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A camada de enlace e redes locais
Prof Horaacutecio Junior
A camada de enlacebull Introduccedilatildeo e serviccedilosbull Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de errosbull Protocolos de muacuteltiplo acessobull Endereccedilamento da camada de enlacebull Ethernetbull Hubs e switchesbull PPPbull Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS
Camada de enlace introduccedilatildeobull Algumas terminologias
bull Hospedeiros e roteadores satildeo noacutesbull Canais de comunicaccedilatildeo que conectam noacutes
adjacentes ao longo do caminho de comunicaccedilatildeo satildeo enlaces
bull Enlaces com fiobull Enlaces sem fiobull LANsbull Pacote de camada-2 eacute um quadro encapsula
o datagrama Camada de enlace introduccedilatildeo A camada de enlace tem a responsabilidade de transferir um datagrama de um noacute para o noacute adjacente sobre um enlace
A camada de enlace contextobull Datagrama transferido por protocolos de enlace diferentes sobre enlaces diferentes
bull ex Ethernet no primeiro enlace quadro relay nos enlaces intermediaacuterios 80211 no uacuteltimo enlace
bull Cada protocolo de enlace provecirc serviccedilos diferentesbull ex pode ou natildeo prover transferecircncia confiaacutevel sobre o enlace
bull Analogia do transportebull Viagem de Princeton ateacute Lausanne
bull Carro Princeton ateacute JFK bull Aviatildeo JFK ateacute Genevabull Trem Geneva ateacute Lausanne
bull Turista = datagramabull Segmento de transporte = enlace de comunicaccedilatildeobull Modo de transporte = protocolo da camada de enlacebull Agente de viagem = algoritmo de roteamento
Serviccedilos da camada de enlacebull Enquadramento acesso ao enlace bull Encapsula datagramas em quadros acrescentando cabeccedilalhos e trailerbull Implementa acesso ao canal se o meio eacute compartilhadobull ldquoEndereccedilos fiacutesicosrdquo usados nos cabeccedilalhos dos quadros para identificar a fonte
e o destino dos quadrosbull Diferente do endereccedilo IP
bull Entrega confiaacutevel entre dois equipamentos fisicamente conectadosbull Raramente usado em enlaces com baixa taxa de erro (fibra alguns tipos de par
de fios tranccedilados de cobre)bull Enlaces sem fio (wireless) altas taxas de erro bull P por que prover confiabilidade fim-a-fim e na camada de enlace
Serviccedilos da camada de enlacebull Controle de fluxo
bull Limitaccedilatildeo da transmissatildeo entre transmissor e receptor
bull Detecccedilatildeo de errosbull Erros causados pela atenuaccedilatildeo do sinal e por ruiacutedosbull O receptor detecta a presenccedila de errosbull Avisa o transmissor para reenviar o quadro perdido
bull Correccedilatildeo de errosbull O receptor identifica e corrige o bit com erro(s) sem recorrer agrave retransmissatildeo
bull Half-duplex e full-duplexbull Com half-duplex os noacutes em ambas as extremidades do enlace podem transmitir
mas natildeo ao mesmo tempo
Comunicaccedilatildeo de adaptadoresbull Camada de rede implementada no ldquoadaptadorrdquo (isto eacute NIC)bull Cartatildeo Ethernet cartatildeo PCMCI cartatildeo 80211
bull Lado transmissorbull Encapsula o datagrama em um quadrobull Adiciona bits de verificaccedilatildeo de erro rdt controle de fluxo etc
bull Lado receptorbull Procura erros rdt controle de fluxo etcbull Extrai o datagrama passa para o lado receptor
bull Adaptador eacute semi-autocircnomobull Camadas de enlace e fiacutesica
Detecccedilatildeo de errosEDC= Bits de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros (redundacircncia) D = Dados protegidos pela verificaccedilatildeo de erros podem incluir os campos de cabeccedilalho bull A detecccedilatildeo de erros natildeo eacute 100
confiaacutevel bull Protocolos podem deixar passar alguns
erros mas eacute rarobull Quanto maior o campo EDC melhor eacute a
capacidade de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
Verificaccedilatildeo de paridade
Checksum da InternetObjetivo detectar ldquoerrosrdquo (ex bits trocados) num segmento transmitido (nota usado apenas na camada de transporte) Transmissor bull Trata o conteuacutedo de segmentos como sequumlecircncias de nuacutemeros inteiros de 16 bitsbull Checksum adiccedilatildeo (soma em complemento de um) do conteuacutedo do segmentobull Transmissor coloca o valor do checksum no campo checksum do UDP Receptorbull Computa o checksum do segmento recebidobull Verifica se o checksum calculado eacute igual ao valor do campo checksumbull NAtildeO mdash erro detectadobull SIM mdash natildeo detectou erro Mas talvez haja erros apesar disso Depoishellip
Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclicabull Encara os bits de dados D como um nuacutemero binaacuteriobull Escolhe um padratildeo gerador de r + 1 bit Gbull Objetivo escolhe r CRC bits R tal que
bull ltDRgteacute divisiacutevel de forma exata por G (moacutedulo 2)bull Receptor conhece G divide ltDRgt por G Se o resto eacute diferente de zero erro detectadobull Pode detectar todos os erros em sequumlecircncia (burst errors) com comprimento menor que r + 1 bit
bull Largamente usado na praacutetica (ATM HDCL)
Exemplo de CRC
Enlaces de acesso muacuteltiplo e protocolos
Protocolos de acesso muacuteltiplobull Canal de comunicaccedilatildeo uacutenico e compartilhadobull Duas ou mais transmissotildees simultacircneas pelos noacutes interferecircnciabull Colisatildeo se um noacute receber dois ou mais sinais ao mesmo tempo
bull Protocolo de muacuteltiplo acessobull Algoritmo distribuiacutedo que determina como as estaccedilotildees compartilham o canal
isto eacute determinam quando cada estaccedilatildeo pode transmitirbull Comunicaccedilatildeo sobre o compartilhamento do canal deve utilizar o proacuteprio canal
bull Nenhum canal fora-de-banda para coordenaccedilatildeo
Protocolo ideal de muacuteltiplo acessobull Canal de broadcast de taxa R bps 1 Quando um noacute quer transmitir ele pode enviar a uma taxa R 2 Quando M noacutes querem transmitir cada um envia a uma taxa meacutedia
RM 3 Totalmente descentralizada
1 Nenhum noacute especial para coordenar transmissotildees2 Nenhuma sincronizaccedilatildeo de reloacutegios e compartimentos
4 Simples
Protocolos MAC uma taxonomiaTrecircs grandes classes bull Particionamento de canalbull Divide o canal em pedaccedilos menores (compartimentos de tempo frequecircncia)bull Aloca um pedaccedilo para uso exclusivo de cada noacute
bull Acesso aleatoacuteriobull Canal natildeo dividido permite colisotildeesbull ldquoRecuperaccedilatildeordquo das colisotildees
bull Passagem de permissatildeobull Noacutes transmitem em seus turnos mas com mais volume para enviar podem
usar turnos mais longos
Protocolos MAC com particionamento de canal TDMATDMA acesso muacuteltiplo por divisatildeo temporalbull Acesso ao canal eacute feito por ldquoturnosrdquobull Cada estaccedilatildeo controla um compartimento (ldquoslotrdquo) de tamanho fixo
(tamanho = tempo de transmissatildeo de pacote) em cada turnobull Compartimentos natildeo usados satildeo desperdiccediladosbull Exemplo rede local com 6 estaccedilotildees 1 3 4 tecircm pacotes compartimentos 2
5 6 ficam vazios
Protocolos MAC com particionamento de canal FDMAFDMA acesso muacuteltiplo por divisatildeo de frequecircncia bull O espectro do canal eacute dividido em
bandas de frequecircnciabull Cada estaccedilatildeo recebe uma banda de
frequecircnciabull Tempo de transmissatildeo natildeo usado nas
bandas de frequecircncia eacute desperdiccediladobull Exemplo rede local com 6 estaccedilotildees
1 3 4 tecircm pacotes as bandas de frequecircncia 2 5 6 ficam vazias
Protocolos de acesso aleatoacuteriobull Quando o noacute tem um pacote a enviar
bull Transmite com toda a taxa do canal R bull Natildeo haacute uma regra de coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes
bull Dois ou mais noacutes transmitindo -gt ldquocolisatildeordquo bull Protocolo MAC de acesso aleatoacuterio especifica
bull Como detectar colisotildeesbull Como as estaccedilotildees se recuperam das colisotildees (ex via retransmissotildees atrasadas)
bull Exemplos de protocolos MAC de acesso aleatoacuteriobull slotted ALOHAbull ALOHA bull CSMA e CSMACD
Slotted ALOHASuposiccedilotildeesbull Todos os quadros de mesmo tamanhobull Tempo dividido em slots de mesmo tamanho tempo para transmitir 1 quadrobull Noacutes comeccedilam a transmitir quadros apenas no iniacutecio dos slotsbull Noacutes satildeo sincronizadosbull Se 2 ou mais noacutes transmitem no slot todos os noacutes detectam a colisatildeoOperaccedilatildeobull Quando um noacute obteacutem um novo quadro ele transmite no proacuteximo slotbull Sem colisatildeo o noacute pode enviar o novo quadro no proacuteximo slotbull Se haacute colisatildeo o noacute retransmite o quadro em cada slot subsequumlente com probabilidade p
ateacute o sucesso
Slotted ALOHAProacutesbull Um uacutenico noacute ativo pode transmitir continuamente com a taxa completa de canalbull Altamente descentralizada somente slots em noacutes precisam ser sincronizadosbull Simples Contrasbull Colisotildees desperdiacutecio de slotsbull Slots ociososbull Os noacutes podem detectar colisatildeo em menos tempo do que o tempo para transmitir o pacotebull Sincronizaccedilatildeo de clock
Eficiecircncia do slotted AlohaEficiecircncia eacute a fraccedilatildeo de slots bem-sucedidos quando haacute muitos noacutes cada um com muitos quadros para enviarbull Suponha N noacutes com muitos quadros para enviar cada um transmite no slot
com probabilidade pbull Prob de o noacute 1 obter sucesso num slot = p(1-p)N-1bull Prob de qualquer noacute obter um sucesso = Np(1-p)N-1bull Para maacutexima eficiecircncia com N noacutes encontre p que maximiza Np(1-p)N-1bull Para muitos noacutes o limite de Np(1-p)N-1 com N indo ao infinito resulta
1e = 037 No maacuteximo uso do canal para envio de dados uacuteteis 37 do tempo
Aloha puro (unslotted)bull Unslotted Aloha operaccedilatildeo mais simples natildeo haacute sincronizaccedilatildeobull Pacote necessita transmissatildeobull Enviar sem esperar pelo iniacutecio de um compartimento
bull A probabilidade de colisatildeo aumenta bull Pacote enviado em t0 colide com outros pacotes enviados em [t0-1 t0+1]
Eficiecircncia do Aloha puroP(sucesso de um dado noacute) = P(noacute transmitir)
P(nenhum outro noacute transmitir em [p0-1p0] P(nenhum outro noacute transmitir em [p0-1p0]
= p (1-p)N-1 (1-p)N-1 = p (1-p)2(N-1)
hellip escolhendo p oacutetimo e entatildeo deixando n -gt infinito = 1(2e) = 018
CSMA Carrier Sense Multiple Accessbull CSMA escuta antes de transmitirbull Se o canal parece vazio transmite o pacotebull Se o canal estaacute ocupado adia a transmissatildeobull Analogia humana natildeo interrompa os outros
Colisotildees no CSMAbull Colisotildees podem ocorrerbull o atraso de propagaccedilatildeo implica que dois noacutes
podem natildeo ouvir as transmissotildees do outro
bull Colisatildeo bull todo o tempo de transmissatildeo do pacote eacute
desperdiccedilado
bull Note bull papel da distacircncia e do atraso de propagaccedilatildeo
na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo
CSMACD (detecccedilatildeo de colisatildeo)bull CSMACD detecccedilatildeo de portadora deferecircncia como no CSMA bull Colisotildees detectadas num tempo mais curto bull Transmissotildees com colisotildees satildeo interrompidas reduzindo o desperdiacutecio do
canal bull Detecccedilatildeo de colisatildeo bull Faacutecil em LANs cabeadas mediccedilatildeo da intensidade do sinal comparaccedilatildeo dos
sinais transmitidos e recebidosbull Difiacutecil em LANs sem fio receptor desligado enquanto transmitindobull Analogia humana o ldquobom de papordquo educado
Protocolos MAC com passagem de permissatildeobull Protocolos MAC com particionamento de canaisbull Compartilham o canal eficientemente quando a carga eacute alta e bem distribuiacuteda bull Ineficiente nas cargas baixas atraso no acesso ao canal A estaccedilatildeo consegue
uma banda de 1N da capacidade do canal mesmo que haja apenas 1 noacute ativo
bull Protocolos MAC de acesso aleatoacuteriobull Eficiente nas cargas baixas um uacutenico noacute pode usar todo o canalbull Cargas altas excesso de colisotildees
bull Protocolos de passagem de permissatildeo bull Buscam o melhor dos dois mundos
Protocolos MAC com passagem de permissatildeobull Pollingbull Noacute-mestre ldquoconvidardquo os escravos a transmitirem um de cada vezbull Problemas
bull Polling overheadbull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (mestre)
bull Token passingbull Controla um token passado de um noacute a outro sequencialmentebull Mensagem tokenbull Problemas
bull Token overhead bull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (token)
Sumaacuterio dos protocolos MACbull Como se faz com um canal compartilhadobull Particionamento de canal no tempo por frequumlecircncia ou por coacutedigo
bull Divisatildeo temporal divisatildeo por coacutedigo divisatildeo por frequecircnciabull Particionamento aleatoacuterio (dinacircmico)
bull ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDbull Detecccedilatildeo de portadora faacutecil em alguns meios fiacutesicos (cabos) e difiacutecil em outros (wireless)bull CSMACD usado na rede Ethernetbull CSMACA usado em 80211
bull Passagem de permissatildeobull Polling a partir de um site central passagem de token
Tecnologias de LANbull Camada de enlace ateacute agora bull Serviccedilos detecccedilatildeo de erroscorreccedilatildeo acesso muacuteltiplo
bull A seguir tecnologias de redes locais (LAN)bull Endereccedilamentobull Ethernet bull hubs pontes switches bull PPP
Endereccedilos de LAN e ARPbull Endereccedilos IP de 32-bit bull Endereccedilos da camada de redebull Usados para levar o datagrama ateacute a rede de destino (lembre-se da definiccedilatildeo
