  • Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
  • Um dia na vidahellip usando DNS
  • Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
  • Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
  • Capiacutetulo 5 Resumo
Page 48: 5: Camada de Enlace 5-1 Capítulo 5: A Camada de Enlace e Redes Locais Nossos objetivos: Entender os princípios por trás dos serviços da camada de enlace

5 Camada de Enlace 5-48

Estrutura do Quadro Ethernet

Adaptador remetente encapsula datagrama IP (ou pacote de outro protocolo da camada de rede) num Quadro Ethernet

Dados 46 a 1500 bytes Preacircmbulo 7 bytes com o padratildeo 10101010 seguidos por um byte

com o padratildeo 10101011 usado para sincronizar receptor ao reloacutegio do

remetente (reloacutegios nunca satildeo exatos eacute muito provaacutevel que exista algum desvio entre eles)

5 Camada de Enlace 5-49

Estrutura de Quadro Ethernet (cont)

Endereccedilos 6 bytes para cada endereccedilo MAC se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo destino igual

ao seu ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede

caso contraacuterio o adaptador descarta o quadro Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior

usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)

CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado

5 Camada de Enlace 5-50

Ethernet natildeo confiaacutevel e natildeo orientado para conexatildeo

Natildeo orientado para conexatildeo Natildeo haacute estabelecimento de conexatildeo (saudaccedilatildeo) entre os adaptadores transmissor e receptor

Natildeo confiaacutevel o adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador transmissorfluxo de datagramas passados para a

camada de rede pode conter falhas na sequumlecircncia

falhas seratildeo preenchidas se aplicaccedilatildeo estiver usando o TCP

caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as falhas Protocolo MAC do Ethernet CSMACD sem slots

5 Camada de Enlace 5-51

Algoritmo CSMACD do Ethernet

1 Adaptador recebe datagrama da camada de rede e cria um quadro

2 Se o adaptador percebe que o canal estaacute ocioso comeccedila a transmitir o quadro Se percebe que o canal estaacute ocupado espera que o canal fique livre e transmite

3 Se o adaptador transmitir todo o quadro sem detectar outra transmissatildeo o adaptador concluiu a operaccedilatildeo com o quadro

4 Se o adaptador detectar outra transmissatildeo enquanto estiver transmitindo aborta e envia sinal de reforccedilo de colisatildeo de 48 bits

5 Apoacutes o aborto o adaptador entra na retirada (backoff) exponencial binaacuteria apoacutes a m-eacutesima colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoriamente entre 012hellip2m-1 O adaptador espera K512 tempos de bit e retorna ao Passo 2

5 Camada de Enlace 5-52

CSMACD da Ethernet (mais)

Sinal de reforccedilo de colisatildeo garante que todos os demais transmissores estejam cientes da colisatildeo 48 bits

Tempo de Bit 01 microseg para Ethernet de 10 Mbpspara K=1023 tempo de espera de cerca de 50 mseg

Retirada Exponencial Binaacuteria

Objetivo adaptar as tentativas de retransmissatildeo agrave carga atual estimada Alta carga espera

aleatoacuteria seraacute mais longa

na primeira colisatildeo escolhe K entre 01 atraso eacute de K 512 tempos de transmissatildeo de um bit

apoacutes a segunda colisatildeo escolhe K entre 0123hellip

apoacutes 10 colisotildees escolhe K entre 01234hellip1023

Vejainteraja com o applet Java siacutetio do livroaltamente recomendaacutevel

5 Camada de Enlace 5-53

Eficiecircncia do CSMACD

tprop = atraso maacuteximo de prop entre 2 noacutes na LAN

ttrans = tempo para transmitir quadro de tamanho maacuteximo

Eficiecircncia vai para 1 agrave medida que tprop vai para 0

ttrans vai para infinito Muito melhor do que ALOHA e ainda eacute

descentralizado simples e barato

transprop tt 51

1eficiecircncia

5 Camada de Enlace 5-54

Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica

Diversos padrotildees Ethernet diferentestecircm em comum o protocolo MAC e o

formato do quadrodiferentes velocidades 2Mbps 10Mbps

100Mbps 1Gbps 10Gbpsdiferentes meios da camada fiacutesica fibra

caboaplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

protocolo MACe formato do quadro

100BASE-TX

100BASE-T4

100BASE-FX100BASE-T2

100BASE-SX 100BASE-BX

camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)

5 Camada de Enlace 5-55

10Base5

httpwwwethermanagecom

5 Camada de Enlace 5-56

10Base2

httpwwwethermanagecom

5 Camada de Enlace 5-57

10BaseT

httpwwwethermanagecom

5 Camada de Enlace 5-58

Conector RJ 45

5 Camada de Enlace 5-59

100Base-TX

httpwwwethermanagecom

5 Camada de Enlace 5-60 10

Wireless Backhaul

Carrier Ethernet Access Expansion

Voice gateway

VoiceVideoTelephony

HD TVTVoD VoD

Video Source

Gaming BusinessBackup ERP

InternetVideo Source

BusinessBroadband

E-Line andE-LAN service

GlobalNationalCarrierEthernet

GlobalNationalCarrierEthernet

SmallMedium Business

Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

ResidentialTriple-Play

FTTx DSLAM Cable Modem

Broadbandmobile datavideo

Bringing vastly extended scalability for business and residential users

ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing

5 Camada de Enlace 5-61

Carrier Ethernet Defined

bull Carrier Ethernet is a ubiquitous standardized carrier-class SERVICE defined by five attributes that distinguish Carrier Ethernet from familiar LAN based Ethernet

bull It brings the compelling business benefit of the Ethernet cost model to achieve significant savings

Carrier Ethernet

bull Scalability

bull Standardized Services

bull Service Management

bull Quality of Service

bull Reliability

Carrier Ethernet Attributes

httpwwwmetroethernetforumorg

5 Camada de Enlace 5-62

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos52 Teacutecnicas de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de acesso muacuteltiplo 54 Endereccedilamento na Camada de Enlace55 Ethernet56 Comutadores da camada de enlace57 PPP o protocolo ponto-a-ponto58 Virtualizaccedilatildeo de enlace uma rede como

camada de enlace59 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina

Web

5 Camada de Enlace 5-63

Hubs

hellip repetidores (ldquoburrosrdquo) da camada fiacutesicabits vindos de um dado link saem por todos

os outros links na mesma taxatodos os noacutes conectados ao hub podem

colidir uns com os outrosnatildeo haacute bufferizaccedilatildeo de quadrosnatildeo implementa CSMACD no hub cartotildees

do hospedeiro detectam as colisotildees

par tranccedilado

hub

5 Camada de Enlace 5-64

Comutador (switch)

Dispositivo da camada de enlace mais inteligentes que os hubs tecircm papel ativo armazena e retransmite quadros Ethernetexamina o cabeccedilalho do quadro e

seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento

transparentehospedeiros ignoram a presenccedila dos

switches plug-and-play self-learning (autodidatas)

os comutadores natildeo necessitam ser configurados

5 Camada de Enlace 5-65

Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas

hospedeiros tecircm conexatildeo direta e dedicada para o switch

os switches armazenam quadros

o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplex cada link eacute o seu proacuteprio

domiacutenio de colisatildeo comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-

para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees isto natildeo eacute possiacutevel com hubs

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

switch com seis interfaces(123456)

1 23

45

6

5 Camada de Enlace 5-66

Tabela de Comutaccedilatildeo

P como eacute que o switch sabe que Arsquo eacute alcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel a partir da interface 5

R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutem (endereccedilo MAC do hospedeiro

interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)

parece uma tabela de roteamento P como satildeo criadas e mantidas as

entradas na tabela de comutaccedilatildeo haacute algo como um protocolo de

roteamento

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

switch with six interfaces(123456)

1 23

45

6

5 Camada de Enlace 5-67

switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfaces quando um quadro eacute

recebido o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada

registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo

Switch autoaprendizagem

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 23

45

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

5 Camada de Enlace 5-685 Camada de Enlace

Switch FiltragemRepasse de quadrosQuando um comutador recebe um quadroregistra o link associado com o hospedeiro

transmissorindexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo

MAC do destinoif entrada encontrada para o destino

then if dest estiver no segmento de onde veio o

quadro then descarta o quadro else repassa o quadro na interface indicada else usa inundaccedilatildeoRepassa o quadro para todas as

demais interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido

5 Camada de Enlace 5-69

Exemplo de auto aprendizagem e repasse

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 23

45

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo

destino do quadro desconhecido inundaccedilatildeo

Arsquo A

local do destino A conhecido

Arsquo 4 60

transmissatildeo seletiva

5 Camada de Enlace 5-70

Exemplo com comutador

Suponha que C envia quadro para D

comutador recebe o quadro vindo de C anota na tabela de comutaccedilatildeo que C estaacute na interface 1 dado que D natildeo se encontra na tabela encaminha o quadro para as

demais interfaces 2 e 3

quadro eacute recebido por D

hub

hub hub

comutador

A

B CD

EF G H

I

endereccedilointerface

ABEG

1123

12 3

5 Camada de Enlace 5-71

Exemplo com comutador

Suponha que D responde com um quadro para C

comutador recebe o quadro vindo de D anota na tabela de comutaccedilatildeo que D estaacute na interface 2 dado que C estaacute na tabela encaminha o quadro apenas na interface

1

quadro eacute recebido por C

hub

hub hub

comutador

A

B CD

EF G H

I

interface

ABEGC

11231

endereccedilo

5 Camada de Enlace 5-72

Interligaccedilatildeo de comutadores

Podemos interligar comutadores (switches)

A

B

P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe que deve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3

R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenico comutador)

S1

C D

E

FS2

S4

S3

HI

G

5 Camada de Enlace 5-73

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde

para C

P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4

A

B

S1

C D

E

FS2

S4

S3

HI

G

1

2

5 Camada de Enlace 5-74

Rede Institucionalcorporativa

5 Camada de Enlace 5-75

Rede institucional

Para redeexterna

roteador

Subrede IP

Servidor de mensagens

Servidor web

5 Camada de Enlace 5-76

Comutadores versus Roteadores ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa

roteadores dispositivos da camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)

comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace roteadores mantecircm tabelas de roteamento

implementam algoritmos de roteamento comutadores mantecircm tabelas de comutaccedilatildeo

implementam filtragem algoritmos de aprendizagem

5 Camada de Enlace 5-77

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos52 Teacutecnicas de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de acesso muacuteltiplo 54 Endereccedilamento na Camada de Enlace55 Ethernet56 Comutadores da camada de enlace57 PPP o protocolo ponto-a-ponto58 Virtualizaccedilatildeo de enlace uma rede como

camada de enlace59 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina

Web

5 Camada de Enlace 5-78

Siacutentese um dia na vida de um pedido web jornada completa atravessando toda a pilha de

protocolos aplicaccedilatildeo transporte rede enlace

colocando tudo junto siacutentese objetivo identificar revisar entender os

protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web

cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom

5 Camada de Enlace 5-79

Um dia na vida cenaacuterio

rede da Comcast68800013

rede do Google64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola68802024

paacutegina web

navegador

5 Camada de Enlace 5-80

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPDHCP

quadro Ethernet difundido (dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador que executa o servidor DHCP

Ethernet demultiplexado para IP demultiplexado para UDP e demultiplexado paraDHCP

o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilo do primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP Solicitaccedilatildeo DHCP encapsulada em UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023 Ethernet

5 Camada de Enlace 5-81

roteador(roda DHCP)

servidor DHCP prepara ACK DHCP contendo endereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiro roteador nome e endereccedilo IP do servidor DNS

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

encapsulamento no servidor DHCP quadro repassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente

Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador

cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

5 Camada de Enlace 5-82

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

consulta DNS criada encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviar quadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP

consulta ARP difundida recebida pelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccedilo MAC da interface do roteador

o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiro roteador podendo agora enviar o quadro contendo a consulta DNS

ARP query

EthPhy

ARP

ARP

ARP reply

antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS

5 Camada de Enlace 5-83

roteador(roda DHCP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

DNS

datagrama IP conteacutem consulta DNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador

datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelos protocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS

demultiplexado pelo servidor DNS

servidor DNS responde ao cliente com o endereccedilo IP de wwwgooglecom

rede da Comcast68800013

servidor DNS

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

Um dia na vidahellip usando DNS

5 Camada de Enlace 5-84

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP

HTTPTCPIP

EthPhy

HTTP

para enviar pedido HTTP cliente primeiro abre um socket TCP para o servidor web segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web

conexatildeo TCP estabelecida64233169105

servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCPIP

EthPhy

SYN

SYN

SYN

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)

5 Camada de Enlace 5-85

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP

HTTPTCPIP

EthPhy

HTTP

solicitaccedilatildeo HTTP enviada para o socket TCP datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhado para wwwgooglecom

datagrama IP com a resposta HTTP eacute encaminhado de volta para o cliente

64233169105

servidor web

HTTPTCPIP

EthPhy

servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTPHTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

paacutegina web finalmente() apresentada

5 Camada de Enlace 5-86

Capiacutetulo 5 Resumo

princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dados detecccedilatildeo correccedilatildeo de erros compartilhamento de canal de difusatildeo acesso

muacuteltiplo endereccedilamento da camada de enlace

instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlace Ethernet LANs comutadas redes virtualizadas como camada de enlace MPLS

siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web

  • Capiacutetulo 5 A Camada de Enlace e Redes Locais
  • Camada de Enlace
  • Camada de Enlace Introduccedilatildeo
  • Camada de Enlace Contexto
  • Serviccedilos da Camada de Enlace
  • Serviccedilos da Camada de Enlace (mais)
  • Onde a camada de enlace eacute implementada
  • Comunicaccedilatildeo entre Adaptadores
  • Camada de Enlace (2)
  • Detecccedilatildeo de Erros
  • Verificaccedilotildees de Paridade
  • Soma de verificaccedilatildeo da Internet
  • Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica (CRC)
  • Exemplo de CRC
  • Implementaccedilatildeo em Hardware
  • Camada de Enlace (3)
  • Enlaces e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolo Ideal de Acesso Muacuteltiplo
  • Taxonomia dos Protocolos MAC
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal TDMA
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal FDMA
  • Protocolos de Acesso Aleatoacuterio
  • Slotted ALOHA
  • Slotted ALOHA (2)
  • Eficiecircncia do Slotted Aloha
  • ALOHA Puro (sem slots)
  • Eficiecircncia do Aloha puro
  • CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)
  • Colisotildees no CSMA
  • CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)
  • Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (2)
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (3)
  • Resumo dos protocolos MAC
  • Camada de Enlace (4)
  • Endereccedilos MAC
  • Endereccedilos MAC (2)
  • Endereccedilo MAC (cont)
  • ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de Resoluccedilatildeo de En
  • Protocolo ARP Mesma LAN (rede)
  • Roteando um pacote para outra LAN
  • Slide 44
  • Camada de Enlace (5)
  • Ethernet
  • Topologia em Estrela
  • Estrutura do Quadro Ethernet
  • Estrutura de Quadro Ethernet (cont)
  • Ethernet natildeo confiaacutevel e natildeo orientado para conexatildeo
  • Algoritmo CSMACD do Ethernet
  • CSMACD da Ethernet (mais)
  • Eficiecircncia do CSMACD
  • Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
  • 10Base5
  • 10Base2
  • 10BaseT
  • Conector RJ 45
  • 100Base-TX
  • Slide 60
  • Carrier Ethernet Defined
  • Camada de Enlace (6)
  • Hubs
  • Comutador (switch)
  • Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
  • Tabela de Comutaccedilatildeo
  • Switch autoaprendizagem
  • Switch FiltragemRepasse de quadros
  • Exemplo de auto aprendizagem e repasse
  • Exemplo com comutador
  • Exemplo com comutador (2)
  • Interligaccedilatildeo de comutadores
  • Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores
  • Rede Institucionalcorporativa
  • Rede institucional
  • Comutadores versus Roteadores
  • Camada de Enlace (7)
  • Siacutentese um dia na vida de um pedido web
  • Um dia na vida cenaacuterio
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet (2)
  • Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
  • Um dia na vidahellip usando DNS
  • Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
  • Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
  • Capiacutetulo 5 Resumo
Page 49: 5: Camada de Enlace 5-1 Capítulo 5: A Camada de Enlace e Redes Locais Nossos objetivos: Entender os princípios por trás dos serviços da camada de enlace

5 Camada de Enlace 5-49

Estrutura de Quadro Ethernet (cont)

Endereccedilos 6 bytes para cada endereccedilo MAC se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo destino igual

ao seu ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede

caso contraacuterio o adaptador descarta o quadro Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior

usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)

CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado

5 Camada de Enlace 5-50

Ethernet natildeo confiaacutevel e natildeo orientado para conexatildeo

Natildeo orientado para conexatildeo Natildeo haacute estabelecimento de conexatildeo (saudaccedilatildeo) entre os adaptadores transmissor e receptor

Natildeo confiaacutevel o adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador transmissorfluxo de datagramas passados para a

camada de rede pode conter falhas na sequumlecircncia

falhas seratildeo preenchidas se aplicaccedilatildeo estiver usando o TCP

caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as falhas Protocolo MAC do Ethernet CSMACD sem slots

5 Camada de Enlace 5-51

Algoritmo CSMACD do Ethernet

1 Adaptador recebe datagrama da camada de rede e cria um quadro

2 Se o adaptador percebe que o canal estaacute ocioso comeccedila a transmitir o quadro Se percebe que o canal estaacute ocupado espera que o canal fique livre e transmite

3 Se o adaptador transmitir todo o quadro sem detectar outra transmissatildeo o adaptador concluiu a operaccedilatildeo com o quadro

4 Se o adaptador detectar outra transmissatildeo enquanto estiver transmitindo aborta e envia sinal de reforccedilo de colisatildeo de 48 bits

5 Apoacutes o aborto o adaptador entra na retirada (backoff) exponencial binaacuteria apoacutes a m-eacutesima colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoriamente entre 012hellip2m-1 O adaptador espera K512 tempos de bit e retorna ao Passo 2

5 Camada de Enlace 5-52

CSMACD da Ethernet (mais)

Sinal de reforccedilo de colisatildeo garante que todos os demais transmissores estejam cientes da colisatildeo 48 bits

Tempo de Bit 01 microseg para Ethernet de 10 Mbpspara K=1023 tempo de espera de cerca de 50 mseg

Retirada Exponencial Binaacuteria

Objetivo adaptar as tentativas de retransmissatildeo agrave carga atual estimada Alta carga espera

aleatoacuteria seraacute mais longa

na primeira colisatildeo escolhe K entre 01 atraso eacute de K 512 tempos de transmissatildeo de um bit

apoacutes a segunda colisatildeo escolhe K entre 0123hellip

apoacutes 10 colisotildees escolhe K entre 01234hellip1023

Vejainteraja com o applet Java siacutetio do livroaltamente recomendaacutevel

5 Camada de Enlace 5-53

Eficiecircncia do CSMACD

tprop = atraso maacuteximo de prop entre 2 noacutes na LAN

ttrans = tempo para transmitir quadro de tamanho maacuteximo

Eficiecircncia vai para 1 agrave medida que tprop vai para 0

ttrans vai para infinito Muito melhor do que ALOHA e ainda eacute

descentralizado simples e barato

transprop tt 51

1eficiecircncia

5 Camada de Enlace 5-54

Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica

Diversos padrotildees Ethernet diferentestecircm em comum o protocolo MAC e o

formato do quadrodiferentes velocidades 2Mbps 10Mbps

100Mbps 1Gbps 10Gbpsdiferentes meios da camada fiacutesica fibra

caboaplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

protocolo MACe formato do quadro

100BASE-TX

100BASE-T4

100BASE-FX100BASE-T2

100BASE-SX 100BASE-BX

camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)

5 Camada de Enlace 5-55

10Base5

httpwwwethermanagecom

5 Camada de Enlace 5-56

10Base2

httpwwwethermanagecom

5 Camada de Enlace 5-57

10BaseT

httpwwwethermanagecom

5 Camada de Enlace 5-58

Conector RJ 45

5 Camada de Enlace 5-59

100Base-TX

httpwwwethermanagecom

5 Camada de Enlace 5-60 10

Wireless Backhaul

Carrier Ethernet Access Expansion

Voice gateway

VoiceVideoTelephony

HD TVTVoD VoD

Video Source

Gaming BusinessBackup ERP

InternetVideo Source

BusinessBroadband

E-Line andE-LAN service

GlobalNationalCarrierEthernet

GlobalNationalCarrierEthernet

SmallMedium Business

Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

ResidentialTriple-Play

FTTx DSLAM Cable Modem

Broadbandmobile datavideo

Bringing vastly extended scalability for business and residential users

ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing

5 Camada de Enlace 5-61

Carrier Ethernet Defined

bull Carrier Ethernet is a ubiquitous standardized carrier-class SERVICE defined by five attributes that distinguish Carrier Ethernet from familiar LAN based Ethernet

bull It brings the compelling business benefit of the Ethernet cost model to achieve significant savings

Carrier Ethernet

bull Scalability

bull Standardized Services

bull Service Management

bull Quality of Service

bull Reliability

Carrier Ethernet Attributes

httpwwwmetroethernetforumorg

5 Camada de Enlace 5-62

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos52 Teacutecnicas de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de acesso muacuteltiplo 54 Endereccedilamento na Camada de Enlace55 Ethernet56 Comutadores da camada de enlace57 PPP o protocolo ponto-a-ponto58 Virtualizaccedilatildeo de enlace uma rede como

camada de enlace59 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina

Web

5 Camada de Enlace 5-63

Hubs

hellip repetidores (ldquoburrosrdquo) da camada fiacutesicabits vindos de um dado link saem por todos

os outros links na mesma taxatodos os noacutes conectados ao hub podem

colidir uns com os outrosnatildeo haacute bufferizaccedilatildeo de quadrosnatildeo implementa CSMACD no hub cartotildees

do hospedeiro detectam as colisotildees

par tranccedilado

hub

5 Camada de Enlace 5-64

Comutador (switch)

Dispositivo da camada de enlace mais inteligentes que os hubs tecircm papel ativo armazena e retransmite quadros Ethernetexamina o cabeccedilalho do quadro e

seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento

transparentehospedeiros ignoram a presenccedila dos

switches plug-and-play self-learning (autodidatas)

os comutadores natildeo necessitam ser configurados

5 Camada de Enlace 5-65

Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas

hospedeiros tecircm conexatildeo direta e dedicada para o switch

os switches armazenam quadros

o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplex cada link eacute o seu proacuteprio

domiacutenio de colisatildeo comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-

para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees isto natildeo eacute possiacutevel com hubs

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

switch com seis interfaces(123456)

1 23

45

6

5 Camada de Enlace 5-66

Tabela de Comutaccedilatildeo

P como eacute que o switch sabe que Arsquo eacute alcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel a partir da interface 5

R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutem (endereccedilo MAC do hospedeiro

interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)

parece uma tabela de roteamento P como satildeo criadas e mantidas as

entradas na tabela de comutaccedilatildeo haacute algo como um protocolo de

roteamento

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

switch with six interfaces(123456)

1 23

45

6

5 Camada de Enlace 5-67

switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfaces quando um quadro eacute

recebido o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada

registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo

Switch autoaprendizagem

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 23

45

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

5 Camada de Enlace 5-685 Camada de Enlace

Switch FiltragemRepasse de quadrosQuando um comutador recebe um quadroregistra o link associado com o hospedeiro

transmissorindexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo

MAC do destinoif entrada encontrada para o destino

then if dest estiver no segmento de onde veio o

quadro then descarta o quadro else repassa o quadro na interface indicada else usa inundaccedilatildeoRepassa o quadro para todas as

demais interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido

5 Camada de Enlace 5-69

Exemplo de auto aprendizagem e repasse

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 23

45

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo

destino do quadro desconhecido inundaccedilatildeo

Arsquo A

local do destino A conhecido

Arsquo 4 60

transmissatildeo seletiva

5 Camada de Enlace 5-70

Exemplo com comutador

Suponha que C envia quadro para D

comutador recebe o quadro vindo de C anota na tabela de comutaccedilatildeo que C estaacute na interface 1 dado que D natildeo se encontra na tabela encaminha o quadro para as

demais interfaces 2 e 3

quadro eacute recebido por D

hub

hub hub

comutador

A

B CD

EF G H

I

endereccedilointerface

ABEG

1123

12 3

5 Camada de Enlace 5-71

Exemplo com comutador

Suponha que D responde com um quadro para C

comutador recebe o quadro vindo de D anota na tabela de comutaccedilatildeo que D estaacute na interface 2 dado que C estaacute na tabela encaminha o quadro apenas na interface

1

quadro eacute recebido por C

hub

hub hub

comutador

A

B CD

EF G H

I

interface

ABEGC

11231

endereccedilo

5 Camada de Enlace 5-72

Interligaccedilatildeo de comutadores

Podemos interligar comutadores (switches)

A

B

P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe que deve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3

R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenico comutador)

S1

C D

E

FS2

S4

S3

HI

G

5 Camada de Enlace 5-73

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde

para C

P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4

A

B

S1

C D

E

FS2

S4

S3

HI

G

1

2

5 Camada de Enlace 5-74

Rede Institucionalcorporativa

5 Camada de Enlace 5-75

Rede institucional

Para redeexterna

roteador

Subrede IP

Servidor de mensagens

Servidor web

5 Camada de Enlace 5-76

Comutadores versus Roteadores ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa

roteadores dispositivos da camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)

comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace roteadores mantecircm tabelas de roteamento

implementam algoritmos de roteamento comutadores mantecircm tabelas de comutaccedilatildeo

implementam filtragem algoritmos de aprendizagem

5 Camada de Enlace 5-77

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos52 Teacutecnicas de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de acesso muacuteltiplo 54 Endereccedilamento na Camada de Enlace55 Ethernet56 Comutadores da camada de enlace57 PPP o protocolo ponto-a-ponto58 Virtualizaccedilatildeo de enlace uma rede como

camada de enlace59 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina

Web

5 Camada de Enlace 5-78

Siacutentese um dia na vida de um pedido web jornada completa atravessando toda a pilha de

protocolos aplicaccedilatildeo transporte rede enlace

colocando tudo junto siacutentese objetivo identificar revisar entender os

protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web

cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom

5 Camada de Enlace 5-79

Um dia na vida cenaacuterio

rede da Comcast68800013

rede do Google64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola68802024

paacutegina web

navegador

5 Camada de Enlace 5-80

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPDHCP

quadro Ethernet difundido (dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador que executa o servidor DHCP

Ethernet demultiplexado para IP demultiplexado para UDP e demultiplexado paraDHCP

o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilo do primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP Solicitaccedilatildeo DHCP encapsulada em UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023 Ethernet

5 Camada de Enlace 5-81

roteador(roda DHCP)

servidor DHCP prepara ACK DHCP contendo endereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiro roteador nome e endereccedilo IP do servidor DNS

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

encapsulamento no servidor DHCP quadro repassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente

Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador

cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

5 Camada de Enlace 5-82

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

consulta DNS criada encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviar quadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP

consulta ARP difundida recebida pelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccedilo MAC da interface do roteador

o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiro roteador podendo agora enviar o quadro contendo a consulta DNS

ARP query

EthPhy

ARP

ARP

ARP reply

antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS

5 Camada de Enlace 5-83

roteador(roda DHCP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

DNS

datagrama IP conteacutem consulta DNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador

datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelos protocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS

demultiplexado pelo servidor DNS

servidor DNS responde ao cliente com o endereccedilo IP de wwwgooglecom

rede da Comcast68800013

servidor DNS

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

Um dia na vidahellip usando DNS

5 Camada de Enlace 5-84

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP

HTTPTCPIP

EthPhy

HTTP

para enviar pedido HTTP cliente primeiro abre um socket TCP para o servidor web segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web

conexatildeo TCP estabelecida64233169105

servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCPIP

EthPhy

SYN

SYN

SYN

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)

5 Camada de Enlace 5-85

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP

HTTPTCPIP

EthPhy

HTTP

solicitaccedilatildeo HTTP enviada para o socket TCP datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhado para wwwgooglecom

datagrama IP com a resposta HTTP eacute encaminhado de volta para o cliente

64233169105

servidor web

HTTPTCPIP

EthPhy

servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTPHTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

paacutegina web finalmente() apresentada

5 Camada de Enlace 5-86

Capiacutetulo 5 Resumo

princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dados detecccedilatildeo correccedilatildeo de erros compartilhamento de canal de difusatildeo acesso

muacuteltiplo endereccedilamento da camada de enlace

instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlace Ethernet LANs comutadas redes virtualizadas como camada de enlace MPLS

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  • Endereccedilos MAC (2)
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  • CSMACD da Ethernet (mais)
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  • 100Base-TX
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  • Comutador (switch)
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  • Switch FiltragemRepasse de quadros
  • Exemplo de auto aprendizagem e repasse
  • Exemplo com comutador
  • Exemplo com comutador (2)
  • Interligaccedilatildeo de comutadores
  • Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores
  • Rede Institucionalcorporativa
  • Rede institucional
  • Comutadores versus Roteadores
  • Camada de Enlace (7)
  • Siacutentese um dia na vida de um pedido web
  • Um dia na vida cenaacuterio
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet (2)
  • Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
  • Um dia na vidahellip usando DNS
  • Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
  • Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
  • Capiacutetulo 5 Resumo
Page 50: 5: Camada de Enlace 5-1 Capítulo 5: A Camada de Enlace e Redes Locais Nossos objetivos: Entender os princípios por trás dos serviços da camada de enlace

5 Camada de Enlace 5-50

Ethernet natildeo confiaacutevel e natildeo orientado para conexatildeo

Natildeo orientado para conexatildeo Natildeo haacute estabelecimento de conexatildeo (saudaccedilatildeo) entre os adaptadores transmissor e receptor

Natildeo confiaacutevel o adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador transmissorfluxo de datagramas passados para a

camada de rede pode conter falhas na sequumlecircncia

falhas seratildeo preenchidas se aplicaccedilatildeo estiver usando o TCP

caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as falhas Protocolo MAC do Ethernet CSMACD sem slots

5 Camada de Enlace 5-51

Algoritmo CSMACD do Ethernet

1 Adaptador recebe datagrama da camada de rede e cria um quadro

2 Se o adaptador percebe que o canal estaacute ocioso comeccedila a transmitir o quadro Se percebe que o canal estaacute ocupado espera que o canal fique livre e transmite

3 Se o adaptador transmitir todo o quadro sem detectar outra transmissatildeo o adaptador concluiu a operaccedilatildeo com o quadro

4 Se o adaptador detectar outra transmissatildeo enquanto estiver transmitindo aborta e envia sinal de reforccedilo de colisatildeo de 48 bits

5 Apoacutes o aborto o adaptador entra na retirada (backoff) exponencial binaacuteria apoacutes a m-eacutesima colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoriamente entre 012hellip2m-1 O adaptador espera K512 tempos de bit e retorna ao Passo 2

5 Camada de Enlace 5-52

CSMACD da Ethernet (mais)

Sinal de reforccedilo de colisatildeo garante que todos os demais transmissores estejam cientes da colisatildeo 48 bits

Tempo de Bit 01 microseg para Ethernet de 10 Mbpspara K=1023 tempo de espera de cerca de 50 mseg

Retirada Exponencial Binaacuteria

Objetivo adaptar as tentativas de retransmissatildeo agrave carga atual estimada Alta carga espera

aleatoacuteria seraacute mais longa

na primeira colisatildeo escolhe K entre 01 atraso eacute de K 512 tempos de transmissatildeo de um bit

apoacutes a segunda colisatildeo escolhe K entre 0123hellip

apoacutes 10 colisotildees escolhe K entre 01234hellip1023

Vejainteraja com o applet Java siacutetio do livroaltamente recomendaacutevel

5 Camada de Enlace 5-53

Eficiecircncia do CSMACD

tprop = atraso maacuteximo de prop entre 2 noacutes na LAN

ttrans = tempo para transmitir quadro de tamanho maacuteximo

Eficiecircncia vai para 1 agrave medida que tprop vai para 0

ttrans vai para infinito Muito melhor do que ALOHA e ainda eacute

descentralizado simples e barato

transprop tt 51

1eficiecircncia

5 Camada de Enlace 5-54

Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica

Diversos padrotildees Ethernet diferentestecircm em comum o protocolo MAC e o

formato do quadrodiferentes velocidades 2Mbps 10Mbps

100Mbps 1Gbps 10Gbpsdiferentes meios da camada fiacutesica fibra

caboaplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

protocolo MACe formato do quadro

100BASE-TX

100BASE-T4

100BASE-FX100BASE-T2

100BASE-SX 100BASE-BX

camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)

5 Camada de Enlace 5-55

10Base5

httpwwwethermanagecom

5 Camada de Enlace 5-56

10Base2

httpwwwethermanagecom

5 Camada de Enlace 5-57

10BaseT

httpwwwethermanagecom

5 Camada de Enlace 5-58

Conector RJ 45

5 Camada de Enlace 5-59

100Base-TX

httpwwwethermanagecom

5 Camada de Enlace 5-60 10

Wireless Backhaul

Carrier Ethernet Access Expansion

Voice gateway

VoiceVideoTelephony

HD TVTVoD VoD

Video Source

Gaming BusinessBackup ERP

InternetVideo Source

BusinessBroadband

E-Line andE-LAN service

GlobalNationalCarrierEthernet

GlobalNationalCarrierEthernet

SmallMedium Business

Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

ResidentialTriple-Play

FTTx DSLAM Cable Modem

Broadbandmobile datavideo

Bringing vastly extended scalability for business and residential users

ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing

5 Camada de Enlace 5-61

Carrier Ethernet Defined

bull Carrier Ethernet is a ubiquitous standardized carrier-class SERVICE defined by five attributes that distinguish Carrier Ethernet from familiar LAN based Ethernet

bull It brings the compelling business benefit of the Ethernet cost model to achieve significant savings

Carrier Ethernet

bull Scalability

bull Standardized Services

bull Service Management

bull Quality of Service

bull Reliability

Carrier Ethernet Attributes

httpwwwmetroethernetforumorg

5 Camada de Enlace 5-62

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos52 Teacutecnicas de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de acesso muacuteltiplo 54 Endereccedilamento na Camada de Enlace55 Ethernet56 Comutadores da camada de enlace57 PPP o protocolo ponto-a-ponto58 Virtualizaccedilatildeo de enlace uma rede como

camada de enlace59 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina

Web

5 Camada de Enlace 5-63

Hubs

hellip repetidores (ldquoburrosrdquo) da camada fiacutesicabits vindos de um dado link saem por todos

os outros links na mesma taxatodos os noacutes conectados ao hub podem

colidir uns com os outrosnatildeo haacute bufferizaccedilatildeo de quadrosnatildeo implementa CSMACD no hub cartotildees

do hospedeiro detectam as colisotildees

par tranccedilado

hub

5 Camada de Enlace 5-64

Comutador (switch)

Dispositivo da camada de enlace mais inteligentes que os hubs tecircm papel ativo armazena e retransmite quadros Ethernetexamina o cabeccedilalho do quadro e

seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento

transparentehospedeiros ignoram a presenccedila dos

switches plug-and-play self-learning (autodidatas)

os comutadores natildeo necessitam ser configurados

5 Camada de Enlace 5-65

Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas

hospedeiros tecircm conexatildeo direta e dedicada para o switch

os switches armazenam quadros

o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplex cada link eacute o seu proacuteprio

domiacutenio de colisatildeo comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-

para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees isto natildeo eacute possiacutevel com hubs

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

switch com seis interfaces(123456)

1 23

45

6

5 Camada de Enlace 5-66

Tabela de Comutaccedilatildeo

P como eacute que o switch sabe que Arsquo eacute alcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel a partir da interface 5

R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutem (endereccedilo MAC do hospedeiro

interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)

parece uma tabela de roteamento P como satildeo criadas e mantidas as

entradas na tabela de comutaccedilatildeo haacute algo como um protocolo de

roteamento

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

switch with six interfaces(123456)

1 23

45

6

5 Camada de Enlace 5-67

switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfaces quando um quadro eacute

recebido o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada

registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo

Switch autoaprendizagem

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 23

45

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

5 Camada de Enlace 5-685 Camada de Enlace

Switch FiltragemRepasse de quadrosQuando um comutador recebe um quadroregistra o link associado com o hospedeiro

transmissorindexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo

MAC do destinoif entrada encontrada para o destino

then if dest estiver no segmento de onde veio o

quadro then descarta o quadro else repassa o quadro na interface indicada else usa inundaccedilatildeoRepassa o quadro para todas as

demais interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido

5 Camada de Enlace 5-69

Exemplo de auto aprendizagem e repasse

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 23

45

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo

destino do quadro desconhecido inundaccedilatildeo

Arsquo A

local do destino A conhecido

Arsquo 4 60

transmissatildeo seletiva

5 Camada de Enlace 5-70

Exemplo com comutador

Suponha que C envia quadro para D

comutador recebe o quadro vindo de C anota na tabela de comutaccedilatildeo que C estaacute na interface 1 dado que D natildeo se encontra na tabela encaminha o quadro para as

demais interfaces 2 e 3

quadro eacute recebido por D

hub

hub hub

comutador

A

B CD

EF G H

I

endereccedilointerface

ABEG

1123

12 3

5 Camada de Enlace 5-71

Exemplo com comutador

Suponha que D responde com um quadro para C

comutador recebe o quadro vindo de D anota na tabela de comutaccedilatildeo que D estaacute na interface 2 dado que C estaacute na tabela encaminha o quadro apenas na interface

1

quadro eacute recebido por C

hub

hub hub

comutador

A

B CD

EF G H

I

interface

ABEGC

11231

endereccedilo

5 Camada de Enlace 5-72

Interligaccedilatildeo de comutadores

Podemos interligar comutadores (switches)

A

B

P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe que deve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3

R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenico comutador)

S1

C D

E

FS2

S4

S3

HI

G

5 Camada de Enlace 5-73

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde

para C

P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4

A

B

S1

C D

E

FS2

S4

S3

HI

G

1

2

5 Camada de Enlace 5-74

Rede Institucionalcorporativa

5 Camada de Enlace 5-75

Rede institucional

Para redeexterna

roteador

Subrede IP

Servidor de mensagens

Servidor web

5 Camada de Enlace 5-76

Comutadores versus Roteadores ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa

roteadores dispositivos da camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)

comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace roteadores mantecircm tabelas de roteamento

implementam algoritmos de roteamento comutadores mantecircm tabelas de comutaccedilatildeo

implementam filtragem algoritmos de aprendizagem

5 Camada de Enlace 5-77

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos52 Teacutecnicas de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de acesso muacuteltiplo 54 Endereccedilamento na Camada de Enlace55 Ethernet56 Comutadores da camada de enlace57 PPP o protocolo ponto-a-ponto58 Virtualizaccedilatildeo de enlace uma rede como

camada de enlace59 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina

Web

5 Camada de Enlace 5-78

Siacutentese um dia na vida de um pedido web jornada completa atravessando toda a pilha de

protocolos aplicaccedilatildeo transporte rede enlace

colocando tudo junto siacutentese objetivo identificar revisar entender os

protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web

cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom

5 Camada de Enlace 5-79

Um dia na vida cenaacuterio

rede da Comcast68800013

rede do Google64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola68802024

paacutegina web

navegador

5 Camada de Enlace 5-80

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPDHCP

quadro Ethernet difundido (dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador que executa o servidor DHCP

Ethernet demultiplexado para IP demultiplexado para UDP e demultiplexado paraDHCP

o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilo do primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP Solicitaccedilatildeo DHCP encapsulada em UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023 Ethernet

5 Camada de Enlace 5-81

roteador(roda DHCP)

servidor DHCP prepara ACK DHCP contendo endereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiro roteador nome e endereccedilo IP do servidor DNS

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

encapsulamento no servidor DHCP quadro repassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente

Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador

cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

5 Camada de Enlace 5-82

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

consulta DNS criada encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviar quadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP

consulta ARP difundida recebida pelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccedilo MAC da interface do roteador

o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiro roteador podendo agora enviar o quadro contendo a consulta DNS

