5: Camada de Enlace 5a-1 Capítulo 5: Camada de Enlace

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  • 5: Camada de Enlace 5a-1 Captulo 5: Camada de Enlace
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  • 5: Camada de Enlace 5a-2 Protocolos da Camada de Enlace
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  • 5: Camada de Enlace 5a-3 Servios da Camada de Enlace Enquadramento e acesso ao enlace: encapsula datagrama num quadro incluindo cabealho e cauda, implementa acesso ao canal se meio for compartilhado, endereos fsicos so usados em cabealhos de quadros para identificar origem e destino de quadros em enlaces multiponto Entrega confivel: Pouco usada em fibra ptica, cabo coaxial e alguns tipos de pares tranados devido a taxas de erro de bit muito baixas. Usada em enlaces de rdio, onde a meta reduzir erros evitando assim a retransmisso fim a fim.
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  • 5: Camada de Enlace 5a-4 Servios da Camada de Enlace (mais) Controle de Fluxo: compatibilizar taxas de produo e consumo de quadros entre remetentes e receptores Deteco de Erros: erros so causados por atenuao do sinal e por rudo receptor detecta presena de erros receptor sinaliza ao remetente para retransmisso, ou simplesmente descarta o quadro em erro Correo de Erros: mecanismo que permite que o receptor localize e corrija o erro sem precisar da retransmisso
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  • 5: Camada de Enlace 5a-5 Implementao de Protocolo da Camada de Enlace Protocolo da camada de enlace implementado totalmente no adaptador (p.ex., carto PCMCIA). Adaptador tipicamente inclui: RAM, circuitos de processamento digital de sinais, interface do barramento do computador, e interface do enlace Operaes de transmisso do adaptador: encapsula (coloca nmero de seqncia, info de realimentao, etc.), inclui bits de deteco de erros, implementa acesso ao canal para meios compartilhados, coloca no enlace Operaes de recepo do adaptador: verificao e correo de erros, interrompe computador para enviar quadro para a camada superior, atualiza info de estado a respeito de realimentao para o remetente, nmero de seqncia, etc.
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  • 5: Camada de Enlace 5a-6 Deteco de Erros EDC= bits de Deteco e Correo de Erros (redundncia) D = Dados protegidos por verificao de erros, podem incluir alguns campos do cabealho deteco de erros no 100% perfeita; protocolo pode no identificar alguns erros, mas raro maior campo de EDC permite melhorar deteco e correo
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  • 5: Camada de Enlace 5a-7 Uso de Bits de Paridade Paridade de 1 Bit: Detecta erros em um nico bit Paridade de Bit Bidimensional: Detecta e corrige em um nico bit
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  • 5: Camada de Enlace 5a-8 Mtodos de Checksum Checksum Internet: Remetente considera dados como compostos de inteiros de 16 bits; soma todos os campos de 16 bits (usando aritmtica de complemento de um) e acrescenta a soma ao quadro; o receptor repete a mesma operao e compara o resultado com o checksum enviado com o quadro. Cdigos de Redundncia Cclica (Cyclic Redundancy Codes): Dados considerados como a seqncia de coeficientes de um polinmio (D) escolhido um polinmio Gerador, (G), (=> r+1 bits) Divide-se (mdulo 2) o polinmio D*2 r por G. Acrescenta-se o resto (R) a D. Observa-se que, por construo, a nova seqncia agora exatamente divisvel por G
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  • 5: Camada de Enlace 5a-9 Exemplo de CRC
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  • 5: Camada de Enlace 5a-10 Implementao de CRC (cont) Remetente realiza em tempo real por hardware a diviso da seqncia D pelo polinmio G e acrescenta o resto R a D O receptor divide por G; se o resto for diferente de zero, a transmisso teve erro Padres internacionais de polinmios G de graus 8, 12, 15 e 32 j foram definidos A ARPANET utilizava um CRC de 24 bits no protocolo de enlace de bit alternado ATM utiliza um CRC de 32 bits em AAL5 HDLC utiliza um CRC de 16 bits
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  • 5: Camada de Enlace 5a-11 Enlaces e Protocolos de Mltiplo Acesso Trs tipos de enlace: (a) Ponto-a-ponto (um cabo nico) (b) Difuso (cabo ou meio compartilhado; p.ex., Ethernet, rdio, etc.) (c) Comutado (p.ex., E-net comutada, ATM, etc) Comeamos com enlaces com Difuso. Desafio proncipal:Protocolo de Mltiplo Acesso
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  • 5: Camada de Enlace 5a-12 Protocolos de Controle de Acesso ao Meio (MAC) Protocolo MAC: coordena transmisses de estaes diferentes a fim de minimizar/evitar colises. Tem 3 classes: (a) Particionamento do Canal (b) Acesso Aleatrio (c) Revezamento Meta: ser eficiente, justo, simples, descentralizado
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  • 5: Camada de Enlace 5a-13 Protocolos de Particionamento do Canal TDM (Multiplexao por Diviso de Tempo): canal dividido em N intervalos de tempo (slots), um para cada usurio; ineficiente com usurios de pouco demanda ou quando carga for baixa. FDM (Multiplexao por Diviso de Freqncia): freqncia subdividida; mesmos problemas de eficincia do TDM.