de rede IP)
bull Endereccedilo de LAN (ou MAC ou fiacutesico)bull Usado para levar o datagrama de uma interface fiacutesica a outra fisicamente
conectada com a primeira (isto eacute na mesma rede)bull Endereccedilos MAC com 48 bits (na maioria das LANs) gravados na memoacuteria fixa
(ROM) do adaptador de rede
Endereccedilos de LAN (cont)bull A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEEbull O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (para assegurar a
unicidade)bull Analogia
bull (a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG bull (b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal
bull Endereccedilamento MAC eacute ldquoflatrdquo =gt portabilidadebull Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra sem reconfiguraccedilatildeo de
endereccedilo MAC
bull Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevelbull Depende da rede na qual se estaacute ligado
ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de resoluccedilatildeo de endereccedilos)bull Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de B dado o endereccedilo IP
de Bbull Cada noacute IP (hospedeiro roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabela
ARPbull Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN lt
endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt
bull lt IP address MAC address TTLgtbull TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute
esquecido (tipicamente 20 min)
Ethernetbull Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo bull Barato R$20 por 100 Mbpsbull Primeira tecnologia de LAN largamente usadabull Mais simples e mais barata que LANs com token e ATMbull Velocidade crescente 10 Mbps ndash 10 Gbps
Topologia em estrela
Estrutura do quadro Ethernet
Estrutura do quadro Ethernet
Serviccedilo natildeo confiaacutevel sem conexatildeobull Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o
receptorbull Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o
adaptador transmissorbull O fluxo de datagramas que passa para a camada de rede pode deixar lacunas bull Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCPbull Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas
Ethernet usa CSMACDbull Sem slotsbull Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador
transmitindo isto eacute carrier sensebull O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador
transmitindo isto eacute collision detectionbull Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo
aleatoacuterio isto eacute random access
Algoritmo CSMACD da Ethernet1 O adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro 2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmitir o quadro
Se ele detecta o canal ocupado espera ateacute ele ficar livre e entatildeo transmite 3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo
sua missatildeo com esse quadro estaacute cumprida 4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta
e envia um jam signal5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a m-eacutesima
colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2m-1 O adaptador espera K512 tempos de bit e retorna ao passo 2
Ethernet CSMACDbull Jam signal garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da
colisatildeo 48 bits bull Bit time 01 microsseg para Ethernet de 10 Mbps para K = 1023 o tempo de
espera eacute cerca de 50 mseg bull Veja o applet Java no Web site da AWL altamemte recomendado
Exponential backoff bull Objetivo adaptar tentativas de retransmissatildeo para carga atual da rede
bull Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longabull Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacute K x 512 tempos de transmissatildeo de bitbull Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3hellipbull Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023
Eficiecircncia do CSMACD
10BaseT e 100BaseT
Hubs
Codificaccedilatildeo Manchester
Gigabit Ethernetbull Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeobull Permite enlaces ponto-a-ponto e canais de muacuteltiplo acesso
compartilhadosbull No modo compartilhado o CSMACD eacute usado exige pequenas
distacircncias entre os noacutes para ser eficientebull Usa hubs chamados aqui de Distribuidores com Armazenagem
ldquoBuffered Distributorsrdquobull Full-duplex a 1 Gbps para enlaces ponto-a-ponto bull 10 Gbps agora
Interconexatildeo com hubs
Switchbull Dispositivo de camada de enlacebull Armazena e encaminha quadros Ethernetbull Examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o quadro
baseado no endereccedilo MAC de destinobull Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento usa CSMACD
para acessar o segmento
bull Transparentebull Hospedeiros satildeo inconscientes da presenccedila dos switchesbull Plug-and-play self-learning (auto-aprendizado)
Encaminhamento
Filtragemencaminhamento
Switch exemplo
Switches vs roteadores
Resumo comparaccedilatildeo
Controle de enlace de dados ponto-a-pontobull Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace de
broadcastbull Sem Media Access Controlbull Natildeo necessita de endereccedilamento MAC expliacutecito
bull Ex dialup link linha ISDN
bull Protocolos ponto-a-ponto DLC popularesbull PPP (point-to-point protocol)bull HDLC High level data link control (camada de enlace costumava ser
considerada ldquocamada altardquo na pilha de protocolos)
Virtualizaccedilatildeo das redesVirtualizaccedilatildeo dos recursos uma poderosa abstraccedilatildeo em engenharia de sistemasExemplos em computaccedilatildeo memoacuteria virtual dispositivos virtuais Maacutequinas virtuais ex javaIBM VM os dos anos 6070
Camada de abstraccedilotildees natildeo se apega a detalhes da camada mais baixa apenas trata com as camadas mais baixas abstratament
A camada de enlacebull Introduccedilatildeo e serviccedilosbull Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de errosbull Protocolos de muacuteltiplo acessobull Endereccedilamento da camada de enlacebull Ethernetbull Hubs e switchesbull PPPbull Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS
Camada de enlace introduccedilatildeobull Algumas terminologias
bull Hospedeiros e roteadores satildeo noacutesbull Canais de comunicaccedilatildeo que conectam noacutes
adjacentes ao longo do caminho de comunicaccedilatildeo satildeo enlaces
bull Enlaces com fiobull Enlaces sem fiobull LANsbull Pacote de camada-2 eacute um quadro encapsula
o datagrama Camada de enlace introduccedilatildeo A camada de enlace tem a responsabilidade de transferir um datagrama de um noacute para o noacute adjacente sobre um enlace
A camada de enlace contextobull Datagrama transferido por protocolos de enlace diferentes sobre enlaces diferentes
bull ex Ethernet no primeiro enlace quadro relay nos enlaces intermediaacuterios 80211 no uacuteltimo enlace
bull Cada protocolo de enlace provecirc serviccedilos diferentesbull ex pode ou natildeo prover transferecircncia confiaacutevel sobre o enlace
bull Analogia do transportebull Viagem de Princeton ateacute Lausanne
bull Carro Princeton ateacute JFK bull Aviatildeo JFK ateacute Genevabull Trem Geneva ateacute Lausanne
bull Turista = datagramabull Segmento de transporte = enlace de comunicaccedilatildeobull Modo de transporte = protocolo da camada de enlacebull Agente de viagem = algoritmo de roteamento
Serviccedilos da camada de enlacebull Enquadramento acesso ao enlace bull Encapsula datagramas em quadros acrescentando cabeccedilalhos e trailerbull Implementa acesso ao canal se o meio eacute compartilhadobull ldquoEndereccedilos fiacutesicosrdquo usados nos cabeccedilalhos dos quadros para identificar a fonte
e o destino dos quadrosbull Diferente do endereccedilo IP
bull Entrega confiaacutevel entre dois equipamentos fisicamente conectadosbull Raramente usado em enlaces com baixa taxa de erro (fibra alguns tipos de par
de fios tranccedilados de cobre)bull Enlaces sem fio (wireless) altas taxas de erro bull P por que prover confiabilidade fim-a-fim e na camada de enlace
Serviccedilos da camada de enlacebull Controle de fluxo
bull Limitaccedilatildeo da transmissatildeo entre transmissor e receptor
bull Detecccedilatildeo de errosbull Erros causados pela atenuaccedilatildeo do sinal e por ruiacutedosbull O receptor detecta a presenccedila de errosbull Avisa o transmissor para reenviar o quadro perdido
bull Correccedilatildeo de errosbull O receptor identifica e corrige o bit com erro(s) sem recorrer agrave retransmissatildeo
bull Half-duplex e full-duplexbull Com half-duplex os noacutes em ambas as extremidades do enlace podem transmitir
mas natildeo ao mesmo tempo
Comunicaccedilatildeo de adaptadoresbull Camada de rede implementada no ldquoadaptadorrdquo (isto eacute NIC)bull Cartatildeo Ethernet cartatildeo PCMCI cartatildeo 80211
bull Lado transmissorbull Encapsula o datagrama em um quadrobull Adiciona bits de verificaccedilatildeo de erro rdt controle de fluxo etc
bull Lado receptorbull Procura erros rdt controle de fluxo etcbull Extrai o datagrama passa para o lado receptor
bull Adaptador eacute semi-autocircnomobull Camadas de enlace e fiacutesica
Detecccedilatildeo de errosEDC= Bits de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros (redundacircncia) D = Dados protegidos pela verificaccedilatildeo de erros podem incluir os campos de cabeccedilalho bull A detecccedilatildeo de erros natildeo eacute 100
confiaacutevel bull Protocolos podem deixar passar alguns
erros mas eacute rarobull Quanto maior o campo EDC melhor eacute a
capacidade de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
Verificaccedilatildeo de paridade
Checksum da InternetObjetivo detectar ldquoerrosrdquo (ex bits trocados) num segmento transmitido (nota usado apenas na camada de transporte) Transmissor bull Trata o conteuacutedo de segmentos como sequumlecircncias de nuacutemeros inteiros de 16 bitsbull Checksum adiccedilatildeo (soma em complemento de um) do conteuacutedo do segmentobull Transmissor coloca o valor do checksum no campo checksum do UDP Receptorbull Computa o checksum do segmento recebidobull Verifica se o checksum calculado eacute igual ao valor do campo checksumbull NAtildeO mdash erro detectadobull SIM mdash natildeo detectou erro Mas talvez haja erros apesar disso Depoishellip
Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclicabull Encara os bits de dados D como um nuacutemero binaacuteriobull Escolhe um padratildeo gerador de r + 1 bit Gbull Objetivo escolhe r CRC bits R tal que
bull ltDRgteacute divisiacutevel de forma exata por G (moacutedulo 2)bull Receptor conhece G divide ltDRgt por G Se o resto eacute diferente de zero erro detectadobull Pode detectar todos os erros em sequumlecircncia (burst errors) com comprimento menor que r + 1 bit
bull Largamente usado na praacutetica (ATM HDCL)
Exemplo de CRC
Enlaces de acesso muacuteltiplo e protocolos
Protocolos de acesso muacuteltiplobull Canal de comunicaccedilatildeo uacutenico e compartilhadobull Duas ou mais transmissotildees simultacircneas pelos noacutes interferecircnciabull Colisatildeo se um noacute receber dois ou mais sinais ao mesmo tempo
bull Protocolo de muacuteltiplo acessobull Algoritmo distribuiacutedo que determina como as estaccedilotildees compartilham o canal
isto eacute determinam quando cada estaccedilatildeo pode transmitirbull Comunicaccedilatildeo sobre o compartilhamento do canal deve utilizar o proacuteprio canal
bull Nenhum canal fora-de-banda para coordenaccedilatildeo
Protocolo ideal de muacuteltiplo acessobull Canal de broadcast de taxa R bps 1 Quando um noacute quer transmitir ele pode enviar a uma taxa R 2 Quando M noacutes querem transmitir cada um envia a uma taxa meacutedia
RM 3 Totalmente descentralizada
1 Nenhum noacute especial para coordenar transmissotildees2 Nenhuma sincronizaccedilatildeo de reloacutegios e compartimentos
4 Simples
Protocolos MAC uma taxonomiaTrecircs grandes classes bull Particionamento de canalbull Divide o canal em pedaccedilos menores (compartimentos de tempo frequecircncia)bull Aloca um pedaccedilo para uso exclusivo de cada noacute
bull Acesso aleatoacuteriobull Canal natildeo dividido permite colisotildeesbull ldquoRecuperaccedilatildeordquo das colisotildees
bull Passagem de permissatildeobull Noacutes transmitem em seus turnos mas com mais volume para enviar podem
usar turnos mais longos
Protocolos MAC com particionamento de canal TDMATDMA acesso muacuteltiplo por divisatildeo temporalbull Acesso ao canal eacute feito por ldquoturnosrdquobull Cada estaccedilatildeo controla um compartimento (ldquoslotrdquo) de tamanho fixo
(tamanho = tempo de transmissatildeo de pacote) em cada turnobull Compartimentos natildeo usados satildeo desperdiccediladosbull Exemplo rede local com 6 estaccedilotildees 1 3 4 tecircm pacotes compartimentos 2
5 6 ficam vazios
Protocolos MAC com particionamento de canal FDMAFDMA acesso muacuteltiplo por divisatildeo de frequecircncia bull O espectro do canal eacute dividido em
bandas de frequecircnciabull Cada estaccedilatildeo recebe uma banda de
frequecircnciabull Tempo de transmissatildeo natildeo usado nas
bandas de frequecircncia eacute desperdiccediladobull Exemplo rede local com 6 estaccedilotildees
1 3 4 tecircm pacotes as bandas de frequecircncia 2 5 6 ficam vazias
Protocolos de acesso aleatoacuteriobull Quando o noacute tem um pacote a enviar
bull Transmite com toda a taxa do canal R bull Natildeo haacute uma regra de coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes
bull Dois ou mais noacutes transmitindo -gt ldquocolisatildeordquo bull Protocolo MAC de acesso aleatoacuterio especifica
bull Como detectar colisotildeesbull Como as estaccedilotildees se recuperam das colisotildees (ex via retransmissotildees atrasadas)