ARP query

EthPhy

ARP

ARP

ARP reply

antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS

5 Camada de Enlace 5-83

roteador(roda DHCP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

DNS

datagrama IP conteacutem consulta DNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador

datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelos protocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS

demultiplexado pelo servidor DNS

servidor DNS responde ao cliente com o endereccedilo IP de wwwgooglecom

rede da Comcast68800013

servidor DNS

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

Um dia na vidahellip usando DNS

5 Camada de Enlace 5-84

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP

HTTPTCPIP

EthPhy

HTTP

para enviar pedido HTTP cliente primeiro abre um socket TCP para o servidor web segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web

conexatildeo TCP estabelecida64233169105

servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCPIP

EthPhy

SYN

SYN

SYN

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)

5 Camada de Enlace 5-85

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP

HTTPTCPIP

EthPhy

HTTP

solicitaccedilatildeo HTTP enviada para o socket TCP datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhado para wwwgooglecom

datagrama IP com a resposta HTTP eacute encaminhado de volta para o cliente

64233169105

servidor web

HTTPTCPIP

EthPhy

servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTPHTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

paacutegina web finalmente() apresentada

5 Camada de Enlace 5-86

Capiacutetulo 5 Resumo

princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dados detecccedilatildeo correccedilatildeo de erros compartilhamento de canal de difusatildeo acesso

muacuteltiplo endereccedilamento da camada de enlace

instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlace Ethernet LANs comutadas redes virtualizadas como camada de enlace MPLS

siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web

  • Capiacutetulo 5 A Camada de Enlace e Redes Locais
  • Camada de Enlace
  • Camada de Enlace Introduccedilatildeo
  • Camada de Enlace Contexto
  • Serviccedilos da Camada de Enlace
  • Serviccedilos da Camada de Enlace (mais)
  • Onde a camada de enlace eacute implementada
  • Comunicaccedilatildeo entre Adaptadores
  • Camada de Enlace (2)
  • Detecccedilatildeo de Erros
  • Verificaccedilotildees de Paridade
  • Soma de verificaccedilatildeo da Internet
  • Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica (CRC)
  • Exemplo de CRC
  • Implementaccedilatildeo em Hardware
  • Camada de Enlace (3)
  • Enlaces e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolo Ideal de Acesso Muacuteltiplo
  • Taxonomia dos Protocolos MAC
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal TDMA
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal FDMA
  • Protocolos de Acesso Aleatoacuterio
  • Slotted ALOHA
  • Slotted ALOHA (2)
  • Eficiecircncia do Slotted Aloha
  • ALOHA Puro (sem slots)
  • Eficiecircncia do Aloha puro
  • CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)
  • Colisotildees no CSMA
  • CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)
  • Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (2)
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (3)
  • Resumo dos protocolos MAC
  • Camada de Enlace (4)
  • Endereccedilos MAC
  • Endereccedilos MAC (2)
  • Endereccedilo MAC (cont)
  • ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de Resoluccedilatildeo de En
  • Protocolo ARP Mesma LAN (rede)
  • Roteando um pacote para outra LAN
  • Slide 44
  • Camada de Enlace (5)
  • Ethernet
  • Topologia em Estrela
  • Estrutura do Quadro Ethernet
  • Estrutura de Quadro Ethernet (cont)
  • Ethernet natildeo confiaacutevel e natildeo orientado para conexatildeo
  • Algoritmo CSMACD do Ethernet
  • CSMACD da Ethernet (mais)
  • Eficiecircncia do CSMACD
  • Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
  • 10Base5
  • 10Base2
  • 10BaseT
  • Conector RJ 45
  • 100Base-TX
  • Slide 60
  • Carrier Ethernet Defined
  • Camada de Enlace (6)
  • Hubs
  • Comutador (switch)
  • Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
  • Tabela de Comutaccedilatildeo
  • Switch autoaprendizagem
  • Switch FiltragemRepasse de quadros
  • Exemplo de auto aprendizagem e repasse
  • Exemplo com comutador
  • Exemplo com comutador (2)
  • Interligaccedilatildeo de comutadores
  • Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores
  • Rede Institucionalcorporativa
  • Rede institucional
  • Comutadores versus Roteadores
  • Camada de Enlace (7)
  • Siacutentese um dia na vida de um pedido web
  • Um dia na vida cenaacuterio
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet (2)
  • Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
  • Um dia na vidahellip usando DNS
  • Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
  • Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
  • Capiacutetulo 5 Resumo
Page 51: 5: Camada de Enlace 5-1 Capítulo 5: A Camada de Enlace e Redes Locais Nossos objetivos: Entender os princípios por trás dos serviços da camada de enlace

5 Camada de Enlace 5-51

Algoritmo CSMACD do Ethernet

1 Adaptador recebe datagrama da camada de rede e cria um quadro

2 Se o adaptador percebe que o canal estaacute ocioso comeccedila a transmitir o quadro Se percebe que o canal estaacute ocupado espera que o canal fique livre e transmite

3 Se o adaptador transmitir todo o quadro sem detectar outra transmissatildeo o adaptador concluiu a operaccedilatildeo com o quadro

4 Se o adaptador detectar outra transmissatildeo enquanto estiver transmitindo aborta e envia sinal de reforccedilo de colisatildeo de 48 bits

5 Apoacutes o aborto o adaptador entra na retirada (backoff) exponencial binaacuteria apoacutes a m-eacutesima colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoriamente entre 012hellip2m-1 O adaptador espera K512 tempos de bit e retorna ao Passo 2

5 Camada de Enlace 5-52

CSMACD da Ethernet (mais)

Sinal de reforccedilo de colisatildeo garante que todos os demais transmissores estejam cientes da colisatildeo 48 bits

Tempo de Bit 01 microseg para Ethernet de 10 Mbpspara K=1023 tempo de espera de cerca de 50 mseg

Retirada Exponencial Binaacuteria

Objetivo adaptar as tentativas de retransmissatildeo agrave carga atual estimada Alta carga espera

aleatoacuteria seraacute mais longa

na primeira colisatildeo escolhe K entre 01 atraso eacute de K 512 tempos de transmissatildeo de um bit

apoacutes a segunda colisatildeo escolhe K entre 0123hellip

apoacutes 10 colisotildees escolhe K entre 01234hellip1023

Vejainteraja com o applet Java siacutetio do livroaltamente recomendaacutevel

5 Camada de Enlace 5-53

Eficiecircncia do CSMACD

tprop = atraso maacuteximo de prop entre 2 noacutes na LAN

ttrans = tempo para transmitir quadro de tamanho maacuteximo

Eficiecircncia vai para 1 agrave medida que tprop vai para 0

ttrans vai para infinito Muito melhor do que ALOHA e ainda eacute

descentralizado simples e barato

transprop tt 51

1eficiecircncia

5 Camada de Enlace 5-54

Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica

Diversos padrotildees Ethernet diferentestecircm em comum o protocolo MAC e o

formato do quadrodiferentes velocidades 2Mbps 10Mbps

100Mbps 1Gbps 10Gbpsdiferentes meios da camada fiacutesica fibra

caboaplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

protocolo MACe formato do quadro

100BASE-TX

100BASE-T4

100BASE-FX100BASE-T2

100BASE-SX 100BASE-BX

camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)

5 Camada de Enlace 5-55

10Base5

httpwwwethermanagecom

5 Camada de Enlace 5-56

10Base2

httpwwwethermanagecom

5 Camada de Enlace 5-57

10BaseT

httpwwwethermanagecom

5 Camada de Enlace 5-58

Conector RJ 45

5 Camada de Enlace 5-59

100Base-TX

httpwwwethermanagecom

5 Camada de Enlace 5-60 10

Wireless Backhaul

Carrier Ethernet Access Expansion

Voice gateway

VoiceVideoTelephony

HD TVTVoD VoD

Video Source

Gaming BusinessBackup ERP

InternetVideo Source

BusinessBroadband

E-Line andE-LAN service

GlobalNationalCarrierEthernet

GlobalNationalCarrierEthernet

SmallMedium Business

Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

ResidentialTriple-Play

FTTx DSLAM Cable Modem

Broadbandmobile datavideo

Bringing vastly extended scalability for business and residential users

ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing

5 Camada de Enlace 5-61

Carrier Ethernet Defined

bull Carrier Ethernet is a ubiquitous standardized carrier-class SERVICE defined by five attributes that distinguish Carrier Ethernet from familiar LAN based Ethernet

bull It brings the compelling business benefit of the Ethernet cost model to achieve significant savings

Carrier Ethernet

bull Scalability

bull Standardized Services

bull Service Management

bull Quality of Service

bull Reliability

Carrier Ethernet Attributes

httpwwwmetroethernetforumorg

5 Camada de Enlace 5-62

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos52 Teacutecnicas de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de acesso muacuteltiplo 54 Endereccedilamento na Camada de Enlace55 Ethernet56 Comutadores da camada de enlace57 PPP o protocolo ponto-a-ponto58 Virtualizaccedilatildeo de enlace uma rede como

camada de enlace59 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina

Web

5 Camada de Enlace 5-63

Hubs

hellip repetidores (ldquoburrosrdquo) da camada fiacutesicabits vindos de um dado link saem por todos

os outros links na mesma taxatodos os noacutes conectados ao hub podem

colidir uns com os outrosnatildeo haacute bufferizaccedilatildeo de quadrosnatildeo implementa CSMACD no hub cartotildees

do hospedeiro detectam as colisotildees

par tranccedilado

hub

5 Camada de Enlace 5-64

Comutador (switch)

Dispositivo da camada de enlace mais inteligentes que os hubs tecircm papel ativo armazena e retransmite quadros Ethernetexamina o cabeccedilalho do quadro e

seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento

transparentehospedeiros ignoram a presenccedila dos

switches plug-and-play self-learning (autodidatas)

os comutadores natildeo necessitam ser configurados

5 Camada de Enlace 5-65

Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas

hospedeiros tecircm conexatildeo direta e dedicada para o switch

os switches armazenam quadros

o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplex cada link eacute o seu proacuteprio

domiacutenio de colisatildeo comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-

para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees isto natildeo eacute possiacutevel com hubs

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

switch com seis interfaces(123456)

1 23

45

6

5 Camada de Enlace 5-66

Tabela de Comutaccedilatildeo

P como eacute que o switch sabe que Arsquo eacute alcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel a partir da interface 5

R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutem (endereccedilo MAC do hospedeiro

interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)

parece uma tabela de roteamento P como satildeo criadas e mantidas as

entradas na tabela de comutaccedilatildeo haacute algo como um protocolo de

roteamento

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

switch with six interfaces(123456)

1 23

45

6

5 Camada de Enlace 5-67

switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfaces quando um quadro eacute

recebido o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada

registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo

Switch autoaprendizagem

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 23

45

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

5 Camada de Enlace 5-685 Camada de Enlace

Switch FiltragemRepasse de quadrosQuando um comutador recebe um quadroregistra o link associado com o hospedeiro

transmissorindexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo

MAC do destinoif entrada encontrada para o destino

then if dest estiver no segmento de onde veio o

quadro then descarta o quadro else repassa o quadro na interface indicada else usa inundaccedilatildeoRepassa o quadro para todas as

demais interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido

5 Camada de Enlace 5-69

Exemplo de auto aprendizagem e repasse

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 23

45

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo

destino do quadro desconhecido inundaccedilatildeo

Arsquo A

local do destino A conhecido

Arsquo 4 60

transmissatildeo seletiva

5 Camada de Enlace 5-70

Exemplo com comutador

Suponha que C envia quadro para D

comutador recebe o quadro vindo de C anota na tabela de comutaccedilatildeo que C estaacute na interface 1 dado que D natildeo se encontra na tabela encaminha o quadro para as

demais interfaces 2 e 3

quadro eacute recebido por D

hub

hub hub

comutador

A

B CD

EF G H

I

endereccedilointerface

ABEG

1123

12 3

5 Camada de Enlace 5-71

Exemplo com comutador

Suponha que D responde com um quadro para C

comutador recebe o quadro vindo de D anota na tabela de comutaccedilatildeo que D estaacute na interface 2 dado que C estaacute na tabela encaminha o quadro apenas na interface

1

quadro eacute recebido por C

hub

hub hub

comutador

A

B CD

EF G H

I

interface

ABEGC

11231

endereccedilo

5 Camada de Enlace 5-72

Interligaccedilatildeo de comutadores

Podemos interligar comutadores (switches)

A

B

P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe que deve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3

R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenico comutador)

S1

C D

E

FS2

S4

S3

HI

G

5 Camada de Enlace 5-73

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde

para C

P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4

A

B

S1

C D

E

FS2

S4

S3

HI

G

1

2

5 Camada de Enlace 5-74

Rede Institucionalcorporativa

5 Camada de Enlace 5-75

Rede institucional

Para redeexterna

roteador

Subrede IP

Servidor de mensagens

Servidor web

5 Camada de Enlace 5-76

Comutadores versus Roteadores ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa

roteadores dispositivos da camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)

comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace roteadores mantecircm tabelas de roteamento

implementam algoritmos de roteamento comutadores mantecircm tabelas de comutaccedilatildeo

implementam filtragem algoritmos de aprendizagem

5 Camada de Enlace 5-77

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos52 Teacutecnicas de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de acesso muacuteltiplo 54 Endereccedilamento na Camada de Enlace55 Ethernet56 Comutadores da camada de enlace57 PPP o protocolo ponto-a-ponto58 Virtualizaccedilatildeo de enlace uma rede como

camada de enlace59 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina

Web

5 Camada de Enlace 5-78

Siacutentese um dia na vida de um pedido web jornada completa atravessando toda a pilha de

protocolos aplicaccedilatildeo transporte rede enlace

colocando tudo junto siacutentese objetivo identificar revisar entender os

protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web

cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom

5 Camada de Enlace 5-79

Um dia na vida cenaacuterio

rede da Comcast68800013

rede do Google64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola68802024

paacutegina web

navegador

5 Camada de Enlace 5-80

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPDHCP

quadro Ethernet difundido (dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador que executa o servidor DHCP

Ethernet demultiplexado para IP demultiplexado para UDP e demultiplexado paraDHCP

o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilo do primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP Solicitaccedilatildeo DHCP encapsulada em UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023 Ethernet

5 Camada de Enlace 5-81

roteador(roda DHCP)

servidor DHCP prepara ACK DHCP contendo endereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiro roteador nome e endereccedilo IP do servidor DNS

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

encapsulamento no servidor DHCP quadro repassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente

Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador

cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

5 Camada de Enlace 5-82

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

consulta DNS criada encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviar quadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP

consulta ARP difundida recebida pelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccedilo MAC da interface do roteador

o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiro roteador podendo agora enviar o quadro contendo a consulta DNS

ARP query

EthPhy

ARP

ARP

ARP reply

antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS

5 Camada de Enlace 5-83

roteador(roda DHCP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

DNS

datagrama IP conteacutem consulta DNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador

datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelos protocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS

demultiplexado pelo servidor DNS

servidor DNS responde ao cliente com o endereccedilo IP de wwwgooglecom

rede da Comcast68800013

servidor DNS

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

Um dia na vidahellip usando DNS

5 Camada de Enlace 5-84

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP

HTTPTCPIP

EthPhy

HTTP

para enviar pedido HTTP cliente primeiro abre um socket TCP para o servidor web segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web

conexatildeo TCP estabelecida64233169105

servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCPIP

EthPhy

SYN

SYN

SYN

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)

5 Camada de Enlace 5-85

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP

HTTPTCPIP

EthPhy

HTTP

solicitaccedilatildeo HTTP enviada para o socket TCP datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhado para wwwgooglecom

datagrama IP com a resposta HTTP eacute encaminhado de volta para o cliente

64233169105

servidor web

HTTPTCPIP

EthPhy

servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTPHTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

paacutegina web finalmente() apresentada

5 Camada de Enlace 5-86

Capiacutetulo 5 Resumo

princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dados detecccedilatildeo correccedilatildeo de erros compartilhamento de canal de difusatildeo acesso

muacuteltiplo endereccedilamento da camada de enlace

instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlace Ethernet LANs comutadas redes virtualizadas como camada de enlace MPLS

siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web

  • Capiacutetulo 5 A Camada de Enlace e Redes Locais
  • Camada de Enlace
  • Camada de Enlace Introduccedilatildeo
  • Camada de Enlace Contexto
  • Serviccedilos da Camada de Enlace
  • Serviccedilos da Camada de Enlace (mais)
  • Onde a camada de enlace eacute implementada
  • Comunicaccedilatildeo entre Adaptadores
  • Camada de Enlace (2)
  • Detecccedilatildeo de Erros
  • Verificaccedilotildees de Paridade
  • Soma de verificaccedilatildeo da Internet
  • Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica (CRC)
  • Exemplo de CRC
  • Implementaccedilatildeo em Hardware
  • Camada de Enlace (3)
  • Enlaces e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolo Ideal de Acesso Muacuteltiplo
  • Taxonomia dos Protocolos MAC
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal TDMA
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal FDMA
  • Protocolos de Acesso Aleatoacuterio
  • Slotted ALOHA
  • Slotted ALOHA (2)
  • Eficiecircncia do Slotted Aloha
  • ALOHA Puro (sem slots)
  • Eficiecircncia do Aloha puro
  • CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)
  • Colisotildees no CSMA
  • CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)
  • Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (2)
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (3)
  • Resumo dos protocolos MAC
  • Camada de Enlace (4)
  • Endereccedilos MAC
  • Endereccedilos MAC (2)
  • Endereccedilo MAC (cont)
  • ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de Resoluccedilatildeo de En
  • Protocolo ARP Mesma LAN (rede)
  • Roteando um pacote para outra LAN
  • Slide 44
  • Camada de Enlace (5)
  • Ethernet
  • Topologia em Estrela
  • Estrutura do Quadro Ethernet
  • Estrutura de Quadro Ethernet (cont)
  • Ethernet natildeo confiaacutevel e natildeo orientado para conexatildeo
  • Algoritmo CSMACD do Ethernet
  • CSMACD da Ethernet (mais)
  • Eficiecircncia do CSMACD
  • Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
  • 10Base5
  • 10Base2
  • 10BaseT
  • Conector RJ 45
  • 100Base-TX
  • Slide 60
  • Carrier Ethernet Defined
  • Camada de Enlace (6)
  • Hubs
  • Comutador (switch)
  • Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
  • Tabela de Comutaccedilatildeo
  • Switch autoaprendizagem
  • Switch FiltragemRepasse de quadros
  • Exemplo de auto aprendizagem e repasse
  • Exemplo com comutador
  • Exemplo com comutador (2)
  • Interligaccedilatildeo de comutadores
  • Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores
  • Rede Institucionalcorporativa
  • Rede institucional
  • Comutadores versus Roteadores
  • Camada de Enlace (7)
  • Siacutentese um dia na vida de um pedido web
  • Um dia na vida cenaacuterio
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet (2)
  • Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
  • Um dia na vidahellip usando DNS
  • Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
  • Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
  • Capiacutetulo 5 Resumo
Page 52: 5: Camada de Enlace 5-1 Capítulo 5: A Camada de Enlace e Redes Locais Nossos objetivos: Entender os princípios por trás dos serviços da camada de enlace

5 Camada de Enlace 5-52

CSMACD da Ethernet (mais)

Sinal de reforccedilo de colisatildeo garante que todos os demais transmissores estejam cientes da colisatildeo 48 bits

Tempo de Bit 01 microseg para Ethernet de 10 Mbpspara K=1023 tempo de espera de cerca de 50 mseg

Retirada Exponencial Binaacuteria

Objetivo adaptar as tentativas de retransmissatildeo agrave carga atual estimada Alta carga espera

aleatoacuteria seraacute mais longa

na primeira colisatildeo escolhe K entre 01 atraso eacute de K 512 tempos de transmissatildeo de um bit

apoacutes a segunda colisatildeo escolhe K entre 0123hellip

apoacutes 10 colisotildees escolhe K entre 01234hellip1023

Vejainteraja com o applet Java siacutetio do livroaltamente recomendaacutevel

5 Camada de Enlace 5-53

Eficiecircncia do CSMACD

tprop = atraso maacuteximo de prop entre 2 noacutes na LAN

ttrans = tempo para transmitir quadro de tamanho maacuteximo

Eficiecircncia vai para 1 agrave medida que tprop vai para 0

ttrans vai para infinito Muito melhor do que ALOHA e ainda eacute

descentralizado simples e barato

transprop tt 51

1eficiecircncia

5 Camada de Enlace 5-54

Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica

Diversos padrotildees Ethernet diferentestecircm em comum o protocolo MAC e o

formato do quadrodiferentes velocidades 2Mbps 10Mbps

100Mbps 1Gbps 10Gbpsdiferentes meios da camada fiacutesica fibra

caboaplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

protocolo MACe formato do quadro

100BASE-TX

100BASE-T4

100BASE-FX100BASE-T2

100BASE-SX 100BASE-BX

camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)

5 Camada de Enlace 5-55

10Base5

httpwwwethermanagecom

5 Camada de Enlace 5-56

10Base2

httpwwwethermanagecom

5 Camada de Enlace 5-57

10BaseT

httpwwwethermanagecom

5 Camada de Enlace 5-58

Conector RJ 45

5 Camada de Enlace 5-59

100Base-TX

httpwwwethermanagecom

5 Camada de Enlace 5-60 10

Wireless Backhaul

Carrier Ethernet Access Expansion

Voice gateway

VoiceVideoTelephony

HD TVTVoD VoD

Video Source

Gaming BusinessBackup ERP

InternetVideo Source

BusinessBroadband

E-Line andE-LAN service

GlobalNationalCarrierEthernet

GlobalNationalCarrierEthernet

SmallMedium Business

Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

ResidentialTriple-Play

FTTx DSLAM Cable Modem

Broadbandmobile datavideo

Bringing vastly extended scalability for business and residential users

ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing

5 Camada de Enlace 5-61

Carrier Ethernet Defined

bull Carrier Ethernet is a ubiquitous standardized carrier-class SERVICE defined by five attributes that distinguish Carrier Ethernet from familiar LAN based Ethernet

bull It brings the compelling business benefit of the Ethernet cost model to achieve significant savings

Carrier Ethernet

bull Scalability

bull Standardized Services

bull Service Management

bull Quality of Service

bull Reliability

Carrier Ethernet Attributes

httpwwwmetroethernetforumorg

5 Camada de Enlace 5-62

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos52 Teacutecnicas de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de acesso muacuteltiplo 54 Endereccedilamento na Camada de Enlace55 Ethernet56 Comutadores da camada de enlace57 PPP o protocolo ponto-a-ponto58 Virtualizaccedilatildeo de enlace uma rede como

camada de enlace59 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina

Web

5 Camada de Enlace 5-63

Hubs

hellip repetidores (ldquoburrosrdquo) da camada fiacutesicabits vindos de um dado link saem por todos

os outros links na mesma taxatodos os noacutes conectados ao hub podem

colidir uns com os outrosnatildeo haacute bufferizaccedilatildeo de quadrosnatildeo implementa CSMACD no hub cartotildees

do hospedeiro detectam as colisotildees

par tranccedilado

hub

5 Camada de Enlace 5-64

Comutador (switch)

Dispositivo da camada de enlace mais inteligentes que os hubs tecircm papel ativo armazena e retransmite quadros Ethernetexamina o cabeccedilalho do quadro e

seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento

transparentehospedeiros ignoram a presenccedila dos

switches plug-and-play self-learning (autodidatas)

os comutadores natildeo necessitam ser configurados

5 Camada de Enlace 5-65

Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas

hospedeiros tecircm conexatildeo direta e dedicada para o switch

os switches armazenam quadros

o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplex cada link eacute o seu proacuteprio

domiacutenio de colisatildeo comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-

para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees isto natildeo eacute possiacutevel com hubs

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

switch com seis interfaces(123456)

1 23

45

6

5 Camada de Enlace 5-66

Tabela de Comutaccedilatildeo

P como eacute que o switch sabe que Arsquo eacute alcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel a partir da interface 5

R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutem (endereccedilo MAC do hospedeiro

interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)

parece uma tabela de roteamento P como satildeo criadas e mantidas as

entradas na tabela de comutaccedilatildeo haacute algo como um protocolo de

roteamento

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

switch with six interfaces(123456)

1 23

45

6

5 Camada de Enlace 5-67

switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfaces quando um quadro eacute

recebido o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada

registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo

Switch autoaprendizagem

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 23

45

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

5 Camada de Enlace 5-685 Camada de Enlace

Switch FiltragemRepasse de quadrosQuando um comutador recebe um quadroregistra o link associado com o hospedeiro

transmissorindexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo

MAC do destinoif entrada encontrada para o destino

then if dest estiver no segmento de onde veio o

quadro then descarta o quadro else repassa o quadro na interface indicada else usa inundaccedilatildeoRepassa o quadro para todas as

demais interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido

5 Camada de Enlace 5-69

Exemplo de auto aprendizagem e repasse

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 23

45

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo

destino do quadro desconhecido inundaccedilatildeo

Arsquo A

local do destino A conhecido

Arsquo 4 60

transmissatildeo seletiva

5 Camada de Enlace 5-70

Exemplo com comutador

Suponha que C envia quadro para D

comutador recebe o quadro vindo de C anota na tabela de comutaccedilatildeo que C estaacute na interface 1 dado que D natildeo se encontra na tabela encaminha o quadro para as

demais interfaces 2 e 3

quadro eacute recebido por D

hub

hub hub

comutador

A

B CD

EF G H

I

endereccedilointerface

ABEG

1123

12 3

5 Camada de Enlace 5-71

Exemplo com comutador

Suponha que D responde com um quadro para C

comutador recebe o quadro vindo de D anota na tabela de comutaccedilatildeo que D estaacute na interface 2 dado que C estaacute na tabela encaminha o quadro apenas na interface

1

quadro eacute recebido por C

hub

hub hub

comutador

A

B CD

EF G H

I

interface

ABEGC

11231

endereccedilo

5 Camada de Enlace 5-72

Interligaccedilatildeo de comutadores

Podemos interligar comutadores (switches)

A

B

P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe que deve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3

R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenico comutador)

S1

C D

E

FS2

S4

S3

HI

G

5 Camada de Enlace 5-73

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde

para C

P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4

A

B

S1

C D

E

FS2

S4

S3

HI

G

1

2

5 Camada de Enlace 5-74

Rede Institucionalcorporativa

5 Camada de Enlace 5-75

Rede institucional

Para redeexterna

roteador

Subrede IP

Servidor de mensagens

Servidor web

5 Camada de Enlace 5-76

Comutadores versus Roteadores ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa

roteadores dispositivos da camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)

comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace roteadores mantecircm tabelas de roteamento

implementam algoritmos de roteamento comutadores mantecircm tabelas de comutaccedilatildeo

implementam filtragem algoritmos de aprendizagem

5 Camada de Enlace 5-77

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos52 Teacutecnicas de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de acesso muacuteltiplo 54 Endereccedilamento na Camada de Enlace55 Ethernet56 Comutadores da camada de enlace57 PPP o protocolo ponto-a-ponto58 Virtualizaccedilatildeo de enlace uma rede como

camada de enlace59 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina

Web

5 Camada de Enlace 5-78

Siacutentese um dia na vida de um pedido web jornada completa atravessando toda a pilha de

protocolos aplicaccedilatildeo transporte rede enlace

colocando tudo junto siacutentese objetivo identificar revisar entender os

protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web

cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom

5 Camada de Enlace 5-79

Um dia na vida cenaacuterio

rede da Comcast68800013

rede do Google64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola68802024

paacutegina web

navegador

5 Camada de Enlace 5-80

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPDHCP

quadro Ethernet difundido (dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador que executa o servidor DHCP

Ethernet demultiplexado para IP demultiplexado para UDP e demultiplexado paraDHCP

o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilo do primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP Solicitaccedilatildeo DHCP encapsulada em UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023 Ethernet

5 Camada de Enlace 5-81

roteador(roda DHCP)

servidor DHCP prepara ACK DHCP contendo endereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiro roteador nome e endereccedilo IP do servidor DNS

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

encapsulamento no servidor DHCP quadro repassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente

Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador

cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

5 Camada de Enlace 5-82

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

consulta DNS criada encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviar quadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP

consulta ARP difundida recebida pelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccedilo MAC da interface do roteador

o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiro roteador podendo agora enviar o quadro contendo a consulta DNS

ARP query

EthPhy

ARP

ARP

ARP reply

antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS

5 Camada de Enlace 5-83

roteador(roda DHCP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

DNS

datagrama IP conteacutem consulta DNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador

datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelos protocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS

demultiplexado pelo servidor DNS

servidor DNS responde ao cliente com o endereccedilo IP de wwwgooglecom

rede da Comcast68800013

servidor DNS

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

Um dia na vidahellip usando DNS

5 Camada de Enlace 5-84

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP

HTTPTCPIP

EthPhy

HTTP

para enviar pedido HTTP cliente primeiro abre um socket TCP para o servidor web segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web

conexatildeo TCP estabelecida64233169105

servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCPIP

EthPhy

SYN

SYN

SYN

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)

5 Camada de Enlace 5-85

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP

HTTPTCPIP

EthPhy

HTTP

solicitaccedilatildeo HTTP enviada para o socket TCP datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhado para wwwgooglecom

datagrama IP com a resposta HTTP eacute encaminhado de volta para o cliente

64233169105

servidor web

HTTPTCPIP

EthPhy

servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTPHTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

paacutegina web finalmente() apresentada

5 Camada de Enlace 5-86

Capiacutetulo 5 Resumo

princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dados detecccedilatildeo correccedilatildeo de erros compartilhamento de canal de difusatildeo acesso

muacuteltiplo endereccedilamento da camada de enlace

instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlace Ethernet LANs comutadas redes virtualizadas como camada de enlace MPLS

siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web

  • Capiacutetulo 5 A Camada de Enlace e Redes Locais
  • Camada de Enlace
  • Camada de Enlace Introduccedilatildeo
  • Camada de Enlace Contexto
  • Serviccedilos da Camada de Enlace
  • Serviccedilos da Camada de Enlace (mais)
  • Onde a camada de enlace eacute implementada
  • Comunicaccedilatildeo entre Adaptadores
  • Camada de Enlace (2)
  • Detecccedilatildeo de Erros
  • Verificaccedilotildees de Paridade
  • Soma de verificaccedilatildeo da Internet
  • Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica (CRC)
  • Exemplo de CRC
  • Implementaccedilatildeo em Hardware
  • Camada de Enlace (3)
  • Enlaces e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolo Ideal de Acesso Muacuteltiplo
  • Taxonomia dos Protocolos MAC
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal TDMA
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal FDMA
  • Protocolos de Acesso Aleatoacuterio
  • Slotted ALOHA
  • Slotted ALOHA (2)
  • Eficiecircncia do Slotted Aloha
  • ALOHA Puro (sem slots)
  • Eficiecircncia do Aloha puro
  • CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)
  • Colisotildees no CSMA
  • CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)
  • Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (2)
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (3)
  • Resumo dos protocolos MAC
  • Camada de Enlace (4)
  • Endereccedilos MAC
  • Endereccedilos MAC (2)
  • Endereccedilo MAC (cont)
  • ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de Resoluccedilatildeo de En
  • Protocolo ARP Mesma LAN (rede)
  • Roteando um pacote para outra LAN
  • Slide 44
  • Camada de Enlace (5)
  • Ethernet
  • Topologia em Estrela
  • Estrutura do Quadro Ethernet
  • Estrutura de Quadro Ethernet (cont)
  • Ethernet natildeo confiaacutevel e natildeo orientado para conexatildeo
  • Algoritmo CSMACD do Ethernet
  • CSMACD da Ethernet (mais)
  • Eficiecircncia do CSMACD
  • Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
  • 10Base5
  • 10Base2
  • 10BaseT
  • Conector RJ 45
  • 100Base-TX
  • Slide 60
  • Carrier Ethernet Defined
  • Camada de Enlace (6)
  • Hubs
  • Comutador (switch)
  • Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
  • Tabela de Comutaccedilatildeo
  • Switch autoaprendizagem
  • Switch FiltragemRepasse de quadros
  • Exemplo de auto aprendizagem e repasse
  • Exemplo com comutador
  • Exemplo com comutador (2)
  • Interligaccedilatildeo de comutadores
  • Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores
  • Rede Institucionalcorporativa
  • Rede institucional
  • Comutadores versus Roteadores
  • Camada de Enlace (7)
  • Siacutentese um dia na vida de um pedido web
  • Um dia na vida cenaacuterio
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet (2)
  • Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
  • Um dia na vidahellip usando DNS
  • Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
  • Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
  • Capiacutetulo 5 Resumo
Page 53: 5: Camada de Enlace 5-1 Capítulo 5: A Camada de Enlace e Redes Locais Nossos objetivos: Entender os princípios por trás dos serviços da camada de enlace

5 Camada de Enlace 5-53

Eficiecircncia do CSMACD

tprop = atraso maacuteximo de prop entre 2 noacutes na LAN

ttrans = tempo para transmitir quadro de tamanho maacuteximo

Eficiecircncia vai para 1 agrave medida que tprop vai para 0

ttrans vai para infinito Muito melhor do que ALOHA e ainda eacute

descentralizado simples e barato

transprop tt 51

1eficiecircncia

5 Camada de Enlace 5-54

Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica

Diversos padrotildees Ethernet diferentestecircm em comum o protocolo MAC e o

formato do quadrodiferentes velocidades 2Mbps 10Mbps

100Mbps 1Gbps 10Gbpsdiferentes meios da camada fiacutesica fibra

caboaplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

protocolo MACe formato do quadro

100BASE-TX

100BASE-T4

100BASE-FX100BASE-T2

100BASE-SX 100BASE-BX

camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)

5 Camada de Enlace 5-55

10Base5

httpwwwethermanagecom

5 Camada de Enlace 5-56

10Base2

httpwwwethermanagecom

5 Camada de Enlace 5-57

10BaseT

httpwwwethermanagecom

5 Camada de Enlace 5-58

Conector RJ 45

5 Camada de Enlace 5-59

100Base-TX

httpwwwethermanagecom

5 Camada de Enlace 5-60 10

Wireless Backhaul

Carrier Ethernet Access Expansion

Voice gateway

VoiceVideoTelephony

HD TVTVoD VoD

Video Source

Gaming BusinessBackup ERP

InternetVideo Source

BusinessBroadband

E-Line andE-LAN service

GlobalNationalCarrierEthernet

GlobalNationalCarrierEthernet

SmallMedium Business

Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

ResidentialTriple-Play

FTTx DSLAM Cable Modem

Broadbandmobile datavideo

Bringing vastly extended scalability for business and residential users

ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing

5 Camada de Enlace 5-61

Carrier Ethernet Defined

bull Carrier Ethernet is a ubiquitous standardized carrier-class SERVICE defined by five attributes that distinguish Carrier Ethernet from familiar LAN based Ethernet

bull It brings the compelling business benefit of the Ethernet cost model to achieve significant savings

Carrier Ethernet

bull Scalability

bull Standardized Services

bull Service Management

bull Quality of Service

bull Reliability

Carrier Ethernet Attributes

httpwwwmetroethernetforumorg

5 Camada de Enlace 5-62

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos52 Teacutecnicas de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de acesso muacuteltiplo 54 Endereccedilamento na Camada de Enlace55 Ethernet56 Comutadores da camada de enlace57 PPP o protocolo ponto-a-ponto58 Virtualizaccedilatildeo de enlace uma rede como

camada de enlace59 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina

Web

5 Camada de Enlace 5-63

Hubs

hellip repetidores (ldquoburrosrdquo) da camada fiacutesicabits vindos de um dado link saem por todos

os outros links na mesma taxatodos os noacutes conectados ao hub podem

colidir uns com os outrosnatildeo haacute bufferizaccedilatildeo de quadrosnatildeo implementa CSMACD no hub cartotildees

do hospedeiro detectam as colisotildees

par tranccedilado

hub

5 Camada de Enlace 5-64

Comutador (switch)

Dispositivo da camada de enlace mais inteligentes que os hubs tecircm papel ativo armazena e retransmite quadros Ethernetexamina o cabeccedilalho do quadro e

seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento

transparentehospedeiros ignoram a presenccedila dos

switches plug-and-play self-learning (autodidatas)

os comutadores natildeo necessitam ser configurados

5 Camada de Enlace 5-65

Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas

hospedeiros tecircm conexatildeo direta e dedicada para o switch

os switches armazenam quadros

o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplex cada link eacute o seu proacuteprio

domiacutenio de colisatildeo comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-

para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees isto natildeo eacute possiacutevel com hubs

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

switch com seis interfaces(123456)

1 23

45

6

5 Camada de Enlace 5-66

Tabela de Comutaccedilatildeo

P como eacute que o switch sabe que Arsquo eacute alcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel a partir da interface 5

R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutem (endereccedilo MAC do hospedeiro

interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)

parece uma tabela de roteamento P como satildeo criadas e mantidas as

entradas na tabela de comutaccedilatildeo haacute algo como um protocolo de

roteamento

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

switch with six interfaces(123456)

1 23

45

6

5 Camada de Enlace 5-67

switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfaces quando um quadro eacute

recebido o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada

registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo

Switch autoaprendizagem

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 23

45

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

5 Camada de Enlace 5-685 Camada de Enlace

Switch FiltragemRepasse de quadrosQuando um comutador recebe um quadroregistra o link associado com o hospedeiro

transmissorindexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo

MAC do destinoif entrada encontrada para o destino

then if dest estiver no segmento de onde veio o

quadro then descarta o quadro else repassa o quadro na interface indicada else usa inundaccedilatildeoRepassa o quadro para todas as

demais interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido

5 Camada de Enlace 5-69

Exemplo de auto aprendizagem e repasse

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 23

45

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo

destino do quadro desconhecido inundaccedilatildeo

Arsquo A

local do destino A conhecido

Arsquo 4 60

transmissatildeo seletiva

5 Camada de Enlace 5-70

Exemplo com comutador

Suponha que C envia quadro para D

comutador recebe o quadro vindo de C anota na tabela de comutaccedilatildeo que C estaacute na interface 1 dado que D natildeo se encontra na tabela encaminha o quadro para as

demais interfaces 2 e 3

quadro eacute recebido por D

hub

hub hub

comutador

A

B CD

EF G H

I

endereccedilointerface

ABEG

1123

12 3

5 Camada de Enlace 5-71

Exemplo com comutador

Suponha que D responde com um quadro para C

comutador recebe o quadro vindo de D anota na tabela de comutaccedilatildeo que D estaacute na interface 2 dado que C estaacute na tabela encaminha o quadro apenas na interface

1

quadro eacute recebido por C

hub

hub hub

comutador

A

B CD

EF G H

I

interface

ABEGC

11231

endereccedilo

5 Camada de Enlace 5-72

Interligaccedilatildeo de comutadores

Podemos interligar comutadores (switches)

A

B

P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe que deve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3

R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenico comutador)

S1

C D

E

FS2

S4

S3

HI

G

5 Camada de Enlace 5-73

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde

para C

P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4

A

B

S1

C D

E

FS2

S4

S3

HI

G

1

2

5 Camada de Enlace 5-74

Rede Institucionalcorporativa

5 Camada de Enlace 5-75

Rede institucional

Para redeexterna

roteador

Subrede IP

Servidor de mensagens

Servidor web

5 Camada de Enlace 5-76

Comutadores versus Roteadores ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa

roteadores dispositivos da camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)

comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace roteadores mantecircm tabelas de roteamento

implementam algoritmos de roteamento comutadores mantecircm tabelas de comutaccedilatildeo

implementam filtragem algoritmos de aprendizagem

5 Camada de Enlace 5-77

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos52 Teacutecnicas de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de acesso muacuteltiplo 54 Endereccedilamento na Camada de Enlace55 Ethernet56 Comutadores da camada de enlace57 PPP o protocolo ponto-a-ponto58 Virtualizaccedilatildeo de enlace uma rede como

camada de enlace59 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina

Web

5 Camada de Enlace 5-78

Siacutentese um dia na vida de um pedido web jornada completa atravessando toda a pilha de

protocolos aplicaccedilatildeo transporte rede enlace

colocando tudo junto siacutentese objetivo identificar revisar entender os

protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web

cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom

5 Camada de Enlace 5-79

Um dia na vida cenaacuterio

rede da Comcast68800013

rede do Google64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola68802024

paacutegina web

navegador

5 Camada de Enlace 5-80

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPDHCP

quadro Ethernet difundido (dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador que executa o servidor DHCP

Ethernet demultiplexado para IP demultiplexado para UDP e demultiplexado paraDHCP

o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilo do primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP Solicitaccedilatildeo DHCP encapsulada em UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023 Ethernet