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  • 5: Camada de Enlace 5a-14 Particionamento do Canal com CDMA CDMA (Mltiplo Acesso por Diviso por Cdigo): explora esquema de codificao de espectro espalhado - DS (Direct Sequence) ou FH (Frequency Hopping) cdigo nico associado a cada canal; i, particionamento do conjunto de cdigos Mais usado em canais de radiodifuso (celular, satlite, etc) Todos usurios compartilham a mesma freqncia, mas cada canal tem sua prpria seqncia de chipping (i, cdigo) Seqncia de chipping funciona como mscara: usado para codificar o sinal sinal codificado = (sinal original) X (seqncia de chipping) decodificao: produto interno do sinal codificado e a seqncia de chipping (observa-se que o produto interno a soma dos produtos componente-por-componente) Para fazer CDMA funcionar, as seqncias de chipping devem ser mutuamente ortogonais entre si (i.., produto interno = 0)
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  • 5: Camada de Enlace 5a-15 CDMA: Codificao/Decodificao
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  • 5: Camada de Enlace 5a-16 CDMA: interferncia entre dois remetentes
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  • 5: Camada de Enlace 5a-17 CDMA (cont) Propriedades do CDMA: protege usurios de interferncia (inclusive a proposital) (usado desde a Segunda Guerra Mundial) protege usurios do multipath fading (interferncia entre 2 trajetrias do mesmo sinal, p.ex. o direto e por reflexo) em rdio permite a coexistncia de mltiplos usurios e suas transmisses simultneas com um mnimo de interferncia (se os cdigos deles forem ortogonais)
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  • 5: Camada de Enlace 5a-18 Protocolos de Acesso Aleatrio Uma estao transmite aleatoriamente (i, sem coordenao a priori entre estaes) ocupando toda a capacidade R do canal. Se houver coliso entre as transmisses de duas ou mais estaes, elas retransmitem depois de espera aleatria. O protocolo MAC de acesso aleatrio especifica como detectar colises e como se recuperar delas (atravs de retransmisses retardadas, por exemplo) Exemplos de protocolos MAC de acesso aleatrio: (a) SLOTTED ALOHA (b) ALOHA (c) CSMA e CSMA/CD
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  • 5: Camada de Enlace 5a-19 Slotted Aloha O tempo dividido em slots de tamanho igual (= tamanho de um pacote cheio) uma estao com pacote para enviar o transmite no incio do prximo slot se houver uma coliso (supe-se realimentao pelo canal, p.ex. o receptor avisa o remetente da coliso), a origem retransmite o pacote a cada slot com probabilidade P, at conseguir sucesso. Slots com Sucesso (S), com Coliso (C), ou Vazios (E) S-ALOHA eficiente na utilizao do canal; completamente descentralizado.
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  • 5: Camada de Enlace 5a-20 Eficincia de Slotted Aloha Se N estaes tiverem pacotes para enviar, e cada uma transmite em cada slot com probabilidade p, a probabilidade S de uma transmisso com sucesso : Para uma estao especfica, S= p (1-p) (N-1) Para que qualquer uma das N estaes consiga transmitir com sucesso num slot, S = N p (1-p) (N-1) Valor timo de P: P = 1/N Por exemplo, se N=2, S=.5 Para N muito grande temos S= 1/e (aproximadamente, 0,37)
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  • 5: Camada de Enlace 5a-21 ALOHA puro (sem slots) Slotted ALOHA requer sincronizao dos slots Um verso mais simples, ALOHA puro, no requer slots Uma estao transmite sem aguardar o incio de um slot A probabilidade de coliso aumenta (pacote pode colidir com outros pacotes transmitidos dentro de uma janela duas vezes o tamanho de S-Aloha) A vazo reduzida pela metade, i S= 1/(2e) 0,18
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  • 5: Camada de Enlace 5a-22 CSMA (Carrier Sense Multiple Access) CSMA: escuta antes de transmitir. Se detecta que o canal est sendo usado, adia transmisso. CSMA persistente: tenta novamente assim que o canal se tornar ocioso (isto pode provocar instabilidade) CSMA no persistente: tenta novamente depois de intervalo aleatrio Note: colises ainda podem ocorrer, pois duas estaes podem detectar o canal ocioso ao mesmo tempo (ou, melhor, dentro de uma janela de vulnerabilidade = retardo ida e volta entre as duas estaes envolvidas) No caso de coliso, desperdiado todo o tempo de transmisso do pacote
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  • 5: Camada de Enlace 5a-23 Colises em CSMA
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  • 5: Camada de Enlace 5a-24 CSMA/CD (Deteco de Colises) CSMA/CD: escuta o meio e faz adiamento como o CSMA. Entretanto, colises detectadas rapidamente, em poucos intervalos de bit. Transmisso ento abortada, reduzindo consideravelmente o desperdcio do canal. Tipicamente, implementada retransmisso persistente Deteco de colises fcil em rede locais usando cabo (p.ex., E-net): pode-se medir a intensidade do sinal na linha, detectar violaes do cdigo, ou comparar sinais Tx e Rx Deteco de colises no pode ser realizada em redes locais de rdio (o receptor desligado durante transmisso, para evitar danific-lo com excesso de potncia) CSMA/CD pode