bull Exemplos de protocolos MAC de acesso aleatoacuteriobull slotted ALOHAbull ALOHA bull CSMA e CSMACD
Slotted ALOHASuposiccedilotildeesbull Todos os quadros de mesmo tamanhobull Tempo dividido em slots de mesmo tamanho tempo para transmitir 1 quadrobull Noacutes comeccedilam a transmitir quadros apenas no iniacutecio dos slotsbull Noacutes satildeo sincronizadosbull Se 2 ou mais noacutes transmitem no slot todos os noacutes detectam a colisatildeoOperaccedilatildeobull Quando um noacute obteacutem um novo quadro ele transmite no proacuteximo slotbull Sem colisatildeo o noacute pode enviar o novo quadro no proacuteximo slotbull Se haacute colisatildeo o noacute retransmite o quadro em cada slot subsequumlente com probabilidade p
ateacute o sucesso
Slotted ALOHAProacutesbull Um uacutenico noacute ativo pode transmitir continuamente com a taxa completa de canalbull Altamente descentralizada somente slots em noacutes precisam ser sincronizadosbull Simples Contrasbull Colisotildees desperdiacutecio de slotsbull Slots ociososbull Os noacutes podem detectar colisatildeo em menos tempo do que o tempo para transmitir o pacotebull Sincronizaccedilatildeo de clock
Eficiecircncia do slotted AlohaEficiecircncia eacute a fraccedilatildeo de slots bem-sucedidos quando haacute muitos noacutes cada um com muitos quadros para enviarbull Suponha N noacutes com muitos quadros para enviar cada um transmite no slot
com probabilidade pbull Prob de o noacute 1 obter sucesso num slot = p(1-p)N-1bull Prob de qualquer noacute obter um sucesso = Np(1-p)N-1bull Para maacutexima eficiecircncia com N noacutes encontre p que maximiza Np(1-p)N-1bull Para muitos noacutes o limite de Np(1-p)N-1 com N indo ao infinito resulta
1e = 037 No maacuteximo uso do canal para envio de dados uacuteteis 37 do tempo
Aloha puro (unslotted)bull Unslotted Aloha operaccedilatildeo mais simples natildeo haacute sincronizaccedilatildeobull Pacote necessita transmissatildeobull Enviar sem esperar pelo iniacutecio de um compartimento
bull A probabilidade de colisatildeo aumenta bull Pacote enviado em t0 colide com outros pacotes enviados em [t0-1 t0+1]
Eficiecircncia do Aloha puroP(sucesso de um dado noacute) = P(noacute transmitir)
P(nenhum outro noacute transmitir em [p0-1p0] P(nenhum outro noacute transmitir em [p0-1p0]
= p (1-p)N-1 (1-p)N-1 = p (1-p)2(N-1)
hellip escolhendo p oacutetimo e entatildeo deixando n -gt infinito = 1(2e) = 018
CSMA Carrier Sense Multiple Accessbull CSMA escuta antes de transmitirbull Se o canal parece vazio transmite o pacotebull Se o canal estaacute ocupado adia a transmissatildeobull Analogia humana natildeo interrompa os outros
Colisotildees no CSMAbull Colisotildees podem ocorrerbull o atraso de propagaccedilatildeo implica que dois noacutes
podem natildeo ouvir as transmissotildees do outro
bull Colisatildeo bull todo o tempo de transmissatildeo do pacote eacute
desperdiccedilado
bull Note bull papel da distacircncia e do atraso de propagaccedilatildeo
na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo
CSMACD (detecccedilatildeo de colisatildeo)bull CSMACD detecccedilatildeo de portadora deferecircncia como no CSMA bull Colisotildees detectadas num tempo mais curto bull Transmissotildees com colisotildees satildeo interrompidas reduzindo o desperdiacutecio do
canal bull Detecccedilatildeo de colisatildeo bull Faacutecil em LANs cabeadas mediccedilatildeo da intensidade do sinal comparaccedilatildeo dos
sinais transmitidos e recebidosbull Difiacutecil em LANs sem fio receptor desligado enquanto transmitindobull Analogia humana o ldquobom de papordquo educado
Protocolos MAC com passagem de permissatildeobull Protocolos MAC com particionamento de canaisbull Compartilham o canal eficientemente quando a carga eacute alta e bem distribuiacuteda bull Ineficiente nas cargas baixas atraso no acesso ao canal A estaccedilatildeo consegue
uma banda de 1N da capacidade do canal mesmo que haja apenas 1 noacute ativo
bull Protocolos MAC de acesso aleatoacuteriobull Eficiente nas cargas baixas um uacutenico noacute pode usar todo o canalbull Cargas altas excesso de colisotildees
bull Protocolos de passagem de permissatildeo bull Buscam o melhor dos dois mundos
Protocolos MAC com passagem de permissatildeobull Pollingbull Noacute-mestre ldquoconvidardquo os escravos a transmitirem um de cada vezbull Problemas
bull Polling overheadbull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (mestre)
bull Token passingbull Controla um token passado de um noacute a outro sequencialmentebull Mensagem tokenbull Problemas
bull Token overhead bull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (token)
Sumaacuterio dos protocolos MACbull Como se faz com um canal compartilhadobull Particionamento de canal no tempo por frequumlecircncia ou por coacutedigo
bull Divisatildeo temporal divisatildeo por coacutedigo divisatildeo por frequecircnciabull Particionamento aleatoacuterio (dinacircmico)
bull ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDbull Detecccedilatildeo de portadora faacutecil em alguns meios fiacutesicos (cabos) e difiacutecil em outros (wireless)bull CSMACD usado na rede Ethernetbull CSMACA usado em 80211
bull Passagem de permissatildeobull Polling a partir de um site central passagem de token
Tecnologias de LANbull Camada de enlace ateacute agora bull Serviccedilos detecccedilatildeo de erroscorreccedilatildeo acesso muacuteltiplo
bull A seguir tecnologias de redes locais (LAN)bull Endereccedilamentobull Ethernet bull hubs pontes switches bull PPP
Endereccedilos de LAN e ARPbull Endereccedilos IP de 32-bit bull Endereccedilos da camada de redebull Usados para levar o datagrama ateacute a rede de destino (lembre-se da definiccedilatildeo
de rede IP)
bull Endereccedilo de LAN (ou MAC ou fiacutesico)bull Usado para levar o datagrama de uma interface fiacutesica a outra fisicamente
conectada com a primeira (isto eacute na mesma rede)bull Endereccedilos MAC com 48 bits (na maioria das LANs) gravados na memoacuteria fixa
(ROM) do adaptador de rede
Endereccedilos de LAN (cont)bull A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEEbull O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (para assegurar a
unicidade)bull Analogia
bull (a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG bull (b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal
bull Endereccedilamento MAC eacute ldquoflatrdquo =gt portabilidadebull Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra sem reconfiguraccedilatildeo de
endereccedilo MAC
bull Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevelbull Depende da rede na qual se estaacute ligado
ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de resoluccedilatildeo de endereccedilos)bull Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de B dado o endereccedilo IP
de Bbull Cada noacute IP (hospedeiro roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabela
ARPbull Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN lt
endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt
bull lt IP address MAC address TTLgtbull TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute
esquecido (tipicamente 20 min)
Ethernetbull Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo bull Barato R$20 por 100 Mbpsbull Primeira tecnologia de LAN largamente usadabull Mais simples e mais barata que LANs com token e ATMbull Velocidade crescente 10 Mbps ndash 10 Gbps
Topologia em estrela
Estrutura do quadro Ethernet
Estrutura do quadro Ethernet
Serviccedilo natildeo confiaacutevel sem conexatildeobull Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o
receptorbull Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o
adaptador transmissorbull O fluxo de datagramas que passa para a camada de rede pode deixar lacunas bull Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCPbull Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas
Ethernet usa CSMACDbull Sem slotsbull Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador
transmitindo isto eacute carrier sensebull O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador
transmitindo isto eacute collision detectionbull Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo
aleatoacuterio isto eacute random access
Algoritmo CSMACD da Ethernet1 O adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro 2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmitir o quadro
Se ele detecta o canal ocupado espera ateacute ele ficar livre e entatildeo transmite 3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo
sua missatildeo com esse quadro estaacute cumprida 4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta
e envia um jam signal5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a m-eacutesima
colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2m-1 O adaptador espera K512 tempos de bit e retorna ao passo 2
Ethernet CSMACDbull Jam signal garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da
colisatildeo 48 bits bull Bit time 01 microsseg para Ethernet de 10 Mbps para K = 1023 o tempo de
espera eacute cerca de 50 mseg bull Veja o applet Java no Web site da AWL altamemte recomendado
Exponential backoff bull Objetivo adaptar tentativas de retransmissatildeo para carga atual da rede
bull Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longabull Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacute K x 512 tempos de transmissatildeo de bitbull Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3hellipbull Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023
Eficiecircncia do CSMACD
10BaseT e 100BaseT
Hubs
Codificaccedilatildeo Manchester
Gigabit Ethernetbull Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeobull Permite enlaces ponto-a-ponto e canais de muacuteltiplo acesso
compartilhadosbull No modo compartilhado o CSMACD eacute usado exige pequenas
distacircncias entre os noacutes para ser eficientebull Usa hubs chamados aqui de Distribuidores com Armazenagem
ldquoBuffered Distributorsrdquobull Full-duplex a 1 Gbps para enlaces ponto-a-ponto bull 10 Gbps agora
Interconexatildeo com hubs
Switchbull Dispositivo de camada de enlacebull Armazena e encaminha quadros Ethernetbull Examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o quadro
baseado no endereccedilo MAC de destinobull Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento usa CSMACD
para acessar o segmento
bull Transparentebull Hospedeiros satildeo inconscientes da presenccedila dos switchesbull Plug-and-play self-learning (auto-aprendizado)
Encaminhamento
Filtragemencaminhamento
Switch exemplo
Switches vs roteadores
Resumo comparaccedilatildeo
Controle de enlace de dados ponto-a-pontobull Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace de
broadcastbull Sem Media Access Controlbull Natildeo necessita de endereccedilamento MAC expliacutecito
bull Ex dialup link linha ISDN
bull Protocolos ponto-a-ponto DLC popularesbull PPP (point-to-point protocol)bull HDLC High level data link control (camada de enlace costumava ser
considerada ldquocamada altardquo na pilha de protocolos)
Virtualizaccedilatildeo das redesVirtualizaccedilatildeo dos recursos uma poderosa abstraccedilatildeo em engenharia de sistemasExemplos em computaccedilatildeo memoacuteria virtual dispositivos virtuais Maacutequinas virtuais ex javaIBM VM os dos anos 6070
Camada de abstraccedilotildees natildeo se apega a detalhes da camada mais baixa apenas trata com as camadas mais baixas abstratament
Camada de enlace introduccedilatildeobull Algumas terminologias
bull Hospedeiros e roteadores satildeo noacutesbull Canais de comunicaccedilatildeo que conectam noacutes
adjacentes ao longo do caminho de comunicaccedilatildeo satildeo enlaces
bull Enlaces com fiobull Enlaces sem fiobull LANsbull Pacote de camada-2 eacute um quadro encapsula
o datagrama Camada de enlace introduccedilatildeo A camada de enlace tem a responsabilidade de transferir um datagrama de um noacute para o noacute adjacente sobre um enlace
A camada de enlace contextobull Datagrama transferido por protocolos de enlace diferentes sobre enlaces diferentes
bull ex Ethernet no primeiro enlace quadro relay nos enlaces intermediaacuterios 80211 no uacuteltimo enlace
bull Cada protocolo de enlace provecirc serviccedilos diferentesbull ex pode ou natildeo prover transferecircncia confiaacutevel sobre o enlace
bull Analogia do transportebull Viagem de Princeton ateacute Lausanne
bull Carro Princeton ateacute JFK bull Aviatildeo JFK ateacute Genevabull Trem Geneva ateacute Lausanne
bull Turista = datagramabull Segmento de transporte = enlace de comunicaccedilatildeobull Modo de transporte = protocolo da camada de enlacebull Agente de viagem = algoritmo de roteamento
Serviccedilos da camada de enlacebull Enquadramento acesso ao enlace bull Encapsula datagramas em quadros acrescentando cabeccedilalhos e trailerbull Implementa acesso ao canal se o meio eacute compartilhadobull ldquoEndereccedilos fiacutesicosrdquo usados nos cabeccedilalhos dos quadros para identificar a fonte
e o destino dos quadrosbull Diferente do endereccedilo IP
bull Entrega confiaacutevel entre dois equipamentos fisicamente conectadosbull Raramente usado em enlaces com baixa taxa de erro (fibra alguns tipos de par
de fios tranccedilados de cobre)bull Enlaces sem fio (wireless) altas taxas de erro bull P por que prover confiabilidade fim-a-fim e na camada de enlace
Serviccedilos da camada de enlacebull Controle de fluxo
bull Limitaccedilatildeo da transmissatildeo entre transmissor e receptor
bull Detecccedilatildeo de errosbull Erros causados pela atenuaccedilatildeo do sinal e por ruiacutedosbull O receptor detecta a presenccedila de errosbull Avisa o transmissor para reenviar o quadro perdido