5 Camada de Enlace 5-81

roteador(roda DHCP)

servidor DHCP prepara ACK DHCP contendo endereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiro roteador nome e endereccedilo IP do servidor DNS

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

encapsulamento no servidor DHCP quadro repassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente

Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador

cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

5 Camada de Enlace 5-82

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

consulta DNS criada encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviar quadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP

consulta ARP difundida recebida pelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccedilo MAC da interface do roteador

o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiro roteador podendo agora enviar o quadro contendo a consulta DNS

ARP query

EthPhy

ARP

ARP

ARP reply

antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS

5 Camada de Enlace 5-83

roteador(roda DHCP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

DNS

datagrama IP conteacutem consulta DNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador

datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelos protocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS

demultiplexado pelo servidor DNS

servidor DNS responde ao cliente com o endereccedilo IP de wwwgooglecom

rede da Comcast68800013

servidor DNS

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

Um dia na vidahellip usando DNS

5 Camada de Enlace 5-84

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP

HTTPTCPIP

EthPhy

HTTP

para enviar pedido HTTP cliente primeiro abre um socket TCP para o servidor web segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web

conexatildeo TCP estabelecida64233169105

servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCPIP

EthPhy

SYN

SYN

SYN

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)

5 Camada de Enlace 5-85

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP

HTTPTCPIP

EthPhy

HTTP

solicitaccedilatildeo HTTP enviada para o socket TCP datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhado para wwwgooglecom

datagrama IP com a resposta HTTP eacute encaminhado de volta para o cliente

64233169105

servidor web

HTTPTCPIP

EthPhy

servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTPHTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

paacutegina web finalmente() apresentada

5 Camada de Enlace 5-86

Capiacutetulo 5 Resumo

princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dados detecccedilatildeo correccedilatildeo de erros compartilhamento de canal de difusatildeo acesso

muacuteltiplo endereccedilamento da camada de enlace

instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlace Ethernet LANs comutadas redes virtualizadas como camada de enlace MPLS

siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web

  • Capiacutetulo 5 A Camada de Enlace e Redes Locais
  • Camada de Enlace
  • Camada de Enlace Introduccedilatildeo
  • Camada de Enlace Contexto
  • Serviccedilos da Camada de Enlace
  • Serviccedilos da Camada de Enlace (mais)
  • Onde a camada de enlace eacute implementada
  • Comunicaccedilatildeo entre Adaptadores
  • Camada de Enlace (2)
  • Detecccedilatildeo de Erros
  • Verificaccedilotildees de Paridade
  • Soma de verificaccedilatildeo da Internet
  • Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica (CRC)
  • Exemplo de CRC
  • Implementaccedilatildeo em Hardware
  • Camada de Enlace (3)
  • Enlaces e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolo Ideal de Acesso Muacuteltiplo
  • Taxonomia dos Protocolos MAC
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal TDMA
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal FDMA
  • Protocolos de Acesso Aleatoacuterio
  • Slotted ALOHA
  • Slotted ALOHA (2)
  • Eficiecircncia do Slotted Aloha
  • ALOHA Puro (sem slots)
  • Eficiecircncia do Aloha puro
  • CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)
  • Colisotildees no CSMA
  • CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)
  • Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (2)
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (3)
  • Resumo dos protocolos MAC
  • Camada de Enlace (4)
  • Endereccedilos MAC
  • Endereccedilos MAC (2)
  • Endereccedilo MAC (cont)
  • ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de Resoluccedilatildeo de En
  • Protocolo ARP Mesma LAN (rede)
  • Roteando um pacote para outra LAN
  • Slide 44
  • Camada de Enlace (5)
  • Ethernet
  • Topologia em Estrela
  • Estrutura do Quadro Ethernet
  • Estrutura de Quadro Ethernet (cont)
  • Ethernet natildeo confiaacutevel e natildeo orientado para conexatildeo
  • Algoritmo CSMACD do Ethernet
  • CSMACD da Ethernet (mais)
  • Eficiecircncia do CSMACD
  • Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
  • 10Base5
  • 10Base2
  • 10BaseT
  • Conector RJ 45
  • 100Base-TX
  • Slide 60
  • Carrier Ethernet Defined
  • Camada de Enlace (6)
  • Hubs
  • Comutador (switch)
  • Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
  • Tabela de Comutaccedilatildeo
  • Switch autoaprendizagem
  • Switch FiltragemRepasse de quadros
  • Exemplo de auto aprendizagem e repasse
  • Exemplo com comutador
  • Exemplo com comutador (2)
  • Interligaccedilatildeo de comutadores
  • Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores
  • Rede Institucionalcorporativa
  • Rede institucional
  • Comutadores versus Roteadores
  • Camada de Enlace (7)
  • Siacutentese um dia na vida de um pedido web
  • Um dia na vida cenaacuterio
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet (2)
  • Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
  • Um dia na vidahellip usando DNS
  • Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
  • Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
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Page 54: 5: Camada de Enlace 5-1 Capítulo 5: A Camada de Enlace e Redes Locais Nossos objetivos: Entender os princípios por trás dos serviços da camada de enlace

5 Camada de Enlace 5-54

Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica

Diversos padrotildees Ethernet diferentestecircm em comum o protocolo MAC e o

formato do quadrodiferentes velocidades 2Mbps 10Mbps

100Mbps 1Gbps 10Gbpsdiferentes meios da camada fiacutesica fibra

caboaplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

protocolo MACe formato do quadro

100BASE-TX

100BASE-T4

100BASE-FX100BASE-T2

100BASE-SX 100BASE-BX

camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)

5 Camada de Enlace 5-55

10Base5

httpwwwethermanagecom

5 Camada de Enlace 5-56

10Base2

httpwwwethermanagecom

5 Camada de Enlace 5-57

10BaseT

httpwwwethermanagecom

5 Camada de Enlace 5-58

Conector RJ 45

5 Camada de Enlace 5-59

100Base-TX

httpwwwethermanagecom

5 Camada de Enlace 5-60 10

Wireless Backhaul

Carrier Ethernet Access Expansion

Voice gateway

VoiceVideoTelephony

HD TVTVoD VoD

Video Source

Gaming BusinessBackup ERP

InternetVideo Source

BusinessBroadband

E-Line andE-LAN service

GlobalNationalCarrierEthernet

GlobalNationalCarrierEthernet

SmallMedium Business

Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

ResidentialTriple-Play

FTTx DSLAM Cable Modem

Broadbandmobile datavideo

Bringing vastly extended scalability for business and residential users

ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing

5 Camada de Enlace 5-61

Carrier Ethernet Defined

bull Carrier Ethernet is a ubiquitous standardized carrier-class SERVICE defined by five attributes that distinguish Carrier Ethernet from familiar LAN based Ethernet

bull It brings the compelling business benefit of the Ethernet cost model to achieve significant savings

Carrier Ethernet

bull Scalability

bull Standardized Services

bull Service Management

bull Quality of Service

bull Reliability

Carrier Ethernet Attributes

httpwwwmetroethernetforumorg

5 Camada de Enlace 5-62

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos52 Teacutecnicas de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de acesso muacuteltiplo 54 Endereccedilamento na Camada de Enlace55 Ethernet56 Comutadores da camada de enlace57 PPP o protocolo ponto-a-ponto58 Virtualizaccedilatildeo de enlace uma rede como

camada de enlace59 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina

Web

5 Camada de Enlace 5-63

Hubs

hellip repetidores (ldquoburrosrdquo) da camada fiacutesicabits vindos de um dado link saem por todos

os outros links na mesma taxatodos os noacutes conectados ao hub podem

colidir uns com os outrosnatildeo haacute bufferizaccedilatildeo de quadrosnatildeo implementa CSMACD no hub cartotildees

do hospedeiro detectam as colisotildees

par tranccedilado

hub

5 Camada de Enlace 5-64

Comutador (switch)

Dispositivo da camada de enlace mais inteligentes que os hubs tecircm papel ativo armazena e retransmite quadros Ethernetexamina o cabeccedilalho do quadro e

seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento

transparentehospedeiros ignoram a presenccedila dos

switches plug-and-play self-learning (autodidatas)

os comutadores natildeo necessitam ser configurados

5 Camada de Enlace 5-65

Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas

hospedeiros tecircm conexatildeo direta e dedicada para o switch

os switches armazenam quadros

o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplex cada link eacute o seu proacuteprio

domiacutenio de colisatildeo comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-

para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees isto natildeo eacute possiacutevel com hubs

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

switch com seis interfaces(123456)

1 23

45

6

5 Camada de Enlace 5-66

Tabela de Comutaccedilatildeo

P como eacute que o switch sabe que Arsquo eacute alcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel a partir da interface 5

R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutem (endereccedilo MAC do hospedeiro

interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)

parece uma tabela de roteamento P como satildeo criadas e mantidas as

entradas na tabela de comutaccedilatildeo haacute algo como um protocolo de

roteamento

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

switch with six interfaces(123456)

1 23

45

6

5 Camada de Enlace 5-67

switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfaces quando um quadro eacute

recebido o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada

registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo

Switch autoaprendizagem

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 23

45

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

5 Camada de Enlace 5-685 Camada de Enlace

Switch FiltragemRepasse de quadrosQuando um comutador recebe um quadroregistra o link associado com o hospedeiro

transmissorindexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo

MAC do destinoif entrada encontrada para o destino

then if dest estiver no segmento de onde veio o

quadro then descarta o quadro else repassa o quadro na interface indicada else usa inundaccedilatildeoRepassa o quadro para todas as

demais interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido

5 Camada de Enlace 5-69

Exemplo de auto aprendizagem e repasse

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 23

45

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo

destino do quadro desconhecido inundaccedilatildeo

Arsquo A

local do destino A conhecido

Arsquo 4 60

transmissatildeo seletiva

5 Camada de Enlace 5-70

Exemplo com comutador

Suponha que C envia quadro para D

comutador recebe o quadro vindo de C anota na tabela de comutaccedilatildeo que C estaacute na interface 1 dado que D natildeo se encontra na tabela encaminha o quadro para as

demais interfaces 2 e 3

quadro eacute recebido por D

hub

hub hub

comutador

A

B CD

EF G H

I

endereccedilointerface

ABEG

1123

12 3

5 Camada de Enlace 5-71

Exemplo com comutador

Suponha que D responde com um quadro para C

comutador recebe o quadro vindo de D anota na tabela de comutaccedilatildeo que D estaacute na interface 2 dado que C estaacute na tabela encaminha o quadro apenas na interface

1

quadro eacute recebido por C

hub

hub hub

comutador

A

B CD

EF G H

I

interface

ABEGC

11231

endereccedilo

5 Camada de Enlace 5-72

Interligaccedilatildeo de comutadores

Podemos interligar comutadores (switches)

A

B

P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe que deve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3

R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenico comutador)

S1

C D

E

FS2

S4

S3

HI

G

5 Camada de Enlace 5-73

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde

para C

P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4

A

B

S1

C D

E

FS2

S4

S3

HI

G

1

2

5 Camada de Enlace 5-74

Rede Institucionalcorporativa

5 Camada de Enlace 5-75

Rede institucional

Para redeexterna

roteador

Subrede IP

Servidor de mensagens

Servidor web

5 Camada de Enlace 5-76

Comutadores versus Roteadores ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa

roteadores dispositivos da camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)

comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace roteadores mantecircm tabelas de roteamento

implementam algoritmos de roteamento comutadores mantecircm tabelas de comutaccedilatildeo

implementam filtragem algoritmos de aprendizagem

5 Camada de Enlace 5-77

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos52 Teacutecnicas de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de acesso muacuteltiplo 54 Endereccedilamento na Camada de Enlace55 Ethernet56 Comutadores da camada de enlace57 PPP o protocolo ponto-a-ponto58 Virtualizaccedilatildeo de enlace uma rede como

camada de enlace59 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina

Web

5 Camada de Enlace 5-78

Siacutentese um dia na vida de um pedido web jornada completa atravessando toda a pilha de

protocolos aplicaccedilatildeo transporte rede enlace

colocando tudo junto siacutentese objetivo identificar revisar entender os

protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web

cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom

5 Camada de Enlace 5-79

Um dia na vida cenaacuterio

rede da Comcast68800013

rede do Google64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola68802024

paacutegina web

navegador

5 Camada de Enlace 5-80

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPDHCP

quadro Ethernet difundido (dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador que executa o servidor DHCP

Ethernet demultiplexado para IP demultiplexado para UDP e demultiplexado paraDHCP

o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilo do primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP Solicitaccedilatildeo DHCP encapsulada em UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023 Ethernet

5 Camada de Enlace 5-81

roteador(roda DHCP)

servidor DHCP prepara ACK DHCP contendo endereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiro roteador nome e endereccedilo IP do servidor DNS

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

encapsulamento no servidor DHCP quadro repassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente

Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador

cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

5 Camada de Enlace 5-82

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

consulta DNS criada encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviar quadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP

consulta ARP difundida recebida pelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccedilo MAC da interface do roteador

o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiro roteador podendo agora enviar o quadro contendo a consulta DNS

ARP query

EthPhy

ARP

ARP

ARP reply

antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS

5 Camada de Enlace 5-83

roteador(roda DHCP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

DNS

datagrama IP conteacutem consulta DNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador

datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelos protocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS

demultiplexado pelo servidor DNS

servidor DNS responde ao cliente com o endereccedilo IP de wwwgooglecom

rede da Comcast68800013

servidor DNS

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

Um dia na vidahellip usando DNS

5 Camada de Enlace 5-84

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP

HTTPTCPIP

EthPhy

HTTP

para enviar pedido HTTP cliente primeiro abre um socket TCP para o servidor web segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web

conexatildeo TCP estabelecida64233169105

servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCPIP

EthPhy

SYN

SYN

SYN

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)

5 Camada de Enlace 5-85

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP

HTTPTCPIP

EthPhy

HTTP

solicitaccedilatildeo HTTP enviada para o socket TCP datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhado para wwwgooglecom

datagrama IP com a resposta HTTP eacute encaminhado de volta para o cliente

64233169105

servidor web

HTTPTCPIP

EthPhy

servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTPHTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

paacutegina web finalmente() apresentada

5 Camada de Enlace 5-86

Capiacutetulo 5 Resumo

princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dados detecccedilatildeo correccedilatildeo de erros compartilhamento de canal de difusatildeo acesso

muacuteltiplo endereccedilamento da camada de enlace

instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlace Ethernet LANs comutadas redes virtualizadas como camada de enlace MPLS

siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web

  • Capiacutetulo 5 A Camada de Enlace e Redes Locais
  • Camada de Enlace
  • Camada de Enlace Introduccedilatildeo
  • Camada de Enlace Contexto
  • Serviccedilos da Camada de Enlace
  • Serviccedilos da Camada de Enlace (mais)
  • Onde a camada de enlace eacute implementada
  • Comunicaccedilatildeo entre Adaptadores
  • Camada de Enlace (2)
  • Detecccedilatildeo de Erros
  • Verificaccedilotildees de Paridade
  • Soma de verificaccedilatildeo da Internet
  • Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica (CRC)
  • Exemplo de CRC
  • Implementaccedilatildeo em Hardware
  • Camada de Enlace (3)
  • Enlaces e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolo Ideal de Acesso Muacuteltiplo
  • Taxonomia dos Protocolos MAC
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal TDMA
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal FDMA
  • Protocolos de Acesso Aleatoacuterio
  • Slotted ALOHA
  • Slotted ALOHA (2)
  • Eficiecircncia do Slotted Aloha
  • ALOHA Puro (sem slots)
  • Eficiecircncia do Aloha puro
  • CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)
  • Colisotildees no CSMA
  • CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)
  • Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (2)
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (3)
  • Resumo dos protocolos MAC
  • Camada de Enlace (4)
  • Endereccedilos MAC
  • Endereccedilos MAC (2)
  • Endereccedilo MAC (cont)
  • ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de Resoluccedilatildeo de En
  • Protocolo ARP Mesma LAN (rede)
  • Roteando um pacote para outra LAN
  • Slide 44
  • Camada de Enlace (5)
  • Ethernet
  • Topologia em Estrela
  • Estrutura do Quadro Ethernet
  • Estrutura de Quadro Ethernet (cont)
  • Ethernet natildeo confiaacutevel e natildeo orientado para conexatildeo
  • Algoritmo CSMACD do Ethernet
  • CSMACD da Ethernet (mais)
  • Eficiecircncia do CSMACD
  • Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
  • 10Base5
  • 10Base2
  • 10BaseT
  • Conector RJ 45
  • 100Base-TX
  • Slide 60
  • Carrier Ethernet Defined
  • Camada de Enlace (6)
  • Hubs
  • Comutador (switch)
  • Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
  • Tabela de Comutaccedilatildeo
  • Switch autoaprendizagem
  • Switch FiltragemRepasse de quadros
  • Exemplo de auto aprendizagem e repasse
  • Exemplo com comutador
  • Exemplo com comutador (2)
  • Interligaccedilatildeo de comutadores
  • Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores
  • Rede Institucionalcorporativa
  • Rede institucional
  • Comutadores versus Roteadores
  • Camada de Enlace (7)
  • Siacutentese um dia na vida de um pedido web
  • Um dia na vida cenaacuterio
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet (2)
  • Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
  • Um dia na vidahellip usando DNS
  • Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
  • Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
  • Capiacutetulo 5 Resumo
Page 55: 5: Camada de Enlace 5-1 Capítulo 5: A Camada de Enlace e Redes Locais Nossos objetivos: Entender os princípios por trás dos serviços da camada de enlace

5 Camada de Enlace 5-55

10Base5

httpwwwethermanagecom

5 Camada de Enlace 5-56

10Base2

httpwwwethermanagecom

5 Camada de Enlace 5-57

10BaseT

httpwwwethermanagecom

5 Camada de Enlace 5-58

Conector RJ 45

5 Camada de Enlace 5-59

100Base-TX

httpwwwethermanagecom

5 Camada de Enlace 5-60 10

Wireless Backhaul

Carrier Ethernet Access Expansion

Voice gateway

VoiceVideoTelephony

HD TVTVoD VoD

Video Source

Gaming BusinessBackup ERP

InternetVideo Source

BusinessBroadband

E-Line andE-LAN service

GlobalNationalCarrierEthernet

GlobalNationalCarrierEthernet

SmallMedium Business

Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

ResidentialTriple-Play

FTTx DSLAM Cable Modem

Broadbandmobile datavideo

Bringing vastly extended scalability for business and residential users

ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing

5 Camada de Enlace 5-61

Carrier Ethernet Defined

bull Carrier Ethernet is a ubiquitous standardized carrier-class SERVICE defined by five attributes that distinguish Carrier Ethernet from familiar LAN based Ethernet

bull It brings the compelling business benefit of the Ethernet cost model to achieve significant savings

Carrier Ethernet

bull Scalability

bull Standardized Services

bull Service Management

bull Quality of Service

bull Reliability

Carrier Ethernet Attributes

httpwwwmetroethernetforumorg

5 Camada de Enlace 5-62

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos52 Teacutecnicas de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de acesso muacuteltiplo 54 Endereccedilamento na Camada de Enlace55 Ethernet56 Comutadores da camada de enlace57 PPP o protocolo ponto-a-ponto58 Virtualizaccedilatildeo de enlace uma rede como

camada de enlace59 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina

Web

5 Camada de Enlace 5-63

Hubs

hellip repetidores (ldquoburrosrdquo) da camada fiacutesicabits vindos de um dado link saem por todos

os outros links na mesma taxatodos os noacutes conectados ao hub podem

colidir uns com os outrosnatildeo haacute bufferizaccedilatildeo de quadrosnatildeo implementa CSMACD no hub cartotildees

do hospedeiro detectam as colisotildees

par tranccedilado

hub

5 Camada de Enlace 5-64

Comutador (switch)

Dispositivo da camada de enlace mais inteligentes que os hubs tecircm papel ativo armazena e retransmite quadros Ethernetexamina o cabeccedilalho do quadro e

seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento

transparentehospedeiros ignoram a presenccedila dos

switches plug-and-play self-learning (autodidatas)

os comutadores natildeo necessitam ser configurados

5 Camada de Enlace 5-65

Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas

hospedeiros tecircm conexatildeo direta e dedicada para o switch

os switches armazenam quadros

o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplex cada link eacute o seu proacuteprio

domiacutenio de colisatildeo comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-

para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees isto natildeo eacute possiacutevel com hubs

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

switch com seis interfaces(123456)

1 23

45

6

5 Camada de Enlace 5-66

Tabela de Comutaccedilatildeo

P como eacute que o switch sabe que Arsquo eacute alcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel a partir da interface 5

R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutem (endereccedilo MAC do hospedeiro

interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)

parece uma tabela de roteamento P como satildeo criadas e mantidas as

entradas na tabela de comutaccedilatildeo haacute algo como um protocolo de

roteamento

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

switch with six interfaces(123456)

1 23

45

6

5 Camada de Enlace 5-67

switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfaces quando um quadro eacute

recebido o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada

registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo

Switch autoaprendizagem

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 23

45

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

5 Camada de Enlace 5-685 Camada de Enlace

Switch FiltragemRepasse de quadrosQuando um comutador recebe um quadroregistra o link associado com o hospedeiro

transmissorindexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo

MAC do destinoif entrada encontrada para o destino

then if dest estiver no segmento de onde veio o

quadro then descarta o quadro else repassa o quadro na interface indicada else usa inundaccedilatildeoRepassa o quadro para todas as

demais interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido

5 Camada de Enlace 5-69

Exemplo de auto aprendizagem e repasse

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 23

45

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo

destino do quadro desconhecido inundaccedilatildeo

Arsquo A

local do destino A conhecido

Arsquo 4 60

transmissatildeo seletiva

5 Camada de Enlace 5-70

Exemplo com comutador

Suponha que C envia quadro para D

comutador recebe o quadro vindo de C anota na tabela de comutaccedilatildeo que C estaacute na interface 1 dado que D natildeo se encontra na tabela encaminha o quadro para as

demais interfaces 2 e 3

quadro eacute recebido por D

hub

hub hub

comutador

A

B CD

EF G H

I

endereccedilointerface

ABEG

1123

12 3

5 Camada de Enlace 5-71

Exemplo com comutador

Suponha que D responde com um quadro para C

comutador recebe o quadro vindo de D anota na tabela de comutaccedilatildeo que D estaacute na interface 2 dado que C estaacute na tabela encaminha o quadro apenas na interface

1

quadro eacute recebido por C

hub

hub hub

comutador

A

B CD

EF G H

I

interface

ABEGC

11231

endereccedilo

5 Camada de Enlace 5-72

Interligaccedilatildeo de comutadores

Podemos interligar comutadores (switches)

A

B

P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe que deve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3

R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenico comutador)

S1

C D

E

FS2

S4

S3

HI

G

5 Camada de Enlace 5-73

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde

para C

P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4

A

B

S1

C D

E

FS2

S4

S3

HI

G

1

2

5 Camada de Enlace 5-74

Rede Institucionalcorporativa

5 Camada de Enlace 5-75

Rede institucional

Para redeexterna

roteador

Subrede IP

Servidor de mensagens

Servidor web

5 Camada de Enlace 5-76

Comutadores versus Roteadores ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa

roteadores dispositivos da camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)

comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace roteadores mantecircm tabelas de roteamento

implementam algoritmos de roteamento comutadores mantecircm tabelas de comutaccedilatildeo

implementam filtragem algoritmos de aprendizagem

5 Camada de Enlace 5-77

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos52 Teacutecnicas de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de acesso muacuteltiplo 54 Endereccedilamento na Camada de Enlace55 Ethernet56 Comutadores da camada de enlace57 PPP o protocolo ponto-a-ponto58 Virtualizaccedilatildeo de enlace uma rede como

camada de enlace59 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina

Web

5 Camada de Enlace 5-78

Siacutentese um dia na vida de um pedido web jornada completa atravessando toda a pilha de

protocolos aplicaccedilatildeo transporte rede enlace

colocando tudo junto siacutentese objetivo identificar revisar entender os

protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web

cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom

5 Camada de Enlace 5-79

Um dia na vida cenaacuterio

rede da Comcast68800013

rede do Google64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola68802024

paacutegina web

navegador

5 Camada de Enlace 5-80

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPDHCP

quadro Ethernet difundido (dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador que executa o servidor DHCP

Ethernet demultiplexado para IP demultiplexado para UDP e demultiplexado paraDHCP

o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilo do primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP Solicitaccedilatildeo DHCP encapsulada em UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023 Ethernet

5 Camada de Enlace 5-81

roteador(roda DHCP)

servidor DHCP prepara ACK DHCP contendo endereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiro roteador nome e endereccedilo IP do servidor DNS

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

encapsulamento no servidor DHCP quadro repassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente

Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador

cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

5 Camada de Enlace 5-82

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

consulta DNS criada encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviar quadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP

consulta ARP difundida recebida pelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccedilo MAC da interface do roteador

o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiro roteador podendo agora enviar o quadro contendo a consulta DNS

ARP query

EthPhy

ARP

ARP

ARP reply

antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS

5 Camada de Enlace 5-83

roteador(roda DHCP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

DNS

datagrama IP conteacutem consulta DNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador

datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelos protocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS

demultiplexado pelo servidor DNS

servidor DNS responde ao cliente com o endereccedilo IP de wwwgooglecom

rede da Comcast68800013

servidor DNS

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

Um dia na vidahellip usando DNS

5 Camada de Enlace 5-84

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP

HTTPTCPIP

EthPhy

HTTP

para enviar pedido HTTP cliente primeiro abre um socket TCP para o servidor web segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web

conexatildeo TCP estabelecida64233169105

servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCPIP

EthPhy

SYN

SYN

SYN

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)

5 Camada de Enlace 5-85

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP

HTTPTCPIP

EthPhy

HTTP

solicitaccedilatildeo HTTP enviada para o socket TCP datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhado para wwwgooglecom

datagrama IP com a resposta HTTP eacute encaminhado de volta para o cliente

64233169105

servidor web

HTTPTCPIP

EthPhy

servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTPHTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

paacutegina web finalmente() apresentada

5 Camada de Enlace 5-86

Capiacutetulo 5 Resumo

princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dados detecccedilatildeo correccedilatildeo de erros compartilhamento de canal de difusatildeo acesso

muacuteltiplo endereccedilamento da camada de enlace

instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlace Ethernet LANs comutadas redes virtualizadas como camada de enlace MPLS

siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web

  • Capiacutetulo 5 A Camada de Enlace e Redes Locais
  • Camada de Enlace
  • Camada de Enlace Introduccedilatildeo
  • Camada de Enlace Contexto
  • Serviccedilos da Camada de Enlace
  • Serviccedilos da Camada de Enlace (mais)
  • Onde a camada de enlace eacute implementada
  • Comunicaccedilatildeo entre Adaptadores
  • Camada de Enlace (2)
  • Detecccedilatildeo de Erros
  • Verificaccedilotildees de Paridade
  • Soma de verificaccedilatildeo da Internet
  • Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica (CRC)
  • Exemplo de CRC
  • Implementaccedilatildeo em Hardware
  • Camada de Enlace (3)
  • Enlaces e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolo Ideal de Acesso Muacuteltiplo
  • Taxonomia dos Protocolos MAC
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal TDMA
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal FDMA
  • Protocolos de Acesso Aleatoacuterio
  • Slotted ALOHA
  • Slotted ALOHA (2)
  • Eficiecircncia do Slotted Aloha
  • ALOHA Puro (sem slots)
  • Eficiecircncia do Aloha puro
  • CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)
  • Colisotildees no CSMA
  • CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)
  • Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (2)
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (3)
  • Resumo dos protocolos MAC
  • Camada de Enlace (4)
  • Endereccedilos MAC
  • Endereccedilos MAC (2)
  • Endereccedilo MAC (cont)
  • ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de Resoluccedilatildeo de En
  • Protocolo ARP Mesma LAN (rede)
  • Roteando um pacote para outra LAN
  • Slide 44
  • Camada de Enlace (5)
  • Ethernet
  • Topologia em Estrela
  • Estrutura do Quadro Ethernet
  • Estrutura de Quadro Ethernet (cont)
  • Ethernet natildeo confiaacutevel e natildeo orientado para conexatildeo
  • Algoritmo CSMACD do Ethernet
  • CSMACD da Ethernet (mais)
  • Eficiecircncia do CSMACD
  • Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
  • 10Base5
  • 10Base2
  • 10BaseT
  • Conector RJ 45
  • 100Base-TX
  • Slide 60
  • Carrier Ethernet Defined
  • Camada de Enlace (6)
  • Hubs
  • Comutador (switch)
  • Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
  • Tabela de Comutaccedilatildeo
  • Switch autoaprendizagem
  • Switch FiltragemRepasse de quadros
  • Exemplo de auto aprendizagem e repasse
  • Exemplo com comutador
  • Exemplo com comutador (2)
  • Interligaccedilatildeo de comutadores
  • Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores
  • Rede Institucionalcorporativa
  • Rede institucional
  • Comutadores versus Roteadores
  • Camada de Enlace (7)
  • Siacutentese um dia na vida de um pedido web
  • Um dia na vida cenaacuterio
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet (2)
  • Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
  • Um dia na vidahellip usando DNS
  • Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
  • Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
  • Capiacutetulo 5 Resumo
Page 56: 5: Camada de Enlace 5-1 Capítulo 5: A Camada de Enlace e Redes Locais Nossos objetivos: Entender os princípios por trás dos serviços da camada de enlace

5 Camada de Enlace 5-56

10Base2

httpwwwethermanagecom

5 Camada de Enlace 5-57

10BaseT

httpwwwethermanagecom

5 Camada de Enlace 5-58

Conector RJ 45

5 Camada de Enlace 5-59

100Base-TX

httpwwwethermanagecom

5 Camada de Enlace 5-60 10

Wireless Backhaul

Carrier Ethernet Access Expansion

Voice gateway

VoiceVideoTelephony

HD TVTVoD VoD

Video Source

Gaming BusinessBackup ERP

InternetVideo Source

BusinessBroadband

E-Line andE-LAN service

GlobalNationalCarrierEthernet

GlobalNationalCarrierEthernet

SmallMedium Business

Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

ResidentialTriple-Play

FTTx DSLAM Cable Modem

Broadbandmobile datavideo

Bringing vastly extended scalability for business and residential users

ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing

5 Camada de Enlace 5-61

Carrier Ethernet Defined

bull Carrier Ethernet is a ubiquitous standardized carrier-class SERVICE defined by five attributes that distinguish Carrier Ethernet from familiar LAN based Ethernet

bull It brings the compelling business benefit of the Ethernet cost model to achieve significant savings

Carrier Ethernet

bull Scalability

bull Standardized Services

bull Service Management

bull Quality of Service

bull Reliability

Carrier Ethernet Attributes

httpwwwmetroethernetforumorg

5 Camada de Enlace 5-62

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos52 Teacutecnicas de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de acesso muacuteltiplo 54 Endereccedilamento na Camada de Enlace55 Ethernet56 Comutadores da camada de enlace57 PPP o protocolo ponto-a-ponto58 Virtualizaccedilatildeo de enlace uma rede como

camada de enlace59 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina

Web

5 Camada de Enlace 5-63

Hubs

hellip repetidores (ldquoburrosrdquo) da camada fiacutesicabits vindos de um dado link saem por todos

os outros links na mesma taxatodos os noacutes conectados ao hub podem

colidir uns com os outrosnatildeo haacute bufferizaccedilatildeo de quadrosnatildeo implementa CSMACD no hub cartotildees

do hospedeiro detectam as colisotildees

par tranccedilado

hub

5 Camada de Enlace 5-64

Comutador (switch)

Dispositivo da camada de enlace mais inteligentes que os hubs tecircm papel ativo armazena e retransmite quadros Ethernetexamina o cabeccedilalho do quadro e

seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento

transparentehospedeiros ignoram a presenccedila dos

switches plug-and-play self-learning (autodidatas)

os comutadores natildeo necessitam ser configurados

5 Camada de Enlace 5-65

Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas

hospedeiros tecircm conexatildeo direta e dedicada para o switch

os switches armazenam quadros

o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplex cada link eacute o seu proacuteprio

domiacutenio de colisatildeo comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-

para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees isto natildeo eacute possiacutevel com hubs

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

switch com seis interfaces(123456)

1 23

45

6

5 Camada de Enlace 5-66

Tabela de Comutaccedilatildeo

P como eacute que o switch sabe que Arsquo eacute alcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel a partir da interface 5

R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutem (endereccedilo MAC do hospedeiro

interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)

parece uma tabela de roteamento P como satildeo criadas e mantidas as

entradas na tabela de comutaccedilatildeo haacute algo como um protocolo de

roteamento

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

switch with six interfaces(123456)

1 23

45

6

5 Camada de Enlace 5-67

switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfaces quando um quadro eacute

recebido o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada

registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo

Switch autoaprendizagem

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 23

45

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

5 Camada de Enlace 5-685 Camada de Enlace

Switch FiltragemRepasse de quadrosQuando um comutador recebe um quadroregistra o link associado com o hospedeiro

transmissorindexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo

MAC do destinoif entrada encontrada para o destino

then if dest estiver no segmento de onde veio o

quadro then descarta o quadro else repassa o quadro na interface indicada else usa inundaccedilatildeoRepassa o quadro para todas as

demais interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido

5 Camada de Enlace 5-69

Exemplo de auto aprendizagem e repasse

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 23

45

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo

destino do quadro desconhecido inundaccedilatildeo

Arsquo A

local do destino A conhecido

Arsquo 4 60

transmissatildeo seletiva

5 Camada de Enlace 5-70

Exemplo com comutador

Suponha que C envia quadro para D

comutador recebe o quadro vindo de C anota na tabela de comutaccedilatildeo que C estaacute na interface 1 dado que D natildeo se encontra na tabela encaminha o quadro para as

demais interfaces 2 e 3

quadro eacute recebido por D

hub

hub hub

comutador

A

B CD

EF G H

I

endereccedilointerface

ABEG

1123

12 3

5 Camada de Enlace 5-71

Exemplo com comutador

Suponha que D responde com um quadro para C

comutador recebe o quadro vindo de D anota na tabela de comutaccedilatildeo que D estaacute na interface 2 dado que C estaacute na tabela encaminha o quadro apenas na interface

1

quadro eacute recebido por C

hub

hub hub

comutador

A

B CD

EF G H

I

interface

ABEGC

11231

endereccedilo

5 Camada de Enlace 5-72

Interligaccedilatildeo de comutadores

Podemos interligar comutadores (switches)

A

B

P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe que deve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3

R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenico comutador)

S1

C D

E

FS2

S4

S3

HI

G

5 Camada de Enlace 5-73

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde

para C

P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4

A

B

S1

C D

E

FS2

S4

S3

HI

G

1

2

5 Camada de Enlace 5-74

Rede Institucionalcorporativa

5 Camada de Enlace 5-75

Rede institucional

Para redeexterna

roteador

Subrede IP

Servidor de mensagens

Servidor web

5 Camada de Enlace 5-76

Comutadores versus Roteadores ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa

roteadores dispositivos da camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)

comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace roteadores mantecircm tabelas de roteamento

implementam algoritmos de roteamento comutadores mantecircm tabelas de comutaccedilatildeo

implementam filtragem algoritmos de aprendizagem

5 Camada de Enlace 5-77

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos52 Teacutecnicas de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de acesso muacuteltiplo 54 Endereccedilamento na Camada de Enlace55 Ethernet56 Comutadores da camada de enlace57 PPP o protocolo ponto-a-ponto58 Virtualizaccedilatildeo de enlace uma rede como

camada de enlace59 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina

Web

5 Camada de Enlace 5-78

Siacutentese um dia na vida de um pedido web jornada completa atravessando toda a pilha de

protocolos aplicaccedilatildeo transporte rede enlace

colocando tudo junto siacutentese objetivo identificar revisar entender os

protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web

cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom

5 Camada de Enlace 5-79

Um dia na vida cenaacuterio

rede da Comcast68800013

rede do Google64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola68802024

paacutegina web

navegador

5 Camada de Enlace 5-80

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPDHCP

quadro Ethernet difundido (dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador que executa o servidor DHCP

Ethernet demultiplexado para IP demultiplexado para UDP e demultiplexado paraDHCP

o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilo do primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP Solicitaccedilatildeo DHCP encapsulada em UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023 Ethernet

5 Camada de Enlace 5-81

roteador(roda DHCP)

servidor DHCP prepara ACK DHCP contendo endereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiro roteador nome e endereccedilo IP do servidor DNS

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

encapsulamento no servidor DHCP quadro repassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente

Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador

cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

5 Camada de Enlace 5-82

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

consulta DNS criada encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviar quadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP

consulta ARP difundida recebida pelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccedilo MAC da interface do roteador

o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiro roteador podendo agora enviar o quadro contendo a consulta DNS

ARP query

EthPhy

ARP

ARP

ARP reply

antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS

5 Camada de Enlace 5-83

roteador(roda DHCP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

DNS

datagrama IP conteacutem consulta DNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador

datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelos protocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS

demultiplexado pelo servidor DNS

servidor DNS responde ao cliente com o endereccedilo IP de wwwgooglecom

rede da Comcast68800013

servidor DNS

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

Um dia na vidahellip usando DNS

5 Camada de Enlace 5-84

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP

HTTPTCPIP

EthPhy

HTTP

para enviar pedido HTTP cliente primeiro abre um socket TCP para o servidor web segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web

conexatildeo TCP estabelecida64233169105

servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCPIP

EthPhy

SYN

SYN

SYN

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)

5 Camada de Enlace 5-85

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP

HTTPTCPIP

EthPhy

HTTP

solicitaccedilatildeo HTTP enviada para o socket TCP datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhado para wwwgooglecom

datagrama IP com a resposta HTTP eacute encaminhado de volta para o cliente

64233169105

servidor web

HTTPTCPIP

EthPhy

servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTPHTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

paacutegina web finalmente() apresentada

5 Camada de Enlace 5-86

Capiacutetulo 5 Resumo

princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dados detecccedilatildeo correccedilatildeo de erros compartilhamento de canal de difusatildeo acesso

muacuteltiplo endereccedilamento da camada de enlace

instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlace Ethernet LANs comutadas redes virtualizadas como camada de enlace MPLS

siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web

  • Capiacutetulo 5 A Camada de Enlace e Redes Locais
  • Camada de Enlace
  • Camada de Enlace Introduccedilatildeo
  • Camada de Enlace Contexto
  • Serviccedilos da Camada de Enlace
  • Serviccedilos da Camada de Enlace (mais)
  • Onde a camada de enlace eacute implementada
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  • Verificaccedilotildees de Paridade
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  • Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica (CRC)
  • Exemplo de CRC
  • Implementaccedilatildeo em Hardware
  • Camada de Enlace (3)
  • Enlaces e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolo Ideal de Acesso Muacuteltiplo
  • Taxonomia dos Protocolos MAC
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  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal FDMA
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  • Slotted ALOHA (2)
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  • ALOHA Puro (sem slots)
  • Eficiecircncia do Aloha puro
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  • Colisotildees no CSMA
  • CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)
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  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (2)
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  • Camada de Enlace (4)
  • Endereccedilos MAC
  • Endereccedilos MAC (2)
  • Endereccedilo MAC (cont)
  • ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de Resoluccedilatildeo de En
  • Protocolo ARP Mesma LAN (rede)
  • Roteando um pacote para outra LAN
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  • Topologia em Estrela
  • Estrutura do Quadro Ethernet
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  • CSMACD da Ethernet (mais)
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  • Switch FiltragemRepasse de quadros
  • Exemplo de auto aprendizagem e repasse
  • Exemplo com comutador
  • Exemplo com comutador (2)
  • Interligaccedilatildeo de comutadores
  • Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores
  • Rede Institucionalcorporativa
  • Rede institucional
  • Comutadores versus Roteadores
  • Camada de Enlace (7)
  • Siacutentese um dia na vida de um pedido web
  • Um dia na vida cenaacuterio
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  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet (2)
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  • Um dia na vidahellip usando DNS
  • Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
  • Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
  • Capiacutetulo 5 Resumo
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5 Camada de Enlace 5-57

10BaseT

httpwwwethermanagecom

5 Camada de Enlace 5-58

Conector RJ 45

5 Camada de Enlace 5-59

100Base-TX

httpwwwethermanagecom

5 Camada de Enlace 5-60 10

Wireless Backhaul

Carrier Ethernet Access Expansion

Voice gateway

VoiceVideoTelephony

HD TVTVoD VoD

Video Source

Gaming BusinessBackup ERP

InternetVideo Source

BusinessBroadband

E-Line andE-LAN service

GlobalNationalCarrierEthernet

GlobalNationalCarrierEthernet

SmallMedium Business

Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

ResidentialTriple-Play

FTTx DSLAM Cable Modem

Broadbandmobile datavideo

Bringing vastly extended scalability for business and residential users

ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing

5 Camada de Enlace 5-61

Carrier Ethernet Defined

bull Carrier Ethernet is a ubiquitous standardized carrier-class SERVICE defined by five attributes that distinguish Carrier Ethernet from familiar LAN based Ethernet

bull It brings the compelling business benefit of the Ethernet cost model to achieve significant savings

Carrier Ethernet

bull Scalability

bull Standardized Services

bull Service Management

bull Quality of Service

bull Reliability

Carrier Ethernet Attributes

httpwwwmetroethernetforumorg

5 Camada de Enlace 5-62

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos52 Teacutecnicas de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de acesso muacuteltiplo 54 Endereccedilamento na Camada de Enlace55 Ethernet56 Comutadores da camada de enlace57 PPP o protocolo ponto-a-ponto58 Virtualizaccedilatildeo de enlace uma rede como

camada de enlace59 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina

Web

5 Camada de Enlace 5-63

Hubs

hellip repetidores (ldquoburrosrdquo) da camada fiacutesicabits vindos de um dado link saem por todos

os outros links na mesma taxatodos os noacutes conectados ao hub podem

colidir uns com os outrosnatildeo haacute bufferizaccedilatildeo de quadrosnatildeo implementa CSMACD no hub cartotildees

do hospedeiro detectam as colisotildees

par tranccedilado

hub

5 Camada de Enlace 5-64

Comutador (switch)

Dispositivo da camada de enlace mais inteligentes que os hubs tecircm papel ativo armazena e retransmite quadros Ethernetexamina o cabeccedilalho do quadro e

seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento

transparentehospedeiros ignoram a presenccedila dos

switches plug-and-play self-learning (autodidatas)

os comutadores natildeo necessitam ser configurados

5 Camada de Enlace 5-65

Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas

hospedeiros tecircm conexatildeo direta e dedicada para o switch

os switches armazenam quadros

o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplex cada link eacute o seu proacuteprio

domiacutenio de colisatildeo comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-

para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees isto natildeo eacute possiacutevel com hubs

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

switch com seis interfaces(123456)

1 23

45

6

5 Camada de Enlace 5-66

Tabela de Comutaccedilatildeo

P como eacute que o switch sabe que Arsquo eacute alcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel a partir da interface 5

R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutem (endereccedilo MAC do hospedeiro

interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)

parece uma tabela de roteamento P como satildeo criadas e mantidas as

entradas na tabela de comutaccedilatildeo haacute algo como um protocolo de

roteamento

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

switch with six interfaces(123456)

1 23

45

6

5 Camada de Enlace 5-67

switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfaces quando um quadro eacute

recebido o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada

registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo

Switch autoaprendizagem

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 23

45

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

5 Camada de Enlace 5-685 Camada de Enlace

Switch FiltragemRepasse de quadrosQuando um comutador recebe um quadroregistra o link associado com o hospedeiro

transmissorindexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo

MAC do destinoif entrada encontrada para o destino

then if dest estiver no segmento de onde veio o

quadro then descarta o quadro else repassa o quadro na interface indicada else usa inundaccedilatildeoRepassa o quadro para todas as

demais interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido

5 Camada de Enlace 5-69

Exemplo de auto aprendizagem e repasse

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 23

45

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo

destino do quadro desconhecido inundaccedilatildeo

Arsquo A

local do destino A conhecido

Arsquo 4 60

transmissatildeo seletiva

5 Camada de Enlace 5-70

Exemplo com comutador

Suponha que C envia quadro para D

comutador recebe o quadro vindo de C anota na tabela de comutaccedilatildeo que C estaacute na interface 1 dado que D natildeo se encontra na tabela encaminha o quadro para as

demais interfaces 2 e 3

quadro eacute recebido por D

hub

hub hub

comutador

A

B CD

EF G H

I

endereccedilointerface

ABEG

1123

12 3

5 Camada de Enlace 5-71

Exemplo com comutador

Suponha que D responde com um quadro para C

comutador recebe o quadro vindo de D anota na tabela de comutaccedilatildeo que D estaacute na interface 2 dado que C estaacute na tabela encaminha o quadro apenas na interface

1

quadro eacute recebido por C

hub

hub hub

comutador

A

B CD

EF G H

I

interface

ABEGC

11231

endereccedilo

5 Camada de Enlace 5-72

Interligaccedilatildeo de comutadores

Podemos interligar comutadores (switches)

A

B

P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe que deve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3

R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenico comutador)

S1

C D

E

FS2

S4

S3

HI

G

5 Camada de Enlace 5-73

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde

para C

P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4

A

B

S1

C D

E

FS2

S4

S3

HI

G

1

2

5 Camada de Enlace 5-74

Rede Institucionalcorporativa

5 Camada de Enlace 5-75

Rede institucional

Para redeexterna

roteador

Subrede IP

Servidor de mensagens

Servidor web

5 Camada de Enlace 5-76

Comutadores versus Roteadores ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa

roteadores dispositivos da camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)

comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace roteadores mantecircm tabelas de roteamento

implementam algoritmos de roteamento comutadores mantecircm tabelas de comutaccedilatildeo

implementam filtragem algoritmos de aprendizagem

5 Camada de Enlace 5-77

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos52 Teacutecnicas de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de acesso muacuteltiplo 54 Endereccedilamento na Camada de Enlace55 Ethernet56 Comutadores da camada de enlace57 PPP o protocolo ponto-a-ponto58 Virtualizaccedilatildeo de enlace uma rede como

camada de enlace59 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina

Web

5 Camada de Enlace 5-78

Siacutentese um dia na vida de um pedido web jornada completa atravessando toda a pilha de

protocolos aplicaccedilatildeo transporte rede enlace

colocando tudo junto siacutentese objetivo identificar revisar entender os

protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web

cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom

5 Camada de Enlace 5-79

Um dia na vida cenaacuterio

rede da Comcast68800013

rede do Google64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola68802024

paacutegina web

navegador

5 Camada de Enlace 5-80

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPDHCP

quadro Ethernet difundido (dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador que executa o servidor DHCP

Ethernet demultiplexado para IP demultiplexado para UDP e demultiplexado paraDHCP

o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilo do primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP Solicitaccedilatildeo DHCP encapsulada em UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023 Ethernet

5 Camada de Enlace 5-81

roteador(roda DHCP)

servidor DHCP prepara ACK DHCP contendo endereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiro roteador nome e endereccedilo IP do servidor DNS

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

encapsulamento no servidor DHCP quadro repassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente

Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador

cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

5 Camada de Enlace 5-82

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

consulta DNS criada encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviar quadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP

consulta ARP difundida recebida pelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccedilo MAC da interface do roteador

o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiro roteador podendo agora enviar o quadro contendo a consulta DNS

ARP query

EthPhy

ARP

ARP

ARP reply

antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS

5 Camada de Enlace 5-83

roteador(roda DHCP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

DNS

datagrama IP conteacutem consulta DNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador

datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelos protocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS

demultiplexado pelo servidor DNS

servidor DNS responde ao cliente com o endereccedilo IP de wwwgooglecom

rede da Comcast68800013

servidor DNS

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

Um dia na vidahellip usando DNS

5 Camada de Enlace 5-84

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP

HTTPTCPIP

EthPhy

HTTP

para enviar pedido HTTP cliente primeiro abre um socket TCP para o servidor web segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web

conexatildeo TCP estabelecida64233169105

servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCPIP

EthPhy

SYN

SYN

SYN

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)

5 Camada de Enlace 5-85

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP

HTTPTCPIP

EthPhy

HTTP

solicitaccedilatildeo HTTP enviada para o socket TCP datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhado para wwwgooglecom

datagrama IP com a resposta HTTP eacute encaminhado de volta para o cliente

64233169105

servidor web

HTTPTCPIP

EthPhy

servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTPHTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

paacutegina web finalmente() apresentada

5 Camada de Enlace 5-86

Capiacutetulo 5 Resumo

princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dados detecccedilatildeo correccedilatildeo de erros compartilhamento de canal de difusatildeo acesso

muacuteltiplo endereccedilamento da camada de enlace

instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlace Ethernet LANs comutadas redes virtualizadas como camada de enlace MPLS

siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web

  • Capiacutetulo 5 A Camada de Enlace e Redes Locais
  • Camada de Enlace
  • Camada de Enlace Introduccedilatildeo
  • Camada de Enlace Contexto
  • Serviccedilos da Camada de Enlace
  • Serviccedilos da Camada de Enlace (mais)
  • Onde a camada de enlace eacute implementada
  • Comunicaccedilatildeo entre Adaptadores
  • Camada de Enlace (2)
  • Detecccedilatildeo de Erros
  • Verificaccedilotildees de Paridade
  • Soma de verificaccedilatildeo da Internet
  • Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica (CRC)
  • Exemplo de CRC
  • Implementaccedilatildeo em Hardware
  • Camada de Enlace (3)
  • Enlaces e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolo Ideal de Acesso Muacuteltiplo
  • Taxonomia dos Protocolos MAC
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal TDMA
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal FDMA
  • Protocolos de Acesso Aleatoacuterio
  • Slotted ALOHA
  • Slotted ALOHA (2)
  • Eficiecircncia do Slotted Aloha
  • ALOHA Puro (sem slots)
  • Eficiecircncia do Aloha puro
  • CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)
  • Colisotildees no CSMA
  • CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)
  • Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (2)
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (3)
  • Resumo dos protocolos MAC
  • Camada de Enlace (4)
  • Endereccedilos MAC
  • Endereccedilos MAC (2)
  • Endereccedilo MAC (cont)
  • ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de Resoluccedilatildeo de En
  • Protocolo ARP Mesma LAN (rede)
  • Roteando um pacote para outra LAN
  • Slide 44
  • Camada de Enlace (5)
  • Ethernet
  • Topologia em Estrela
  • Estrutura do Quadro Ethernet
  • Estrutura de Quadro Ethernet (cont)
  • Ethernet natildeo confiaacutevel e natildeo orientado para conexatildeo
  • Algoritmo CSMACD do Ethernet
  • CSMACD da Ethernet (mais)
  • Eficiecircncia do CSMACD
  • Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
  • 10Base5
  • 10Base2
  • 10BaseT
  • Conector RJ 45
  • 100Base-TX
  • Slide 60
  • Carrier Ethernet Defined
  • Camada de Enlace (6)
  • Hubs
  • Comutador (switch)
  • Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
  • Tabela de Comutaccedilatildeo
  • Switch autoaprendizagem
  • Switch FiltragemRepasse de quadros
  • Exemplo de auto aprendizagem e repasse
  • Exemplo com comutador
  • Exemplo com comutador (2)
  • Interligaccedilatildeo de comutadores
  • Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores
  • Rede Institucionalcorporativa
  • Rede institucional
  • Comutadores versus Roteadores
  • Camada de Enlace (7)
  • Siacutentese um dia na vida de um pedido web
  • Um dia na vida cenaacuterio
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet (2)
  • Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
  • Um dia na vidahellip usando DNS
  • Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
  • Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
  • Capiacutetulo 5 Resumo
Page 58: 5: Camada de Enlace 5-1 Capítulo 5: A Camada de Enlace e Redes Locais Nossos objetivos: Entender os princípios por trás dos serviços da camada de enlace

5 Camada de Enlace 5-58

Conector RJ 45

5 Camada de Enlace 5-59

100Base-TX

httpwwwethermanagecom

5 Camada de Enlace 5-60 10

Wireless Backhaul

Carrier Ethernet Access Expansion

Voice gateway

VoiceVideoTelephony

HD TVTVoD VoD

Video Source

Gaming BusinessBackup ERP

InternetVideo Source

BusinessBroadband

E-Line andE-LAN service

GlobalNationalCarrierEthernet

GlobalNationalCarrierEthernet

SmallMedium Business

Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

ResidentialTriple-Play

FTTx DSLAM Cable Modem

Broadbandmobile datavideo

Bringing vastly extended scalability for business and residential users

ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing

5 Camada de Enlace 5-61

Carrier Ethernet Defined

bull Carrier Ethernet is a ubiquitous standardized carrier-class SERVICE defined by five attributes that distinguish Carrier Ethernet from familiar LAN based Ethernet

bull It brings the compelling business benefit of the Ethernet cost model to achieve significant savings

Carrier Ethernet

bull Scalability

bull Standardized Services

bull Service Management

bull Quality of Service

bull Reliability

Carrier Ethernet Attributes

httpwwwmetroethernetforumorg

5 Camada de Enlace 5-62

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos52 Teacutecnicas de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de acesso muacuteltiplo 54 Endereccedilamento na Camada de Enlace55 Ethernet56 Comutadores da camada de enlace57 PPP o protocolo ponto-a-ponto58 Virtualizaccedilatildeo de enlace uma rede como

camada de enlace59 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina

Web

5 Camada de Enlace 5-63

Hubs

hellip repetidores (ldquoburrosrdquo) da camada fiacutesicabits vindos de um dado link saem por todos

os outros links na mesma taxatodos os noacutes conectados ao hub podem

colidir uns com os outrosnatildeo haacute bufferizaccedilatildeo de quadrosnatildeo implementa CSMACD no hub cartotildees

do hospedeiro detectam as colisotildees

par tranccedilado

hub

5 Camada de Enlace 5-64

Comutador (switch)

Dispositivo da camada de enlace mais inteligentes que os hubs tecircm papel ativo armazena e retransmite quadros Ethernetexamina o cabeccedilalho do quadro e

seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento

transparentehospedeiros ignoram a presenccedila dos

switches plug-and-play self-learning (autodidatas)

os comutadores natildeo necessitam ser configurados

5 Camada de Enlace 5-65

Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas

hospedeiros tecircm conexatildeo direta e dedicada para o switch

os switches armazenam quadros

o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplex cada link eacute o seu proacuteprio

domiacutenio de colisatildeo comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-

para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees isto natildeo eacute possiacutevel com hubs

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

switch com seis interfaces(123456)

1 23

45

6

5 Camada de Enlace 5-66

Tabela de Comutaccedilatildeo

P como eacute que o switch sabe que Arsquo eacute alcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel a partir da interface 5

R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutem (endereccedilo MAC do hospedeiro

interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)

parece uma tabela de roteamento P como satildeo criadas e mantidas as

entradas na tabela de comutaccedilatildeo haacute algo como um protocolo de

roteamento

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

switch with six interfaces(123456)

1 23

45

6

5 Camada de Enlace 5-67

switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfaces quando um quadro eacute

recebido o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada

registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo

Switch autoaprendizagem

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 23

45

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

5 Camada de Enlace 5-685 Camada de Enlace

Switch FiltragemRepasse de quadrosQuando um comutador recebe um quadroregistra o link associado com o hospedeiro

transmissorindexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo

MAC do destinoif entrada encontrada para o destino

then if dest estiver no segmento de onde veio o

quadro then descarta o quadro else repassa o quadro na interface indicada else usa inundaccedilatildeoRepassa o quadro para todas as

demais interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido

5 Camada de Enlace 5-69

Exemplo de auto aprendizagem e repasse

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 23

45

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo

destino do quadro desconhecido inundaccedilatildeo

Arsquo A

local do destino A conhecido

Arsquo 4 60

transmissatildeo seletiva

5 Camada de Enlace 5-70

Exemplo com comutador

Suponha que C envia quadro para D

comutador recebe o quadro vindo de C anota na tabela de comutaccedilatildeo que C estaacute na interface 1 dado que D natildeo se encontra na tabela encaminha o quadro para as

demais interfaces 2 e 3

quadro eacute recebido por D

hub

hub hub

comutador

A

B CD

EF G H

I

endereccedilointerface

ABEG

1123

12 3

5 Camada de Enlace 5-71

Exemplo com comutador

Suponha que D responde com um quadro para C

comutador recebe o quadro vindo de D anota na tabela de comutaccedilatildeo que D estaacute na interface 2 dado que C estaacute na tabela encaminha o quadro apenas na interface

1

quadro eacute recebido por C

hub

hub hub

comutador

A

B CD

EF G H

I

interface

ABEGC

11231

endereccedilo

5 Camada de Enlace 5-72

Interligaccedilatildeo de comutadores

Podemos interligar comutadores (switches)

A

B

P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe que deve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3

R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenico comutador)

S1

C D

E

FS2

S4

S3

HI

G

5 Camada de Enlace 5-73

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde

para C

P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4

A

B

S1

C D

E

FS2

S4

S3

HI

G

1

2

5 Camada de Enlace 5-74

Rede Institucionalcorporativa

5 Camada de Enlace 5-75

Rede institucional

Para redeexterna

roteador

Subrede IP

Servidor de mensagens

Servidor web

5 Camada de Enlace 5-76

Comutadores versus Roteadores ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa

roteadores dispositivos da camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)

comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace roteadores mantecircm tabelas de roteamento

implementam algoritmos de roteamento comutadores mantecircm tabelas de comutaccedilatildeo

implementam filtragem algoritmos de aprendizagem

5 Camada de Enlace 5-77

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos52 Teacutecnicas de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de acesso muacuteltiplo 54 Endereccedilamento na Camada de Enlace55 Ethernet56 Comutadores da camada de enlace57 PPP o protocolo ponto-a-ponto58 Virtualizaccedilatildeo de enlace uma rede como

camada de enlace59 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina

Web

5 Camada de Enlace 5-78

Siacutentese um dia na vida de um pedido web jornada completa atravessando toda a pilha de

protocolos aplicaccedilatildeo transporte rede enlace

colocando tudo junto siacutentese objetivo identificar revisar entender os

protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web

cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom

5 Camada de Enlace 5-79

Um dia na vida cenaacuterio

rede da Comcast68800013

rede do Google64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola68802024

paacutegina web

navegador

5 Camada de Enlace 5-80

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPDHCP

quadro Ethernet difundido (dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador que executa o servidor DHCP

Ethernet demultiplexado para IP demultiplexado para UDP e demultiplexado paraDHCP

o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilo do primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP Solicitaccedilatildeo DHCP encapsulada em UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023 Ethernet

5 Camada de Enlace 5-81

roteador(roda DHCP)

servidor DHCP prepara ACK DHCP contendo endereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiro roteador nome e endereccedilo IP do servidor DNS

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

encapsulamento no servidor DHCP quadro repassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente

Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador

cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

5 Camada de Enlace 5-82

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

consulta DNS criada encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviar quadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP

consulta ARP difundida recebida pelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccedilo MAC da interface do roteador

o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiro roteador podendo agora enviar o quadro contendo a consulta DNS

ARP query

EthPhy

ARP

ARP

ARP reply

antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS

5 Camada de Enlace 5-83

roteador(roda DHCP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

DNS

datagrama IP conteacutem consulta DNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador

datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelos protocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS

demultiplexado pelo servidor DNS

servidor DNS responde ao cliente com o endereccedilo IP de wwwgooglecom

rede da Comcast68800013

servidor DNS

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

Um dia na vidahellip usando DNS

5 Camada de Enlace 5-84

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP

HTTPTCPIP

EthPhy

HTTP

para enviar pedido HTTP cliente primeiro abre um socket TCP para o servidor web segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web

conexatildeo TCP estabelecida64233169105

servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCPIP

EthPhy

SYN

SYN

SYN

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)

5 Camada de Enlace 5-85

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP

HTTPTCPIP

EthPhy

HTTP

solicitaccedilatildeo HTTP enviada para o socket TCP datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhado para wwwgooglecom

datagrama IP com a resposta HTTP eacute encaminhado de volta para o cliente

64233169105

servidor web

HTTPTCPIP

EthPhy

servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTPHTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

paacutegina web finalmente() apresentada

5 Camada de Enlace 5-86

Capiacutetulo 5 Resumo

princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dados detecccedilatildeo correccedilatildeo de erros compartilhamento de canal de difusatildeo acesso

muacuteltiplo endereccedilamento da camada de enlace

instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlace Ethernet LANs comutadas redes virtualizadas como camada de enlace MPLS

siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web

  • Capiacutetulo 5 A Camada de Enlace e Redes Locais
  • Camada de Enlace
  • Camada de Enlace Introduccedilatildeo
  • Camada de Enlace Contexto
  • Serviccedilos da Camada de Enlace
  • Serviccedilos da Camada de Enlace (mais)
  • Onde a camada de enlace eacute implementada
  • Comunicaccedilatildeo entre Adaptadores
  • Camada de Enlace (2)
  • Detecccedilatildeo de Erros
  • Verificaccedilotildees de Paridade
  • Soma de verificaccedilatildeo da Internet
  • Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica (CRC)
  • Exemplo de CRC
  • Implementaccedilatildeo em Hardware
  • Camada de Enlace (3)
  • Enlaces e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolo Ideal de Acesso Muacuteltiplo
  • Taxonomia dos Protocolos MAC
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal TDMA
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal FDMA
  • Protocolos de Acesso Aleatoacuterio
  • Slotted ALOHA
  • Slotted ALOHA (2)
  • Eficiecircncia do Slotted Aloha
  • ALOHA Puro (sem slots)
  • Eficiecircncia do Aloha puro
  • CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)
  • Colisotildees no CSMA
  • CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)
  • Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (2)
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (3)
  • Resumo dos protocolos MAC
  • Camada de Enlace (4)
  • Endereccedilos MAC
  • Endereccedilos MAC (2)
  • Endereccedilo MAC (cont)
  • ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de Resoluccedilatildeo de En
  • Protocolo ARP Mesma LAN (rede)
  • Roteando um pacote para outra LAN
  • Slide 44
  • Camada de Enlace (5)
  • Ethernet
  • Topologia em Estrela
  • Estrutura do Quadro Ethernet
  • Estrutura de Quadro Ethernet (cont)
  • Ethernet natildeo confiaacutevel e natildeo orientado para conexatildeo
  • Algoritmo CSMACD do Ethernet
  • CSMACD da Ethernet (mais)
  • Eficiecircncia do CSMACD
  • Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
  • 10Base5
  • 10Base2
  • 10BaseT
  • Conector RJ 45
  • 100Base-TX
  • Slide 60
  • Carrier Ethernet Defined
  • Camada de Enlace (6)
  • Hubs
  • Comutador (switch)
  • Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
  • Tabela de Comutaccedilatildeo
  • Switch autoaprendizagem
  • Switch FiltragemRepasse de quadros
  • Exemplo de auto aprendizagem e repasse
  • Exemplo com comutador
  • Exemplo com comutador (2)
  • Interligaccedilatildeo de comutadores
  • Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores
  • Rede Institucionalcorporativa
  • Rede institucional
  • Comutadores versus Roteadores
  • Camada de Enlace (7)
  • Siacutentese um dia na vida de um pedido web
  • Um dia na vida cenaacuterio
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet (2)
  • Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
  • Um dia na vidahellip usando DNS
  • Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
  • Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
  • Capiacutetulo 5 Resumo
Page 59: 5: Camada de Enlace 5-1 Capítulo 5: A Camada de Enlace e Redes Locais Nossos objetivos: Entender os princípios por trás dos serviços da camada de enlace

5 Camada de Enlace 5-59

100Base-TX

httpwwwethermanagecom

5 Camada de Enlace 5-60 10

Wireless Backhaul

Carrier Ethernet Access Expansion

Voice gateway

VoiceVideoTelephony

HD TVTVoD VoD

Video Source

Gaming BusinessBackup ERP

InternetVideo Source

BusinessBroadband

E-Line andE-LAN service

GlobalNationalCarrierEthernet

GlobalNationalCarrierEthernet

SmallMedium Business

Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

ResidentialTriple-Play

FTTx DSLAM Cable Modem

Broadbandmobile datavideo

Bringing vastly extended scalability for business and residential users

ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing

5 Camada de Enlace 5-61

Carrier Ethernet Defined

bull Carrier Ethernet is a ubiquitous standardized carrier-class SERVICE defined by five attributes that distinguish Carrier Ethernet from familiar LAN based Ethernet

bull It brings the compelling business benefit of the Ethernet cost model to achieve significant savings

Carrier Ethernet

bull Scalability

bull Standardized Services

bull Service Management

bull Quality of Service

bull Reliability

Carrier Ethernet Attributes

httpwwwmetroethernetforumorg

5 Camada de Enlace 5-62

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos52 Teacutecnicas de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de acesso muacuteltiplo 54 Endereccedilamento na Camada de Enlace55 Ethernet56 Comutadores da camada de enlace57 PPP o protocolo ponto-a-ponto58 Virtualizaccedilatildeo de enlace uma rede como

camada de enlace59 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina

Web

5 Camada de Enlace 5-63

Hubs

hellip repetidores (ldquoburrosrdquo) da camada fiacutesicabits vindos de um dado link saem por todos

os outros links na mesma taxatodos os noacutes conectados ao hub podem

colidir uns com os outrosnatildeo haacute bufferizaccedilatildeo de quadrosnatildeo implementa CSMACD no hub cartotildees

do hospedeiro detectam as colisotildees

par tranccedilado

hub

5 Camada de Enlace 5-64

Comutador (switch)

Dispositivo da camada de enlace mais inteligentes que os hubs tecircm papel ativo armazena e retransmite quadros Ethernetexamina o cabeccedilalho do quadro e

seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento

transparentehospedeiros ignoram a presenccedila dos

switches plug-and-play self-learning (autodidatas)

os comutadores natildeo necessitam ser configurados

5 Camada de Enlace 5-65

Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas

hospedeiros tecircm conexatildeo direta e dedicada para o switch

os switches armazenam quadros

o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplex cada link eacute o seu proacuteprio

domiacutenio de colisatildeo comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-

para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees isto natildeo eacute possiacutevel com hubs

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

switch com seis interfaces(123456)

1 23

45

6

5 Camada de Enlace 5-66

Tabela de Comutaccedilatildeo

P como eacute que o switch sabe que Arsquo eacute alcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel a partir da interface 5

R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutem (endereccedilo MAC do hospedeiro

interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)

parece uma tabela de roteamento P como satildeo criadas e mantidas as

entradas na tabela de comutaccedilatildeo haacute algo como um protocolo de

roteamento

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

switch with six interfaces(123456)

1 23

45

6

5 Camada de Enlace 5-67

switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfaces quando um quadro eacute

recebido o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada

registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo

Switch autoaprendizagem

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 23

45

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

5 Camada de Enlace 5-685 Camada de Enlace

Switch FiltragemRepasse de quadrosQuando um comutador recebe um quadroregistra o link associado com o hospedeiro

transmissorindexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo

MAC do destinoif entrada encontrada para o destino

then if dest estiver no segmento de onde veio o

quadro then descarta o quadro else repassa o quadro na interface indicada else usa inundaccedilatildeoRepassa o quadro para todas as

demais interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido

5 Camada de Enlace 5-69

Exemplo de auto aprendizagem e repasse

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 23

45

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo

destino do quadro desconhecido inundaccedilatildeo

Arsquo A

local do destino A conhecido

Arsquo 4 60

transmissatildeo seletiva

5 Camada de Enlace 5-70

Exemplo com comutador

Suponha que C envia quadro para D

comutador recebe o quadro vindo de C anota na tabela de comutaccedilatildeo que C estaacute na interface 1 dado que D natildeo se encontra na tabela encaminha o quadro para as

demais interfaces 2 e 3

quadro eacute recebido por D

hub

hub hub

comutador

A

B CD

EF G H

I

endereccedilointerface

ABEG

1123

12 3

5 Camada de Enlace 5-71

Exemplo com comutador

Suponha que D responde com um quadro para C

comutador recebe o quadro vindo de D anota na tabela de comutaccedilatildeo que D estaacute na interface 2 dado que C estaacute na tabela encaminha o quadro apenas na interface

1

quadro eacute recebido por C

hub

hub hub

comutador

A

B CD

EF G H

I

interface

ABEGC

11231

endereccedilo

5 Camada de Enlace 5-72

Interligaccedilatildeo de comutadores

Podemos interligar comutadores (switches)

A

B

P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe que deve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3

R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenico comutador)

S1

C D

E

FS2

S4

S3

HI

G

5 Camada de Enlace 5-73

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde

para C

P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4

A

B

S1

C D

E

FS2

S4

S3

HI

G

1

2

5 Camada de Enlace 5-74

Rede Institucionalcorporativa

5 Camada de Enlace 5-75

Rede institucional

Para redeexterna

roteador

Subrede IP

Servidor de mensagens

Servidor web

5 Camada de Enlace 5-76

Comutadores versus Roteadores ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa

roteadores dispositivos da camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)

comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace roteadores mantecircm tabelas de roteamento

implementam algoritmos de roteamento comutadores mantecircm tabelas de comutaccedilatildeo

implementam filtragem algoritmos de aprendizagem

5 Camada de Enlace 5-77

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos52 Teacutecnicas de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de acesso muacuteltiplo 54 Endereccedilamento na Camada de Enlace55 Ethernet56 Comutadores da camada de enlace57 PPP o protocolo ponto-a-ponto58 Virtualizaccedilatildeo de enlace uma rede como

camada de enlace59 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina

Web

5 Camada de Enlace 5-78

Siacutentese um dia na vida de um pedido web jornada completa atravessando toda a pilha de

protocolos aplicaccedilatildeo transporte rede enlace

colocando tudo junto siacutentese objetivo identificar revisar entender os

protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web

cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom

5 Camada de Enlace 5-79

Um dia na vida cenaacuterio

rede da Comcast68800013

rede do Google64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola68802024

paacutegina web

navegador

5 Camada de Enlace 5-80

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPDHCP

quadro Ethernet difundido (dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador que executa o servidor DHCP

Ethernet demultiplexado para IP demultiplexado para UDP e demultiplexado paraDHCP

o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilo do primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP Solicitaccedilatildeo DHCP encapsulada em UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023 Ethernet

5 Camada de Enlace 5-81

roteador(roda DHCP)

servidor DHCP prepara ACK DHCP contendo endereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiro roteador nome e endereccedilo IP do servidor DNS

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

encapsulamento no servidor DHCP quadro repassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente

Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador

cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

5 Camada de Enlace 5-82

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

consulta DNS criada encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviar quadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP

consulta ARP difundida recebida pelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccedilo MAC da interface do roteador

o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiro roteador podendo agora enviar o quadro contendo a consulta DNS

ARP query

EthPhy

ARP

ARP

ARP reply

antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS

5 Camada de Enlace 5-83

roteador(roda DHCP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

DNS

datagrama IP conteacutem consulta DNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador

datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelos protocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS

demultiplexado pelo servidor DNS

servidor DNS responde ao cliente com o endereccedilo IP de wwwgooglecom

rede da Comcast68800013

servidor DNS

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

Um dia na vidahellip usando DNS

5 Camada de Enlace 5-84

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP

HTTPTCPIP

EthPhy

HTTP

para enviar pedido HTTP cliente primeiro abre um socket TCP para o servidor web segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web

conexatildeo TCP estabelecida64233169105

servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCPIP

EthPhy

SYN

SYN

SYN

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)

5 Camada de Enlace 5-85

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP

HTTPTCPIP

EthPhy

HTTP

solicitaccedilatildeo HTTP enviada para o socket TCP datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhado para wwwgooglecom

datagrama IP com a resposta HTTP eacute encaminhado de volta para o cliente

64233169105

servidor web

HTTPTCPIP

EthPhy

servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTPHTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

paacutegina web finalmente() apresentada

5 Camada de Enlace 5-86

Capiacutetulo 5 Resumo

princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dados detecccedilatildeo correccedilatildeo de erros compartilhamento de canal de difusatildeo acesso

muacuteltiplo endereccedilamento da camada de enlace

instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlace Ethernet LANs comutadas redes virtualizadas como camada de enlace MPLS

siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web

  • Capiacutetulo 5 A Camada de Enlace e Redes Locais
  • Camada de Enlace
  • Camada de Enlace Introduccedilatildeo
  • Camada de Enlace Contexto
  • Serviccedilos da Camada de Enlace
  • Serviccedilos da Camada de Enlace (mais)
  • Onde a camada de enlace eacute implementada
  • Comunicaccedilatildeo entre Adaptadores
  • Camada de Enlace (2)
  • Detecccedilatildeo de Erros
  • Verificaccedilotildees de Paridade
  • Soma de verificaccedilatildeo da Internet
  • Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica (CRC)
  • Exemplo de CRC
  • Implementaccedilatildeo em Hardware
  • Camada de Enlace (3)
  • Enlaces e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolo Ideal de Acesso Muacuteltiplo
  • Taxonomia dos Protocolos MAC
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal TDMA
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal FDMA
  • Protocolos de Acesso Aleatoacuterio
  • Slotted ALOHA
  • Slotted ALOHA (2)
  • Eficiecircncia do Slotted Aloha
  • ALOHA Puro (sem slots)
  • Eficiecircncia do Aloha puro
  • CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)
  • Colisotildees no CSMA
  • CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)
  • Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (2)
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (3)
  • Resumo dos protocolos MAC
  • Camada de Enlace (4)
  • Endereccedilos MAC
  • Endereccedilos MAC (2)
  • Endereccedilo MAC (cont)
  • ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de Resoluccedilatildeo de En
  • Protocolo ARP Mesma LAN (rede)
  • Roteando um pacote para outra LAN
  • Slide 44
  • Camada de Enlace (5)
  • Ethernet
  • Topologia em Estrela
  • Estrutura do Quadro Ethernet
  • Estrutura de Quadro Ethernet (cont)
  • Ethernet natildeo confiaacutevel e natildeo orientado para conexatildeo
  • Algoritmo CSMACD do Ethernet
  • CSMACD da Ethernet (mais)
  • Eficiecircncia do CSMACD
  • Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
  • 10Base5
  • 10Base2
  • 10BaseT
  • Conector RJ 45
  • 100Base-TX
  • Slide 60
  • Carrier Ethernet Defined
  • Camada de Enlace (6)
  • Hubs
  • Comutador (switch)
  • Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
  • Tabela de Comutaccedilatildeo
  • Switch autoaprendizagem
  • Switch FiltragemRepasse de quadros
  • Exemplo de auto aprendizagem e repasse
  • Exemplo com comutador
  • Exemplo com comutador (2)
  • Interligaccedilatildeo de comutadores
  • Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores
  • Rede Institucionalcorporativa
  • Rede institucional
  • Comutadores versus Roteadores
  • Camada de Enlace (7)
  • Siacutentese um dia na vida de um pedido web
  • Um dia na vida cenaacuterio
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet (2)
  • Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
  • Um dia na vidahellip usando DNS
  • Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
  • Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
  • Capiacutetulo 5 Resumo
Page 60: 5: Camada de Enlace 5-1 Capítulo 5: A Camada de Enlace e Redes Locais Nossos objetivos: Entender os princípios por trás dos serviços da camada de enlace

5 Camada de Enlace 5-60 10

Wireless Backhaul

Carrier Ethernet Access Expansion

Voice gateway

VoiceVideoTelephony

HD TVTVoD VoD

Video Source

Gaming BusinessBackup ERP

InternetVideo Source

BusinessBroadband

E-Line andE-LAN service

GlobalNationalCarrierEthernet

GlobalNationalCarrierEthernet

SmallMedium Business

Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

AccessCarrierEthernet

ResidentialTriple-Play

FTTx DSLAM Cable Modem

Broadbandmobile datavideo

Bringing vastly extended scalability for business and residential users

ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing

5 Camada de Enlace 5-61

Carrier Ethernet Defined

bull Carrier Ethernet is a ubiquitous standardized carrier-class SERVICE defined by five attributes that distinguish Carrier Ethernet from familiar LAN based Ethernet

bull It brings the compelling business benefit of the Ethernet cost model to achieve significant savings

Carrier Ethernet

bull Scalability

bull Standardized Services

bull Service Management

bull Quality of Service

bull Reliability

Carrier Ethernet Attributes

httpwwwmetroethernetforumorg

5 Camada de Enlace 5-62

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos52 Teacutecnicas de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de acesso muacuteltiplo 54 Endereccedilamento na Camada de Enlace55 Ethernet56 Comutadores da camada de enlace57 PPP o protocolo ponto-a-ponto58 Virtualizaccedilatildeo de enlace uma rede como

camada de enlace59 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina

Web

5 Camada de Enlace 5-63

Hubs

hellip repetidores (ldquoburrosrdquo) da camada fiacutesicabits vindos de um dado link saem por todos

os outros links na mesma taxatodos os noacutes conectados ao hub podem

colidir uns com os outrosnatildeo haacute bufferizaccedilatildeo de quadrosnatildeo implementa CSMACD no hub cartotildees

do hospedeiro detectam as colisotildees

par tranccedilado

hub

5 Camada de Enlace 5-64

Comutador (switch)

Dispositivo da camada de enlace mais inteligentes que os hubs tecircm papel ativo armazena e retransmite quadros Ethernetexamina o cabeccedilalho do quadro e

seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento

transparentehospedeiros ignoram a presenccedila dos

switches plug-and-play self-learning (autodidatas)

os comutadores natildeo necessitam ser configurados

5 Camada de Enlace 5-65

Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas

hospedeiros tecircm conexatildeo direta e dedicada para o switch

os switches armazenam quadros

o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplex cada link eacute o seu proacuteprio

domiacutenio de colisatildeo comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-

para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees isto natildeo eacute possiacutevel com hubs

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

switch com seis interfaces(123456)

1 23

45

6

5 Camada de Enlace 5-66

Tabela de Comutaccedilatildeo

P como eacute que o switch sabe que Arsquo eacute alcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel a partir da interface 5

R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutem (endereccedilo MAC do hospedeiro

interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)

parece uma tabela de roteamento P como satildeo criadas e mantidas as

entradas na tabela de comutaccedilatildeo haacute algo como um protocolo de

roteamento

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

switch with six interfaces(123456)

1 23

45

6

5 Camada de Enlace 5-67

switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfaces quando um quadro eacute

recebido o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada

registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo

Switch autoaprendizagem

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 23

45

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

5 Camada de Enlace 5-685 Camada de Enlace

Switch FiltragemRepasse de quadrosQuando um comutador recebe um quadroregistra o link associado com o hospedeiro

transmissorindexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo

MAC do destinoif entrada encontrada para o destino

then if dest estiver no segmento de onde veio o

quadro then descarta o quadro else repassa o quadro na interface indicada else usa inundaccedilatildeoRepassa o quadro para todas as

demais interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido

5 Camada de Enlace 5-69

Exemplo de auto aprendizagem e repasse

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 23

45

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo

destino do quadro desconhecido inundaccedilatildeo

Arsquo A

local do destino A conhecido

Arsquo 4 60

transmissatildeo seletiva

5 Camada de Enlace 5-70

Exemplo com comutador

Suponha que C envia quadro para D

comutador recebe o quadro vindo de C anota na tabela de comutaccedilatildeo que C estaacute na interface 1 dado que D natildeo se encontra na tabela encaminha o quadro para as

demais interfaces 2 e 3

quadro eacute recebido por D

hub

hub hub

comutador

A

B CD

EF G H

I

endereccedilointerface

ABEG

1123

12 3

5 Camada de Enlace 5-71

Exemplo com comutador

Suponha que D responde com um quadro para C

comutador recebe o quadro vindo de D anota na tabela de comutaccedilatildeo que D estaacute na interface 2 dado que C estaacute na tabela encaminha o quadro apenas na interface

1

quadro eacute recebido por C

hub

hub hub

comutador

A

B CD

EF G H

I

interface

ABEGC

11231

endereccedilo

5 Camada de Enlace 5-72

Interligaccedilatildeo de comutadores

Podemos interligar comutadores (switches)

A

B

P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe que deve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3

R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenico comutador)