bull Correccedilatildeo de errosbull O receptor identifica e corrige o bit com erro(s) sem recorrer agrave retransmissatildeo
bull Half-duplex e full-duplexbull Com half-duplex os noacutes em ambas as extremidades do enlace podem transmitir
mas natildeo ao mesmo tempo
Comunicaccedilatildeo de adaptadoresbull Camada de rede implementada no ldquoadaptadorrdquo (isto eacute NIC)bull Cartatildeo Ethernet cartatildeo PCMCI cartatildeo 80211
bull Lado transmissorbull Encapsula o datagrama em um quadrobull Adiciona bits de verificaccedilatildeo de erro rdt controle de fluxo etc
bull Lado receptorbull Procura erros rdt controle de fluxo etcbull Extrai o datagrama passa para o lado receptor
bull Adaptador eacute semi-autocircnomobull Camadas de enlace e fiacutesica
Detecccedilatildeo de errosEDC= Bits de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros (redundacircncia) D = Dados protegidos pela verificaccedilatildeo de erros podem incluir os campos de cabeccedilalho bull A detecccedilatildeo de erros natildeo eacute 100
confiaacutevel bull Protocolos podem deixar passar alguns
erros mas eacute rarobull Quanto maior o campo EDC melhor eacute a
capacidade de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
Verificaccedilatildeo de paridade
Checksum da InternetObjetivo detectar ldquoerrosrdquo (ex bits trocados) num segmento transmitido (nota usado apenas na camada de transporte) Transmissor bull Trata o conteuacutedo de segmentos como sequumlecircncias de nuacutemeros inteiros de 16 bitsbull Checksum adiccedilatildeo (soma em complemento de um) do conteuacutedo do segmentobull Transmissor coloca o valor do checksum no campo checksum do UDP Receptorbull Computa o checksum do segmento recebidobull Verifica se o checksum calculado eacute igual ao valor do campo checksumbull NAtildeO mdash erro detectadobull SIM mdash natildeo detectou erro Mas talvez haja erros apesar disso Depoishellip
Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclicabull Encara os bits de dados D como um nuacutemero binaacuteriobull Escolhe um padratildeo gerador de r + 1 bit Gbull Objetivo escolhe r CRC bits R tal que
bull ltDRgteacute divisiacutevel de forma exata por G (moacutedulo 2)bull Receptor conhece G divide ltDRgt por G Se o resto eacute diferente de zero erro detectadobull Pode detectar todos os erros em sequumlecircncia (burst errors) com comprimento menor que r + 1 bit
bull Largamente usado na praacutetica (ATM HDCL)
Exemplo de CRC
Enlaces de acesso muacuteltiplo e protocolos
Protocolos de acesso muacuteltiplobull Canal de comunicaccedilatildeo uacutenico e compartilhadobull Duas ou mais transmissotildees simultacircneas pelos noacutes interferecircnciabull Colisatildeo se um noacute receber dois ou mais sinais ao mesmo tempo
bull Protocolo de muacuteltiplo acessobull Algoritmo distribuiacutedo que determina como as estaccedilotildees compartilham o canal
isto eacute determinam quando cada estaccedilatildeo pode transmitirbull Comunicaccedilatildeo sobre o compartilhamento do canal deve utilizar o proacuteprio canal
bull Nenhum canal fora-de-banda para coordenaccedilatildeo
Protocolo ideal de muacuteltiplo acessobull Canal de broadcast de taxa R bps 1 Quando um noacute quer transmitir ele pode enviar a uma taxa R 2 Quando M noacutes querem transmitir cada um envia a uma taxa meacutedia
RM 3 Totalmente descentralizada
1 Nenhum noacute especial para coordenar transmissotildees2 Nenhuma sincronizaccedilatildeo de reloacutegios e compartimentos
4 Simples
Protocolos MAC uma taxonomiaTrecircs grandes classes bull Particionamento de canalbull Divide o canal em pedaccedilos menores (compartimentos de tempo frequecircncia)bull Aloca um pedaccedilo para uso exclusivo de cada noacute
bull Acesso aleatoacuteriobull Canal natildeo dividido permite colisotildeesbull ldquoRecuperaccedilatildeordquo das colisotildees
bull Passagem de permissatildeobull Noacutes transmitem em seus turnos mas com mais volume para enviar podem
usar turnos mais longos
Protocolos MAC com particionamento de canal TDMATDMA acesso muacuteltiplo por divisatildeo temporalbull Acesso ao canal eacute feito por ldquoturnosrdquobull Cada estaccedilatildeo controla um compartimento (ldquoslotrdquo) de tamanho fixo
(tamanho = tempo de transmissatildeo de pacote) em cada turnobull Compartimentos natildeo usados satildeo desperdiccediladosbull Exemplo rede local com 6 estaccedilotildees 1 3 4 tecircm pacotes compartimentos 2
5 6 ficam vazios
Protocolos MAC com particionamento de canal FDMAFDMA acesso muacuteltiplo por divisatildeo de frequecircncia bull O espectro do canal eacute dividido em
bandas de frequecircnciabull Cada estaccedilatildeo recebe uma banda de
frequecircnciabull Tempo de transmissatildeo natildeo usado nas
bandas de frequecircncia eacute desperdiccediladobull Exemplo rede local com 6 estaccedilotildees
1 3 4 tecircm pacotes as bandas de frequecircncia 2 5 6 ficam vazias
Protocolos de acesso aleatoacuteriobull Quando o noacute tem um pacote a enviar
bull Transmite com toda a taxa do canal R bull Natildeo haacute uma regra de coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes
bull Dois ou mais noacutes transmitindo -gt ldquocolisatildeordquo bull Protocolo MAC de acesso aleatoacuterio especifica
bull Como detectar colisotildeesbull Como as estaccedilotildees se recuperam das colisotildees (ex via retransmissotildees atrasadas)
bull Exemplos de protocolos MAC de acesso aleatoacuteriobull slotted ALOHAbull ALOHA bull CSMA e CSMACD
Slotted ALOHASuposiccedilotildeesbull Todos os quadros de mesmo tamanhobull Tempo dividido em slots de mesmo tamanho tempo para transmitir 1 quadrobull Noacutes comeccedilam a transmitir quadros apenas no iniacutecio dos slotsbull Noacutes satildeo sincronizadosbull Se 2 ou mais noacutes transmitem no slot todos os noacutes detectam a colisatildeoOperaccedilatildeobull Quando um noacute obteacutem um novo quadro ele transmite no proacuteximo slotbull Sem colisatildeo o noacute pode enviar o novo quadro no proacuteximo slotbull Se haacute colisatildeo o noacute retransmite o quadro em cada slot subsequumlente com probabilidade p
ateacute o sucesso
Slotted ALOHAProacutesbull Um uacutenico noacute ativo pode transmitir continuamente com a taxa completa de canalbull Altamente descentralizada somente slots em noacutes precisam ser sincronizadosbull Simples Contrasbull Colisotildees desperdiacutecio de slotsbull Slots ociososbull Os noacutes podem detectar colisatildeo em menos tempo do que o tempo para transmitir o pacotebull Sincronizaccedilatildeo de clock
Eficiecircncia do slotted AlohaEficiecircncia eacute a fraccedilatildeo de slots bem-sucedidos quando haacute muitos noacutes cada um com muitos quadros para enviarbull Suponha N noacutes com muitos quadros para enviar cada um transmite no slot
com probabilidade pbull Prob de o noacute 1 obter sucesso num slot = p(1-p)N-1bull Prob de qualquer noacute obter um sucesso = Np(1-p)N-1bull Para maacutexima eficiecircncia com N noacutes encontre p que maximiza Np(1-p)N-1bull Para muitos noacutes o limite de Np(1-p)N-1 com N indo ao infinito resulta
1e = 037 No maacuteximo uso do canal para envio de dados uacuteteis 37 do tempo
Aloha puro (unslotted)bull Unslotted Aloha operaccedilatildeo mais simples natildeo haacute sincronizaccedilatildeobull Pacote necessita transmissatildeobull Enviar sem esperar pelo iniacutecio de um compartimento
bull A probabilidade de colisatildeo aumenta bull Pacote enviado em t0 colide com outros pacotes enviados em [t0-1 t0+1]
Eficiecircncia do Aloha puroP(sucesso de um dado noacute) = P(noacute transmitir)
P(nenhum outro noacute transmitir em [p0-1p0] P(nenhum outro noacute transmitir em [p0-1p0]
= p (1-p)N-1 (1-p)N-1 = p (1-p)2(N-1)
hellip escolhendo p oacutetimo e entatildeo deixando n -gt infinito = 1(2e) = 018
CSMA Carrier Sense Multiple Accessbull CSMA escuta antes de transmitirbull Se o canal parece vazio transmite o pacotebull Se o canal estaacute ocupado adia a transmissatildeobull Analogia humana natildeo interrompa os outros
Colisotildees no CSMAbull Colisotildees podem ocorrerbull o atraso de propagaccedilatildeo implica que dois noacutes
podem natildeo ouvir as transmissotildees do outro
bull Colisatildeo bull todo o tempo de transmissatildeo do pacote eacute
desperdiccedilado
bull Note bull papel da distacircncia e do atraso de propagaccedilatildeo
na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo
CSMACD (detecccedilatildeo de colisatildeo)bull CSMACD detecccedilatildeo de portadora deferecircncia como no CSMA bull Colisotildees detectadas num tempo mais curto bull Transmissotildees com colisotildees satildeo interrompidas reduzindo o desperdiacutecio do
canal bull Detecccedilatildeo de colisatildeo bull Faacutecil em LANs cabeadas mediccedilatildeo da intensidade do sinal comparaccedilatildeo dos
sinais transmitidos e recebidosbull Difiacutecil em LANs sem fio receptor desligado enquanto transmitindobull Analogia humana o ldquobom de papordquo educado
Protocolos MAC com passagem de permissatildeobull Protocolos MAC com particionamento de canaisbull Compartilham o canal eficientemente quando a carga eacute alta e bem distribuiacuteda bull Ineficiente nas cargas baixas atraso no acesso ao canal A estaccedilatildeo consegue
uma banda de 1N da capacidade do canal mesmo que haja apenas 1 noacute ativo
bull Protocolos MAC de acesso aleatoacuteriobull Eficiente nas cargas baixas um uacutenico noacute pode usar todo o canalbull Cargas altas excesso de colisotildees
bull Protocolos de passagem de permissatildeo bull Buscam o melhor dos dois mundos
Protocolos MAC com passagem de permissatildeobull Pollingbull Noacute-mestre ldquoconvidardquo os escravos a transmitirem um de cada vezbull Problemas
bull Polling overheadbull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (mestre)
bull Token passingbull Controla um token passado de um noacute a outro sequencialmentebull Mensagem tokenbull Problemas
bull Token overhead bull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (token)
Sumaacuterio dos protocolos MACbull Como se faz com um canal compartilhadobull Particionamento de canal no tempo por frequumlecircncia ou por coacutedigo
bull Divisatildeo temporal divisatildeo por coacutedigo divisatildeo por frequecircnciabull Particionamento aleatoacuterio (dinacircmico)
bull ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDbull Detecccedilatildeo de portadora faacutecil em alguns meios fiacutesicos (cabos) e difiacutecil em outros (wireless)bull CSMACD usado na rede Ethernetbull CSMACA usado em 80211
bull Passagem de permissatildeobull Polling a partir de um site central passagem de token
Tecnologias de LANbull Camada de enlace ateacute agora bull Serviccedilos detecccedilatildeo de erroscorreccedilatildeo acesso muacuteltiplo
bull A seguir tecnologias de redes locais (LAN)bull Endereccedilamentobull Ethernet bull hubs pontes switches bull PPP
Endereccedilos de LAN e ARPbull Endereccedilos IP de 32-bit bull Endereccedilos da camada de redebull Usados para levar o datagrama ateacute a rede de destino (lembre-se da definiccedilatildeo
de rede IP)
bull Endereccedilo de LAN (ou MAC ou fiacutesico)bull Usado para levar o datagrama de uma interface fiacutesica a outra fisicamente
conectada com a primeira (isto eacute na mesma rede)bull Endereccedilos MAC com 48 bits (na maioria das LANs) gravados na memoacuteria fixa
(ROM) do adaptador de rede
Endereccedilos de LAN (cont)bull A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEEbull O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (para assegurar a
unicidade)bull Analogia
bull (a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG bull (b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal
bull Endereccedilamento MAC eacute ldquoflatrdquo =gt portabilidadebull Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra sem reconfiguraccedilatildeo de
endereccedilo MAC
bull Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevelbull Depende da rede na qual se estaacute ligado
ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de resoluccedilatildeo de endereccedilos)bull Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de B dado o endereccedilo IP
de Bbull Cada noacute IP (hospedeiro roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabela
ARPbull Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN lt
endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt
bull lt IP address MAC address TTLgtbull TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute
esquecido (tipicamente 20 min)
Ethernetbull Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo bull Barato R$20 por 100 Mbpsbull Primeira tecnologia de LAN largamente usadabull Mais simples e mais barata que LANs com token e ATMbull Velocidade crescente 10 Mbps ndash 10 Gbps
Topologia em estrela
Estrutura do quadro Ethernet
Estrutura do quadro Ethernet
Serviccedilo natildeo confiaacutevel sem conexatildeobull Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o
receptorbull Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o
adaptador transmissorbull O fluxo de datagramas que passa para a camada de rede pode deixar lacunas bull Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCPbull Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas
Ethernet usa CSMACDbull Sem slotsbull Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador
transmitindo isto eacute carrier sensebull O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador
transmitindo isto eacute collision detectionbull Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo
aleatoacuterio isto eacute random access
Algoritmo CSMACD da Ethernet1 O adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro 2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmitir o quadro