S1

C D

E

FS2

S4

S3

HI

G

5 Camada de Enlace 5-73

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde

para C

P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4

A

B

S1

C D

E

FS2

S4

S3

HI

G

1

2

5 Camada de Enlace 5-74

Rede Institucionalcorporativa

5 Camada de Enlace 5-75

Rede institucional

Para redeexterna

roteador

Subrede IP

Servidor de mensagens

Servidor web

5 Camada de Enlace 5-76

Comutadores versus Roteadores ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa

roteadores dispositivos da camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)

comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace roteadores mantecircm tabelas de roteamento

implementam algoritmos de roteamento comutadores mantecircm tabelas de comutaccedilatildeo

implementam filtragem algoritmos de aprendizagem

5 Camada de Enlace 5-77

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos52 Teacutecnicas de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de acesso muacuteltiplo 54 Endereccedilamento na Camada de Enlace55 Ethernet56 Comutadores da camada de enlace57 PPP o protocolo ponto-a-ponto58 Virtualizaccedilatildeo de enlace uma rede como

camada de enlace59 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina

Web

5 Camada de Enlace 5-78

Siacutentese um dia na vida de um pedido web jornada completa atravessando toda a pilha de

protocolos aplicaccedilatildeo transporte rede enlace

colocando tudo junto siacutentese objetivo identificar revisar entender os

protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web

cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom

5 Camada de Enlace 5-79

Um dia na vida cenaacuterio

rede da Comcast68800013

rede do Google64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola68802024

paacutegina web

navegador

5 Camada de Enlace 5-80

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPDHCP

quadro Ethernet difundido (dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador que executa o servidor DHCP

Ethernet demultiplexado para IP demultiplexado para UDP e demultiplexado paraDHCP

o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilo do primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP Solicitaccedilatildeo DHCP encapsulada em UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023 Ethernet

5 Camada de Enlace 5-81

roteador(roda DHCP)

servidor DHCP prepara ACK DHCP contendo endereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiro roteador nome e endereccedilo IP do servidor DNS

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

encapsulamento no servidor DHCP quadro repassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente

Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador

cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

5 Camada de Enlace 5-82

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

consulta DNS criada encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviar quadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP

consulta ARP difundida recebida pelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccedilo MAC da interface do roteador

o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiro roteador podendo agora enviar o quadro contendo a consulta DNS

ARP query

EthPhy

ARP

ARP

ARP reply

antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS

5 Camada de Enlace 5-83

roteador(roda DHCP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

DNS

datagrama IP conteacutem consulta DNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador

datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelos protocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS

demultiplexado pelo servidor DNS

servidor DNS responde ao cliente com o endereccedilo IP de wwwgooglecom

rede da Comcast68800013

servidor DNS

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

Um dia na vidahellip usando DNS

5 Camada de Enlace 5-84

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP

HTTPTCPIP

EthPhy

HTTP

para enviar pedido HTTP cliente primeiro abre um socket TCP para o servidor web segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web

conexatildeo TCP estabelecida64233169105

servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCPIP

EthPhy

SYN

SYN

SYN

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)

5 Camada de Enlace 5-85

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP

HTTPTCPIP

EthPhy

HTTP

solicitaccedilatildeo HTTP enviada para o socket TCP datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhado para wwwgooglecom

datagrama IP com a resposta HTTP eacute encaminhado de volta para o cliente

64233169105

servidor web

HTTPTCPIP

EthPhy

servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTPHTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

paacutegina web finalmente() apresentada

5 Camada de Enlace 5-86

Capiacutetulo 5 Resumo

princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dados detecccedilatildeo correccedilatildeo de erros compartilhamento de canal de difusatildeo acesso

muacuteltiplo endereccedilamento da camada de enlace

instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlace Ethernet LANs comutadas redes virtualizadas como camada de enlace MPLS

siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web

  • Capiacutetulo 5 A Camada de Enlace e Redes Locais
  • Camada de Enlace
  • Camada de Enlace Introduccedilatildeo
  • Camada de Enlace Contexto
  • Serviccedilos da Camada de Enlace
  • Serviccedilos da Camada de Enlace (mais)
  • Onde a camada de enlace eacute implementada
  • Comunicaccedilatildeo entre Adaptadores
  • Camada de Enlace (2)
  • Detecccedilatildeo de Erros
  • Verificaccedilotildees de Paridade
  • Soma de verificaccedilatildeo da Internet
  • Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica (CRC)
  • Exemplo de CRC
  • Implementaccedilatildeo em Hardware
  • Camada de Enlace (3)
  • Enlaces e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolo Ideal de Acesso Muacuteltiplo
  • Taxonomia dos Protocolos MAC
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal TDMA
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal FDMA
  • Protocolos de Acesso Aleatoacuterio
  • Slotted ALOHA
  • Slotted ALOHA (2)
  • Eficiecircncia do Slotted Aloha
  • ALOHA Puro (sem slots)
  • Eficiecircncia do Aloha puro
  • CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)
  • Colisotildees no CSMA
  • CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)
  • Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (2)
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (3)
  • Resumo dos protocolos MAC
  • Camada de Enlace (4)
  • Endereccedilos MAC
  • Endereccedilos MAC (2)
  • Endereccedilo MAC (cont)
  • ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de Resoluccedilatildeo de En
  • Protocolo ARP Mesma LAN (rede)
  • Roteando um pacote para outra LAN
  • Slide 44
  • Camada de Enlace (5)
  • Ethernet
  • Topologia em Estrela
  • Estrutura do Quadro Ethernet
  • Estrutura de Quadro Ethernet (cont)
  • Ethernet natildeo confiaacutevel e natildeo orientado para conexatildeo
  • Algoritmo CSMACD do Ethernet
  • CSMACD da Ethernet (mais)
  • Eficiecircncia do CSMACD
  • Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
  • 10Base5
  • 10Base2
  • 10BaseT
  • Conector RJ 45
  • 100Base-TX
  • Slide 60
  • Carrier Ethernet Defined
  • Camada de Enlace (6)
  • Hubs
  • Comutador (switch)
  • Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
  • Tabela de Comutaccedilatildeo
  • Switch autoaprendizagem
  • Switch FiltragemRepasse de quadros
  • Exemplo de auto aprendizagem e repasse
  • Exemplo com comutador
  • Exemplo com comutador (2)
  • Interligaccedilatildeo de comutadores
  • Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores
  • Rede Institucionalcorporativa
  • Rede institucional
  • Comutadores versus Roteadores
  • Camada de Enlace (7)
  • Siacutentese um dia na vida de um pedido web
  • Um dia na vida cenaacuterio
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet (2)
  • Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
  • Um dia na vidahellip usando DNS
  • Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
  • Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
  • Capiacutetulo 5 Resumo
Page 61: 5: Camada de Enlace 5-1 Capítulo 5: A Camada de Enlace e Redes Locais Nossos objetivos: Entender os princípios por trás dos serviços da camada de enlace

5 Camada de Enlace 5-61

Carrier Ethernet Defined

bull Carrier Ethernet is a ubiquitous standardized carrier-class SERVICE defined by five attributes that distinguish Carrier Ethernet from familiar LAN based Ethernet

bull It brings the compelling business benefit of the Ethernet cost model to achieve significant savings

Carrier Ethernet

bull Scalability

bull Standardized Services

bull Service Management

bull Quality of Service

bull Reliability

Carrier Ethernet Attributes

httpwwwmetroethernetforumorg

5 Camada de Enlace 5-62

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos52 Teacutecnicas de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de acesso muacuteltiplo 54 Endereccedilamento na Camada de Enlace55 Ethernet56 Comutadores da camada de enlace57 PPP o protocolo ponto-a-ponto58 Virtualizaccedilatildeo de enlace uma rede como

camada de enlace59 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina

Web

5 Camada de Enlace 5-63

Hubs

hellip repetidores (ldquoburrosrdquo) da camada fiacutesicabits vindos de um dado link saem por todos

os outros links na mesma taxatodos os noacutes conectados ao hub podem

colidir uns com os outrosnatildeo haacute bufferizaccedilatildeo de quadrosnatildeo implementa CSMACD no hub cartotildees

do hospedeiro detectam as colisotildees

par tranccedilado

hub

5 Camada de Enlace 5-64

Comutador (switch)

Dispositivo da camada de enlace mais inteligentes que os hubs tecircm papel ativo armazena e retransmite quadros Ethernetexamina o cabeccedilalho do quadro e

seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento

transparentehospedeiros ignoram a presenccedila dos

switches plug-and-play self-learning (autodidatas)

os comutadores natildeo necessitam ser configurados

5 Camada de Enlace 5-65

Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas

hospedeiros tecircm conexatildeo direta e dedicada para o switch

os switches armazenam quadros

o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplex cada link eacute o seu proacuteprio

domiacutenio de colisatildeo comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-

para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees isto natildeo eacute possiacutevel com hubs

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

switch com seis interfaces(123456)

1 23

45

6

5 Camada de Enlace 5-66

Tabela de Comutaccedilatildeo

P como eacute que o switch sabe que Arsquo eacute alcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel a partir da interface 5

R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutem (endereccedilo MAC do hospedeiro

interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)

parece uma tabela de roteamento P como satildeo criadas e mantidas as

entradas na tabela de comutaccedilatildeo haacute algo como um protocolo de

roteamento

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

switch with six interfaces(123456)

1 23

45

6

5 Camada de Enlace 5-67

switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfaces quando um quadro eacute

recebido o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada

registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo

Switch autoaprendizagem

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 23

45

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

5 Camada de Enlace 5-685 Camada de Enlace

Switch FiltragemRepasse de quadrosQuando um comutador recebe um quadroregistra o link associado com o hospedeiro

transmissorindexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo

MAC do destinoif entrada encontrada para o destino

then if dest estiver no segmento de onde veio o

quadro then descarta o quadro else repassa o quadro na interface indicada else usa inundaccedilatildeoRepassa o quadro para todas as

demais interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido

5 Camada de Enlace 5-69

Exemplo de auto aprendizagem e repasse

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 23

45

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo

destino do quadro desconhecido inundaccedilatildeo

Arsquo A

local do destino A conhecido

Arsquo 4 60

transmissatildeo seletiva

5 Camada de Enlace 5-70

Exemplo com comutador

Suponha que C envia quadro para D

comutador recebe o quadro vindo de C anota na tabela de comutaccedilatildeo que C estaacute na interface 1 dado que D natildeo se encontra na tabela encaminha o quadro para as

demais interfaces 2 e 3

quadro eacute recebido por D

hub

hub hub

comutador

A

B CD

EF G H

I

endereccedilointerface

ABEG

1123

12 3

5 Camada de Enlace 5-71

Exemplo com comutador

Suponha que D responde com um quadro para C

comutador recebe o quadro vindo de D anota na tabela de comutaccedilatildeo que D estaacute na interface 2 dado que C estaacute na tabela encaminha o quadro apenas na interface

1

quadro eacute recebido por C

hub

hub hub

comutador

A

B CD

EF G H

I

interface

ABEGC

11231

endereccedilo

5 Camada de Enlace 5-72

Interligaccedilatildeo de comutadores

Podemos interligar comutadores (switches)

A

B

P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe que deve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3

R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenico comutador)

S1

C D

E

FS2

S4

S3

HI

G

5 Camada de Enlace 5-73

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde

para C

P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4

A

B

S1

C D

E

FS2

S4

S3

HI

G

1

2

5 Camada de Enlace 5-74

Rede Institucionalcorporativa

5 Camada de Enlace 5-75

Rede institucional

Para redeexterna

roteador

Subrede IP

Servidor de mensagens

Servidor web

5 Camada de Enlace 5-76

Comutadores versus Roteadores ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa

roteadores dispositivos da camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)

comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace roteadores mantecircm tabelas de roteamento

implementam algoritmos de roteamento comutadores mantecircm tabelas de comutaccedilatildeo

implementam filtragem algoritmos de aprendizagem

5 Camada de Enlace 5-77

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos52 Teacutecnicas de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de acesso muacuteltiplo 54 Endereccedilamento na Camada de Enlace55 Ethernet56 Comutadores da camada de enlace57 PPP o protocolo ponto-a-ponto58 Virtualizaccedilatildeo de enlace uma rede como

camada de enlace59 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina

Web

5 Camada de Enlace 5-78

Siacutentese um dia na vida de um pedido web jornada completa atravessando toda a pilha de

protocolos aplicaccedilatildeo transporte rede enlace

colocando tudo junto siacutentese objetivo identificar revisar entender os

protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web

cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom

5 Camada de Enlace 5-79

Um dia na vida cenaacuterio

rede da Comcast68800013

rede do Google64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola68802024

paacutegina web

navegador

5 Camada de Enlace 5-80

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPDHCP

quadro Ethernet difundido (dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador que executa o servidor DHCP

Ethernet demultiplexado para IP demultiplexado para UDP e demultiplexado paraDHCP

o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilo do primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP Solicitaccedilatildeo DHCP encapsulada em UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023 Ethernet

5 Camada de Enlace 5-81

roteador(roda DHCP)

servidor DHCP prepara ACK DHCP contendo endereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiro roteador nome e endereccedilo IP do servidor DNS

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

encapsulamento no servidor DHCP quadro repassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente

Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador

cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

5 Camada de Enlace 5-82

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

consulta DNS criada encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviar quadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP

consulta ARP difundida recebida pelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccedilo MAC da interface do roteador

o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiro roteador podendo agora enviar o quadro contendo a consulta DNS

ARP query

EthPhy

ARP

ARP

ARP reply

antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS

5 Camada de Enlace 5-83

roteador(roda DHCP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

DNS

datagrama IP conteacutem consulta DNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador

datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelos protocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS

demultiplexado pelo servidor DNS

servidor DNS responde ao cliente com o endereccedilo IP de wwwgooglecom

rede da Comcast68800013

servidor DNS

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

Um dia na vidahellip usando DNS

5 Camada de Enlace 5-84

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP

HTTPTCPIP

EthPhy

HTTP

para enviar pedido HTTP cliente primeiro abre um socket TCP para o servidor web segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web

conexatildeo TCP estabelecida64233169105

servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCPIP

EthPhy

SYN

SYN

SYN

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)

5 Camada de Enlace 5-85

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP

HTTPTCPIP

EthPhy

HTTP

solicitaccedilatildeo HTTP enviada para o socket TCP datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhado para wwwgooglecom

datagrama IP com a resposta HTTP eacute encaminhado de volta para o cliente

64233169105

servidor web

HTTPTCPIP

EthPhy

servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTPHTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

paacutegina web finalmente() apresentada

5 Camada de Enlace 5-86

Capiacutetulo 5 Resumo

princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dados detecccedilatildeo correccedilatildeo de erros compartilhamento de canal de difusatildeo acesso

muacuteltiplo endereccedilamento da camada de enlace

instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlace Ethernet LANs comutadas redes virtualizadas como camada de enlace MPLS

siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web

  • Capiacutetulo 5 A Camada de Enlace e Redes Locais
  • Camada de Enlace
  • Camada de Enlace Introduccedilatildeo
  • Camada de Enlace Contexto
  • Serviccedilos da Camada de Enlace
  • Serviccedilos da Camada de Enlace (mais)
  • Onde a camada de enlace eacute implementada
  • Comunicaccedilatildeo entre Adaptadores
  • Camada de Enlace (2)
  • Detecccedilatildeo de Erros
  • Verificaccedilotildees de Paridade
  • Soma de verificaccedilatildeo da Internet
  • Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica (CRC)
  • Exemplo de CRC
  • Implementaccedilatildeo em Hardware
  • Camada de Enlace (3)
  • Enlaces e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolo Ideal de Acesso Muacuteltiplo
  • Taxonomia dos Protocolos MAC
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal TDMA
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal FDMA
  • Protocolos de Acesso Aleatoacuterio
  • Slotted ALOHA
  • Slotted ALOHA (2)
  • Eficiecircncia do Slotted Aloha
  • ALOHA Puro (sem slots)
  • Eficiecircncia do Aloha puro
  • CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)
  • Colisotildees no CSMA
  • CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)
  • Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (2)
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (3)
  • Resumo dos protocolos MAC
  • Camada de Enlace (4)
  • Endereccedilos MAC
  • Endereccedilos MAC (2)
  • Endereccedilo MAC (cont)
  • ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de Resoluccedilatildeo de En
  • Protocolo ARP Mesma LAN (rede)
  • Roteando um pacote para outra LAN
  • Slide 44
  • Camada de Enlace (5)
  • Ethernet
  • Topologia em Estrela
  • Estrutura do Quadro Ethernet
  • Estrutura de Quadro Ethernet (cont)
  • Ethernet natildeo confiaacutevel e natildeo orientado para conexatildeo
  • Algoritmo CSMACD do Ethernet
  • CSMACD da Ethernet (mais)
  • Eficiecircncia do CSMACD
  • Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
  • 10Base5
  • 10Base2
  • 10BaseT
  • Conector RJ 45
  • 100Base-TX
  • Slide 60
  • Carrier Ethernet Defined
  • Camada de Enlace (6)
  • Hubs
  • Comutador (switch)
  • Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
  • Tabela de Comutaccedilatildeo
  • Switch autoaprendizagem
  • Switch FiltragemRepasse de quadros
  • Exemplo de auto aprendizagem e repasse
  • Exemplo com comutador
  • Exemplo com comutador (2)
  • Interligaccedilatildeo de comutadores
  • Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores
  • Rede Institucionalcorporativa
  • Rede institucional
  • Comutadores versus Roteadores
  • Camada de Enlace (7)
  • Siacutentese um dia na vida de um pedido web
  • Um dia na vida cenaacuterio
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet (2)
  • Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
  • Um dia na vidahellip usando DNS
  • Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
  • Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
  • Capiacutetulo 5 Resumo
Page 62: 5: Camada de Enlace 5-1 Capítulo 5: A Camada de Enlace e Redes Locais Nossos objetivos: Entender os princípios por trás dos serviços da camada de enlace

5 Camada de Enlace 5-62

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos52 Teacutecnicas de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de acesso muacuteltiplo 54 Endereccedilamento na Camada de Enlace55 Ethernet56 Comutadores da camada de enlace57 PPP o protocolo ponto-a-ponto58 Virtualizaccedilatildeo de enlace uma rede como

camada de enlace59 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina

Web

5 Camada de Enlace 5-63

Hubs

hellip repetidores (ldquoburrosrdquo) da camada fiacutesicabits vindos de um dado link saem por todos

os outros links na mesma taxatodos os noacutes conectados ao hub podem

colidir uns com os outrosnatildeo haacute bufferizaccedilatildeo de quadrosnatildeo implementa CSMACD no hub cartotildees

do hospedeiro detectam as colisotildees

par tranccedilado

hub

5 Camada de Enlace 5-64

Comutador (switch)

Dispositivo da camada de enlace mais inteligentes que os hubs tecircm papel ativo armazena e retransmite quadros Ethernetexamina o cabeccedilalho do quadro e

seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento

transparentehospedeiros ignoram a presenccedila dos

switches plug-and-play self-learning (autodidatas)

os comutadores natildeo necessitam ser configurados

5 Camada de Enlace 5-65

Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas

hospedeiros tecircm conexatildeo direta e dedicada para o switch

os switches armazenam quadros

o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplex cada link eacute o seu proacuteprio

domiacutenio de colisatildeo comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-

para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees isto natildeo eacute possiacutevel com hubs

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

switch com seis interfaces(123456)

1 23

45

6

5 Camada de Enlace 5-66

Tabela de Comutaccedilatildeo

P como eacute que o switch sabe que Arsquo eacute alcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel a partir da interface 5

R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutem (endereccedilo MAC do hospedeiro

interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)

parece uma tabela de roteamento P como satildeo criadas e mantidas as

entradas na tabela de comutaccedilatildeo haacute algo como um protocolo de

roteamento

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

switch with six interfaces(123456)

1 23

45

6

5 Camada de Enlace 5-67

switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfaces quando um quadro eacute

recebido o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada

registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo

Switch autoaprendizagem

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 23

45

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

5 Camada de Enlace 5-685 Camada de Enlace

Switch FiltragemRepasse de quadrosQuando um comutador recebe um quadroregistra o link associado com o hospedeiro

transmissorindexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo

MAC do destinoif entrada encontrada para o destino

then if dest estiver no segmento de onde veio o

quadro then descarta o quadro else repassa o quadro na interface indicada else usa inundaccedilatildeoRepassa o quadro para todas as

demais interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido

5 Camada de Enlace 5-69

Exemplo de auto aprendizagem e repasse

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 23

45

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo

destino do quadro desconhecido inundaccedilatildeo

Arsquo A

local do destino A conhecido

Arsquo 4 60

transmissatildeo seletiva

5 Camada de Enlace 5-70

Exemplo com comutador

Suponha que C envia quadro para D

comutador recebe o quadro vindo de C anota na tabela de comutaccedilatildeo que C estaacute na interface 1 dado que D natildeo se encontra na tabela encaminha o quadro para as

demais interfaces 2 e 3

quadro eacute recebido por D

hub

hub hub

comutador

A

B CD

EF G H

I

endereccedilointerface

ABEG

1123

12 3

5 Camada de Enlace 5-71

Exemplo com comutador

Suponha que D responde com um quadro para C

comutador recebe o quadro vindo de D anota na tabela de comutaccedilatildeo que D estaacute na interface 2 dado que C estaacute na tabela encaminha o quadro apenas na interface

1

quadro eacute recebido por C

hub

hub hub

comutador

A

B CD

EF G H

I

interface

ABEGC

11231

endereccedilo

5 Camada de Enlace 5-72

Interligaccedilatildeo de comutadores

Podemos interligar comutadores (switches)

A

B

P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe que deve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3

R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenico comutador)

S1

C D

E

FS2

S4

S3

HI

G

5 Camada de Enlace 5-73

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde

para C

P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4

A

B

S1

C D

E

FS2

S4

S3

HI

G

1

2

5 Camada de Enlace 5-74

Rede Institucionalcorporativa

5 Camada de Enlace 5-75

Rede institucional

Para redeexterna

roteador

Subrede IP

Servidor de mensagens

Servidor web

5 Camada de Enlace 5-76

Comutadores versus Roteadores ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa

roteadores dispositivos da camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)

comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace roteadores mantecircm tabelas de roteamento

implementam algoritmos de roteamento comutadores mantecircm tabelas de comutaccedilatildeo

implementam filtragem algoritmos de aprendizagem

5 Camada de Enlace 5-77

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos52 Teacutecnicas de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de acesso muacuteltiplo 54 Endereccedilamento na Camada de Enlace55 Ethernet56 Comutadores da camada de enlace57 PPP o protocolo ponto-a-ponto58 Virtualizaccedilatildeo de enlace uma rede como

camada de enlace59 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina

Web

5 Camada de Enlace 5-78

Siacutentese um dia na vida de um pedido web jornada completa atravessando toda a pilha de

protocolos aplicaccedilatildeo transporte rede enlace

colocando tudo junto siacutentese objetivo identificar revisar entender os

protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web

cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom

5 Camada de Enlace 5-79

Um dia na vida cenaacuterio

rede da Comcast68800013

rede do Google64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola68802024

paacutegina web

navegador

5 Camada de Enlace 5-80

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPDHCP

quadro Ethernet difundido (dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador que executa o servidor DHCP

Ethernet demultiplexado para IP demultiplexado para UDP e demultiplexado paraDHCP

o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilo do primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP Solicitaccedilatildeo DHCP encapsulada em UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023 Ethernet

5 Camada de Enlace 5-81

roteador(roda DHCP)

servidor DHCP prepara ACK DHCP contendo endereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiro roteador nome e endereccedilo IP do servidor DNS

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

encapsulamento no servidor DHCP quadro repassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente

Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador

cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

5 Camada de Enlace 5-82

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

consulta DNS criada encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviar quadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP

consulta ARP difundida recebida pelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccedilo MAC da interface do roteador

o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiro roteador podendo agora enviar o quadro contendo a consulta DNS

ARP query

EthPhy

ARP

ARP

ARP reply

antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS

5 Camada de Enlace 5-83

roteador(roda DHCP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

DNS

datagrama IP conteacutem consulta DNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador

datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelos protocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS

demultiplexado pelo servidor DNS

servidor DNS responde ao cliente com o endereccedilo IP de wwwgooglecom

rede da Comcast68800013

servidor DNS

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

Um dia na vidahellip usando DNS

5 Camada de Enlace 5-84

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP

HTTPTCPIP

EthPhy

HTTP

para enviar pedido HTTP cliente primeiro abre um socket TCP para o servidor web segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web

conexatildeo TCP estabelecida64233169105

servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCPIP

EthPhy

SYN

SYN

SYN

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)

5 Camada de Enlace 5-85

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP

HTTPTCPIP

EthPhy

HTTP

solicitaccedilatildeo HTTP enviada para o socket TCP datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhado para wwwgooglecom

datagrama IP com a resposta HTTP eacute encaminhado de volta para o cliente

64233169105

servidor web

HTTPTCPIP

EthPhy

servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTPHTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

paacutegina web finalmente() apresentada

5 Camada de Enlace 5-86

Capiacutetulo 5 Resumo

princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dados detecccedilatildeo correccedilatildeo de erros compartilhamento de canal de difusatildeo acesso

muacuteltiplo endereccedilamento da camada de enlace

instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlace Ethernet LANs comutadas redes virtualizadas como camada de enlace MPLS

siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web

  • Capiacutetulo 5 A Camada de Enlace e Redes Locais
  • Camada de Enlace
  • Camada de Enlace Introduccedilatildeo
  • Camada de Enlace Contexto
  • Serviccedilos da Camada de Enlace
  • Serviccedilos da Camada de Enlace (mais)
  • Onde a camada de enlace eacute implementada
  • Comunicaccedilatildeo entre Adaptadores
  • Camada de Enlace (2)
  • Detecccedilatildeo de Erros
  • Verificaccedilotildees de Paridade
  • Soma de verificaccedilatildeo da Internet
  • Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica (CRC)
  • Exemplo de CRC
  • Implementaccedilatildeo em Hardware
  • Camada de Enlace (3)
  • Enlaces e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolo Ideal de Acesso Muacuteltiplo
  • Taxonomia dos Protocolos MAC
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal TDMA
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal FDMA
  • Protocolos de Acesso Aleatoacuterio
  • Slotted ALOHA
  • Slotted ALOHA (2)
  • Eficiecircncia do Slotted Aloha
  • ALOHA Puro (sem slots)
  • Eficiecircncia do Aloha puro
  • CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)
  • Colisotildees no CSMA
  • CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)
  • Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (2)
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (3)
  • Resumo dos protocolos MAC
  • Camada de Enlace (4)
  • Endereccedilos MAC
  • Endereccedilos MAC (2)
  • Endereccedilo MAC (cont)
  • ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de Resoluccedilatildeo de En
  • Protocolo ARP Mesma LAN (rede)
  • Roteando um pacote para outra LAN
  • Slide 44
  • Camada de Enlace (5)
  • Ethernet
  • Topologia em Estrela
  • Estrutura do Quadro Ethernet
  • Estrutura de Quadro Ethernet (cont)
  • Ethernet natildeo confiaacutevel e natildeo orientado para conexatildeo
  • Algoritmo CSMACD do Ethernet
  • CSMACD da Ethernet (mais)
  • Eficiecircncia do CSMACD
  • Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
  • 10Base5
  • 10Base2
  • 10BaseT
  • Conector RJ 45
  • 100Base-TX
  • Slide 60
  • Carrier Ethernet Defined
  • Camada de Enlace (6)
  • Hubs
  • Comutador (switch)
  • Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
  • Tabela de Comutaccedilatildeo
  • Switch autoaprendizagem
  • Switch FiltragemRepasse de quadros
  • Exemplo de auto aprendizagem e repasse
  • Exemplo com comutador
  • Exemplo com comutador (2)
  • Interligaccedilatildeo de comutadores
  • Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores
  • Rede Institucionalcorporativa
  • Rede institucional
  • Comutadores versus Roteadores
  • Camada de Enlace (7)
  • Siacutentese um dia na vida de um pedido web
  • Um dia na vida cenaacuterio
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet (2)
  • Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
  • Um dia na vidahellip usando DNS
  • Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
  • Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
  • Capiacutetulo 5 Resumo
Page 63: 5: Camada de Enlace 5-1 Capítulo 5: A Camada de Enlace e Redes Locais Nossos objetivos: Entender os princípios por trás dos serviços da camada de enlace

5 Camada de Enlace 5-63

Hubs

hellip repetidores (ldquoburrosrdquo) da camada fiacutesicabits vindos de um dado link saem por todos

os outros links na mesma taxatodos os noacutes conectados ao hub podem

colidir uns com os outrosnatildeo haacute bufferizaccedilatildeo de quadrosnatildeo implementa CSMACD no hub cartotildees

do hospedeiro detectam as colisotildees

par tranccedilado

hub

5 Camada de Enlace 5-64

Comutador (switch)

Dispositivo da camada de enlace mais inteligentes que os hubs tecircm papel ativo armazena e retransmite quadros Ethernetexamina o cabeccedilalho do quadro e

seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento

transparentehospedeiros ignoram a presenccedila dos

switches plug-and-play self-learning (autodidatas)

os comutadores natildeo necessitam ser configurados

5 Camada de Enlace 5-65

Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas

hospedeiros tecircm conexatildeo direta e dedicada para o switch

os switches armazenam quadros

o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplex cada link eacute o seu proacuteprio

domiacutenio de colisatildeo comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-

para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees isto natildeo eacute possiacutevel com hubs

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

switch com seis interfaces(123456)

1 23

45

6

5 Camada de Enlace 5-66

Tabela de Comutaccedilatildeo

P como eacute que o switch sabe que Arsquo eacute alcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel a partir da interface 5

R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutem (endereccedilo MAC do hospedeiro

interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)

parece uma tabela de roteamento P como satildeo criadas e mantidas as

entradas na tabela de comutaccedilatildeo haacute algo como um protocolo de

roteamento

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

switch with six interfaces(123456)

1 23

45

6

5 Camada de Enlace 5-67

switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfaces quando um quadro eacute

recebido o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada

registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo

Switch autoaprendizagem

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 23

45

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

5 Camada de Enlace 5-685 Camada de Enlace

Switch FiltragemRepasse de quadrosQuando um comutador recebe um quadroregistra o link associado com o hospedeiro

transmissorindexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo

MAC do destinoif entrada encontrada para o destino

then if dest estiver no segmento de onde veio o

quadro then descarta o quadro else repassa o quadro na interface indicada else usa inundaccedilatildeoRepassa o quadro para todas as

demais interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido

5 Camada de Enlace 5-69

Exemplo de auto aprendizagem e repasse

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 23

45

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo

destino do quadro desconhecido inundaccedilatildeo

Arsquo A

local do destino A conhecido

Arsquo 4 60

transmissatildeo seletiva

5 Camada de Enlace 5-70

Exemplo com comutador

Suponha que C envia quadro para D

comutador recebe o quadro vindo de C anota na tabela de comutaccedilatildeo que C estaacute na interface 1 dado que D natildeo se encontra na tabela encaminha o quadro para as

demais interfaces 2 e 3

quadro eacute recebido por D

hub

hub hub

comutador

A

B CD

EF G H

I

endereccedilointerface

ABEG

1123

12 3

5 Camada de Enlace 5-71

Exemplo com comutador

Suponha que D responde com um quadro para C

comutador recebe o quadro vindo de D anota na tabela de comutaccedilatildeo que D estaacute na interface 2 dado que C estaacute na tabela encaminha o quadro apenas na interface

1

quadro eacute recebido por C

hub

hub hub

comutador

A

B CD

EF G H

I

interface

ABEGC

11231

endereccedilo

5 Camada de Enlace 5-72

Interligaccedilatildeo de comutadores

Podemos interligar comutadores (switches)

A

B

P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe que deve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3

R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenico comutador)

S1

C D

E

FS2

S4

S3

HI

G

5 Camada de Enlace 5-73

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde

para C

P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4

A

B

S1

C D

E

FS2

S4

S3

HI

G

1

2

5 Camada de Enlace 5-74

Rede Institucionalcorporativa

5 Camada de Enlace 5-75

Rede institucional

Para redeexterna

roteador

Subrede IP

Servidor de mensagens

Servidor web

5 Camada de Enlace 5-76

Comutadores versus Roteadores ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa

roteadores dispositivos da camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)

comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace roteadores mantecircm tabelas de roteamento

implementam algoritmos de roteamento comutadores mantecircm tabelas de comutaccedilatildeo

implementam filtragem algoritmos de aprendizagem

5 Camada de Enlace 5-77

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos52 Teacutecnicas de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de acesso muacuteltiplo 54 Endereccedilamento na Camada de Enlace55 Ethernet56 Comutadores da camada de enlace57 PPP o protocolo ponto-a-ponto58 Virtualizaccedilatildeo de enlace uma rede como

camada de enlace59 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina

Web

5 Camada de Enlace 5-78

Siacutentese um dia na vida de um pedido web jornada completa atravessando toda a pilha de

protocolos aplicaccedilatildeo transporte rede enlace

colocando tudo junto siacutentese objetivo identificar revisar entender os

protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web

cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom

5 Camada de Enlace 5-79

Um dia na vida cenaacuterio

rede da Comcast68800013

rede do Google64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola68802024

paacutegina web

navegador

5 Camada de Enlace 5-80

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPDHCP

quadro Ethernet difundido (dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador que executa o servidor DHCP

Ethernet demultiplexado para IP demultiplexado para UDP e demultiplexado paraDHCP

o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilo do primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP Solicitaccedilatildeo DHCP encapsulada em UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023 Ethernet

5 Camada de Enlace 5-81

roteador(roda DHCP)

servidor DHCP prepara ACK DHCP contendo endereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiro roteador nome e endereccedilo IP do servidor DNS

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

encapsulamento no servidor DHCP quadro repassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente

Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador

cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

5 Camada de Enlace 5-82

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

consulta DNS criada encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviar quadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP

consulta ARP difundida recebida pelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccedilo MAC da interface do roteador

o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiro roteador podendo agora enviar o quadro contendo a consulta DNS

ARP query

EthPhy

ARP

ARP

ARP reply

antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS

5 Camada de Enlace 5-83

roteador(roda DHCP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

DNS

datagrama IP conteacutem consulta DNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador

datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelos protocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS

demultiplexado pelo servidor DNS

servidor DNS responde ao cliente com o endereccedilo IP de wwwgooglecom

rede da Comcast68800013

servidor DNS

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

Um dia na vidahellip usando DNS

5 Camada de Enlace 5-84

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP

HTTPTCPIP

EthPhy

HTTP

para enviar pedido HTTP cliente primeiro abre um socket TCP para o servidor web segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web

conexatildeo TCP estabelecida64233169105

servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCPIP

EthPhy

SYN

SYN

SYN

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)

5 Camada de Enlace 5-85

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP

HTTPTCPIP

EthPhy

HTTP

solicitaccedilatildeo HTTP enviada para o socket TCP datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhado para wwwgooglecom

datagrama IP com a resposta HTTP eacute encaminhado de volta para o cliente

64233169105

servidor web

HTTPTCPIP

EthPhy

servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTPHTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

paacutegina web finalmente() apresentada

5 Camada de Enlace 5-86

Capiacutetulo 5 Resumo

princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dados detecccedilatildeo correccedilatildeo de erros compartilhamento de canal de difusatildeo acesso

muacuteltiplo endereccedilamento da camada de enlace

instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlace Ethernet LANs comutadas redes virtualizadas como camada de enlace MPLS

siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web

  • Capiacutetulo 5 A Camada de Enlace e Redes Locais
  • Camada de Enlace
  • Camada de Enlace Introduccedilatildeo
  • Camada de Enlace Contexto
  • Serviccedilos da Camada de Enlace
  • Serviccedilos da Camada de Enlace (mais)
  • Onde a camada de enlace eacute implementada
  • Comunicaccedilatildeo entre Adaptadores
  • Camada de Enlace (2)
  • Detecccedilatildeo de Erros
  • Verificaccedilotildees de Paridade
  • Soma de verificaccedilatildeo da Internet
  • Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica (CRC)
  • Exemplo de CRC
  • Implementaccedilatildeo em Hardware
  • Camada de Enlace (3)
  • Enlaces e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolo Ideal de Acesso Muacuteltiplo
  • Taxonomia dos Protocolos MAC
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal TDMA
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal FDMA
  • Protocolos de Acesso Aleatoacuterio
  • Slotted ALOHA
  • Slotted ALOHA (2)
  • Eficiecircncia do Slotted Aloha
  • ALOHA Puro (sem slots)
  • Eficiecircncia do Aloha puro
  • CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)
  • Colisotildees no CSMA
  • CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)
  • Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (2)
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (3)
  • Resumo dos protocolos MAC
  • Camada de Enlace (4)
  • Endereccedilos MAC
  • Endereccedilos MAC (2)
  • Endereccedilo MAC (cont)
  • ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de Resoluccedilatildeo de En
  • Protocolo ARP Mesma LAN (rede)
  • Roteando um pacote para outra LAN
  • Slide 44
  • Camada de Enlace (5)
  • Ethernet
  • Topologia em Estrela
  • Estrutura do Quadro Ethernet
  • Estrutura de Quadro Ethernet (cont)
  • Ethernet natildeo confiaacutevel e natildeo orientado para conexatildeo
  • Algoritmo CSMACD do Ethernet
  • CSMACD da Ethernet (mais)
  • Eficiecircncia do CSMACD
  • Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
  • 10Base5
  • 10Base2
  • 10BaseT
  • Conector RJ 45
  • 100Base-TX
  • Slide 60
  • Carrier Ethernet Defined
  • Camada de Enlace (6)
  • Hubs
  • Comutador (switch)
  • Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
  • Tabela de Comutaccedilatildeo
  • Switch autoaprendizagem
  • Switch FiltragemRepasse de quadros
  • Exemplo de auto aprendizagem e repasse
  • Exemplo com comutador
  • Exemplo com comutador (2)
  • Interligaccedilatildeo de comutadores
  • Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores
  • Rede Institucionalcorporativa
  • Rede institucional
  • Comutadores versus Roteadores
  • Camada de Enlace (7)
  • Siacutentese um dia na vida de um pedido web
  • Um dia na vida cenaacuterio
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet (2)
  • Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
  • Um dia na vidahellip usando DNS
  • Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
  • Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
  • Capiacutetulo 5 Resumo
Page 64: 5: Camada de Enlace 5-1 Capítulo 5: A Camada de Enlace e Redes Locais Nossos objetivos: Entender os princípios por trás dos serviços da camada de enlace

5 Camada de Enlace 5-64

Comutador (switch)

Dispositivo da camada de enlace mais inteligentes que os hubs tecircm papel ativo armazena e retransmite quadros Ethernetexamina o cabeccedilalho do quadro e

seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento

transparentehospedeiros ignoram a presenccedila dos

switches plug-and-play self-learning (autodidatas)

os comutadores natildeo necessitam ser configurados

5 Camada de Enlace 5-65

Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas

hospedeiros tecircm conexatildeo direta e dedicada para o switch

os switches armazenam quadros

o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplex cada link eacute o seu proacuteprio

domiacutenio de colisatildeo comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-

para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees isto natildeo eacute possiacutevel com hubs

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

switch com seis interfaces(123456)

1 23

45

6

5 Camada de Enlace 5-66

Tabela de Comutaccedilatildeo

P como eacute que o switch sabe que Arsquo eacute alcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel a partir da interface 5

R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutem (endereccedilo MAC do hospedeiro

interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)

parece uma tabela de roteamento P como satildeo criadas e mantidas as

entradas na tabela de comutaccedilatildeo haacute algo como um protocolo de

roteamento

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

switch with six interfaces(123456)

1 23

45

6

5 Camada de Enlace 5-67

switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfaces quando um quadro eacute

recebido o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada

registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo

Switch autoaprendizagem

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 23

45

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

5 Camada de Enlace 5-685 Camada de Enlace

Switch FiltragemRepasse de quadrosQuando um comutador recebe um quadroregistra o link associado com o hospedeiro

transmissorindexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo

MAC do destinoif entrada encontrada para o destino

then if dest estiver no segmento de onde veio o

quadro then descarta o quadro else repassa o quadro na interface indicada else usa inundaccedilatildeoRepassa o quadro para todas as

demais interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido

5 Camada de Enlace 5-69

Exemplo de auto aprendizagem e repasse

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 23

45

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo

destino do quadro desconhecido inundaccedilatildeo

Arsquo A

local do destino A conhecido

Arsquo 4 60

transmissatildeo seletiva

5 Camada de Enlace 5-70

Exemplo com comutador

Suponha que C envia quadro para D

comutador recebe o quadro vindo de C anota na tabela de comutaccedilatildeo que C estaacute na interface 1 dado que D natildeo se encontra na tabela encaminha o quadro para as

demais interfaces 2 e 3

quadro eacute recebido por D

hub

hub hub

comutador

A

B CD

EF G H

I

endereccedilointerface

ABEG

1123

12 3

5 Camada de Enlace 5-71

Exemplo com comutador

Suponha que D responde com um quadro para C

comutador recebe o quadro vindo de D anota na tabela de comutaccedilatildeo que D estaacute na interface 2 dado que C estaacute na tabela encaminha o quadro apenas na interface