Se ele detecta o canal ocupado espera ateacute ele ficar livre e entatildeo transmite 3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo
sua missatildeo com esse quadro estaacute cumprida 4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta
e envia um jam signal5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a m-eacutesima
colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2m-1 O adaptador espera K512 tempos de bit e retorna ao passo 2
Ethernet CSMACDbull Jam signal garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da
colisatildeo 48 bits bull Bit time 01 microsseg para Ethernet de 10 Mbps para K = 1023 o tempo de
espera eacute cerca de 50 mseg bull Veja o applet Java no Web site da AWL altamemte recomendado
Exponential backoff bull Objetivo adaptar tentativas de retransmissatildeo para carga atual da rede
bull Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longabull Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacute K x 512 tempos de transmissatildeo de bitbull Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3hellipbull Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023
Eficiecircncia do CSMACD
10BaseT e 100BaseT
Hubs
Codificaccedilatildeo Manchester
Gigabit Ethernetbull Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeobull Permite enlaces ponto-a-ponto e canais de muacuteltiplo acesso
compartilhadosbull No modo compartilhado o CSMACD eacute usado exige pequenas
distacircncias entre os noacutes para ser eficientebull Usa hubs chamados aqui de Distribuidores com Armazenagem
ldquoBuffered Distributorsrdquobull Full-duplex a 1 Gbps para enlaces ponto-a-ponto bull 10 Gbps agora
Interconexatildeo com hubs
Switchbull Dispositivo de camada de enlacebull Armazena e encaminha quadros Ethernetbull Examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o quadro
baseado no endereccedilo MAC de destinobull Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento usa CSMACD
para acessar o segmento
bull Transparentebull Hospedeiros satildeo inconscientes da presenccedila dos switchesbull Plug-and-play self-learning (auto-aprendizado)
Encaminhamento
Filtragemencaminhamento
Switch exemplo
Switches vs roteadores
Resumo comparaccedilatildeo
Controle de enlace de dados ponto-a-pontobull Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace de
broadcastbull Sem Media Access Controlbull Natildeo necessita de endereccedilamento MAC expliacutecito
bull Ex dialup link linha ISDN
bull Protocolos ponto-a-ponto DLC popularesbull PPP (point-to-point protocol)bull HDLC High level data link control (camada de enlace costumava ser
considerada ldquocamada altardquo na pilha de protocolos)
Virtualizaccedilatildeo das redesVirtualizaccedilatildeo dos recursos uma poderosa abstraccedilatildeo em engenharia de sistemasExemplos em computaccedilatildeo memoacuteria virtual dispositivos virtuais Maacutequinas virtuais ex javaIBM VM os dos anos 6070
Camada de abstraccedilotildees natildeo se apega a detalhes da camada mais baixa apenas trata com as camadas mais baixas abstratament
A camada de enlace contextobull Datagrama transferido por protocolos de enlace diferentes sobre enlaces diferentes
bull ex Ethernet no primeiro enlace quadro relay nos enlaces intermediaacuterios 80211 no uacuteltimo enlace
bull Cada protocolo de enlace provecirc serviccedilos diferentesbull ex pode ou natildeo prover transferecircncia confiaacutevel sobre o enlace
bull Analogia do transportebull Viagem de Princeton ateacute Lausanne
bull Carro Princeton ateacute JFK bull Aviatildeo JFK ateacute Genevabull Trem Geneva ateacute Lausanne
bull Turista = datagramabull Segmento de transporte = enlace de comunicaccedilatildeobull Modo de transporte = protocolo da camada de enlacebull Agente de viagem = algoritmo de roteamento
Serviccedilos da camada de enlacebull Enquadramento acesso ao enlace bull Encapsula datagramas em quadros acrescentando cabeccedilalhos e trailerbull Implementa acesso ao canal se o meio eacute compartilhadobull ldquoEndereccedilos fiacutesicosrdquo usados nos cabeccedilalhos dos quadros para identificar a fonte
e o destino dos quadrosbull Diferente do endereccedilo IP
bull Entrega confiaacutevel entre dois equipamentos fisicamente conectadosbull Raramente usado em enlaces com baixa taxa de erro (fibra alguns tipos de par
de fios tranccedilados de cobre)bull Enlaces sem fio (wireless) altas taxas de erro bull P por que prover confiabilidade fim-a-fim e na camada de enlace
Serviccedilos da camada de enlacebull Controle de fluxo
bull Limitaccedilatildeo da transmissatildeo entre transmissor e receptor
bull Detecccedilatildeo de errosbull Erros causados pela atenuaccedilatildeo do sinal e por ruiacutedosbull O receptor detecta a presenccedila de errosbull Avisa o transmissor para reenviar o quadro perdido
bull Correccedilatildeo de errosbull O receptor identifica e corrige o bit com erro(s) sem recorrer agrave retransmissatildeo
bull Half-duplex e full-duplexbull Com half-duplex os noacutes em ambas as extremidades do enlace podem transmitir
mas natildeo ao mesmo tempo
Comunicaccedilatildeo de adaptadoresbull Camada de rede implementada no ldquoadaptadorrdquo (isto eacute NIC)bull Cartatildeo Ethernet cartatildeo PCMCI cartatildeo 80211
bull Lado transmissorbull Encapsula o datagrama em um quadrobull Adiciona bits de verificaccedilatildeo de erro rdt controle de fluxo etc
bull Lado receptorbull Procura erros rdt controle de fluxo etcbull Extrai o datagrama passa para o lado receptor
bull Adaptador eacute semi-autocircnomobull Camadas de enlace e fiacutesica
Detecccedilatildeo de errosEDC= Bits de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros (redundacircncia) D = Dados protegidos pela verificaccedilatildeo de erros podem incluir os campos de cabeccedilalho bull A detecccedilatildeo de erros natildeo eacute 100
confiaacutevel bull Protocolos podem deixar passar alguns
erros mas eacute rarobull Quanto maior o campo EDC melhor eacute a
capacidade de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
Verificaccedilatildeo de paridade
Checksum da InternetObjetivo detectar ldquoerrosrdquo (ex bits trocados) num segmento transmitido (nota usado apenas na camada de transporte) Transmissor bull Trata o conteuacutedo de segmentos como sequumlecircncias de nuacutemeros inteiros de 16 bitsbull Checksum adiccedilatildeo (soma em complemento de um) do conteuacutedo do segmentobull Transmissor coloca o valor do checksum no campo checksum do UDP Receptorbull Computa o checksum do segmento recebidobull Verifica se o checksum calculado eacute igual ao valor do campo checksumbull NAtildeO mdash erro detectadobull SIM mdash natildeo detectou erro Mas talvez haja erros apesar disso Depoishellip
Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclicabull Encara os bits de dados D como um nuacutemero binaacuteriobull Escolhe um padratildeo gerador de r + 1 bit Gbull Objetivo escolhe r CRC bits R tal que
bull ltDRgteacute divisiacutevel de forma exata por G (moacutedulo 2)bull Receptor conhece G divide ltDRgt por G Se o resto eacute diferente de zero erro detectadobull Pode detectar todos os erros em sequumlecircncia (burst errors) com comprimento menor que r + 1 bit
bull Largamente usado na praacutetica (ATM HDCL)
Exemplo de CRC
Enlaces de acesso muacuteltiplo e protocolos
Protocolos de acesso muacuteltiplobull Canal de comunicaccedilatildeo uacutenico e compartilhadobull Duas ou mais transmissotildees simultacircneas pelos noacutes interferecircnciabull Colisatildeo se um noacute receber dois ou mais sinais ao mesmo tempo
bull Protocolo de muacuteltiplo acessobull Algoritmo distribuiacutedo que determina como as estaccedilotildees compartilham o canal
isto eacute determinam quando cada estaccedilatildeo pode transmitirbull Comunicaccedilatildeo sobre o compartilhamento do canal deve utilizar o proacuteprio canal
bull Nenhum canal fora-de-banda para coordenaccedilatildeo
Protocolo ideal de muacuteltiplo acessobull Canal de broadcast de taxa R bps 1 Quando um noacute quer transmitir ele pode enviar a uma taxa R 2 Quando M noacutes querem transmitir cada um envia a uma taxa meacutedia
RM 3 Totalmente descentralizada
1 Nenhum noacute especial para coordenar transmissotildees2 Nenhuma sincronizaccedilatildeo de reloacutegios e compartimentos
4 Simples
Protocolos MAC uma taxonomiaTrecircs grandes classes bull Particionamento de canalbull Divide o canal em pedaccedilos menores (compartimentos de tempo frequecircncia)bull Aloca um pedaccedilo para uso exclusivo de cada noacute
bull Acesso aleatoacuteriobull Canal natildeo dividido permite colisotildeesbull ldquoRecuperaccedilatildeordquo das colisotildees
bull Passagem de permissatildeobull Noacutes transmitem em seus turnos mas com mais volume para enviar podem
usar turnos mais longos
Protocolos MAC com particionamento de canal TDMATDMA acesso muacuteltiplo por divisatildeo temporalbull Acesso ao canal eacute feito por ldquoturnosrdquobull Cada estaccedilatildeo controla um compartimento (ldquoslotrdquo) de tamanho fixo
(tamanho = tempo de transmissatildeo de pacote) em cada turnobull Compartimentos natildeo usados satildeo desperdiccediladosbull Exemplo rede local com 6 estaccedilotildees 1 3 4 tecircm pacotes compartimentos 2
5 6 ficam vazios
Protocolos MAC com particionamento de canal FDMAFDMA acesso muacuteltiplo por divisatildeo de frequecircncia bull O espectro do canal eacute dividido em
bandas de frequecircnciabull Cada estaccedilatildeo recebe uma banda de
frequecircnciabull Tempo de transmissatildeo natildeo usado nas
bandas de frequecircncia eacute desperdiccediladobull Exemplo rede local com 6 estaccedilotildees
1 3 4 tecircm pacotes as bandas de frequecircncia 2 5 6 ficam vazias
Protocolos de acesso aleatoacuteriobull Quando o noacute tem um pacote a enviar
bull Transmite com toda a taxa do canal R bull Natildeo haacute uma regra de coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes
bull Dois ou mais noacutes transmitindo -gt ldquocolisatildeordquo bull Protocolo MAC de acesso aleatoacuterio especifica
bull Como detectar colisotildeesbull Como as estaccedilotildees se recuperam das colisotildees (ex via retransmissotildees atrasadas)
bull Exemplos de protocolos MAC de acesso aleatoacuteriobull slotted ALOHAbull ALOHA bull CSMA e CSMACD
Slotted ALOHASuposiccedilotildeesbull Todos os quadros de mesmo tamanhobull Tempo dividido em slots de mesmo tamanho tempo para transmitir 1 quadrobull Noacutes comeccedilam a transmitir quadros apenas no iniacutecio dos slotsbull Noacutes satildeo sincronizadosbull Se 2 ou mais noacutes transmitem no slot todos os noacutes detectam a colisatildeoOperaccedilatildeobull Quando um noacute obteacutem um novo quadro ele transmite no proacuteximo slotbull Sem colisatildeo o noacute pode enviar o novo quadro no proacuteximo slotbull Se haacute colisatildeo o noacute retransmite o quadro em cada slot subsequumlente com probabilidade p
ateacute o sucesso
Slotted ALOHAProacutesbull Um uacutenico noacute ativo pode transmitir continuamente com a taxa completa de canalbull Altamente descentralizada somente slots em noacutes precisam ser sincronizadosbull Simples Contrasbull Colisotildees desperdiacutecio de slotsbull Slots ociososbull Os noacutes podem detectar colisatildeo em menos tempo do que o tempo para transmitir o pacotebull Sincronizaccedilatildeo de clock
Eficiecircncia do slotted AlohaEficiecircncia eacute a fraccedilatildeo de slots bem-sucedidos quando haacute muitos noacutes cada um com muitos quadros para enviarbull Suponha N noacutes com muitos quadros para enviar cada um transmite no slot
com probabilidade pbull Prob de o noacute 1 obter sucesso num slot = p(1-p)N-1bull Prob de qualquer noacute obter um sucesso = Np(1-p)N-1bull Para maacutexima eficiecircncia com N noacutes encontre p que maximiza Np(1-p)N-1bull Para muitos noacutes o limite de Np(1-p)N-1 com N indo ao infinito resulta
1e = 037 No maacuteximo uso do canal para envio de dados uacuteteis 37 do tempo
Aloha puro (unslotted)bull Unslotted Aloha operaccedilatildeo mais simples natildeo haacute sincronizaccedilatildeobull Pacote necessita transmissatildeobull Enviar sem esperar pelo iniacutecio de um compartimento
bull A probabilidade de colisatildeo aumenta bull Pacote enviado em t0 colide com outros pacotes enviados em [t0-1 t0+1]
Eficiecircncia do Aloha puroP(sucesso de um dado noacute) = P(noacute transmitir)
P(nenhum outro noacute transmitir em [p0-1p0] P(nenhum outro noacute transmitir em [p0-1p0]
= p (1-p)N-1 (1-p)N-1 = p (1-p)2(N-1)
hellip escolhendo p oacutetimo e entatildeo deixando n -gt infinito = 1(2e) = 018
CSMA Carrier Sense Multiple Accessbull CSMA escuta antes de transmitirbull Se o canal parece vazio transmite o pacotebull Se o canal estaacute ocupado adia a transmissatildeobull Analogia humana natildeo interrompa os outros
Colisotildees no CSMAbull Colisotildees podem ocorrerbull o atraso de propagaccedilatildeo implica que dois noacutes
podem natildeo ouvir as transmissotildees do outro
bull Colisatildeo bull todo o tempo de transmissatildeo do pacote eacute
desperdiccedilado
bull Note bull papel da distacircncia e do atraso de propagaccedilatildeo
na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo
CSMACD (detecccedilatildeo de colisatildeo)bull CSMACD detecccedilatildeo de portadora deferecircncia como no CSMA bull Colisotildees detectadas num tempo mais curto bull Transmissotildees com colisotildees satildeo interrompidas reduzindo o desperdiacutecio do
canal bull Detecccedilatildeo de colisatildeo bull Faacutecil em LANs cabeadas mediccedilatildeo da intensidade do sinal comparaccedilatildeo dos
sinais transmitidos e recebidosbull Difiacutecil em LANs sem fio receptor desligado enquanto transmitindobull Analogia humana o ldquobom de papordquo educado
Protocolos MAC com passagem de permissatildeobull Protocolos MAC com particionamento de canaisbull Compartilham o canal eficientemente quando a carga eacute alta e bem distribuiacuteda bull Ineficiente nas cargas baixas atraso no acesso ao canal A estaccedilatildeo consegue
uma banda de 1N da capacidade do canal mesmo que haja apenas 1 noacute ativo
bull Protocolos MAC de acesso aleatoacuteriobull Eficiente nas cargas baixas um uacutenico noacute pode usar todo o canalbull Cargas altas excesso de colisotildees
bull Protocolos de passagem de permissatildeo bull Buscam o melhor dos dois mundos
Protocolos MAC com passagem de permissatildeobull Pollingbull Noacute-mestre ldquoconvidardquo os escravos a transmitirem um de cada vezbull Problemas
bull Polling overheadbull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (mestre)
bull Token passingbull Controla um token passado de um noacute a outro sequencialmentebull Mensagem tokenbull Problemas
bull Token overhead bull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (token)
Sumaacuterio dos protocolos MACbull Como se faz com um canal compartilhadobull Particionamento de canal no tempo por frequumlecircncia ou por coacutedigo
bull Divisatildeo temporal divisatildeo por coacutedigo divisatildeo por frequecircnciabull Particionamento aleatoacuterio (dinacircmico)
bull ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDbull Detecccedilatildeo de portadora faacutecil em alguns meios fiacutesicos (cabos) e difiacutecil em outros (wireless)bull CSMACD usado na rede Ethernetbull CSMACA usado em 80211
bull Passagem de permissatildeobull Polling a partir de um site central passagem de token
Tecnologias de LANbull Camada de enlace ateacute agora bull Serviccedilos detecccedilatildeo de erroscorreccedilatildeo acesso muacuteltiplo
bull A seguir tecnologias de redes locais (LAN)bull Endereccedilamentobull Ethernet bull hubs pontes switches bull PPP
Endereccedilos de LAN e ARPbull Endereccedilos IP de 32-bit bull Endereccedilos da camada de redebull Usados para levar o datagrama ateacute a rede de destino (lembre-se da definiccedilatildeo
de rede IP)
bull Endereccedilo de LAN (ou MAC ou fiacutesico)bull Usado para levar o datagrama de uma interface fiacutesica a outra fisicamente
conectada com a primeira (isto eacute na mesma rede)bull Endereccedilos MAC com 48 bits (na maioria das LANs) gravados na memoacuteria fixa
(ROM) do adaptador de rede
Endereccedilos de LAN (cont)bull A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEEbull O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (para assegurar a
unicidade)bull Analogia
bull (a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG bull (b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal
bull Endereccedilamento MAC eacute ldquoflatrdquo =gt portabilidadebull Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra sem reconfiguraccedilatildeo de
endereccedilo MAC
bull Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevelbull Depende da rede na qual se estaacute ligado
ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de resoluccedilatildeo de endereccedilos)bull Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de B dado o endereccedilo IP
de Bbull Cada noacute IP (hospedeiro roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabela
ARPbull Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN lt
endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt
bull lt IP address MAC address TTLgtbull TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute
esquecido (tipicamente 20 min)
Ethernetbull Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo bull Barato R$20 por 100 Mbpsbull Primeira tecnologia de LAN largamente usadabull Mais simples e mais barata que LANs com token e ATMbull Velocidade crescente 10 Mbps ndash 10 Gbps
Topologia em estrela
Estrutura do quadro Ethernet
Estrutura do quadro Ethernet
Serviccedilo natildeo confiaacutevel sem conexatildeobull Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o
receptorbull Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o
adaptador transmissorbull O fluxo de datagramas que passa para a camada de rede pode deixar lacunas bull Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCPbull Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas
Ethernet usa CSMACDbull Sem slotsbull Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador
transmitindo isto eacute carrier sensebull O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador
transmitindo isto eacute collision detectionbull Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo
aleatoacuterio isto eacute random access
Algoritmo CSMACD da Ethernet1 O adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro 2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmitir o quadro
Se ele detecta o canal ocupado espera ateacute ele ficar livre e entatildeo transmite 3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo
sua missatildeo com esse quadro estaacute cumprida 4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta
e envia um jam signal5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a m-eacutesima
colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2m-1 O adaptador espera K512 tempos de bit e retorna ao passo 2
Ethernet CSMACDbull Jam signal garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da
colisatildeo 48 bits bull Bit time 01 microsseg para Ethernet de 10 Mbps para K = 1023 o tempo de
espera eacute cerca de 50 mseg bull Veja o applet Java no Web site da AWL altamemte recomendado
Exponential backoff bull Objetivo adaptar tentativas de retransmissatildeo para carga atual da rede
bull Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longabull Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacute K x 512 tempos de transmissatildeo de bitbull Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3hellipbull Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023
Eficiecircncia do CSMACD
10BaseT e 100BaseT
Hubs
Codificaccedilatildeo Manchester
Gigabit Ethernetbull Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeobull Permite enlaces ponto-a-ponto e canais de muacuteltiplo acesso
compartilhadosbull No modo compartilhado o CSMACD eacute usado exige pequenas
distacircncias entre os noacutes para ser eficientebull Usa hubs chamados aqui de Distribuidores com Armazenagem
ldquoBuffered Distributorsrdquobull Full-duplex a 1 Gbps para enlaces ponto-a-ponto bull 10 Gbps agora
Interconexatildeo com hubs
Switchbull Dispositivo de camada de enlacebull Armazena e encaminha quadros Ethernetbull Examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o quadro
baseado no endereccedilo MAC de destinobull Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento usa CSMACD
para acessar o segmento
bull Transparentebull Hospedeiros satildeo inconscientes da presenccedila dos switchesbull Plug-and-play self-learning (auto-aprendizado)
Encaminhamento
Filtragemencaminhamento
Switch exemplo
Switches vs roteadores
Resumo comparaccedilatildeo
Controle de enlace de dados ponto-a-pontobull Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace de
broadcastbull Sem Media Access Controlbull Natildeo necessita de endereccedilamento MAC expliacutecito
bull Ex dialup link linha ISDN
bull Protocolos ponto-a-ponto DLC popularesbull PPP (point-to-point protocol)bull HDLC High level data link control (camada de enlace costumava ser
considerada ldquocamada altardquo na pilha de protocolos)
Virtualizaccedilatildeo das redesVirtualizaccedilatildeo dos recursos uma poderosa abstraccedilatildeo em engenharia de sistemasExemplos em computaccedilatildeo memoacuteria virtual dispositivos virtuais Maacutequinas virtuais ex javaIBM VM os dos anos 6070
Camada de abstraccedilotildees natildeo se apega a detalhes da camada mais baixa apenas trata com as camadas mais baixas abstratament
Serviccedilos da camada de enlacebull Enquadramento acesso ao enlace bull Encapsula datagramas em quadros acrescentando cabeccedilalhos e trailerbull Implementa acesso ao canal se o meio eacute compartilhadobull ldquoEndereccedilos fiacutesicosrdquo usados nos cabeccedilalhos dos quadros para identificar a fonte
e o destino dos quadrosbull Diferente do endereccedilo IP
bull Entrega confiaacutevel entre dois equipamentos fisicamente conectadosbull Raramente usado em enlaces com baixa taxa de erro (fibra alguns tipos de par
de fios tranccedilados de cobre)bull Enlaces sem fio (wireless) altas taxas de erro bull P por que prover confiabilidade fim-a-fim e na camada de enlace
Serviccedilos da camada de enlacebull Controle de fluxo
bull Limitaccedilatildeo da transmissatildeo entre transmissor e receptor
bull Detecccedilatildeo de errosbull Erros causados pela atenuaccedilatildeo do sinal e por ruiacutedosbull O receptor detecta a presenccedila de errosbull Avisa o transmissor para reenviar o quadro perdido
bull Correccedilatildeo de errosbull O receptor identifica e corrige o bit com erro(s) sem recorrer agrave retransmissatildeo
bull Half-duplex e full-duplexbull Com half-duplex os noacutes em ambas as extremidades do enlace podem transmitir
mas natildeo ao mesmo tempo
Comunicaccedilatildeo de adaptadoresbull Camada de rede implementada no ldquoadaptadorrdquo (isto eacute NIC)bull Cartatildeo Ethernet cartatildeo PCMCI cartatildeo 80211
bull Lado transmissorbull Encapsula o datagrama em um quadrobull Adiciona bits de verificaccedilatildeo de erro rdt controle de fluxo etc
bull Lado receptorbull Procura erros rdt controle de fluxo etcbull Extrai o datagrama passa para o lado receptor
bull Adaptador eacute semi-autocircnomobull Camadas de enlace e fiacutesica
Detecccedilatildeo de errosEDC= Bits de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros (redundacircncia) D = Dados protegidos pela verificaccedilatildeo de erros podem incluir os campos de cabeccedilalho bull A detecccedilatildeo de erros natildeo eacute 100
confiaacutevel bull Protocolos podem deixar passar alguns
erros mas eacute rarobull Quanto maior o campo EDC melhor eacute a
capacidade de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
Verificaccedilatildeo de paridade
Checksum da InternetObjetivo detectar ldquoerrosrdquo (ex bits trocados) num segmento transmitido (nota usado apenas na camada de transporte) Transmissor bull Trata o conteuacutedo de segmentos como sequumlecircncias de nuacutemeros inteiros de 16 bitsbull Checksum adiccedilatildeo (soma em complemento de um) do conteuacutedo do segmentobull Transmissor coloca o valor do checksum no campo checksum do UDP Receptorbull Computa o checksum do segmento recebidobull Verifica se o checksum calculado eacute igual ao valor do campo checksumbull NAtildeO mdash erro detectadobull SIM mdash natildeo detectou erro Mas talvez haja erros apesar disso Depoishellip
Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclicabull Encara os bits de dados D como um nuacutemero binaacuteriobull Escolhe um padratildeo gerador de r + 1 bit Gbull Objetivo escolhe r CRC bits R tal que
bull ltDRgteacute divisiacutevel de forma exata por G (moacutedulo 2)bull Receptor conhece G divide ltDRgt por G Se o resto eacute diferente de zero erro detectadobull Pode detectar todos os erros em sequumlecircncia (burst errors) com comprimento menor que r + 1 bit
bull Largamente usado na praacutetica (ATM HDCL)
Exemplo de CRC
Enlaces de acesso muacuteltiplo e protocolos
Protocolos de acesso muacuteltiplobull Canal de comunicaccedilatildeo uacutenico e compartilhadobull Duas ou mais transmissotildees simultacircneas pelos noacutes interferecircnciabull Colisatildeo se um noacute receber dois ou mais sinais ao mesmo tempo
bull Protocolo de muacuteltiplo acessobull Algoritmo distribuiacutedo que determina como as estaccedilotildees compartilham o canal
isto eacute determinam quando cada estaccedilatildeo pode transmitirbull Comunicaccedilatildeo sobre o compartilhamento do canal deve utilizar o proacuteprio canal
bull Nenhum canal fora-de-banda para coordenaccedilatildeo
Protocolo ideal de muacuteltiplo acessobull Canal de broadcast de taxa R bps 1 Quando um noacute quer transmitir ele pode enviar a uma taxa R 2 Quando M noacutes querem transmitir cada um envia a uma taxa meacutedia
RM 3 Totalmente descentralizada
1 Nenhum noacute especial para coordenar transmissotildees2 Nenhuma sincronizaccedilatildeo de reloacutegios e compartimentos
4 Simples
Protocolos MAC uma taxonomiaTrecircs grandes classes bull Particionamento de canalbull Divide o canal em pedaccedilos menores (compartimentos de tempo frequecircncia)bull Aloca um pedaccedilo para uso exclusivo de cada noacute
bull Acesso aleatoacuteriobull Canal natildeo dividido permite colisotildeesbull ldquoRecuperaccedilatildeordquo das colisotildees
bull Passagem de permissatildeobull Noacutes transmitem em seus turnos mas com mais volume para enviar podem
usar turnos mais longos
Protocolos MAC com particionamento de canal TDMATDMA acesso muacuteltiplo por divisatildeo temporalbull Acesso ao canal eacute feito por ldquoturnosrdquobull Cada estaccedilatildeo controla um compartimento (ldquoslotrdquo) de tamanho fixo
(tamanho = tempo de transmissatildeo de pacote) em cada turnobull Compartimentos natildeo usados satildeo desperdiccediladosbull Exemplo rede local com 6 estaccedilotildees 1 3 4 tecircm pacotes compartimentos 2
5 6 ficam vazios
Protocolos MAC com particionamento de canal FDMAFDMA acesso muacuteltiplo por divisatildeo de frequecircncia bull O espectro do canal eacute dividido em
bandas de frequecircnciabull Cada estaccedilatildeo recebe uma banda de
frequecircnciabull Tempo de transmissatildeo natildeo usado nas