1

quadro eacute recebido por C

hub

hub hub

comutador

A

B CD

EF G H

I

interface

ABEGC

11231

endereccedilo

5 Camada de Enlace 5-72

Interligaccedilatildeo de comutadores

Podemos interligar comutadores (switches)

A

B

P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe que deve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3

R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenico comutador)

S1

C D

E

FS2

S4

S3

HI

G

5 Camada de Enlace 5-73

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde

para C

P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4

A

B

S1

C D

E

FS2

S4

S3

HI

G

1

2

5 Camada de Enlace 5-74

Rede Institucionalcorporativa

5 Camada de Enlace 5-75

Rede institucional

Para redeexterna

roteador

Subrede IP

Servidor de mensagens

Servidor web

5 Camada de Enlace 5-76

Comutadores versus Roteadores ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa

roteadores dispositivos da camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)

comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace roteadores mantecircm tabelas de roteamento

implementam algoritmos de roteamento comutadores mantecircm tabelas de comutaccedilatildeo

implementam filtragem algoritmos de aprendizagem

5 Camada de Enlace 5-77

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos52 Teacutecnicas de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de acesso muacuteltiplo 54 Endereccedilamento na Camada de Enlace55 Ethernet56 Comutadores da camada de enlace57 PPP o protocolo ponto-a-ponto58 Virtualizaccedilatildeo de enlace uma rede como

camada de enlace59 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina

Web

5 Camada de Enlace 5-78

Siacutentese um dia na vida de um pedido web jornada completa atravessando toda a pilha de

protocolos aplicaccedilatildeo transporte rede enlace

colocando tudo junto siacutentese objetivo identificar revisar entender os

protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web

cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom

5 Camada de Enlace 5-79

Um dia na vida cenaacuterio

rede da Comcast68800013

rede do Google64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola68802024

paacutegina web

navegador

5 Camada de Enlace 5-80

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPDHCP

quadro Ethernet difundido (dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador que executa o servidor DHCP

Ethernet demultiplexado para IP demultiplexado para UDP e demultiplexado paraDHCP

o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilo do primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP Solicitaccedilatildeo DHCP encapsulada em UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023 Ethernet

5 Camada de Enlace 5-81

roteador(roda DHCP)

servidor DHCP prepara ACK DHCP contendo endereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiro roteador nome e endereccedilo IP do servidor DNS

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

encapsulamento no servidor DHCP quadro repassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente

Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador

cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

5 Camada de Enlace 5-82

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

consulta DNS criada encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviar quadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP

consulta ARP difundida recebida pelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccedilo MAC da interface do roteador

o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiro roteador podendo agora enviar o quadro contendo a consulta DNS

ARP query

EthPhy

ARP

ARP

ARP reply

antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS

5 Camada de Enlace 5-83

roteador(roda DHCP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

DNS

datagrama IP conteacutem consulta DNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador

datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelos protocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS

demultiplexado pelo servidor DNS

servidor DNS responde ao cliente com o endereccedilo IP de wwwgooglecom

rede da Comcast68800013

servidor DNS

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

Um dia na vidahellip usando DNS

5 Camada de Enlace 5-84

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP

HTTPTCPIP

EthPhy

HTTP

para enviar pedido HTTP cliente primeiro abre um socket TCP para o servidor web segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web

conexatildeo TCP estabelecida64233169105

servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCPIP

EthPhy

SYN

SYN

SYN

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)

5 Camada de Enlace 5-85

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP

HTTPTCPIP

EthPhy

HTTP

solicitaccedilatildeo HTTP enviada para o socket TCP datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhado para wwwgooglecom

datagrama IP com a resposta HTTP eacute encaminhado de volta para o cliente

64233169105

servidor web

HTTPTCPIP

EthPhy

servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTPHTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

paacutegina web finalmente() apresentada

5 Camada de Enlace 5-86

Capiacutetulo 5 Resumo

princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dados detecccedilatildeo correccedilatildeo de erros compartilhamento de canal de difusatildeo acesso

muacuteltiplo endereccedilamento da camada de enlace

instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlace Ethernet LANs comutadas redes virtualizadas como camada de enlace MPLS

siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web

  • Capiacutetulo 5 A Camada de Enlace e Redes Locais
  • Camada de Enlace
  • Camada de Enlace Introduccedilatildeo
  • Camada de Enlace Contexto
  • Serviccedilos da Camada de Enlace
  • Serviccedilos da Camada de Enlace (mais)
  • Onde a camada de enlace eacute implementada
  • Comunicaccedilatildeo entre Adaptadores
  • Camada de Enlace (2)
  • Detecccedilatildeo de Erros
  • Verificaccedilotildees de Paridade
  • Soma de verificaccedilatildeo da Internet
  • Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica (CRC)
  • Exemplo de CRC
  • Implementaccedilatildeo em Hardware
  • Camada de Enlace (3)
  • Enlaces e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolo Ideal de Acesso Muacuteltiplo
  • Taxonomia dos Protocolos MAC
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal TDMA
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal FDMA
  • Protocolos de Acesso Aleatoacuterio
  • Slotted ALOHA
  • Slotted ALOHA (2)
  • Eficiecircncia do Slotted Aloha
  • ALOHA Puro (sem slots)
  • Eficiecircncia do Aloha puro
  • CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)
  • Colisotildees no CSMA
  • CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)
  • Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (2)
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (3)
  • Resumo dos protocolos MAC
  • Camada de Enlace (4)
  • Endereccedilos MAC
  • Endereccedilos MAC (2)
  • Endereccedilo MAC (cont)
  • ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de Resoluccedilatildeo de En
  • Protocolo ARP Mesma LAN (rede)
  • Roteando um pacote para outra LAN
  • Slide 44
  • Camada de Enlace (5)
  • Ethernet
  • Topologia em Estrela
  • Estrutura do Quadro Ethernet
  • Estrutura de Quadro Ethernet (cont)
  • Ethernet natildeo confiaacutevel e natildeo orientado para conexatildeo
  • Algoritmo CSMACD do Ethernet
  • CSMACD da Ethernet (mais)
  • Eficiecircncia do CSMACD
  • Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
  • 10Base5
  • 10Base2
  • 10BaseT
  • Conector RJ 45
  • 100Base-TX
  • Slide 60
  • Carrier Ethernet Defined
  • Camada de Enlace (6)
  • Hubs
  • Comutador (switch)
  • Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
  • Tabela de Comutaccedilatildeo
  • Switch autoaprendizagem
  • Switch FiltragemRepasse de quadros
  • Exemplo de auto aprendizagem e repasse
  • Exemplo com comutador
  • Exemplo com comutador (2)
  • Interligaccedilatildeo de comutadores
  • Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores
  • Rede Institucionalcorporativa
  • Rede institucional
  • Comutadores versus Roteadores
  • Camada de Enlace (7)
  • Siacutentese um dia na vida de um pedido web
  • Um dia na vida cenaacuterio
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet (2)
  • Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
  • Um dia na vidahellip usando DNS
  • Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
  • Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
  • Capiacutetulo 5 Resumo
Page 65: 5: Camada de Enlace 5-1 Capítulo 5: A Camada de Enlace e Redes Locais Nossos objetivos: Entender os princípios por trás dos serviços da camada de enlace

5 Camada de Enlace 5-65

Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas

hospedeiros tecircm conexatildeo direta e dedicada para o switch

os switches armazenam quadros

o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplex cada link eacute o seu proacuteprio

domiacutenio de colisatildeo comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-

para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees isto natildeo eacute possiacutevel com hubs

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

switch com seis interfaces(123456)

1 23

45

6

5 Camada de Enlace 5-66

Tabela de Comutaccedilatildeo

P como eacute que o switch sabe que Arsquo eacute alcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel a partir da interface 5

R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutem (endereccedilo MAC do hospedeiro

interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)

parece uma tabela de roteamento P como satildeo criadas e mantidas as

entradas na tabela de comutaccedilatildeo haacute algo como um protocolo de

roteamento

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

switch with six interfaces(123456)

1 23

45

6

5 Camada de Enlace 5-67

switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfaces quando um quadro eacute

recebido o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada

registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo

Switch autoaprendizagem

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 23

45

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

5 Camada de Enlace 5-685 Camada de Enlace

Switch FiltragemRepasse de quadrosQuando um comutador recebe um quadroregistra o link associado com o hospedeiro

transmissorindexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo

MAC do destinoif entrada encontrada para o destino

then if dest estiver no segmento de onde veio o

quadro then descarta o quadro else repassa o quadro na interface indicada else usa inundaccedilatildeoRepassa o quadro para todas as

demais interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido

5 Camada de Enlace 5-69

Exemplo de auto aprendizagem e repasse

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 23

45

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo

destino do quadro desconhecido inundaccedilatildeo

Arsquo A

local do destino A conhecido

Arsquo 4 60

transmissatildeo seletiva

5 Camada de Enlace 5-70

Exemplo com comutador

Suponha que C envia quadro para D

comutador recebe o quadro vindo de C anota na tabela de comutaccedilatildeo que C estaacute na interface 1 dado que D natildeo se encontra na tabela encaminha o quadro para as

demais interfaces 2 e 3

quadro eacute recebido por D

hub

hub hub

comutador

A

B CD

EF G H

I

endereccedilointerface

ABEG

1123

12 3

5 Camada de Enlace 5-71

Exemplo com comutador

Suponha que D responde com um quadro para C

comutador recebe o quadro vindo de D anota na tabela de comutaccedilatildeo que D estaacute na interface 2 dado que C estaacute na tabela encaminha o quadro apenas na interface

1

quadro eacute recebido por C

hub

hub hub

comutador

A

B CD

EF G H

I

interface

ABEGC

11231

endereccedilo

5 Camada de Enlace 5-72

Interligaccedilatildeo de comutadores

Podemos interligar comutadores (switches)

A

B

P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe que deve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3

R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenico comutador)

S1

C D

E

FS2

S4

S3

HI

G

5 Camada de Enlace 5-73

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde

para C

P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4

A

B

S1

C D

E

FS2

S4

S3

HI

G

1

2

5 Camada de Enlace 5-74

Rede Institucionalcorporativa

5 Camada de Enlace 5-75

Rede institucional

Para redeexterna

roteador

Subrede IP

Servidor de mensagens

Servidor web

5 Camada de Enlace 5-76

Comutadores versus Roteadores ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa

roteadores dispositivos da camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)

comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace roteadores mantecircm tabelas de roteamento

implementam algoritmos de roteamento comutadores mantecircm tabelas de comutaccedilatildeo

implementam filtragem algoritmos de aprendizagem

5 Camada de Enlace 5-77

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos52 Teacutecnicas de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de acesso muacuteltiplo 54 Endereccedilamento na Camada de Enlace55 Ethernet56 Comutadores da camada de enlace57 PPP o protocolo ponto-a-ponto58 Virtualizaccedilatildeo de enlace uma rede como

camada de enlace59 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina

Web

5 Camada de Enlace 5-78

Siacutentese um dia na vida de um pedido web jornada completa atravessando toda a pilha de

protocolos aplicaccedilatildeo transporte rede enlace

colocando tudo junto siacutentese objetivo identificar revisar entender os

protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web

cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom

5 Camada de Enlace 5-79

Um dia na vida cenaacuterio

rede da Comcast68800013

rede do Google64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola68802024

paacutegina web

navegador

5 Camada de Enlace 5-80

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPDHCP

quadro Ethernet difundido (dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador que executa o servidor DHCP

Ethernet demultiplexado para IP demultiplexado para UDP e demultiplexado paraDHCP

o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilo do primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP Solicitaccedilatildeo DHCP encapsulada em UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023 Ethernet

5 Camada de Enlace 5-81

roteador(roda DHCP)

servidor DHCP prepara ACK DHCP contendo endereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiro roteador nome e endereccedilo IP do servidor DNS

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

encapsulamento no servidor DHCP quadro repassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente

Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador

cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

5 Camada de Enlace 5-82

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

consulta DNS criada encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviar quadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP

consulta ARP difundida recebida pelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccedilo MAC da interface do roteador

o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiro roteador podendo agora enviar o quadro contendo a consulta DNS

ARP query

EthPhy

ARP

ARP

ARP reply

antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS

5 Camada de Enlace 5-83

roteador(roda DHCP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

DNS

datagrama IP conteacutem consulta DNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador

datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelos protocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS

demultiplexado pelo servidor DNS

servidor DNS responde ao cliente com o endereccedilo IP de wwwgooglecom

rede da Comcast68800013

servidor DNS

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

Um dia na vidahellip usando DNS

5 Camada de Enlace 5-84

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP

HTTPTCPIP

EthPhy

HTTP

para enviar pedido HTTP cliente primeiro abre um socket TCP para o servidor web segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web

conexatildeo TCP estabelecida64233169105

servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCPIP

EthPhy

SYN

SYN

SYN

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)

5 Camada de Enlace 5-85

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP

HTTPTCPIP

EthPhy

HTTP

solicitaccedilatildeo HTTP enviada para o socket TCP datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhado para wwwgooglecom

datagrama IP com a resposta HTTP eacute encaminhado de volta para o cliente

64233169105

servidor web

HTTPTCPIP

EthPhy

servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTPHTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

paacutegina web finalmente() apresentada

5 Camada de Enlace 5-86

Capiacutetulo 5 Resumo

princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dados detecccedilatildeo correccedilatildeo de erros compartilhamento de canal de difusatildeo acesso

muacuteltiplo endereccedilamento da camada de enlace

instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlace Ethernet LANs comutadas redes virtualizadas como camada de enlace MPLS

siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web

  • Capiacutetulo 5 A Camada de Enlace e Redes Locais
  • Camada de Enlace
  • Camada de Enlace Introduccedilatildeo
  • Camada de Enlace Contexto
  • Serviccedilos da Camada de Enlace
  • Serviccedilos da Camada de Enlace (mais)
  • Onde a camada de enlace eacute implementada
  • Comunicaccedilatildeo entre Adaptadores
  • Camada de Enlace (2)
  • Detecccedilatildeo de Erros
  • Verificaccedilotildees de Paridade
  • Soma de verificaccedilatildeo da Internet
  • Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica (CRC)
  • Exemplo de CRC
  • Implementaccedilatildeo em Hardware
  • Camada de Enlace (3)
  • Enlaces e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolo Ideal de Acesso Muacuteltiplo
  • Taxonomia dos Protocolos MAC
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal TDMA
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal FDMA
  • Protocolos de Acesso Aleatoacuterio
  • Slotted ALOHA
  • Slotted ALOHA (2)
  • Eficiecircncia do Slotted Aloha
  • ALOHA Puro (sem slots)
  • Eficiecircncia do Aloha puro
  • CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)
  • Colisotildees no CSMA
  • CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)
  • Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (2)
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (3)
  • Resumo dos protocolos MAC
  • Camada de Enlace (4)
  • Endereccedilos MAC
  • Endereccedilos MAC (2)
  • Endereccedilo MAC (cont)
  • ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de Resoluccedilatildeo de En
  • Protocolo ARP Mesma LAN (rede)
  • Roteando um pacote para outra LAN
  • Slide 44
  • Camada de Enlace (5)
  • Ethernet
  • Topologia em Estrela
  • Estrutura do Quadro Ethernet
  • Estrutura de Quadro Ethernet (cont)
  • Ethernet natildeo confiaacutevel e natildeo orientado para conexatildeo
  • Algoritmo CSMACD do Ethernet
  • CSMACD da Ethernet (mais)
  • Eficiecircncia do CSMACD
  • Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
  • 10Base5
  • 10Base2
  • 10BaseT
  • Conector RJ 45
  • 100Base-TX
  • Slide 60
  • Carrier Ethernet Defined
  • Camada de Enlace (6)
  • Hubs
  • Comutador (switch)
  • Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
  • Tabela de Comutaccedilatildeo
  • Switch autoaprendizagem
  • Switch FiltragemRepasse de quadros
  • Exemplo de auto aprendizagem e repasse
  • Exemplo com comutador
  • Exemplo com comutador (2)
  • Interligaccedilatildeo de comutadores
  • Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores
  • Rede Institucionalcorporativa
  • Rede institucional
  • Comutadores versus Roteadores
  • Camada de Enlace (7)
  • Siacutentese um dia na vida de um pedido web
  • Um dia na vida cenaacuterio
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet (2)
  • Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
  • Um dia na vidahellip usando DNS
  • Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
  • Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
  • Capiacutetulo 5 Resumo
Page 66: 5: Camada de Enlace 5-1 Capítulo 5: A Camada de Enlace e Redes Locais Nossos objetivos: Entender os princípios por trás dos serviços da camada de enlace

5 Camada de Enlace 5-66

Tabela de Comutaccedilatildeo

P como eacute que o switch sabe que Arsquo eacute alcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel a partir da interface 5

R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutem (endereccedilo MAC do hospedeiro

interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)

parece uma tabela de roteamento P como satildeo criadas e mantidas as

entradas na tabela de comutaccedilatildeo haacute algo como um protocolo de

roteamento

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

switch with six interfaces(123456)

1 23

45

6

5 Camada de Enlace 5-67

switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfaces quando um quadro eacute

recebido o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada

registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo

Switch autoaprendizagem

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 23

45

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

5 Camada de Enlace 5-685 Camada de Enlace

Switch FiltragemRepasse de quadrosQuando um comutador recebe um quadroregistra o link associado com o hospedeiro

transmissorindexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo

MAC do destinoif entrada encontrada para o destino

then if dest estiver no segmento de onde veio o

quadro then descarta o quadro else repassa o quadro na interface indicada else usa inundaccedilatildeoRepassa o quadro para todas as

demais interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido

5 Camada de Enlace 5-69

Exemplo de auto aprendizagem e repasse

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 23

45

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo

destino do quadro desconhecido inundaccedilatildeo

Arsquo A

local do destino A conhecido

Arsquo 4 60

transmissatildeo seletiva

5 Camada de Enlace 5-70

Exemplo com comutador

Suponha que C envia quadro para D

comutador recebe o quadro vindo de C anota na tabela de comutaccedilatildeo que C estaacute na interface 1 dado que D natildeo se encontra na tabela encaminha o quadro para as

demais interfaces 2 e 3

quadro eacute recebido por D

hub

hub hub

comutador

A

B CD

EF G H

I

endereccedilointerface

ABEG

1123

12 3

5 Camada de Enlace 5-71

Exemplo com comutador

Suponha que D responde com um quadro para C

comutador recebe o quadro vindo de D anota na tabela de comutaccedilatildeo que D estaacute na interface 2 dado que C estaacute na tabela encaminha o quadro apenas na interface

1

quadro eacute recebido por C

hub

hub hub

comutador

A

B CD

EF G H

I

interface

ABEGC

11231

endereccedilo

5 Camada de Enlace 5-72

Interligaccedilatildeo de comutadores

Podemos interligar comutadores (switches)

A

B

P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe que deve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3

R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenico comutador)

S1

C D

E

FS2

S4

S3

HI

G

5 Camada de Enlace 5-73

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde

para C

P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4

A

B

S1

C D

E

FS2

S4

S3

HI

G

1

2

5 Camada de Enlace 5-74

Rede Institucionalcorporativa

5 Camada de Enlace 5-75

Rede institucional

Para redeexterna

roteador

Subrede IP

Servidor de mensagens

Servidor web

5 Camada de Enlace 5-76

Comutadores versus Roteadores ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa

roteadores dispositivos da camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)

comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace roteadores mantecircm tabelas de roteamento

implementam algoritmos de roteamento comutadores mantecircm tabelas de comutaccedilatildeo

implementam filtragem algoritmos de aprendizagem

5 Camada de Enlace 5-77

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos52 Teacutecnicas de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de acesso muacuteltiplo 54 Endereccedilamento na Camada de Enlace55 Ethernet56 Comutadores da camada de enlace57 PPP o protocolo ponto-a-ponto58 Virtualizaccedilatildeo de enlace uma rede como

camada de enlace59 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina

Web

5 Camada de Enlace 5-78

Siacutentese um dia na vida de um pedido web jornada completa atravessando toda a pilha de

protocolos aplicaccedilatildeo transporte rede enlace

colocando tudo junto siacutentese objetivo identificar revisar entender os

protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web

cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom

5 Camada de Enlace 5-79

Um dia na vida cenaacuterio

rede da Comcast68800013

rede do Google64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola68802024

paacutegina web

navegador

5 Camada de Enlace 5-80

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPDHCP

quadro Ethernet difundido (dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador que executa o servidor DHCP

Ethernet demultiplexado para IP demultiplexado para UDP e demultiplexado paraDHCP

o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilo do primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP Solicitaccedilatildeo DHCP encapsulada em UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023 Ethernet

5 Camada de Enlace 5-81

roteador(roda DHCP)

servidor DHCP prepara ACK DHCP contendo endereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiro roteador nome e endereccedilo IP do servidor DNS

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

encapsulamento no servidor DHCP quadro repassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente

Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador

cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

5 Camada de Enlace 5-82

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

consulta DNS criada encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviar quadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP

consulta ARP difundida recebida pelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccedilo MAC da interface do roteador

o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiro roteador podendo agora enviar o quadro contendo a consulta DNS

ARP query

EthPhy

ARP

ARP

ARP reply

antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS

5 Camada de Enlace 5-83

roteador(roda DHCP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

DNS

datagrama IP conteacutem consulta DNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador

datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelos protocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS

demultiplexado pelo servidor DNS

servidor DNS responde ao cliente com o endereccedilo IP de wwwgooglecom

rede da Comcast68800013

servidor DNS

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

Um dia na vidahellip usando DNS

5 Camada de Enlace 5-84

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP

HTTPTCPIP

EthPhy

HTTP

para enviar pedido HTTP cliente primeiro abre um socket TCP para o servidor web segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web

conexatildeo TCP estabelecida64233169105

servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCPIP

EthPhy

SYN

SYN

SYN

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)

5 Camada de Enlace 5-85

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP

HTTPTCPIP

EthPhy

HTTP

solicitaccedilatildeo HTTP enviada para o socket TCP datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhado para wwwgooglecom

datagrama IP com a resposta HTTP eacute encaminhado de volta para o cliente

64233169105

servidor web

HTTPTCPIP

EthPhy

servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTPHTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

paacutegina web finalmente() apresentada

5 Camada de Enlace 5-86

Capiacutetulo 5 Resumo

princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dados detecccedilatildeo correccedilatildeo de erros compartilhamento de canal de difusatildeo acesso

muacuteltiplo endereccedilamento da camada de enlace

instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlace Ethernet LANs comutadas redes virtualizadas como camada de enlace MPLS

siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web

  • Capiacutetulo 5 A Camada de Enlace e Redes Locais
  • Camada de Enlace
  • Camada de Enlace Introduccedilatildeo
  • Camada de Enlace Contexto
  • Serviccedilos da Camada de Enlace
  • Serviccedilos da Camada de Enlace (mais)
  • Onde a camada de enlace eacute implementada
  • Comunicaccedilatildeo entre Adaptadores
  • Camada de Enlace (2)
  • Detecccedilatildeo de Erros
  • Verificaccedilotildees de Paridade
  • Soma de verificaccedilatildeo da Internet
  • Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica (CRC)
  • Exemplo de CRC
  • Implementaccedilatildeo em Hardware
  • Camada de Enlace (3)
  • Enlaces e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolo Ideal de Acesso Muacuteltiplo
  • Taxonomia dos Protocolos MAC
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal TDMA
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal FDMA
  • Protocolos de Acesso Aleatoacuterio
  • Slotted ALOHA
  • Slotted ALOHA (2)
  • Eficiecircncia do Slotted Aloha
  • ALOHA Puro (sem slots)
  • Eficiecircncia do Aloha puro
  • CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)
  • Colisotildees no CSMA
  • CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)
  • Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (2)
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (3)
  • Resumo dos protocolos MAC
  • Camada de Enlace (4)
  • Endereccedilos MAC
  • Endereccedilos MAC (2)
  • Endereccedilo MAC (cont)
  • ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de Resoluccedilatildeo de En
  • Protocolo ARP Mesma LAN (rede)
  • Roteando um pacote para outra LAN
  • Slide 44
  • Camada de Enlace (5)
  • Ethernet
  • Topologia em Estrela
  • Estrutura do Quadro Ethernet
  • Estrutura de Quadro Ethernet (cont)
  • Ethernet natildeo confiaacutevel e natildeo orientado para conexatildeo
  • Algoritmo CSMACD do Ethernet
  • CSMACD da Ethernet (mais)
  • Eficiecircncia do CSMACD
  • Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
  • 10Base5
  • 10Base2
  • 10BaseT
  • Conector RJ 45
  • 100Base-TX
  • Slide 60
  • Carrier Ethernet Defined
  • Camada de Enlace (6)
  • Hubs
  • Comutador (switch)
  • Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
  • Tabela de Comutaccedilatildeo
  • Switch autoaprendizagem
  • Switch FiltragemRepasse de quadros
  • Exemplo de auto aprendizagem e repasse
  • Exemplo com comutador
  • Exemplo com comutador (2)
  • Interligaccedilatildeo de comutadores
  • Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores
  • Rede Institucionalcorporativa
  • Rede institucional
  • Comutadores versus Roteadores
  • Camada de Enlace (7)
  • Siacutentese um dia na vida de um pedido web
  • Um dia na vida cenaacuterio
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet (2)
  • Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
  • Um dia na vidahellip usando DNS
  • Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
  • Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
  • Capiacutetulo 5 Resumo
Page 67: 5: Camada de Enlace 5-1 Capítulo 5: A Camada de Enlace e Redes Locais Nossos objetivos: Entender os princípios por trás dos serviços da camada de enlace

5 Camada de Enlace 5-67

switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfaces quando um quadro eacute

recebido o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada

registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo

Switch autoaprendizagem

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 23

45

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

5 Camada de Enlace 5-685 Camada de Enlace

Switch FiltragemRepasse de quadrosQuando um comutador recebe um quadroregistra o link associado com o hospedeiro

transmissorindexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo

MAC do destinoif entrada encontrada para o destino

then if dest estiver no segmento de onde veio o

quadro then descarta o quadro else repassa o quadro na interface indicada else usa inundaccedilatildeoRepassa o quadro para todas as

demais interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido

5 Camada de Enlace 5-69

Exemplo de auto aprendizagem e repasse

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 23

45

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo

destino do quadro desconhecido inundaccedilatildeo

Arsquo A

local do destino A conhecido

Arsquo 4 60

transmissatildeo seletiva

5 Camada de Enlace 5-70

Exemplo com comutador

Suponha que C envia quadro para D

comutador recebe o quadro vindo de C anota na tabela de comutaccedilatildeo que C estaacute na interface 1 dado que D natildeo se encontra na tabela encaminha o quadro para as

demais interfaces 2 e 3

quadro eacute recebido por D

hub

hub hub

comutador

A

B CD

EF G H

I

endereccedilointerface

ABEG

1123

12 3

5 Camada de Enlace 5-71

Exemplo com comutador

Suponha que D responde com um quadro para C

comutador recebe o quadro vindo de D anota na tabela de comutaccedilatildeo que D estaacute na interface 2 dado que C estaacute na tabela encaminha o quadro apenas na interface

1

quadro eacute recebido por C

hub

hub hub

comutador

A

B CD

EF G H

I

interface

ABEGC

11231

endereccedilo

5 Camada de Enlace 5-72

Interligaccedilatildeo de comutadores

Podemos interligar comutadores (switches)

A

B

P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe que deve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3

R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenico comutador)

S1

C D

E

FS2

S4

S3

HI

G

5 Camada de Enlace 5-73

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde

para C

P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4

A

B

S1

C D

E

FS2

S4

S3

HI

G

1

2

5 Camada de Enlace 5-74

Rede Institucionalcorporativa

5 Camada de Enlace 5-75

Rede institucional

Para redeexterna

roteador

Subrede IP

Servidor de mensagens

Servidor web

5 Camada de Enlace 5-76

Comutadores versus Roteadores ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa

roteadores dispositivos da camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)

comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace roteadores mantecircm tabelas de roteamento

implementam algoritmos de roteamento comutadores mantecircm tabelas de comutaccedilatildeo

implementam filtragem algoritmos de aprendizagem

5 Camada de Enlace 5-77

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos52 Teacutecnicas de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de acesso muacuteltiplo 54 Endereccedilamento na Camada de Enlace55 Ethernet56 Comutadores da camada de enlace57 PPP o protocolo ponto-a-ponto58 Virtualizaccedilatildeo de enlace uma rede como

camada de enlace59 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina

Web

5 Camada de Enlace 5-78

Siacutentese um dia na vida de um pedido web jornada completa atravessando toda a pilha de

protocolos aplicaccedilatildeo transporte rede enlace

colocando tudo junto siacutentese objetivo identificar revisar entender os

protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web

cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom

5 Camada de Enlace 5-79

Um dia na vida cenaacuterio

rede da Comcast68800013

rede do Google64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola68802024

paacutegina web

navegador

5 Camada de Enlace 5-80

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPDHCP

quadro Ethernet difundido (dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador que executa o servidor DHCP

Ethernet demultiplexado para IP demultiplexado para UDP e demultiplexado paraDHCP

o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilo do primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP Solicitaccedilatildeo DHCP encapsulada em UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023 Ethernet

5 Camada de Enlace 5-81

roteador(roda DHCP)

servidor DHCP prepara ACK DHCP contendo endereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiro roteador nome e endereccedilo IP do servidor DNS

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

encapsulamento no servidor DHCP quadro repassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente

Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador

cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

5 Camada de Enlace 5-82

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

consulta DNS criada encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviar quadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP

consulta ARP difundida recebida pelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccedilo MAC da interface do roteador

o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiro roteador podendo agora enviar o quadro contendo a consulta DNS

ARP query

EthPhy

ARP

ARP

ARP reply

antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS

5 Camada de Enlace 5-83

roteador(roda DHCP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

DNS

datagrama IP conteacutem consulta DNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador

datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelos protocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS

demultiplexado pelo servidor DNS

servidor DNS responde ao cliente com o endereccedilo IP de wwwgooglecom

rede da Comcast68800013

servidor DNS

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

Um dia na vidahellip usando DNS

5 Camada de Enlace 5-84

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP

HTTPTCPIP

EthPhy

HTTP

para enviar pedido HTTP cliente primeiro abre um socket TCP para o servidor web segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web

conexatildeo TCP estabelecida64233169105

servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCPIP

EthPhy

SYN

SYN

SYN

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)

5 Camada de Enlace 5-85

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP

HTTPTCPIP

EthPhy

HTTP

solicitaccedilatildeo HTTP enviada para o socket TCP datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhado para wwwgooglecom

datagrama IP com a resposta HTTP eacute encaminhado de volta para o cliente

64233169105

servidor web

HTTPTCPIP

EthPhy

servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTPHTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

paacutegina web finalmente() apresentada

5 Camada de Enlace 5-86

Capiacutetulo 5 Resumo

princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dados detecccedilatildeo correccedilatildeo de erros compartilhamento de canal de difusatildeo acesso

muacuteltiplo endereccedilamento da camada de enlace

instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlace Ethernet LANs comutadas redes virtualizadas como camada de enlace MPLS

siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web

  • Capiacutetulo 5 A Camada de Enlace e Redes Locais
  • Camada de Enlace
  • Camada de Enlace Introduccedilatildeo
  • Camada de Enlace Contexto
  • Serviccedilos da Camada de Enlace
  • Serviccedilos da Camada de Enlace (mais)
  • Onde a camada de enlace eacute implementada
  • Comunicaccedilatildeo entre Adaptadores
  • Camada de Enlace (2)
  • Detecccedilatildeo de Erros
  • Verificaccedilotildees de Paridade
  • Soma de verificaccedilatildeo da Internet
  • Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica (CRC)
  • Exemplo de CRC
  • Implementaccedilatildeo em Hardware
  • Camada de Enlace (3)
  • Enlaces e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolo Ideal de Acesso Muacuteltiplo
  • Taxonomia dos Protocolos MAC
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal TDMA
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal FDMA
  • Protocolos de Acesso Aleatoacuterio
  • Slotted ALOHA
  • Slotted ALOHA (2)
  • Eficiecircncia do Slotted Aloha
  • ALOHA Puro (sem slots)
  • Eficiecircncia do Aloha puro
  • CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)
  • Colisotildees no CSMA
  • CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)
  • Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (2)
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (3)
  • Resumo dos protocolos MAC
  • Camada de Enlace (4)
  • Endereccedilos MAC
  • Endereccedilos MAC (2)
  • Endereccedilo MAC (cont)
  • ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de Resoluccedilatildeo de En
  • Protocolo ARP Mesma LAN (rede)
  • Roteando um pacote para outra LAN
  • Slide 44
  • Camada de Enlace (5)
  • Ethernet
  • Topologia em Estrela
  • Estrutura do Quadro Ethernet
  • Estrutura de Quadro Ethernet (cont)
  • Ethernet natildeo confiaacutevel e natildeo orientado para conexatildeo
  • Algoritmo CSMACD do Ethernet
  • CSMACD da Ethernet (mais)
  • Eficiecircncia do CSMACD
  • Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
  • 10Base5
  • 10Base2
  • 10BaseT
  • Conector RJ 45
  • 100Base-TX
  • Slide 60
  • Carrier Ethernet Defined
  • Camada de Enlace (6)
  • Hubs
  • Comutador (switch)
  • Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
  • Tabela de Comutaccedilatildeo
  • Switch autoaprendizagem
  • Switch FiltragemRepasse de quadros
  • Exemplo de auto aprendizagem e repasse
  • Exemplo com comutador
  • Exemplo com comutador (2)
  • Interligaccedilatildeo de comutadores
  • Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores
  • Rede Institucionalcorporativa
  • Rede institucional
  • Comutadores versus Roteadores
  • Camada de Enlace (7)
  • Siacutentese um dia na vida de um pedido web
  • Um dia na vida cenaacuterio
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet (2)
  • Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
  • Um dia na vidahellip usando DNS
  • Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
  • Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
  • Capiacutetulo 5 Resumo
Page 68: 5: Camada de Enlace 5-1 Capítulo 5: A Camada de Enlace e Redes Locais Nossos objetivos: Entender os princípios por trás dos serviços da camada de enlace

5 Camada de Enlace 5-685 Camada de Enlace

Switch FiltragemRepasse de quadrosQuando um comutador recebe um quadroregistra o link associado com o hospedeiro

transmissorindexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo

MAC do destinoif entrada encontrada para o destino

then if dest estiver no segmento de onde veio o

quadro then descarta o quadro else repassa o quadro na interface indicada else usa inundaccedilatildeoRepassa o quadro para todas as

demais interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido

5 Camada de Enlace 5-69

Exemplo de auto aprendizagem e repasse

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 23

45

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo

destino do quadro desconhecido inundaccedilatildeo

Arsquo A

local do destino A conhecido

Arsquo 4 60

transmissatildeo seletiva

5 Camada de Enlace 5-70

Exemplo com comutador

Suponha que C envia quadro para D

comutador recebe o quadro vindo de C anota na tabela de comutaccedilatildeo que C estaacute na interface 1 dado que D natildeo se encontra na tabela encaminha o quadro para as

demais interfaces 2 e 3

quadro eacute recebido por D

hub

hub hub

comutador

A

B CD

EF G H

I

endereccedilointerface

ABEG

1123

12 3

5 Camada de Enlace 5-71

Exemplo com comutador

Suponha que D responde com um quadro para C

comutador recebe o quadro vindo de D anota na tabela de comutaccedilatildeo que D estaacute na interface 2 dado que C estaacute na tabela encaminha o quadro apenas na interface

1

quadro eacute recebido por C

hub

hub hub

comutador

A

B CD

EF G H

I

interface

ABEGC

11231

endereccedilo

5 Camada de Enlace 5-72

Interligaccedilatildeo de comutadores

Podemos interligar comutadores (switches)

A

B

P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe que deve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3

R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenico comutador)

S1

C D

E

FS2

S4

S3

HI

G

5 Camada de Enlace 5-73

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde

para C

P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4

A

B

S1

C D

E

FS2

S4

S3

HI

G

1

2

5 Camada de Enlace 5-74

Rede Institucionalcorporativa

5 Camada de Enlace 5-75

Rede institucional

Para redeexterna

roteador

Subrede IP

Servidor de mensagens

Servidor web

5 Camada de Enlace 5-76

Comutadores versus Roteadores ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa

roteadores dispositivos da camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)

comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace roteadores mantecircm tabelas de roteamento

implementam algoritmos de roteamento comutadores mantecircm tabelas de comutaccedilatildeo

implementam filtragem algoritmos de aprendizagem

5 Camada de Enlace 5-77

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos52 Teacutecnicas de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de acesso muacuteltiplo 54 Endereccedilamento na Camada de Enlace55 Ethernet56 Comutadores da camada de enlace57 PPP o protocolo ponto-a-ponto58 Virtualizaccedilatildeo de enlace uma rede como

camada de enlace59 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina

Web

5 Camada de Enlace 5-78

Siacutentese um dia na vida de um pedido web jornada completa atravessando toda a pilha de

protocolos aplicaccedilatildeo transporte rede enlace

colocando tudo junto siacutentese objetivo identificar revisar entender os

protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web

cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom

5 Camada de Enlace 5-79

Um dia na vida cenaacuterio

rede da Comcast68800013

rede do Google64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola68802024

paacutegina web

navegador

5 Camada de Enlace 5-80

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPDHCP

quadro Ethernet difundido (dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador que executa o servidor DHCP

Ethernet demultiplexado para IP demultiplexado para UDP e demultiplexado paraDHCP

o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilo do primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP Solicitaccedilatildeo DHCP encapsulada em UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023 Ethernet

5 Camada de Enlace 5-81

roteador(roda DHCP)

servidor DHCP prepara ACK DHCP contendo endereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiro roteador nome e endereccedilo IP do servidor DNS

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

encapsulamento no servidor DHCP quadro repassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente

Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador

cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

5 Camada de Enlace 5-82

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

consulta DNS criada encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviar quadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP

consulta ARP difundida recebida pelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccedilo MAC da interface do roteador

o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiro roteador podendo agora enviar o quadro contendo a consulta DNS

ARP query

EthPhy

ARP

ARP

ARP reply

antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS

5 Camada de Enlace 5-83

roteador(roda DHCP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

DNS

datagrama IP conteacutem consulta DNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador

datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelos protocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS

demultiplexado pelo servidor DNS

servidor DNS responde ao cliente com o endereccedilo IP de wwwgooglecom

rede da Comcast68800013

servidor DNS

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

Um dia na vidahellip usando DNS

5 Camada de Enlace 5-84

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP

HTTPTCPIP

EthPhy

HTTP

para enviar pedido HTTP cliente primeiro abre um socket TCP para o servidor web segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web

conexatildeo TCP estabelecida64233169105

servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCPIP

EthPhy

SYN

SYN

SYN

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)