bandas de frequecircncia eacute desperdiccediladobull Exemplo rede local com 6 estaccedilotildees
1 3 4 tecircm pacotes as bandas de frequecircncia 2 5 6 ficam vazias
Protocolos de acesso aleatoacuteriobull Quando o noacute tem um pacote a enviar
bull Transmite com toda a taxa do canal R bull Natildeo haacute uma regra de coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes
bull Dois ou mais noacutes transmitindo -gt ldquocolisatildeordquo bull Protocolo MAC de acesso aleatoacuterio especifica
bull Como detectar colisotildeesbull Como as estaccedilotildees se recuperam das colisotildees (ex via retransmissotildees atrasadas)
bull Exemplos de protocolos MAC de acesso aleatoacuteriobull slotted ALOHAbull ALOHA bull CSMA e CSMACD
Slotted ALOHASuposiccedilotildeesbull Todos os quadros de mesmo tamanhobull Tempo dividido em slots de mesmo tamanho tempo para transmitir 1 quadrobull Noacutes comeccedilam a transmitir quadros apenas no iniacutecio dos slotsbull Noacutes satildeo sincronizadosbull Se 2 ou mais noacutes transmitem no slot todos os noacutes detectam a colisatildeoOperaccedilatildeobull Quando um noacute obteacutem um novo quadro ele transmite no proacuteximo slotbull Sem colisatildeo o noacute pode enviar o novo quadro no proacuteximo slotbull Se haacute colisatildeo o noacute retransmite o quadro em cada slot subsequumlente com probabilidade p
ateacute o sucesso
Slotted ALOHAProacutesbull Um uacutenico noacute ativo pode transmitir continuamente com a taxa completa de canalbull Altamente descentralizada somente slots em noacutes precisam ser sincronizadosbull Simples Contrasbull Colisotildees desperdiacutecio de slotsbull Slots ociososbull Os noacutes podem detectar colisatildeo em menos tempo do que o tempo para transmitir o pacotebull Sincronizaccedilatildeo de clock
Eficiecircncia do slotted AlohaEficiecircncia eacute a fraccedilatildeo de slots bem-sucedidos quando haacute muitos noacutes cada um com muitos quadros para enviarbull Suponha N noacutes com muitos quadros para enviar cada um transmite no slot
com probabilidade pbull Prob de o noacute 1 obter sucesso num slot = p(1-p)N-1bull Prob de qualquer noacute obter um sucesso = Np(1-p)N-1bull Para maacutexima eficiecircncia com N noacutes encontre p que maximiza Np(1-p)N-1bull Para muitos noacutes o limite de Np(1-p)N-1 com N indo ao infinito resulta
1e = 037 No maacuteximo uso do canal para envio de dados uacuteteis 37 do tempo
Aloha puro (unslotted)bull Unslotted Aloha operaccedilatildeo mais simples natildeo haacute sincronizaccedilatildeobull Pacote necessita transmissatildeobull Enviar sem esperar pelo iniacutecio de um compartimento
bull A probabilidade de colisatildeo aumenta bull Pacote enviado em t0 colide com outros pacotes enviados em [t0-1 t0+1]
Eficiecircncia do Aloha puroP(sucesso de um dado noacute) = P(noacute transmitir)
P(nenhum outro noacute transmitir em [p0-1p0] P(nenhum outro noacute transmitir em [p0-1p0]
= p (1-p)N-1 (1-p)N-1 = p (1-p)2(N-1)
hellip escolhendo p oacutetimo e entatildeo deixando n -gt infinito = 1(2e) = 018
CSMA Carrier Sense Multiple Accessbull CSMA escuta antes de transmitirbull Se o canal parece vazio transmite o pacotebull Se o canal estaacute ocupado adia a transmissatildeobull Analogia humana natildeo interrompa os outros
Colisotildees no CSMAbull Colisotildees podem ocorrerbull o atraso de propagaccedilatildeo implica que dois noacutes
podem natildeo ouvir as transmissotildees do outro
bull Colisatildeo bull todo o tempo de transmissatildeo do pacote eacute
desperdiccedilado
bull Note bull papel da distacircncia e do atraso de propagaccedilatildeo
na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo
CSMACD (detecccedilatildeo de colisatildeo)bull CSMACD detecccedilatildeo de portadora deferecircncia como no CSMA bull Colisotildees detectadas num tempo mais curto bull Transmissotildees com colisotildees satildeo interrompidas reduzindo o desperdiacutecio do
canal bull Detecccedilatildeo de colisatildeo bull Faacutecil em LANs cabeadas mediccedilatildeo da intensidade do sinal comparaccedilatildeo dos
sinais transmitidos e recebidosbull Difiacutecil em LANs sem fio receptor desligado enquanto transmitindobull Analogia humana o ldquobom de papordquo educado
Protocolos MAC com passagem de permissatildeobull Protocolos MAC com particionamento de canaisbull Compartilham o canal eficientemente quando a carga eacute alta e bem distribuiacuteda bull Ineficiente nas cargas baixas atraso no acesso ao canal A estaccedilatildeo consegue
uma banda de 1N da capacidade do canal mesmo que haja apenas 1 noacute ativo
bull Protocolos MAC de acesso aleatoacuteriobull Eficiente nas cargas baixas um uacutenico noacute pode usar todo o canalbull Cargas altas excesso de colisotildees
bull Protocolos de passagem de permissatildeo bull Buscam o melhor dos dois mundos
Protocolos MAC com passagem de permissatildeobull Pollingbull Noacute-mestre ldquoconvidardquo os escravos a transmitirem um de cada vezbull Problemas
bull Polling overheadbull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (mestre)
bull Token passingbull Controla um token passado de um noacute a outro sequencialmentebull Mensagem tokenbull Problemas
bull Token overhead bull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (token)
Sumaacuterio dos protocolos MACbull Como se faz com um canal compartilhadobull Particionamento de canal no tempo por frequumlecircncia ou por coacutedigo
bull Divisatildeo temporal divisatildeo por coacutedigo divisatildeo por frequecircnciabull Particionamento aleatoacuterio (dinacircmico)
bull ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDbull Detecccedilatildeo de portadora faacutecil em alguns meios fiacutesicos (cabos) e difiacutecil em outros (wireless)bull CSMACD usado na rede Ethernetbull CSMACA usado em 80211
bull Passagem de permissatildeobull Polling a partir de um site central passagem de token
Tecnologias de LANbull Camada de enlace ateacute agora bull Serviccedilos detecccedilatildeo de erroscorreccedilatildeo acesso muacuteltiplo
bull A seguir tecnologias de redes locais (LAN)bull Endereccedilamentobull Ethernet bull hubs pontes switches bull PPP
Endereccedilos de LAN e ARPbull Endereccedilos IP de 32-bit bull Endereccedilos da camada de redebull Usados para levar o datagrama ateacute a rede de destino (lembre-se da definiccedilatildeo
de rede IP)
bull Endereccedilo de LAN (ou MAC ou fiacutesico)bull Usado para levar o datagrama de uma interface fiacutesica a outra fisicamente
conectada com a primeira (isto eacute na mesma rede)bull Endereccedilos MAC com 48 bits (na maioria das LANs) gravados na memoacuteria fixa
(ROM) do adaptador de rede
Endereccedilos de LAN (cont)bull A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEEbull O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (para assegurar a
unicidade)bull Analogia
bull (a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG bull (b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal
bull Endereccedilamento MAC eacute ldquoflatrdquo =gt portabilidadebull Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra sem reconfiguraccedilatildeo de
endereccedilo MAC
bull Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevelbull Depende da rede na qual se estaacute ligado
ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de resoluccedilatildeo de endereccedilos)bull Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de B dado o endereccedilo IP
de Bbull Cada noacute IP (hospedeiro roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabela
ARPbull Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN lt
endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt
bull lt IP address MAC address TTLgtbull TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute
esquecido (tipicamente 20 min)
Ethernetbull Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo bull Barato R$20 por 100 Mbpsbull Primeira tecnologia de LAN largamente usadabull Mais simples e mais barata que LANs com token e ATMbull Velocidade crescente 10 Mbps ndash 10 Gbps
Topologia em estrela
Estrutura do quadro Ethernet
Estrutura do quadro Ethernet
Serviccedilo natildeo confiaacutevel sem conexatildeobull Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o
receptorbull Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o
adaptador transmissorbull O fluxo de datagramas que passa para a camada de rede pode deixar lacunas bull Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCPbull Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas
Ethernet usa CSMACDbull Sem slotsbull Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador
transmitindo isto eacute carrier sensebull O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador
transmitindo isto eacute collision detectionbull Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo
aleatoacuterio isto eacute random access
Algoritmo CSMACD da Ethernet1 O adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro 2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmitir o quadro
Se ele detecta o canal ocupado espera ateacute ele ficar livre e entatildeo transmite 3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo
sua missatildeo com esse quadro estaacute cumprida 4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta
e envia um jam signal5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a m-eacutesima
colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2m-1 O adaptador espera K512 tempos de bit e retorna ao passo 2
Ethernet CSMACDbull Jam signal garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da
colisatildeo 48 bits bull Bit time 01 microsseg para Ethernet de 10 Mbps para K = 1023 o tempo de
espera eacute cerca de 50 mseg bull Veja o applet Java no Web site da AWL altamemte recomendado
Exponential backoff bull Objetivo adaptar tentativas de retransmissatildeo para carga atual da rede
bull Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longabull Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacute K x 512 tempos de transmissatildeo de bitbull Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3hellipbull Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023
Eficiecircncia do CSMACD
10BaseT e 100BaseT
Hubs
Codificaccedilatildeo Manchester
Gigabit Ethernetbull Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeobull Permite enlaces ponto-a-ponto e canais de muacuteltiplo acesso
compartilhadosbull No modo compartilhado o CSMACD eacute usado exige pequenas
distacircncias entre os noacutes para ser eficientebull Usa hubs chamados aqui de Distribuidores com Armazenagem
ldquoBuffered Distributorsrdquobull Full-duplex a 1 Gbps para enlaces ponto-a-ponto bull 10 Gbps agora
Interconexatildeo com hubs
Switchbull Dispositivo de camada de enlacebull Armazena e encaminha quadros Ethernetbull Examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o quadro
baseado no endereccedilo MAC de destinobull Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento usa CSMACD
para acessar o segmento
bull Transparentebull Hospedeiros satildeo inconscientes da presenccedila dos switchesbull Plug-and-play self-learning (auto-aprendizado)
Encaminhamento
Filtragemencaminhamento
Switch exemplo
Switches vs roteadores
Resumo comparaccedilatildeo
Controle de enlace de dados ponto-a-pontobull Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace de
broadcastbull Sem Media Access Controlbull Natildeo necessita de endereccedilamento MAC expliacutecito
bull Ex dialup link linha ISDN
bull Protocolos ponto-a-ponto DLC popularesbull PPP (point-to-point protocol)bull HDLC High level data link control (camada de enlace costumava ser
considerada ldquocamada altardquo na pilha de protocolos)
Virtualizaccedilatildeo das redesVirtualizaccedilatildeo dos recursos uma poderosa abstraccedilatildeo em engenharia de sistemasExemplos em computaccedilatildeo memoacuteria virtual dispositivos virtuais Maacutequinas virtuais ex javaIBM VM os dos anos 6070
Camada de abstraccedilotildees natildeo se apega a detalhes da camada mais baixa apenas trata com as camadas mais baixas abstratament
Serviccedilos da camada de enlacebull Controle de fluxo
bull Limitaccedilatildeo da transmissatildeo entre transmissor e receptor
bull Detecccedilatildeo de errosbull Erros causados pela atenuaccedilatildeo do sinal e por ruiacutedosbull O receptor detecta a presenccedila de errosbull Avisa o transmissor para reenviar o quadro perdido
bull Correccedilatildeo de errosbull O receptor identifica e corrige o bit com erro(s) sem recorrer agrave retransmissatildeo
bull Half-duplex e full-duplexbull Com half-duplex os noacutes em ambas as extremidades do enlace podem transmitir
mas natildeo ao mesmo tempo
Comunicaccedilatildeo de adaptadoresbull Camada de rede implementada no ldquoadaptadorrdquo (isto eacute NIC)bull Cartatildeo Ethernet cartatildeo PCMCI cartatildeo 80211
bull Lado transmissorbull Encapsula o datagrama em um quadrobull Adiciona bits de verificaccedilatildeo de erro rdt controle de fluxo etc
bull Lado receptorbull Procura erros rdt controle de fluxo etcbull Extrai o datagrama passa para o lado receptor
bull Adaptador eacute semi-autocircnomobull Camadas de enlace e fiacutesica
Detecccedilatildeo de errosEDC= Bits de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros (redundacircncia) D = Dados protegidos pela verificaccedilatildeo de erros podem incluir os campos de cabeccedilalho bull A detecccedilatildeo de erros natildeo eacute 100
confiaacutevel bull Protocolos podem deixar passar alguns
erros mas eacute rarobull Quanto maior o campo EDC melhor eacute a
capacidade de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
Verificaccedilatildeo de paridade