5 Camada de Enlace 5-85

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP

HTTPTCPIP

EthPhy

HTTP

solicitaccedilatildeo HTTP enviada para o socket TCP datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhado para wwwgooglecom

datagrama IP com a resposta HTTP eacute encaminhado de volta para o cliente

64233169105

servidor web

HTTPTCPIP

EthPhy

servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTPHTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

paacutegina web finalmente() apresentada

5 Camada de Enlace 5-86

Capiacutetulo 5 Resumo

princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dados detecccedilatildeo correccedilatildeo de erros compartilhamento de canal de difusatildeo acesso

muacuteltiplo endereccedilamento da camada de enlace

instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlace Ethernet LANs comutadas redes virtualizadas como camada de enlace MPLS

siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web

  • Capiacutetulo 5 A Camada de Enlace e Redes Locais
  • Camada de Enlace
  • Camada de Enlace Introduccedilatildeo
  • Camada de Enlace Contexto
  • Serviccedilos da Camada de Enlace
  • Serviccedilos da Camada de Enlace (mais)
  • Onde a camada de enlace eacute implementada
  • Comunicaccedilatildeo entre Adaptadores
  • Camada de Enlace (2)
  • Detecccedilatildeo de Erros
  • Verificaccedilotildees de Paridade
  • Soma de verificaccedilatildeo da Internet
  • Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica (CRC)
  • Exemplo de CRC
  • Implementaccedilatildeo em Hardware
  • Camada de Enlace (3)
  • Enlaces e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolo Ideal de Acesso Muacuteltiplo
  • Taxonomia dos Protocolos MAC
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal TDMA
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal FDMA
  • Protocolos de Acesso Aleatoacuterio
  • Slotted ALOHA
  • Slotted ALOHA (2)
  • Eficiecircncia do Slotted Aloha
  • ALOHA Puro (sem slots)
  • Eficiecircncia do Aloha puro
  • CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)
  • Colisotildees no CSMA
  • CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)
  • Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (2)
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (3)
  • Resumo dos protocolos MAC
  • Camada de Enlace (4)
  • Endereccedilos MAC
  • Endereccedilos MAC (2)
  • Endereccedilo MAC (cont)
  • ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de Resoluccedilatildeo de En
  • Protocolo ARP Mesma LAN (rede)
  • Roteando um pacote para outra LAN
  • Slide 44
  • Camada de Enlace (5)
  • Ethernet
  • Topologia em Estrela
  • Estrutura do Quadro Ethernet
  • Estrutura de Quadro Ethernet (cont)
  • Ethernet natildeo confiaacutevel e natildeo orientado para conexatildeo
  • Algoritmo CSMACD do Ethernet
  • CSMACD da Ethernet (mais)
  • Eficiecircncia do CSMACD
  • Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
  • 10Base5
  • 10Base2
  • 10BaseT
  • Conector RJ 45
  • 100Base-TX
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  • Carrier Ethernet Defined
  • Camada de Enlace (6)
  • Hubs
  • Comutador (switch)
  • Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
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  • Switch autoaprendizagem
  • Switch FiltragemRepasse de quadros
  • Exemplo de auto aprendizagem e repasse
  • Exemplo com comutador
  • Exemplo com comutador (2)
  • Interligaccedilatildeo de comutadores
  • Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores
  • Rede Institucionalcorporativa
  • Rede institucional
  • Comutadores versus Roteadores
  • Camada de Enlace (7)
  • Siacutentese um dia na vida de um pedido web
  • Um dia na vida cenaacuterio
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  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet (2)
  • Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
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5 Camada de Enlace 5-69

Exemplo de auto aprendizagem e repasse

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 23

45

6

A Arsquo

Origem ADest Arsquo

end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)

A 1 60

A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo

destino do quadro desconhecido inundaccedilatildeo

Arsquo A

local do destino A conhecido

Arsquo 4 60

transmissatildeo seletiva

5 Camada de Enlace 5-70

Exemplo com comutador

Suponha que C envia quadro para D

comutador recebe o quadro vindo de C anota na tabela de comutaccedilatildeo que C estaacute na interface 1 dado que D natildeo se encontra na tabela encaminha o quadro para as

demais interfaces 2 e 3

quadro eacute recebido por D

hub

hub hub

comutador

A

B CD

EF G H

I

endereccedilointerface

ABEG

1123

12 3

5 Camada de Enlace 5-71

Exemplo com comutador

Suponha que D responde com um quadro para C

comutador recebe o quadro vindo de D anota na tabela de comutaccedilatildeo que D estaacute na interface 2 dado que C estaacute na tabela encaminha o quadro apenas na interface

1

quadro eacute recebido por C

hub

hub hub

comutador

A

B CD

EF G H

I

interface

ABEGC

11231

endereccedilo

5 Camada de Enlace 5-72

Interligaccedilatildeo de comutadores

Podemos interligar comutadores (switches)

A

B

P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe que deve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3

R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenico comutador)

S1

C D

E

FS2

S4

S3

HI

G

5 Camada de Enlace 5-73

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde

para C

P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4

A

B

S1

C D

E

FS2

S4

S3

HI

G

1

2

5 Camada de Enlace 5-74

Rede Institucionalcorporativa

5 Camada de Enlace 5-75

Rede institucional

Para redeexterna

roteador

Subrede IP

Servidor de mensagens

Servidor web

5 Camada de Enlace 5-76

Comutadores versus Roteadores ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa

roteadores dispositivos da camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)

comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace roteadores mantecircm tabelas de roteamento

implementam algoritmos de roteamento comutadores mantecircm tabelas de comutaccedilatildeo

implementam filtragem algoritmos de aprendizagem

5 Camada de Enlace 5-77

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos52 Teacutecnicas de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de acesso muacuteltiplo 54 Endereccedilamento na Camada de Enlace55 Ethernet56 Comutadores da camada de enlace57 PPP o protocolo ponto-a-ponto58 Virtualizaccedilatildeo de enlace uma rede como

camada de enlace59 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina

Web

5 Camada de Enlace 5-78

Siacutentese um dia na vida de um pedido web jornada completa atravessando toda a pilha de

protocolos aplicaccedilatildeo transporte rede enlace

colocando tudo junto siacutentese objetivo identificar revisar entender os

protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web

cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom

5 Camada de Enlace 5-79

Um dia na vida cenaacuterio

rede da Comcast68800013

rede do Google64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola68802024

paacutegina web

navegador

5 Camada de Enlace 5-80

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPDHCP

quadro Ethernet difundido (dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador que executa o servidor DHCP

Ethernet demultiplexado para IP demultiplexado para UDP e demultiplexado paraDHCP

o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilo do primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP Solicitaccedilatildeo DHCP encapsulada em UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023 Ethernet

5 Camada de Enlace 5-81

roteador(roda DHCP)

servidor DHCP prepara ACK DHCP contendo endereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiro roteador nome e endereccedilo IP do servidor DNS

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

encapsulamento no servidor DHCP quadro repassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente

Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador

cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

5 Camada de Enlace 5-82

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

consulta DNS criada encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviar quadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP

consulta ARP difundida recebida pelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccedilo MAC da interface do roteador

o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiro roteador podendo agora enviar o quadro contendo a consulta DNS

ARP query

EthPhy

ARP

ARP

ARP reply

antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS

5 Camada de Enlace 5-83

roteador(roda DHCP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

DNS

datagrama IP conteacutem consulta DNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador

datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelos protocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS

demultiplexado pelo servidor DNS

servidor DNS responde ao cliente com o endereccedilo IP de wwwgooglecom

rede da Comcast68800013

servidor DNS

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

Um dia na vidahellip usando DNS

5 Camada de Enlace 5-84

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP

HTTPTCPIP

EthPhy

HTTP

para enviar pedido HTTP cliente primeiro abre um socket TCP para o servidor web segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web

conexatildeo TCP estabelecida64233169105

servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCPIP

EthPhy

SYN

SYN

SYN

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)

5 Camada de Enlace 5-85

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP

HTTPTCPIP

EthPhy

HTTP

solicitaccedilatildeo HTTP enviada para o socket TCP datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhado para wwwgooglecom

datagrama IP com a resposta HTTP eacute encaminhado de volta para o cliente

64233169105

servidor web

HTTPTCPIP

EthPhy

servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTPHTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

paacutegina web finalmente() apresentada

5 Camada de Enlace 5-86

Capiacutetulo 5 Resumo

princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dados detecccedilatildeo correccedilatildeo de erros compartilhamento de canal de difusatildeo acesso

muacuteltiplo endereccedilamento da camada de enlace

instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlace Ethernet LANs comutadas redes virtualizadas como camada de enlace MPLS

siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web

  • Capiacutetulo 5 A Camada de Enlace e Redes Locais
  • Camada de Enlace
  • Camada de Enlace Introduccedilatildeo
  • Camada de Enlace Contexto
  • Serviccedilos da Camada de Enlace
  • Serviccedilos da Camada de Enlace (mais)
  • Onde a camada de enlace eacute implementada
  • Comunicaccedilatildeo entre Adaptadores
  • Camada de Enlace (2)
  • Detecccedilatildeo de Erros
  • Verificaccedilotildees de Paridade
  • Soma de verificaccedilatildeo da Internet
  • Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica (CRC)
  • Exemplo de CRC
  • Implementaccedilatildeo em Hardware
  • Camada de Enlace (3)
  • Enlaces e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolo Ideal de Acesso Muacuteltiplo
  • Taxonomia dos Protocolos MAC
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal TDMA
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal FDMA
  • Protocolos de Acesso Aleatoacuterio
  • Slotted ALOHA
  • Slotted ALOHA (2)
  • Eficiecircncia do Slotted Aloha
  • ALOHA Puro (sem slots)
  • Eficiecircncia do Aloha puro
  • CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)
  • Colisotildees no CSMA
  • CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)
  • Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (2)
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (3)
  • Resumo dos protocolos MAC
  • Camada de Enlace (4)
  • Endereccedilos MAC
  • Endereccedilos MAC (2)
  • Endereccedilo MAC (cont)
  • ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de Resoluccedilatildeo de En
  • Protocolo ARP Mesma LAN (rede)
  • Roteando um pacote para outra LAN
  • Slide 44
  • Camada de Enlace (5)
  • Ethernet
  • Topologia em Estrela
  • Estrutura do Quadro Ethernet
  • Estrutura de Quadro Ethernet (cont)
  • Ethernet natildeo confiaacutevel e natildeo orientado para conexatildeo
  • Algoritmo CSMACD do Ethernet
  • CSMACD da Ethernet (mais)
  • Eficiecircncia do CSMACD
  • Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
  • 10Base5
  • 10Base2
  • 10BaseT
  • Conector RJ 45
  • 100Base-TX
  • Slide 60
  • Carrier Ethernet Defined
  • Camada de Enlace (6)
  • Hubs
  • Comutador (switch)
  • Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
  • Tabela de Comutaccedilatildeo
  • Switch autoaprendizagem
  • Switch FiltragemRepasse de quadros
  • Exemplo de auto aprendizagem e repasse
  • Exemplo com comutador
  • Exemplo com comutador (2)
  • Interligaccedilatildeo de comutadores
  • Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores
  • Rede Institucionalcorporativa
  • Rede institucional
  • Comutadores versus Roteadores
  • Camada de Enlace (7)
  • Siacutentese um dia na vida de um pedido web
  • Um dia na vida cenaacuterio
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet (2)
  • Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
  • Um dia na vidahellip usando DNS
  • Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
  • Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
  • Capiacutetulo 5 Resumo
Page 70: 5: Camada de Enlace 5-1 Capítulo 5: A Camada de Enlace e Redes Locais Nossos objetivos: Entender os princípios por trás dos serviços da camada de enlace

5 Camada de Enlace 5-70

Exemplo com comutador

Suponha que C envia quadro para D

comutador recebe o quadro vindo de C anota na tabela de comutaccedilatildeo que C estaacute na interface 1 dado que D natildeo se encontra na tabela encaminha o quadro para as

demais interfaces 2 e 3

quadro eacute recebido por D

hub

hub hub

comutador

A

B CD

EF G H

I

endereccedilointerface

ABEG

1123

12 3

5 Camada de Enlace 5-71

Exemplo com comutador

Suponha que D responde com um quadro para C

comutador recebe o quadro vindo de D anota na tabela de comutaccedilatildeo que D estaacute na interface 2 dado que C estaacute na tabela encaminha o quadro apenas na interface

1

quadro eacute recebido por C

hub

hub hub

comutador

A

B CD

EF G H

I

interface

ABEGC

11231

endereccedilo

5 Camada de Enlace 5-72

Interligaccedilatildeo de comutadores

Podemos interligar comutadores (switches)

A

B

P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe que deve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3

R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenico comutador)

S1

C D

E

FS2

S4

S3

HI

G

5 Camada de Enlace 5-73

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde

para C

P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4

A

B

S1

C D

E

FS2

S4

S3

HI

G

1

2

5 Camada de Enlace 5-74

Rede Institucionalcorporativa

5 Camada de Enlace 5-75

Rede institucional

Para redeexterna

roteador

Subrede IP

Servidor de mensagens

Servidor web

5 Camada de Enlace 5-76

Comutadores versus Roteadores ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa

roteadores dispositivos da camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)

comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace roteadores mantecircm tabelas de roteamento

implementam algoritmos de roteamento comutadores mantecircm tabelas de comutaccedilatildeo

implementam filtragem algoritmos de aprendizagem

5 Camada de Enlace 5-77

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos52 Teacutecnicas de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de acesso muacuteltiplo 54 Endereccedilamento na Camada de Enlace55 Ethernet56 Comutadores da camada de enlace57 PPP o protocolo ponto-a-ponto58 Virtualizaccedilatildeo de enlace uma rede como

camada de enlace59 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina

Web

5 Camada de Enlace 5-78

Siacutentese um dia na vida de um pedido web jornada completa atravessando toda a pilha de

protocolos aplicaccedilatildeo transporte rede enlace

colocando tudo junto siacutentese objetivo identificar revisar entender os

protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web

cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom

5 Camada de Enlace 5-79

Um dia na vida cenaacuterio

rede da Comcast68800013

rede do Google64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola68802024

paacutegina web

navegador

5 Camada de Enlace 5-80

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPDHCP

quadro Ethernet difundido (dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador que executa o servidor DHCP

Ethernet demultiplexado para IP demultiplexado para UDP e demultiplexado paraDHCP

o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilo do primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP Solicitaccedilatildeo DHCP encapsulada em UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023 Ethernet

5 Camada de Enlace 5-81

roteador(roda DHCP)

servidor DHCP prepara ACK DHCP contendo endereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiro roteador nome e endereccedilo IP do servidor DNS

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

encapsulamento no servidor DHCP quadro repassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente

Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador

cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

5 Camada de Enlace 5-82

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

consulta DNS criada encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviar quadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP

consulta ARP difundida recebida pelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccedilo MAC da interface do roteador

o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiro roteador podendo agora enviar o quadro contendo a consulta DNS

ARP query

EthPhy

ARP

ARP

ARP reply

antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS

5 Camada de Enlace 5-83

roteador(roda DHCP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

DNS

datagrama IP conteacutem consulta DNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador

datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelos protocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS

demultiplexado pelo servidor DNS

servidor DNS responde ao cliente com o endereccedilo IP de wwwgooglecom

rede da Comcast68800013

servidor DNS

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

Um dia na vidahellip usando DNS

5 Camada de Enlace 5-84

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP

HTTPTCPIP

EthPhy

HTTP

para enviar pedido HTTP cliente primeiro abre um socket TCP para o servidor web segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web

conexatildeo TCP estabelecida64233169105

servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCPIP

EthPhy

SYN

SYN

SYN

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)

5 Camada de Enlace 5-85

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP

HTTPTCPIP

EthPhy

HTTP

solicitaccedilatildeo HTTP enviada para o socket TCP datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhado para wwwgooglecom

datagrama IP com a resposta HTTP eacute encaminhado de volta para o cliente

64233169105

servidor web

HTTPTCPIP

EthPhy

servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTPHTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

paacutegina web finalmente() apresentada

5 Camada de Enlace 5-86

Capiacutetulo 5 Resumo

princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dados detecccedilatildeo correccedilatildeo de erros compartilhamento de canal de difusatildeo acesso

muacuteltiplo endereccedilamento da camada de enlace

instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlace Ethernet LANs comutadas redes virtualizadas como camada de enlace MPLS

siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web

  • Capiacutetulo 5 A Camada de Enlace e Redes Locais
  • Camada de Enlace
  • Camada de Enlace Introduccedilatildeo
  • Camada de Enlace Contexto
  • Serviccedilos da Camada de Enlace
  • Serviccedilos da Camada de Enlace (mais)
  • Onde a camada de enlace eacute implementada
  • Comunicaccedilatildeo entre Adaptadores
  • Camada de Enlace (2)
  • Detecccedilatildeo de Erros
  • Verificaccedilotildees de Paridade
  • Soma de verificaccedilatildeo da Internet
  • Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica (CRC)
  • Exemplo de CRC
  • Implementaccedilatildeo em Hardware
  • Camada de Enlace (3)
  • Enlaces e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolo Ideal de Acesso Muacuteltiplo
  • Taxonomia dos Protocolos MAC
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal TDMA
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal FDMA
  • Protocolos de Acesso Aleatoacuterio
  • Slotted ALOHA
  • Slotted ALOHA (2)
  • Eficiecircncia do Slotted Aloha
  • ALOHA Puro (sem slots)
  • Eficiecircncia do Aloha puro
  • CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)
  • Colisotildees no CSMA
  • CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)
  • Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (2)
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (3)
  • Resumo dos protocolos MAC
  • Camada de Enlace (4)
  • Endereccedilos MAC
  • Endereccedilos MAC (2)
  • Endereccedilo MAC (cont)
  • ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de Resoluccedilatildeo de En
  • Protocolo ARP Mesma LAN (rede)
  • Roteando um pacote para outra LAN
  • Slide 44
  • Camada de Enlace (5)
  • Ethernet
  • Topologia em Estrela
  • Estrutura do Quadro Ethernet
  • Estrutura de Quadro Ethernet (cont)
  • Ethernet natildeo confiaacutevel e natildeo orientado para conexatildeo
  • Algoritmo CSMACD do Ethernet
  • CSMACD da Ethernet (mais)
  • Eficiecircncia do CSMACD
  • Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
  • 10Base5
  • 10Base2
  • 10BaseT
  • Conector RJ 45
  • 100Base-TX
  • Slide 60
  • Carrier Ethernet Defined
  • Camada de Enlace (6)
  • Hubs
  • Comutador (switch)
  • Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
  • Tabela de Comutaccedilatildeo
  • Switch autoaprendizagem
  • Switch FiltragemRepasse de quadros
  • Exemplo de auto aprendizagem e repasse
  • Exemplo com comutador
  • Exemplo com comutador (2)
  • Interligaccedilatildeo de comutadores
  • Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores
  • Rede Institucionalcorporativa
  • Rede institucional
  • Comutadores versus Roteadores
  • Camada de Enlace (7)
  • Siacutentese um dia na vida de um pedido web
  • Um dia na vida cenaacuterio
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet (2)
  • Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
  • Um dia na vidahellip usando DNS
  • Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
  • Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
  • Capiacutetulo 5 Resumo
Page 71: 5: Camada de Enlace 5-1 Capítulo 5: A Camada de Enlace e Redes Locais Nossos objetivos: Entender os princípios por trás dos serviços da camada de enlace

5 Camada de Enlace 5-71

Exemplo com comutador

Suponha que D responde com um quadro para C

comutador recebe o quadro vindo de D anota na tabela de comutaccedilatildeo que D estaacute na interface 2 dado que C estaacute na tabela encaminha o quadro apenas na interface

1

quadro eacute recebido por C

hub

hub hub

comutador

A

B CD

EF G H

I

interface

ABEGC

11231

endereccedilo

5 Camada de Enlace 5-72

Interligaccedilatildeo de comutadores

Podemos interligar comutadores (switches)

A

B

P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe que deve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3

R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenico comutador)

S1

C D

E

FS2

S4

S3

HI

G

5 Camada de Enlace 5-73

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde

para C

P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4

A

B

S1

C D

E

FS2

S4

S3

HI

G

1

2

5 Camada de Enlace 5-74

Rede Institucionalcorporativa

5 Camada de Enlace 5-75

Rede institucional

Para redeexterna

roteador

Subrede IP

Servidor de mensagens

Servidor web

5 Camada de Enlace 5-76

Comutadores versus Roteadores ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa

roteadores dispositivos da camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)

comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace roteadores mantecircm tabelas de roteamento

implementam algoritmos de roteamento comutadores mantecircm tabelas de comutaccedilatildeo

implementam filtragem algoritmos de aprendizagem

5 Camada de Enlace 5-77

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos52 Teacutecnicas de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de acesso muacuteltiplo 54 Endereccedilamento na Camada de Enlace55 Ethernet56 Comutadores da camada de enlace57 PPP o protocolo ponto-a-ponto58 Virtualizaccedilatildeo de enlace uma rede como

camada de enlace59 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina

Web

5 Camada de Enlace 5-78

Siacutentese um dia na vida de um pedido web jornada completa atravessando toda a pilha de

protocolos aplicaccedilatildeo transporte rede enlace

colocando tudo junto siacutentese objetivo identificar revisar entender os

protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web

cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom

5 Camada de Enlace 5-79

Um dia na vida cenaacuterio

rede da Comcast68800013

rede do Google64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola68802024

paacutegina web

navegador

5 Camada de Enlace 5-80

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPDHCP

quadro Ethernet difundido (dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador que executa o servidor DHCP

Ethernet demultiplexado para IP demultiplexado para UDP e demultiplexado paraDHCP

o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilo do primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP Solicitaccedilatildeo DHCP encapsulada em UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023 Ethernet

5 Camada de Enlace 5-81

roteador(roda DHCP)

servidor DHCP prepara ACK DHCP contendo endereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiro roteador nome e endereccedilo IP do servidor DNS

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

encapsulamento no servidor DHCP quadro repassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente

Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador

cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

5 Camada de Enlace 5-82

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

consulta DNS criada encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviar quadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP

consulta ARP difundida recebida pelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccedilo MAC da interface do roteador

o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiro roteador podendo agora enviar o quadro contendo a consulta DNS

ARP query

EthPhy

ARP

ARP

ARP reply

antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS

5 Camada de Enlace 5-83

roteador(roda DHCP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

DNS

datagrama IP conteacutem consulta DNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador

datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelos protocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS

demultiplexado pelo servidor DNS

servidor DNS responde ao cliente com o endereccedilo IP de wwwgooglecom

rede da Comcast68800013

servidor DNS

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

Um dia na vidahellip usando DNS

5 Camada de Enlace 5-84

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP

HTTPTCPIP

EthPhy

HTTP

para enviar pedido HTTP cliente primeiro abre um socket TCP para o servidor web segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web

conexatildeo TCP estabelecida64233169105

servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCPIP

EthPhy

SYN

SYN

SYN

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)

5 Camada de Enlace 5-85

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP

HTTPTCPIP

EthPhy

HTTP

solicitaccedilatildeo HTTP enviada para o socket TCP datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhado para wwwgooglecom

datagrama IP com a resposta HTTP eacute encaminhado de volta para o cliente

64233169105

servidor web

HTTPTCPIP

EthPhy

servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTPHTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

paacutegina web finalmente() apresentada

5 Camada de Enlace 5-86

Capiacutetulo 5 Resumo

princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dados detecccedilatildeo correccedilatildeo de erros compartilhamento de canal de difusatildeo acesso

muacuteltiplo endereccedilamento da camada de enlace

instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlace Ethernet LANs comutadas redes virtualizadas como camada de enlace MPLS

siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web

  • Capiacutetulo 5 A Camada de Enlace e Redes Locais
  • Camada de Enlace
  • Camada de Enlace Introduccedilatildeo
  • Camada de Enlace Contexto
  • Serviccedilos da Camada de Enlace
  • Serviccedilos da Camada de Enlace (mais)
  • Onde a camada de enlace eacute implementada
  • Comunicaccedilatildeo entre Adaptadores
  • Camada de Enlace (2)
  • Detecccedilatildeo de Erros
  • Verificaccedilotildees de Paridade
  • Soma de verificaccedilatildeo da Internet
  • Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica (CRC)
  • Exemplo de CRC
  • Implementaccedilatildeo em Hardware
  • Camada de Enlace (3)
  • Enlaces e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolo Ideal de Acesso Muacuteltiplo
  • Taxonomia dos Protocolos MAC
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal TDMA
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal FDMA
  • Protocolos de Acesso Aleatoacuterio
  • Slotted ALOHA
  • Slotted ALOHA (2)
  • Eficiecircncia do Slotted Aloha
  • ALOHA Puro (sem slots)
  • Eficiecircncia do Aloha puro
  • CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)
  • Colisotildees no CSMA
  • CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)
  • Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (2)
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (3)
  • Resumo dos protocolos MAC
  • Camada de Enlace (4)
  • Endereccedilos MAC
  • Endereccedilos MAC (2)
  • Endereccedilo MAC (cont)
  • ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de Resoluccedilatildeo de En
  • Protocolo ARP Mesma LAN (rede)
  • Roteando um pacote para outra LAN
  • Slide 44
  • Camada de Enlace (5)
  • Ethernet
  • Topologia em Estrela
  • Estrutura do Quadro Ethernet
  • Estrutura de Quadro Ethernet (cont)
  • Ethernet natildeo confiaacutevel e natildeo orientado para conexatildeo
  • Algoritmo CSMACD do Ethernet
  • CSMACD da Ethernet (mais)
  • Eficiecircncia do CSMACD
  • Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
  • 10Base5
  • 10Base2
  • 10BaseT
  • Conector RJ 45
  • 100Base-TX
  • Slide 60
  • Carrier Ethernet Defined
  • Camada de Enlace (6)
  • Hubs
  • Comutador (switch)
  • Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
  • Tabela de Comutaccedilatildeo
  • Switch autoaprendizagem
  • Switch FiltragemRepasse de quadros
  • Exemplo de auto aprendizagem e repasse
  • Exemplo com comutador
  • Exemplo com comutador (2)
  • Interligaccedilatildeo de comutadores
  • Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores
  • Rede Institucionalcorporativa
  • Rede institucional
  • Comutadores versus Roteadores
  • Camada de Enlace (7)
  • Siacutentese um dia na vida de um pedido web
  • Um dia na vida cenaacuterio
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet (2)
  • Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
  • Um dia na vidahellip usando DNS
  • Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
  • Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
  • Capiacutetulo 5 Resumo
Page 72: 5: Camada de Enlace 5-1 Capítulo 5: A Camada de Enlace e Redes Locais Nossos objetivos: Entender os princípios por trás dos serviços da camada de enlace

5 Camada de Enlace 5-72

Interligaccedilatildeo de comutadores

Podemos interligar comutadores (switches)

A

B

P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe que deve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3

R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenico comutador)

S1

C D

E

FS2

S4

S3

HI

G

5 Camada de Enlace 5-73

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde

para C

P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4

A

B

S1

C D

E

FS2

S4

S3

HI

G

1

2

5 Camada de Enlace 5-74

Rede Institucionalcorporativa

5 Camada de Enlace 5-75

Rede institucional

Para redeexterna

roteador

Subrede IP

Servidor de mensagens

Servidor web

5 Camada de Enlace 5-76

Comutadores versus Roteadores ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa

roteadores dispositivos da camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)

comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace roteadores mantecircm tabelas de roteamento

implementam algoritmos de roteamento comutadores mantecircm tabelas de comutaccedilatildeo

implementam filtragem algoritmos de aprendizagem

5 Camada de Enlace 5-77

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos52 Teacutecnicas de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de acesso muacuteltiplo 54 Endereccedilamento na Camada de Enlace55 Ethernet56 Comutadores da camada de enlace57 PPP o protocolo ponto-a-ponto58 Virtualizaccedilatildeo de enlace uma rede como

camada de enlace59 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina

Web

5 Camada de Enlace 5-78

Siacutentese um dia na vida de um pedido web jornada completa atravessando toda a pilha de

protocolos aplicaccedilatildeo transporte rede enlace

colocando tudo junto siacutentese objetivo identificar revisar entender os

protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web

cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom

5 Camada de Enlace 5-79

Um dia na vida cenaacuterio

rede da Comcast68800013

rede do Google64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola68802024

paacutegina web

navegador

5 Camada de Enlace 5-80

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPDHCP

quadro Ethernet difundido (dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador que executa o servidor DHCP

Ethernet demultiplexado para IP demultiplexado para UDP e demultiplexado paraDHCP

o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilo do primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP Solicitaccedilatildeo DHCP encapsulada em UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023 Ethernet

5 Camada de Enlace 5-81

roteador(roda DHCP)

servidor DHCP prepara ACK DHCP contendo endereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiro roteador nome e endereccedilo IP do servidor DNS

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

encapsulamento no servidor DHCP quadro repassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente

Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador

cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

5 Camada de Enlace 5-82

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

consulta DNS criada encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviar quadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP

consulta ARP difundida recebida pelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccedilo MAC da interface do roteador

o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiro roteador podendo agora enviar o quadro contendo a consulta DNS

ARP query

EthPhy

ARP

ARP

ARP reply

antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS

5 Camada de Enlace 5-83

roteador(roda DHCP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

DNS

datagrama IP conteacutem consulta DNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador

datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelos protocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS

demultiplexado pelo servidor DNS

servidor DNS responde ao cliente com o endereccedilo IP de wwwgooglecom

rede da Comcast68800013

servidor DNS

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

Um dia na vidahellip usando DNS

5 Camada de Enlace 5-84

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP

HTTPTCPIP

EthPhy

HTTP

para enviar pedido HTTP cliente primeiro abre um socket TCP para o servidor web segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web

conexatildeo TCP estabelecida64233169105

servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCPIP

EthPhy

SYN

SYN

SYN

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)

5 Camada de Enlace 5-85

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP

HTTPTCPIP

EthPhy

HTTP

solicitaccedilatildeo HTTP enviada para o socket TCP datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhado para wwwgooglecom

datagrama IP com a resposta HTTP eacute encaminhado de volta para o cliente

64233169105

servidor web

HTTPTCPIP

EthPhy

servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTPHTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

paacutegina web finalmente() apresentada

5 Camada de Enlace 5-86

Capiacutetulo 5 Resumo

princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dados detecccedilatildeo correccedilatildeo de erros compartilhamento de canal de difusatildeo acesso

muacuteltiplo endereccedilamento da camada de enlace

instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlace Ethernet LANs comutadas redes virtualizadas como camada de enlace MPLS

siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web

  • Capiacutetulo 5 A Camada de Enlace e Redes Locais
  • Camada de Enlace
  • Camada de Enlace Introduccedilatildeo
  • Camada de Enlace Contexto
  • Serviccedilos da Camada de Enlace
  • Serviccedilos da Camada de Enlace (mais)
  • Onde a camada de enlace eacute implementada
  • Comunicaccedilatildeo entre Adaptadores
  • Camada de Enlace (2)
  • Detecccedilatildeo de Erros
  • Verificaccedilotildees de Paridade
  • Soma de verificaccedilatildeo da Internet
  • Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica (CRC)
  • Exemplo de CRC
  • Implementaccedilatildeo em Hardware
  • Camada de Enlace (3)
  • Enlaces e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolo Ideal de Acesso Muacuteltiplo
  • Taxonomia dos Protocolos MAC
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal TDMA
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal FDMA
  • Protocolos de Acesso Aleatoacuterio
  • Slotted ALOHA
  • Slotted ALOHA (2)
  • Eficiecircncia do Slotted Aloha
  • ALOHA Puro (sem slots)
  • Eficiecircncia do Aloha puro
  • CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)
  • Colisotildees no CSMA
  • CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)
  • Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (2)
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (3)
  • Resumo dos protocolos MAC
  • Camada de Enlace (4)
  • Endereccedilos MAC
  • Endereccedilos MAC (2)
  • Endereccedilo MAC (cont)
  • ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de Resoluccedilatildeo de En
  • Protocolo ARP Mesma LAN (rede)
  • Roteando um pacote para outra LAN
  • Slide 44
  • Camada de Enlace (5)
  • Ethernet
  • Topologia em Estrela
  • Estrutura do Quadro Ethernet
  • Estrutura de Quadro Ethernet (cont)
  • Ethernet natildeo confiaacutevel e natildeo orientado para conexatildeo
  • Algoritmo CSMACD do Ethernet
  • CSMACD da Ethernet (mais)
  • Eficiecircncia do CSMACD
  • Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
  • 10Base5
  • 10Base2
  • 10BaseT
  • Conector RJ 45
  • 100Base-TX
  • Slide 60
  • Carrier Ethernet Defined
  • Camada de Enlace (6)
  • Hubs
  • Comutador (switch)
  • Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
  • Tabela de Comutaccedilatildeo
  • Switch autoaprendizagem
  • Switch FiltragemRepasse de quadros
  • Exemplo de auto aprendizagem e repasse
  • Exemplo com comutador
  • Exemplo com comutador (2)
  • Interligaccedilatildeo de comutadores
  • Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores
  • Rede Institucionalcorporativa
  • Rede institucional
  • Comutadores versus Roteadores
  • Camada de Enlace (7)
  • Siacutentese um dia na vida de um pedido web
  • Um dia na vida cenaacuterio
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet (2)
  • Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
  • Um dia na vidahellip usando DNS
  • Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
  • Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
  • Capiacutetulo 5 Resumo
Page 73: 5: Camada de Enlace 5-1 Capítulo 5: A Camada de Enlace e Redes Locais Nossos objetivos: Entender os princípios por trás dos serviços da camada de enlace

5 Camada de Enlace 5-73

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde

para C

P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4

A

B

S1

C D

E

FS2

S4

S3

HI

G

1

2

5 Camada de Enlace 5-74

Rede Institucionalcorporativa

5 Camada de Enlace 5-75

Rede institucional

Para redeexterna

roteador

Subrede IP

Servidor de mensagens

Servidor web

5 Camada de Enlace 5-76

Comutadores versus Roteadores ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa

roteadores dispositivos da camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)

comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace roteadores mantecircm tabelas de roteamento

implementam algoritmos de roteamento comutadores mantecircm tabelas de comutaccedilatildeo

implementam filtragem algoritmos de aprendizagem

5 Camada de Enlace 5-77

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos52 Teacutecnicas de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de acesso muacuteltiplo 54 Endereccedilamento na Camada de Enlace55 Ethernet56 Comutadores da camada de enlace57 PPP o protocolo ponto-a-ponto58 Virtualizaccedilatildeo de enlace uma rede como

camada de enlace59 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina

Web

5 Camada de Enlace 5-78

Siacutentese um dia na vida de um pedido web jornada completa atravessando toda a pilha de

protocolos aplicaccedilatildeo transporte rede enlace

colocando tudo junto siacutentese objetivo identificar revisar entender os

protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web

cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom

5 Camada de Enlace 5-79

Um dia na vida cenaacuterio

rede da Comcast68800013

rede do Google64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola68802024

paacutegina web

navegador

5 Camada de Enlace 5-80

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPDHCP

quadro Ethernet difundido (dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador que executa o servidor DHCP

Ethernet demultiplexado para IP demultiplexado para UDP e demultiplexado paraDHCP

o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilo do primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP Solicitaccedilatildeo DHCP encapsulada em UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023 Ethernet

5 Camada de Enlace 5-81

roteador(roda DHCP)

servidor DHCP prepara ACK DHCP contendo endereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiro roteador nome e endereccedilo IP do servidor DNS

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

encapsulamento no servidor DHCP quadro repassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente

Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador

cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

5 Camada de Enlace 5-82

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

consulta DNS criada encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviar quadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP

consulta ARP difundida recebida pelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccedilo MAC da interface do roteador

o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiro roteador podendo agora enviar o quadro contendo a consulta DNS

ARP query

EthPhy

ARP

ARP

ARP reply

antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS

5 Camada de Enlace 5-83

roteador(roda DHCP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

DNS

datagrama IP conteacutem consulta DNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador

datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelos protocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS

demultiplexado pelo servidor DNS

servidor DNS responde ao cliente com o endereccedilo IP de wwwgooglecom

rede da Comcast68800013

servidor DNS

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

Um dia na vidahellip usando DNS

5 Camada de Enlace 5-84

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP

HTTPTCPIP

EthPhy

HTTP

para enviar pedido HTTP cliente primeiro abre um socket TCP para o servidor web segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web

conexatildeo TCP estabelecida64233169105

servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCPIP

EthPhy

SYN

SYN

SYN

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)

5 Camada de Enlace 5-85

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP

HTTPTCPIP

EthPhy

HTTP

solicitaccedilatildeo HTTP enviada para o socket TCP datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhado para wwwgooglecom

datagrama IP com a resposta HTTP eacute encaminhado de volta para o cliente

64233169105

servidor web

HTTPTCPIP

EthPhy

servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTPHTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

paacutegina web finalmente() apresentada

5 Camada de Enlace 5-86

Capiacutetulo 5 Resumo

princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dados detecccedilatildeo correccedilatildeo de erros compartilhamento de canal de difusatildeo acesso

muacuteltiplo endereccedilamento da camada de enlace

instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlace Ethernet LANs comutadas redes virtualizadas como camada de enlace MPLS

siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web

  • Capiacutetulo 5 A Camada de Enlace e Redes Locais
  • Camada de Enlace
  • Camada de Enlace Introduccedilatildeo
  • Camada de Enlace Contexto
  • Serviccedilos da Camada de Enlace
  • Serviccedilos da Camada de Enlace (mais)
  • Onde a camada de enlace eacute implementada
  • Comunicaccedilatildeo entre Adaptadores
  • Camada de Enlace (2)
  • Detecccedilatildeo de Erros
  • Verificaccedilotildees de Paridade
  • Soma de verificaccedilatildeo da Internet
  • Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica (CRC)
  • Exemplo de CRC
  • Implementaccedilatildeo em Hardware
  • Camada de Enlace (3)
  • Enlaces e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolo Ideal de Acesso Muacuteltiplo
  • Taxonomia dos Protocolos MAC
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal TDMA
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal FDMA
  • Protocolos de Acesso Aleatoacuterio
  • Slotted ALOHA
  • Slotted ALOHA (2)
  • Eficiecircncia do Slotted Aloha
  • ALOHA Puro (sem slots)
  • Eficiecircncia do Aloha puro
  • CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)
  • Colisotildees no CSMA
  • CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)
  • Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (2)
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (3)
  • Resumo dos protocolos MAC
  • Camada de Enlace (4)
  • Endereccedilos MAC
  • Endereccedilos MAC (2)
  • Endereccedilo MAC (cont)
  • ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de Resoluccedilatildeo de En
  • Protocolo ARP Mesma LAN (rede)
  • Roteando um pacote para outra LAN
  • Slide 44
  • Camada de Enlace (5)
  • Ethernet
  • Topologia em Estrela
  • Estrutura do Quadro Ethernet
  • Estrutura de Quadro Ethernet (cont)
  • Ethernet natildeo confiaacutevel e natildeo orientado para conexatildeo
  • Algoritmo CSMACD do Ethernet
  • CSMACD da Ethernet (mais)
  • Eficiecircncia do CSMACD
  • Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
  • 10Base5
  • 10Base2
  • 10BaseT
  • Conector RJ 45
  • 100Base-TX
  • Slide 60
  • Carrier Ethernet Defined
  • Camada de Enlace (6)
  • Hubs
  • Comutador (switch)
  • Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
  • Tabela de Comutaccedilatildeo
  • Switch autoaprendizagem
  • Switch FiltragemRepasse de quadros
  • Exemplo de auto aprendizagem e repasse
  • Exemplo com comutador
  • Exemplo com comutador (2)
  • Interligaccedilatildeo de comutadores
  • Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores
  • Rede Institucionalcorporativa
  • Rede institucional
  • Comutadores versus Roteadores
  • Camada de Enlace (7)
  • Siacutentese um dia na vida de um pedido web
  • Um dia na vida cenaacuterio
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet (2)
  • Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
  • Um dia na vidahellip usando DNS
  • Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
  • Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
  • Capiacutetulo 5 Resumo
Page 74: 5: Camada de Enlace 5-1 Capítulo 5: A Camada de Enlace e Redes Locais Nossos objetivos: Entender os princípios por trás dos serviços da camada de enlace

5 Camada de Enlace 5-74

Rede Institucionalcorporativa

5 Camada de Enlace 5-75

Rede institucional

Para redeexterna

roteador

Subrede IP

Servidor de mensagens

Servidor web

5 Camada de Enlace 5-76

Comutadores versus Roteadores ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa

roteadores dispositivos da camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)

comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace roteadores mantecircm tabelas de roteamento

implementam algoritmos de roteamento comutadores mantecircm tabelas de comutaccedilatildeo

implementam filtragem algoritmos de aprendizagem

5 Camada de Enlace 5-77

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos52 Teacutecnicas de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de acesso muacuteltiplo 54 Endereccedilamento na Camada de Enlace55 Ethernet56 Comutadores da camada de enlace57 PPP o protocolo ponto-a-ponto58 Virtualizaccedilatildeo de enlace uma rede como

camada de enlace59 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina

Web

5 Camada de Enlace 5-78

Siacutentese um dia na vida de um pedido web jornada completa atravessando toda a pilha de

protocolos aplicaccedilatildeo transporte rede enlace

colocando tudo junto siacutentese objetivo identificar revisar entender os

protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web

cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom

5 Camada de Enlace 5-79

Um dia na vida cenaacuterio

rede da Comcast68800013

rede do Google64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola68802024

paacutegina web

navegador

5 Camada de Enlace 5-80

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPDHCP

quadro Ethernet difundido (dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador que executa o servidor DHCP

Ethernet demultiplexado para IP demultiplexado para UDP e demultiplexado paraDHCP

o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilo do primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP Solicitaccedilatildeo DHCP encapsulada em UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023 Ethernet

5 Camada de Enlace 5-81

roteador(roda DHCP)

servidor DHCP prepara ACK DHCP contendo endereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiro roteador nome e endereccedilo IP do servidor DNS

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

encapsulamento no servidor DHCP quadro repassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente

Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador

cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

5 Camada de Enlace 5-82

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

consulta DNS criada encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviar quadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP

consulta ARP difundida recebida pelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccedilo MAC da interface do roteador

o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiro roteador podendo agora enviar o quadro contendo a consulta DNS

ARP query

EthPhy

ARP

ARP

ARP reply

antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS

5 Camada de Enlace 5-83

roteador(roda DHCP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

DNS

datagrama IP conteacutem consulta DNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador

datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelos protocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS

demultiplexado pelo servidor DNS

servidor DNS responde ao cliente com o endereccedilo IP de wwwgooglecom

rede da Comcast68800013

servidor DNS

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

Um dia na vidahellip usando DNS

5 Camada de Enlace 5-84

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP

HTTPTCPIP

EthPhy

HTTP

para enviar pedido HTTP cliente primeiro abre um socket TCP para o servidor web segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web

conexatildeo TCP estabelecida64233169105

servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCPIP

EthPhy

SYN

SYN

SYN

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)

5 Camada de Enlace 5-85

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP

HTTPTCPIP

EthPhy

HTTP

solicitaccedilatildeo HTTP enviada para o socket TCP datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhado para wwwgooglecom

datagrama IP com a resposta HTTP eacute encaminhado de volta para o cliente

64233169105

servidor web

HTTPTCPIP

EthPhy

servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTPHTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

paacutegina web finalmente() apresentada

5 Camada de Enlace 5-86

Capiacutetulo 5 Resumo

princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dados detecccedilatildeo correccedilatildeo de erros compartilhamento de canal de difusatildeo acesso

muacuteltiplo endereccedilamento da camada de enlace

instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlace Ethernet LANs comutadas redes virtualizadas como camada de enlace MPLS

siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web

  • Capiacutetulo 5 A Camada de Enlace e Redes Locais
  • Camada de Enlace
  • Camada de Enlace Introduccedilatildeo
  • Camada de Enlace Contexto
  • Serviccedilos da Camada de Enlace
  • Serviccedilos da Camada de Enlace (mais)
  • Onde a camada de enlace eacute implementada
  • Comunicaccedilatildeo entre Adaptadores
  • Camada de Enlace (2)
  • Detecccedilatildeo de Erros
  • Verificaccedilotildees de Paridade
  • Soma de verificaccedilatildeo da Internet
  • Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica (CRC)
  • Exemplo de CRC
  • Implementaccedilatildeo em Hardware
  • Camada de Enlace (3)
  • Enlaces e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolo Ideal de Acesso Muacuteltiplo
  • Taxonomia dos Protocolos MAC
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal TDMA
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal FDMA
  • Protocolos de Acesso Aleatoacuterio
  • Slotted ALOHA
  • Slotted ALOHA (2)
  • Eficiecircncia do Slotted Aloha
  • ALOHA Puro (sem slots)
  • Eficiecircncia do Aloha puro
  • CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)
  • Colisotildees no CSMA
  • CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)
  • Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (2)
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (3)
  • Resumo dos protocolos MAC
  • Camada de Enlace (4)
  • Endereccedilos MAC
  • Endereccedilos MAC (2)
  • Endereccedilo MAC (cont)
  • ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de Resoluccedilatildeo de En
  • Protocolo ARP Mesma LAN (rede)
  • Roteando um pacote para outra LAN
  • Slide 44
  • Camada de Enlace (5)
  • Ethernet
  • Topologia em Estrela
  • Estrutura do Quadro Ethernet
  • Estrutura de Quadro Ethernet (cont)
  • Ethernet natildeo confiaacutevel e natildeo orientado para conexatildeo
  • Algoritmo CSMACD do Ethernet
  • CSMACD da Ethernet (mais)
  • Eficiecircncia do CSMACD
  • Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
  • 10Base5
  • 10Base2
  • 10BaseT
  • Conector RJ 45
  • 100Base-TX
  • Slide 60
  • Carrier Ethernet Defined
  • Camada de Enlace (6)
  • Hubs
  • Comutador (switch)
  • Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
  • Tabela de Comutaccedilatildeo
  • Switch autoaprendizagem
  • Switch FiltragemRepasse de quadros
  • Exemplo de auto aprendizagem e repasse
  • Exemplo com comutador
  • Exemplo com comutador (2)
  • Interligaccedilatildeo de comutadores
  • Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores
  • Rede Institucionalcorporativa
  • Rede institucional
  • Comutadores versus Roteadores
  • Camada de Enlace (7)
  • Siacutentese um dia na vida de um pedido web
  • Um dia na vida cenaacuterio
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet (2)
  • Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
  • Um dia na vidahellip usando DNS
  • Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
  • Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
  • Capiacutetulo 5 Resumo
Page 75: 5: Camada de Enlace 5-1 Capítulo 5: A Camada de Enlace e Redes Locais Nossos objetivos: Entender os princípios por trás dos serviços da camada de enlace

5 Camada de Enlace 5-75

Rede institucional

Para redeexterna

roteador

Subrede IP

Servidor de mensagens

Servidor web

5 Camada de Enlace 5-76

Comutadores versus Roteadores ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa

roteadores dispositivos da camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)

comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace roteadores mantecircm tabelas de roteamento

implementam algoritmos de roteamento comutadores mantecircm tabelas de comutaccedilatildeo

implementam filtragem algoritmos de aprendizagem

5 Camada de Enlace 5-77

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos52 Teacutecnicas de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de acesso muacuteltiplo 54 Endereccedilamento na Camada de Enlace55 Ethernet56 Comutadores da camada de enlace57 PPP o protocolo ponto-a-ponto58 Virtualizaccedilatildeo de enlace uma rede como

camada de enlace59 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina

Web

5 Camada de Enlace 5-78

Siacutentese um dia na vida de um pedido web jornada completa atravessando toda a pilha de

protocolos aplicaccedilatildeo transporte rede enlace

colocando tudo junto siacutentese objetivo identificar revisar entender os

protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web

cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom

5 Camada de Enlace 5-79

Um dia na vida cenaacuterio

rede da Comcast68800013

rede do Google64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola68802024

paacutegina web

navegador

5 Camada de Enlace 5-80

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPDHCP

quadro Ethernet difundido (dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador que executa o servidor DHCP

Ethernet demultiplexado para IP demultiplexado para UDP e demultiplexado paraDHCP

o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilo do primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP Solicitaccedilatildeo DHCP encapsulada em UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023 Ethernet

5 Camada de Enlace 5-81

roteador(roda DHCP)

servidor DHCP prepara ACK DHCP contendo endereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiro roteador nome e endereccedilo IP do servidor DNS

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

encapsulamento no servidor DHCP quadro repassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente

Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador

cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

5 Camada de Enlace 5-82

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

consulta DNS criada encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviar quadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP

consulta ARP difundida recebida pelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccedilo MAC da interface do roteador

o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiro roteador podendo agora enviar o quadro contendo a consulta DNS

ARP query

EthPhy

ARP

ARP

ARP reply

antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS

5 Camada de Enlace 5-83

roteador(roda DHCP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

DNS

datagrama IP conteacutem consulta DNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador

datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelos protocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS

demultiplexado pelo servidor DNS

servidor DNS responde ao cliente com o endereccedilo IP de wwwgooglecom

rede da Comcast68800013

servidor DNS

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

Um dia na vidahellip usando DNS

5 Camada de Enlace 5-84

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP

HTTPTCPIP

EthPhy

HTTP

para enviar pedido HTTP cliente primeiro abre um socket TCP para o servidor web segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web

conexatildeo TCP estabelecida64233169105

servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCPIP

EthPhy

SYN

SYN

SYN

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)

5 Camada de Enlace 5-85

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP

HTTPTCPIP

EthPhy

HTTP

solicitaccedilatildeo HTTP enviada para o socket TCP datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhado para wwwgooglecom

datagrama IP com a resposta HTTP eacute encaminhado de volta para o cliente

64233169105

servidor web

HTTPTCPIP

EthPhy

servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTPHTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

paacutegina web finalmente() apresentada

5 Camada de Enlace 5-86

Capiacutetulo 5 Resumo

princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dados detecccedilatildeo correccedilatildeo de erros compartilhamento de canal de difusatildeo acesso

muacuteltiplo endereccedilamento da camada de enlace

instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlace Ethernet LANs comutadas redes virtualizadas como camada de enlace MPLS

siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web

  • Capiacutetulo 5 A Camada de Enlace e Redes Locais
  • Camada de Enlace
  • Camada de Enlace Introduccedilatildeo
  • Camada de Enlace Contexto
  • Serviccedilos da Camada de Enlace
  • Serviccedilos da Camada de Enlace (mais)
  • Onde a camada de enlace eacute implementada
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  • Implementaccedilatildeo em Hardware
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  • Endereccedilos MAC (2)
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5 Camada de Enlace 5-76

Comutadores versus Roteadores ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa

roteadores dispositivos da camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)

comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace roteadores mantecircm tabelas de roteamento

implementam algoritmos de roteamento comutadores mantecircm tabelas de comutaccedilatildeo

implementam filtragem algoritmos de aprendizagem

5 Camada de Enlace 5-77

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos52 Teacutecnicas de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de acesso muacuteltiplo 54 Endereccedilamento na Camada de Enlace55 Ethernet56 Comutadores da camada de enlace57 PPP o protocolo ponto-a-ponto58 Virtualizaccedilatildeo de enlace uma rede como

camada de enlace59 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina

Web

5 Camada de Enlace 5-78

Siacutentese um dia na vida de um pedido web jornada completa atravessando toda a pilha de

protocolos aplicaccedilatildeo transporte rede enlace

colocando tudo junto siacutentese objetivo identificar revisar entender os

protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web

cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom

5 Camada de Enlace 5-79

Um dia na vida cenaacuterio

rede da Comcast68800013

rede do Google64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola68802024

paacutegina web

navegador

5 Camada de Enlace 5-80

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPDHCP

quadro Ethernet difundido (dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador que executa o servidor DHCP

Ethernet demultiplexado para IP demultiplexado para UDP e demultiplexado paraDHCP

o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilo do primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP Solicitaccedilatildeo DHCP encapsulada em UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023 Ethernet

5 Camada de Enlace 5-81

roteador(roda DHCP)

servidor DHCP prepara ACK DHCP contendo endereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiro roteador nome e endereccedilo IP do servidor DNS

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

encapsulamento no servidor DHCP quadro repassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente

Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador

cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

5 Camada de Enlace 5-82

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

consulta DNS criada encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviar quadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP

consulta ARP difundida recebida pelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccedilo MAC da interface do roteador

o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiro roteador podendo agora enviar o quadro contendo a consulta DNS

ARP query

EthPhy

ARP

ARP

ARP reply

antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS

5 Camada de Enlace 5-83

roteador(roda DHCP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

DNS

datagrama IP conteacutem consulta DNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador

datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelos protocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS

demultiplexado pelo servidor DNS

servidor DNS responde ao cliente com o endereccedilo IP de wwwgooglecom

rede da Comcast68800013

servidor DNS

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

Um dia na vidahellip usando DNS

5 Camada de Enlace 5-84

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP

HTTPTCPIP

EthPhy

HTTP

para enviar pedido HTTP cliente primeiro abre um socket TCP para o servidor web segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web

conexatildeo TCP estabelecida64233169105

servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCPIP

EthPhy

SYN

SYN

SYN

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)

5 Camada de Enlace 5-85

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP

HTTPTCPIP

EthPhy

HTTP

solicitaccedilatildeo HTTP enviada para o socket TCP datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhado para wwwgooglecom

datagrama IP com a resposta HTTP eacute encaminhado de volta para o cliente

64233169105

servidor web

HTTPTCPIP

EthPhy

servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTPHTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

paacutegina web finalmente() apresentada

5 Camada de Enlace 5-86

Capiacutetulo 5 Resumo

princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dados detecccedilatildeo correccedilatildeo de erros compartilhamento de canal de difusatildeo acesso

muacuteltiplo endereccedilamento da camada de enlace

instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlace Ethernet LANs comutadas redes virtualizadas como camada de enlace MPLS

siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web

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  • Serviccedilos da Camada de Enlace (mais)
  • Onde a camada de enlace eacute implementada
  • Comunicaccedilatildeo entre Adaptadores
  • Camada de Enlace (2)
  • Detecccedilatildeo de Erros
  • Verificaccedilotildees de Paridade
  • Soma de verificaccedilatildeo da Internet
  • Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica (CRC)
  • Exemplo de CRC
  • Implementaccedilatildeo em Hardware
  • Camada de Enlace (3)
  • Enlaces e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolo Ideal de Acesso Muacuteltiplo
  • Taxonomia dos Protocolos MAC
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal TDMA
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal FDMA
  • Protocolos de Acesso Aleatoacuterio
  • Slotted ALOHA
  • Slotted ALOHA (2)
  • Eficiecircncia do Slotted Aloha
  • ALOHA Puro (sem slots)
  • Eficiecircncia do Aloha puro
  • CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)
  • Colisotildees no CSMA
  • CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)
  • Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (2)
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (3)
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  • Camada de Enlace (4)
  • Endereccedilos MAC
  • Endereccedilos MAC (2)
  • Endereccedilo MAC (cont)
  • ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de Resoluccedilatildeo de En
  • Protocolo ARP Mesma LAN (rede)
  • Roteando um pacote para outra LAN
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  • Camada de Enlace (5)
  • Ethernet
  • Topologia em Estrela
  • Estrutura do Quadro Ethernet
  • Estrutura de Quadro Ethernet (cont)
  • Ethernet natildeo confiaacutevel e natildeo orientado para conexatildeo
  • Algoritmo CSMACD do Ethernet
  • CSMACD da Ethernet (mais)
  • Eficiecircncia do CSMACD
  • Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
  • 10Base5
  • 10Base2
  • 10BaseT
  • Conector RJ 45
  • 100Base-TX
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  • Carrier Ethernet Defined
  • Camada de Enlace (6)
  • Hubs
  • Comutador (switch)
  • Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
  • Tabela de Comutaccedilatildeo
  • Switch autoaprendizagem
  • Switch FiltragemRepasse de quadros
  • Exemplo de auto aprendizagem e repasse
  • Exemplo com comutador
  • Exemplo com comutador (2)
  • Interligaccedilatildeo de comutadores
  • Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores
  • Rede Institucionalcorporativa
  • Rede institucional
  • Comutadores versus Roteadores
  • Camada de Enlace (7)
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  • Um dia na vida cenaacuterio
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  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet (2)
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5 Camada de Enlace 5-77

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos52 Teacutecnicas de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de acesso muacuteltiplo 54 Endereccedilamento na Camada de Enlace55 Ethernet56 Comutadores da camada de enlace57 PPP o protocolo ponto-a-ponto58 Virtualizaccedilatildeo de enlace uma rede como

camada de enlace59 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina

Web

5 Camada de Enlace 5-78

Siacutentese um dia na vida de um pedido web jornada completa atravessando toda a pilha de

protocolos aplicaccedilatildeo transporte rede enlace

colocando tudo junto siacutentese objetivo identificar revisar entender os

protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web

cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom

5 Camada de Enlace 5-79

Um dia na vida cenaacuterio

rede da Comcast68800013

rede do Google64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola68802024

paacutegina web

navegador

5 Camada de Enlace 5-80

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPDHCP

quadro Ethernet difundido (dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador que executa o servidor DHCP

Ethernet demultiplexado para IP demultiplexado para UDP e demultiplexado paraDHCP

o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilo do primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP Solicitaccedilatildeo DHCP encapsulada em UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023 Ethernet

5 Camada de Enlace 5-81

roteador(roda DHCP)

servidor DHCP prepara ACK DHCP contendo endereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiro roteador nome e endereccedilo IP do servidor DNS

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

encapsulamento no servidor DHCP quadro repassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente

Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador

cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

5 Camada de Enlace 5-82

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

consulta DNS criada encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviar quadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP

consulta ARP difundida recebida pelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccedilo MAC da interface do roteador

o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiro roteador podendo agora enviar o quadro contendo a consulta DNS

ARP query

EthPhy

ARP

ARP

ARP reply

antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS

5 Camada de Enlace 5-83

roteador(roda DHCP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

DNS

datagrama IP conteacutem consulta DNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador

datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelos protocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS

demultiplexado pelo servidor DNS

servidor DNS responde ao cliente com o endereccedilo IP de wwwgooglecom

rede da Comcast68800013

servidor DNS

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

Um dia na vidahellip usando DNS

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roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP

HTTPTCPIP

EthPhy

HTTP

para enviar pedido HTTP cliente primeiro abre um socket TCP para o servidor web segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web

conexatildeo TCP estabelecida64233169105

servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCPIP

EthPhy

SYN

SYN

SYN

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)

5 Camada de Enlace 5-85

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP

HTTPTCPIP

EthPhy

HTTP

solicitaccedilatildeo HTTP enviada para o socket TCP datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhado para wwwgooglecom

datagrama IP com a resposta HTTP eacute encaminhado de volta para o cliente

64233169105

servidor web

HTTPTCPIP

EthPhy

servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTPHTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

paacutegina web finalmente() apresentada

5 Camada de Enlace 5-86

Capiacutetulo 5 Resumo

princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dados detecccedilatildeo correccedilatildeo de erros compartilhamento de canal de difusatildeo acesso

muacuteltiplo endereccedilamento da camada de enlace

instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlace Ethernet LANs comutadas redes virtualizadas como camada de enlace MPLS

siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web

  • Capiacutetulo 5 A Camada de Enlace e Redes Locais
  • Camada de Enlace
  • Camada de Enlace Introduccedilatildeo
  • Camada de Enlace Contexto
  • Serviccedilos da Camada de Enlace
  • Serviccedilos da Camada de Enlace (mais)
  • Onde a camada de enlace eacute implementada
  • Comunicaccedilatildeo entre Adaptadores
  • Camada de Enlace (2)
  • Detecccedilatildeo de Erros
  • Verificaccedilotildees de Paridade
  • Soma de verificaccedilatildeo da Internet
  • Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica (CRC)
  • Exemplo de CRC
  • Implementaccedilatildeo em Hardware
  • Camada de Enlace (3)
  • Enlaces e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolo Ideal de Acesso Muacuteltiplo
  • Taxonomia dos Protocolos MAC
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal TDMA
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal FDMA
  • Protocolos de Acesso Aleatoacuterio
  • Slotted ALOHA
  • Slotted ALOHA (2)
  • Eficiecircncia do Slotted Aloha
  • ALOHA Puro (sem slots)
  • Eficiecircncia do Aloha puro
  • CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)
  • Colisotildees no CSMA
  • CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)
  • Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (2)
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (3)
  • Resumo dos protocolos MAC
  • Camada de Enlace (4)
  • Endereccedilos MAC
  • Endereccedilos MAC (2)
  • Endereccedilo MAC (cont)
  • ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de Resoluccedilatildeo de En
  • Protocolo ARP Mesma LAN (rede)
  • Roteando um pacote para outra LAN
  • Slide 44
  • Camada de Enlace (5)
  • Ethernet
  • Topologia em Estrela
  • Estrutura do Quadro Ethernet
  • Estrutura de Quadro Ethernet (cont)
  • Ethernet natildeo confiaacutevel e natildeo orientado para conexatildeo
  • Algoritmo CSMACD do Ethernet
  • CSMACD da Ethernet (mais)
  • Eficiecircncia do CSMACD
  • Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
  • 10Base5
  • 10Base2
  • 10BaseT
  • Conector RJ 45
  • 100Base-TX
  • Slide 60
  • Carrier Ethernet Defined
  • Camada de Enlace (6)
  • Hubs
  • Comutador (switch)
  • Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
  • Tabela de Comutaccedilatildeo
  • Switch autoaprendizagem
  • Switch FiltragemRepasse de quadros
  • Exemplo de auto aprendizagem e repasse
  • Exemplo com comutador
  • Exemplo com comutador (2)
  • Interligaccedilatildeo de comutadores
  • Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores
  • Rede Institucionalcorporativa
  • Rede institucional
  • Comutadores versus Roteadores
  • Camada de Enlace (7)
  • Siacutentese um dia na vida de um pedido web
  • Um dia na vida cenaacuterio
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet (2)
  • Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
  • Um dia na vidahellip usando DNS
  • Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
  • Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
  • Capiacutetulo 5 Resumo
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5 Camada de Enlace 5-78

Siacutentese um dia na vida de um pedido web jornada completa atravessando toda a pilha de

protocolos aplicaccedilatildeo transporte rede enlace

colocando tudo junto siacutentese objetivo identificar revisar entender os

protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web

cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom

5 Camada de Enlace 5-79

Um dia na vida cenaacuterio

rede da Comcast68800013

rede do Google64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola68802024

paacutegina web

navegador

5 Camada de Enlace 5-80

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPDHCP

quadro Ethernet difundido (dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador que executa o servidor DHCP

Ethernet demultiplexado para IP demultiplexado para UDP e demultiplexado paraDHCP

o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilo do primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP Solicitaccedilatildeo DHCP encapsulada em UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023 Ethernet

5 Camada de Enlace 5-81

roteador(roda DHCP)

servidor DHCP prepara ACK DHCP contendo endereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiro roteador nome e endereccedilo IP do servidor DNS

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

encapsulamento no servidor DHCP quadro repassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente

Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador

cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

5 Camada de Enlace 5-82

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

consulta DNS criada encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviar quadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP

consulta ARP difundida recebida pelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccedilo MAC da interface do roteador

o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiro roteador podendo agora enviar o quadro contendo a consulta DNS

ARP query

EthPhy

ARP

ARP

ARP reply

antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS

5 Camada de Enlace 5-83

roteador(roda DHCP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

DNS

datagrama IP conteacutem consulta DNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador

datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelos protocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS

demultiplexado pelo servidor DNS

servidor DNS responde ao cliente com o endereccedilo IP de wwwgooglecom

rede da Comcast68800013

servidor DNS

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

Um dia na vidahellip usando DNS

5 Camada de Enlace 5-84

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP

HTTPTCPIP

EthPhy

HTTP

para enviar pedido HTTP cliente primeiro abre um socket TCP para o servidor web segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web

conexatildeo TCP estabelecida64233169105

servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCPIP

EthPhy

SYN

SYN

SYN

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)

5 Camada de Enlace 5-85

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP

HTTPTCPIP

EthPhy

HTTP

solicitaccedilatildeo HTTP enviada para o socket TCP datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhado para wwwgooglecom

datagrama IP com a resposta HTTP eacute encaminhado de volta para o cliente

64233169105

servidor web

HTTPTCPIP

EthPhy

servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTPHTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

paacutegina web finalmente() apresentada

5 Camada de Enlace 5-86

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princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dados detecccedilatildeo correccedilatildeo de erros compartilhamento de canal de difusatildeo acesso

muacuteltiplo endereccedilamento da camada de enlace

instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlace Ethernet LANs comutadas redes virtualizadas como camada de enlace MPLS

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  • Endereccedilos MAC (2)
  • Endereccedilo MAC (cont)
  • ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de Resoluccedilatildeo de En
  • Protocolo ARP Mesma LAN (rede)
  • Roteando um pacote para outra LAN
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  • Ethernet
  • Topologia em Estrela
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  • 10Base2
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  • Conector RJ 45
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  • Comutador (switch)
  • Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
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  • Exemplo com comutador (2)
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  • Um dia na vidahellip usando DNS
  • Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
  • Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
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Um dia na vida cenaacuterio

rede da Comcast68800013

rede do Google64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola68802024

paacutegina web

navegador

5 Camada de Enlace 5-80

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPDHCP

quadro Ethernet difundido (dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador que executa o servidor DHCP

Ethernet demultiplexado para IP demultiplexado para UDP e demultiplexado paraDHCP

o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilo do primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP Solicitaccedilatildeo DHCP encapsulada em UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023 Ethernet

5 Camada de Enlace 5-81

roteador(roda DHCP)

servidor DHCP prepara ACK DHCP contendo endereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiro roteador nome e endereccedilo IP do servidor DNS

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

encapsulamento no servidor DHCP quadro repassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente

Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador

cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

5 Camada de Enlace 5-82

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

consulta DNS criada encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviar quadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP

consulta ARP difundida recebida pelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccedilo MAC da interface do roteador

o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiro roteador podendo agora enviar o quadro contendo a consulta DNS

ARP query

EthPhy

ARP

ARP

ARP reply

antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS

5 Camada de Enlace 5-83

roteador(roda DHCP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

DNS

datagrama IP conteacutem consulta DNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador

datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelos protocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS

demultiplexado pelo servidor DNS

servidor DNS responde ao cliente com o endereccedilo IP de wwwgooglecom

rede da Comcast68800013

servidor DNS

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

Um dia na vidahellip usando DNS

5 Camada de Enlace 5-84

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP

HTTPTCPIP

EthPhy

HTTP

para enviar pedido HTTP cliente primeiro abre um socket TCP para o servidor web segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web

conexatildeo TCP estabelecida64233169105

servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCPIP

EthPhy

SYN

SYN

SYN

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)

5 Camada de Enlace 5-85

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP

HTTPTCPIP

EthPhy

HTTP

solicitaccedilatildeo HTTP enviada para o socket TCP datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhado para wwwgooglecom

datagrama IP com a resposta HTTP eacute encaminhado de volta para o cliente

64233169105

servidor web

HTTPTCPIP

EthPhy

servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTPHTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

paacutegina web finalmente() apresentada

5 Camada de Enlace 5-86

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muacuteltiplo endereccedilamento da camada de enlace

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  • Exemplo com comutador (2)
  • Interligaccedilatildeo de comutadores
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  • Rede institucional
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  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet (2)
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  • Um dia na vidahellip usando DNS
  • Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
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5 Camada de Enlace 5-80

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPDHCP

quadro Ethernet difundido (dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador que executa o servidor DHCP

Ethernet demultiplexado para IP demultiplexado para UDP e demultiplexado paraDHCP

o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilo do primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP Solicitaccedilatildeo DHCP encapsulada em UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023 Ethernet

5 Camada de Enlace 5-81

roteador(roda DHCP)

servidor DHCP prepara ACK DHCP contendo endereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiro roteador nome e endereccedilo IP do servidor DNS

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

encapsulamento no servidor DHCP quadro repassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente

Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador

cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

5 Camada de Enlace 5-82

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

consulta DNS criada encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviar quadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP

consulta ARP difundida recebida pelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccedilo MAC da interface do roteador

o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiro roteador podendo agora enviar o quadro contendo a consulta DNS

ARP query

EthPhy

ARP

ARP

ARP reply

antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS

5 Camada de Enlace 5-83

roteador(roda DHCP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

DNS

datagrama IP conteacutem consulta DNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador

datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelos protocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS

demultiplexado pelo servidor DNS

servidor DNS responde ao cliente com o endereccedilo IP de wwwgooglecom

rede da Comcast68800013

servidor DNS

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

Um dia na vidahellip usando DNS

5 Camada de Enlace 5-84

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP

HTTPTCPIP

EthPhy

HTTP

para enviar pedido HTTP cliente primeiro abre um socket TCP para o servidor web segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web

conexatildeo TCP estabelecida64233169105

servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCPIP

EthPhy

SYN

SYN

SYN

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)

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roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP

HTTPTCPIP

EthPhy

HTTP

solicitaccedilatildeo HTTP enviada para o socket TCP datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhado para wwwgooglecom

datagrama IP com a resposta HTTP eacute encaminhado de volta para o cliente

64233169105

servidor web

HTTPTCPIP

EthPhy

servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTPHTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

paacutegina web finalmente() apresentada

5 Camada de Enlace 5-86

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princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dados detecccedilatildeo correccedilatildeo de erros compartilhamento de canal de difusatildeo acesso

muacuteltiplo endereccedilamento da camada de enlace

instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlace Ethernet LANs comutadas redes virtualizadas como camada de enlace MPLS

siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web

  • Capiacutetulo 5 A Camada de Enlace e Redes Locais
  • Camada de Enlace
  • Camada de Enlace Introduccedilatildeo
  • Camada de Enlace Contexto
  • Serviccedilos da Camada de Enlace
  • Serviccedilos da Camada de Enlace (mais)
  • Onde a camada de enlace eacute implementada
  • Comunicaccedilatildeo entre Adaptadores
  • Camada de Enlace (2)
  • Detecccedilatildeo de Erros
  • Verificaccedilotildees de Paridade
  • Soma de verificaccedilatildeo da Internet
  • Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica (CRC)
  • Exemplo de CRC
  • Implementaccedilatildeo em Hardware
  • Camada de Enlace (3)
  • Enlaces e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolo Ideal de Acesso Muacuteltiplo
  • Taxonomia dos Protocolos MAC
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal TDMA
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal FDMA
  • Protocolos de Acesso Aleatoacuterio
  • Slotted ALOHA
  • Slotted ALOHA (2)
  • Eficiecircncia do Slotted Aloha
  • ALOHA Puro (sem slots)
  • Eficiecircncia do Aloha puro
  • CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)
  • Colisotildees no CSMA
  • CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)
  • Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (2)
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (3)
  • Resumo dos protocolos MAC
  • Camada de Enlace (4)
  • Endereccedilos MAC
  • Endereccedilos MAC (2)
  • Endereccedilo MAC (cont)
  • ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de Resoluccedilatildeo de En
  • Protocolo ARP Mesma LAN (rede)
  • Roteando um pacote para outra LAN
  • Slide 44
  • Camada de Enlace (5)
  • Ethernet
  • Topologia em Estrela
  • Estrutura do Quadro Ethernet
  • Estrutura de Quadro Ethernet (cont)
  • Ethernet natildeo confiaacutevel e natildeo orientado para conexatildeo
  • Algoritmo CSMACD do Ethernet
  • CSMACD da Ethernet (mais)
  • Eficiecircncia do CSMACD
  • Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
  • 10Base5
  • 10Base2
  • 10BaseT
  • Conector RJ 45
  • 100Base-TX
  • Slide 60
  • Carrier Ethernet Defined
  • Camada de Enlace (6)
  • Hubs
  • Comutador (switch)
  • Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas
  • Tabela de Comutaccedilatildeo
  • Switch autoaprendizagem
  • Switch FiltragemRepasse de quadros
  • Exemplo de auto aprendizagem e repasse
  • Exemplo com comutador
  • Exemplo com comutador (2)
  • Interligaccedilatildeo de comutadores
  • Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores
  • Rede Institucionalcorporativa
  • Rede institucional
  • Comutadores versus Roteadores
  • Camada de Enlace (7)
  • Siacutentese um dia na vida de um pedido web
  • Um dia na vida cenaacuterio
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet (2)
  • Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
  • Um dia na vidahellip usando DNS
  • Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
  • Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
  • Capiacutetulo 5 Resumo
Page 81: 5: Camada de Enlace 5-1 Capítulo 5: A Camada de Enlace e Redes Locais Nossos objetivos: Entender os princípios por trás dos serviços da camada de enlace

5 Camada de Enlace 5-81

roteador(roda DHCP)

servidor DHCP prepara ACK DHCP contendo endereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiro roteador nome e endereccedilo IP do servidor DNS

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthFiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

encapsulamento no servidor DHCP quadro repassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente

Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador

cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

5 Camada de Enlace 5-82

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

consulta DNS criada encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviar quadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP

consulta ARP difundida recebida pelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccedilo MAC da interface do roteador

o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiro roteador podendo agora enviar o quadro contendo a consulta DNS

ARP query

EthPhy

ARP

ARP

ARP reply

antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS

5 Camada de Enlace 5-83

roteador(roda DHCP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

DNS

datagrama IP conteacutem consulta DNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador

datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelos protocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS

demultiplexado pelo servidor DNS

servidor DNS responde ao cliente com o endereccedilo IP de wwwgooglecom

rede da Comcast68800013

servidor DNS

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

Um dia na vidahellip usando DNS

5 Camada de Enlace 5-84

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP

HTTPTCPIP

EthPhy

HTTP

para enviar pedido HTTP cliente primeiro abre um socket TCP para o servidor web segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web

conexatildeo TCP estabelecida64233169105

servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCPIP

EthPhy

SYN

SYN

SYN

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)

5 Camada de Enlace 5-85

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP

HTTPTCPIP

EthPhy

HTTP

solicitaccedilatildeo HTTP enviada para o socket TCP datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhado para wwwgooglecom

datagrama IP com a resposta HTTP eacute encaminhado de volta para o cliente

64233169105

servidor web

HTTPTCPIP

EthPhy

servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTPHTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

paacutegina web finalmente() apresentada

5 Camada de Enlace 5-86

Capiacutetulo 5 Resumo

princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dados detecccedilatildeo correccedilatildeo de erros compartilhamento de canal de difusatildeo acesso

muacuteltiplo endereccedilamento da camada de enlace

instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlace Ethernet LANs comutadas redes virtualizadas como camada de enlace MPLS

siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web

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5 Camada de Enlace 5-82

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

consulta DNS criada encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviar quadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP

consulta ARP difundida recebida pelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccedilo MAC da interface do roteador

o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiro roteador podendo agora enviar o quadro contendo a consulta DNS

ARP query

EthPhy

ARP

ARP

ARP reply

antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS

5 Camada de Enlace 5-83

roteador(roda DHCP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

DNS

datagrama IP conteacutem consulta DNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador

datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelos protocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS

demultiplexado pelo servidor DNS

servidor DNS responde ao cliente com o endereccedilo IP de wwwgooglecom

rede da Comcast68800013

servidor DNS

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

Um dia na vidahellip usando DNS

5 Camada de Enlace 5-84

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP

HTTPTCPIP

EthPhy

HTTP

para enviar pedido HTTP cliente primeiro abre um socket TCP para o servidor web segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web

conexatildeo TCP estabelecida64233169105

servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCPIP

EthPhy

SYN

SYN

SYN

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)

5 Camada de Enlace 5-85

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP

HTTPTCPIP

EthPhy

HTTP

solicitaccedilatildeo HTTP enviada para o socket TCP datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhado para wwwgooglecom

datagrama IP com a resposta HTTP eacute encaminhado de volta para o cliente

64233169105

servidor web

HTTPTCPIP

EthPhy

servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTPHTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

paacutegina web finalmente() apresentada

5 Camada de Enlace 5-86

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princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dados detecccedilatildeo correccedilatildeo de erros compartilhamento de canal de difusatildeo acesso

muacuteltiplo endereccedilamento da camada de enlace

instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlace Ethernet LANs comutadas redes virtualizadas como camada de enlace MPLS

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  • Serviccedilos da Camada de Enlace (mais)
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  • Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD
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  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (2)
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  • Endereccedilos MAC (2)
  • Endereccedilo MAC (cont)
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5 Camada de Enlace 5-83

roteador(roda DHCP)

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

DNS

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datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelos protocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS

demultiplexado pelo servidor DNS

servidor DNS responde ao cliente com o endereccedilo IP de wwwgooglecom

rede da Comcast68800013

servidor DNS

DNSUDP

IPEthPhy

DNS

DNS

DNS

DNS

Um dia na vidahellip usando DNS

5 Camada de Enlace 5-84

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP

HTTPTCPIP

EthPhy

HTTP

para enviar pedido HTTP cliente primeiro abre um socket TCP para o servidor web segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web

conexatildeo TCP estabelecida64233169105

servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCPIP

EthPhy

SYN

SYN

SYN

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)

5 Camada de Enlace 5-85

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP

HTTPTCPIP

EthPhy

HTTP

solicitaccedilatildeo HTTP enviada para o socket TCP datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhado para wwwgooglecom

datagrama IP com a resposta HTTP eacute encaminhado de volta para o cliente

64233169105

servidor web

HTTPTCPIP

EthPhy

servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTPHTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

paacutegina web finalmente() apresentada

5 Camada de Enlace 5-86

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princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dados detecccedilatildeo correccedilatildeo de erros compartilhamento de canal de difusatildeo acesso

muacuteltiplo endereccedilamento da camada de enlace

instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlace Ethernet LANs comutadas redes virtualizadas como camada de enlace MPLS

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  • Camada de Enlace Contexto
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  • Serviccedilos da Camada de Enlace (mais)
  • Onde a camada de enlace eacute implementada
  • Comunicaccedilatildeo entre Adaptadores
  • Camada de Enlace (2)
  • Detecccedilatildeo de Erros
  • Verificaccedilotildees de Paridade
  • Soma de verificaccedilatildeo da Internet
  • Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica (CRC)
  • Exemplo de CRC
  • Implementaccedilatildeo em Hardware
  • Camada de Enlace (3)
  • Enlaces e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
  • Protocolo Ideal de Acesso Muacuteltiplo
  • Taxonomia dos Protocolos MAC
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal TDMA
  • Protocolos MAC de divisatildeo de canal FDMA
  • Protocolos de Acesso Aleatoacuterio
  • Slotted ALOHA
  • Slotted ALOHA (2)
  • Eficiecircncia do Slotted Aloha
  • ALOHA Puro (sem slots)
  • Eficiecircncia do Aloha puro
  • CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)
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  • Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (2)
  • Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo (3)
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  • Endereccedilos MAC
  • Endereccedilos MAC (2)
  • Endereccedilo MAC (cont)
  • ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de Resoluccedilatildeo de En
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  • Roteando um pacote para outra LAN
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  • Camada de Enlace (5)
  • Ethernet
  • Topologia em Estrela
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  • Switch FiltragemRepasse de quadros
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  • Exemplo com comutador (2)
  • Interligaccedilatildeo de comutadores
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  • Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
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5 Camada de Enlace 5-84

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP

HTTPTCPIP

EthPhy

HTTP

para enviar pedido HTTP cliente primeiro abre um socket TCP para o servidor web segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web

conexatildeo TCP estabelecida64233169105

servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCPIP

EthPhy

SYN

SYN

SYN

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)

5 Camada de Enlace 5-85

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP

HTTPTCPIP

EthPhy

HTTP

solicitaccedilatildeo HTTP enviada para o socket TCP datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhado para wwwgooglecom

datagrama IP com a resposta HTTP eacute encaminhado de volta para o cliente

64233169105

servidor web

HTTPTCPIP

EthPhy

servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTPHTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

paacutegina web finalmente() apresentada

5 Camada de Enlace 5-86

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princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dados detecccedilatildeo correccedilatildeo de erros compartilhamento de canal de difusatildeo acesso

muacuteltiplo endereccedilamento da camada de enlace

instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlace Ethernet LANs comutadas redes virtualizadas como camada de enlace MPLS

siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web

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  • Detecccedilatildeo de Erros
  • Verificaccedilotildees de Paridade
  • Soma de verificaccedilatildeo da Internet
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  • Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD
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  • Rede institucional
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  • Um dia na vida cenaacuterio
  • Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
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  • Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
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5 Camada de Enlace 5-85

roteador(roda DHCP)

Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP

HTTPTCPIP

EthPhy

HTTP

solicitaccedilatildeo HTTP enviada para o socket TCP datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhado para wwwgooglecom

datagrama IP com a resposta HTTP eacute encaminhado de volta para o cliente

64233169105

servidor web

HTTPTCPIP

EthPhy

servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTPHTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

paacutegina web finalmente() apresentada

5 Camada de Enlace 5-86

Capiacutetulo 5 Resumo

princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dados detecccedilatildeo correccedilatildeo de erros compartilhamento de canal de difusatildeo acesso

muacuteltiplo endereccedilamento da camada de enlace

instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlace Ethernet LANs comutadas redes virtualizadas como camada de enlace MPLS

siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web

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