Checksum da InternetObjetivo detectar ldquoerrosrdquo (ex bits trocados) num segmento transmitido (nota usado apenas na camada de transporte) Transmissor bull Trata o conteuacutedo de segmentos como sequumlecircncias de nuacutemeros inteiros de 16 bitsbull Checksum adiccedilatildeo (soma em complemento de um) do conteuacutedo do segmentobull Transmissor coloca o valor do checksum no campo checksum do UDP Receptorbull Computa o checksum do segmento recebidobull Verifica se o checksum calculado eacute igual ao valor do campo checksumbull NAtildeO mdash erro detectadobull SIM mdash natildeo detectou erro Mas talvez haja erros apesar disso Depoishellip
Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclicabull Encara os bits de dados D como um nuacutemero binaacuteriobull Escolhe um padratildeo gerador de r + 1 bit Gbull Objetivo escolhe r CRC bits R tal que
bull ltDRgteacute divisiacutevel de forma exata por G (moacutedulo 2)bull Receptor conhece G divide ltDRgt por G Se o resto eacute diferente de zero erro detectadobull Pode detectar todos os erros em sequumlecircncia (burst errors) com comprimento menor que r + 1 bit
bull Largamente usado na praacutetica (ATM HDCL)
Exemplo de CRC
Enlaces de acesso muacuteltiplo e protocolos
Protocolos de acesso muacuteltiplobull Canal de comunicaccedilatildeo uacutenico e compartilhadobull Duas ou mais transmissotildees simultacircneas pelos noacutes interferecircnciabull Colisatildeo se um noacute receber dois ou mais sinais ao mesmo tempo
bull Protocolo de muacuteltiplo acessobull Algoritmo distribuiacutedo que determina como as estaccedilotildees compartilham o canal
isto eacute determinam quando cada estaccedilatildeo pode transmitirbull Comunicaccedilatildeo sobre o compartilhamento do canal deve utilizar o proacuteprio canal
bull Nenhum canal fora-de-banda para coordenaccedilatildeo
Protocolo ideal de muacuteltiplo acessobull Canal de broadcast de taxa R bps 1 Quando um noacute quer transmitir ele pode enviar a uma taxa R 2 Quando M noacutes querem transmitir cada um envia a uma taxa meacutedia
RM 3 Totalmente descentralizada
1 Nenhum noacute especial para coordenar transmissotildees2 Nenhuma sincronizaccedilatildeo de reloacutegios e compartimentos
4 Simples
Protocolos MAC uma taxonomiaTrecircs grandes classes bull Particionamento de canalbull Divide o canal em pedaccedilos menores (compartimentos de tempo frequecircncia)bull Aloca um pedaccedilo para uso exclusivo de cada noacute
bull Acesso aleatoacuteriobull Canal natildeo dividido permite colisotildeesbull ldquoRecuperaccedilatildeordquo das colisotildees
bull Passagem de permissatildeobull Noacutes transmitem em seus turnos mas com mais volume para enviar podem
usar turnos mais longos
Protocolos MAC com particionamento de canal TDMATDMA acesso muacuteltiplo por divisatildeo temporalbull Acesso ao canal eacute feito por ldquoturnosrdquobull Cada estaccedilatildeo controla um compartimento (ldquoslotrdquo) de tamanho fixo
(tamanho = tempo de transmissatildeo de pacote) em cada turnobull Compartimentos natildeo usados satildeo desperdiccediladosbull Exemplo rede local com 6 estaccedilotildees 1 3 4 tecircm pacotes compartimentos 2
5 6 ficam vazios
Protocolos MAC com particionamento de canal FDMAFDMA acesso muacuteltiplo por divisatildeo de frequecircncia bull O espectro do canal eacute dividido em
bandas de frequecircnciabull Cada estaccedilatildeo recebe uma banda de
frequecircnciabull Tempo de transmissatildeo natildeo usado nas
bandas de frequecircncia eacute desperdiccediladobull Exemplo rede local com 6 estaccedilotildees
1 3 4 tecircm pacotes as bandas de frequecircncia 2 5 6 ficam vazias
Protocolos de acesso aleatoacuteriobull Quando o noacute tem um pacote a enviar
bull Transmite com toda a taxa do canal R bull Natildeo haacute uma regra de coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes
bull Dois ou mais noacutes transmitindo -gt ldquocolisatildeordquo bull Protocolo MAC de acesso aleatoacuterio especifica
bull Como detectar colisotildeesbull Como as estaccedilotildees se recuperam das colisotildees (ex via retransmissotildees atrasadas)
bull Exemplos de protocolos MAC de acesso aleatoacuteriobull slotted ALOHAbull ALOHA bull CSMA e CSMACD
Slotted ALOHASuposiccedilotildeesbull Todos os quadros de mesmo tamanhobull Tempo dividido em slots de mesmo tamanho tempo para transmitir 1 quadrobull Noacutes comeccedilam a transmitir quadros apenas no iniacutecio dos slotsbull Noacutes satildeo sincronizadosbull Se 2 ou mais noacutes transmitem no slot todos os noacutes detectam a colisatildeoOperaccedilatildeobull Quando um noacute obteacutem um novo quadro ele transmite no proacuteximo slotbull Sem colisatildeo o noacute pode enviar o novo quadro no proacuteximo slotbull Se haacute colisatildeo o noacute retransmite o quadro em cada slot subsequumlente com probabilidade p
ateacute o sucesso
Slotted ALOHAProacutesbull Um uacutenico noacute ativo pode transmitir continuamente com a taxa completa de canalbull Altamente descentralizada somente slots em noacutes precisam ser sincronizadosbull Simples Contrasbull Colisotildees desperdiacutecio de slotsbull Slots ociososbull Os noacutes podem detectar colisatildeo em menos tempo do que o tempo para transmitir o pacotebull Sincronizaccedilatildeo de clock
Eficiecircncia do slotted AlohaEficiecircncia eacute a fraccedilatildeo de slots bem-sucedidos quando haacute muitos noacutes cada um com muitos quadros para enviarbull Suponha N noacutes com muitos quadros para enviar cada um transmite no slot
com probabilidade pbull Prob de o noacute 1 obter sucesso num slot = p(1-p)N-1bull Prob de qualquer noacute obter um sucesso = Np(1-p)N-1bull Para maacutexima eficiecircncia com N noacutes encontre p que maximiza Np(1-p)N-1bull Para muitos noacutes o limite de Np(1-p)N-1 com N indo ao infinito resulta
1e = 037 No maacuteximo uso do canal para envio de dados uacuteteis 37 do tempo
Aloha puro (unslotted)bull Unslotted Aloha operaccedilatildeo mais simples natildeo haacute sincronizaccedilatildeobull Pacote necessita transmissatildeobull Enviar sem esperar pelo iniacutecio de um compartimento
bull A probabilidade de colisatildeo aumenta bull Pacote enviado em t0 colide com outros pacotes enviados em [t0-1 t0+1]
Eficiecircncia do Aloha puroP(sucesso de um dado noacute) = P(noacute transmitir)
P(nenhum outro noacute transmitir em [p0-1p0] P(nenhum outro noacute transmitir em [p0-1p0]
= p (1-p)N-1 (1-p)N-1 = p (1-p)2(N-1)
hellip escolhendo p oacutetimo e entatildeo deixando n -gt infinito = 1(2e) = 018
CSMA Carrier Sense Multiple Accessbull CSMA escuta antes de transmitirbull Se o canal parece vazio transmite o pacotebull Se o canal estaacute ocupado adia a transmissatildeobull Analogia humana natildeo interrompa os outros
Colisotildees no CSMAbull Colisotildees podem ocorrerbull o atraso de propagaccedilatildeo implica que dois noacutes
podem natildeo ouvir as transmissotildees do outro
bull Colisatildeo bull todo o tempo de transmissatildeo do pacote eacute
desperdiccedilado
bull Note bull papel da distacircncia e do atraso de propagaccedilatildeo
na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo
CSMACD (detecccedilatildeo de colisatildeo)bull CSMACD detecccedilatildeo de portadora deferecircncia como no CSMA bull Colisotildees detectadas num tempo mais curto bull Transmissotildees com colisotildees satildeo interrompidas reduzindo o desperdiacutecio do
canal bull Detecccedilatildeo de colisatildeo bull Faacutecil em LANs cabeadas mediccedilatildeo da intensidade do sinal comparaccedilatildeo dos
sinais transmitidos e recebidosbull Difiacutecil em LANs sem fio receptor desligado enquanto transmitindobull Analogia humana o ldquobom de papordquo educado
Protocolos MAC com passagem de permissatildeobull Protocolos MAC com particionamento de canaisbull Compartilham o canal eficientemente quando a carga eacute alta e bem distribuiacuteda bull Ineficiente nas cargas baixas atraso no acesso ao canal A estaccedilatildeo consegue
uma banda de 1N da capacidade do canal mesmo que haja apenas 1 noacute ativo
bull Protocolos MAC de acesso aleatoacuteriobull Eficiente nas cargas baixas um uacutenico noacute pode usar todo o canalbull Cargas altas excesso de colisotildees
bull Protocolos de passagem de permissatildeo bull Buscam o melhor dos dois mundos
Protocolos MAC com passagem de permissatildeobull Pollingbull Noacute-mestre ldquoconvidardquo os escravos a transmitirem um de cada vezbull Problemas
bull Polling overheadbull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (mestre)
bull Token passingbull Controla um token passado de um noacute a outro sequencialmentebull Mensagem tokenbull Problemas
bull Token overhead bull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (token)
Sumaacuterio dos protocolos MACbull Como se faz com um canal compartilhadobull Particionamento de canal no tempo por frequumlecircncia ou por coacutedigo
bull Divisatildeo temporal divisatildeo por coacutedigo divisatildeo por frequecircnciabull Particionamento aleatoacuterio (dinacircmico)
bull ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDbull Detecccedilatildeo de portadora faacutecil em alguns meios fiacutesicos (cabos) e difiacutecil em outros (wireless)bull CSMACD usado na rede Ethernetbull CSMACA usado em 80211
bull Passagem de permissatildeobull Polling a partir de um site central passagem de token
Tecnologias de LANbull Camada de enlace ateacute agora bull Serviccedilos detecccedilatildeo de erroscorreccedilatildeo acesso muacuteltiplo
bull A seguir tecnologias de redes locais (LAN)bull Endereccedilamentobull Ethernet bull hubs pontes switches bull PPP
Endereccedilos de LAN e ARPbull Endereccedilos IP de 32-bit bull Endereccedilos da camada de redebull Usados para levar o datagrama ateacute a rede de destino (lembre-se da definiccedilatildeo
de rede IP)
bull Endereccedilo de LAN (ou MAC ou fiacutesico)bull Usado para levar o datagrama de uma interface fiacutesica a outra fisicamente
conectada com a primeira (isto eacute na mesma rede)bull Endereccedilos MAC com 48 bits (na maioria das LANs) gravados na memoacuteria fixa
(ROM) do adaptador de rede
Endereccedilos de LAN (cont)bull A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEEbull O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (para assegurar a
unicidade)bull Analogia
bull (a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG bull (b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal
bull Endereccedilamento MAC eacute ldquoflatrdquo =gt portabilidadebull Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra sem reconfiguraccedilatildeo de
endereccedilo MAC
bull Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevelbull Depende da rede na qual se estaacute ligado
ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de resoluccedilatildeo de endereccedilos)bull Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de B dado o endereccedilo IP
de Bbull Cada noacute IP (hospedeiro roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabela
ARPbull Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN lt
endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt
bull lt IP address MAC address TTLgtbull TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute
esquecido (tipicamente 20 min)
Ethernetbull Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo bull Barato R$20 por 100 Mbpsbull Primeira tecnologia de LAN largamente usadabull Mais simples e mais barata que LANs com token e ATMbull Velocidade crescente 10 Mbps ndash 10 Gbps
Topologia em estrela
Estrutura do quadro Ethernet
Estrutura do quadro Ethernet
Serviccedilo natildeo confiaacutevel sem conexatildeobull Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o
receptorbull Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o
adaptador transmissorbull O fluxo de datagramas que passa para a camada de rede pode deixar lacunas bull Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCPbull Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas
Ethernet usa CSMACDbull Sem slotsbull Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador
transmitindo isto eacute carrier sensebull O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador
transmitindo isto eacute collision detectionbull Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo
aleatoacuterio isto eacute random access
Algoritmo CSMACD da Ethernet1 O adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro 2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmitir o quadro
Se ele detecta o canal ocupado espera ateacute ele ficar livre e entatildeo transmite 3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo
sua missatildeo com esse quadro estaacute cumprida 4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta
e envia um jam signal5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a m-eacutesima
colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2m-1 O adaptador espera K512 tempos de bit e retorna ao passo 2
Ethernet CSMACDbull Jam signal garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da
colisatildeo 48 bits bull Bit time 01 microsseg para Ethernet de 10 Mbps para K = 1023 o tempo de
espera eacute cerca de 50 mseg bull Veja o applet Java no Web site da AWL altamemte recomendado
Exponential backoff bull Objetivo adaptar tentativas de retransmissatildeo para carga atual da rede
bull Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longabull Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacute K x 512 tempos de transmissatildeo de bitbull Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3hellipbull Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023
Eficiecircncia do CSMACD
10BaseT e 100BaseT
Hubs
Codificaccedilatildeo Manchester
Gigabit Ethernetbull Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeobull Permite enlaces ponto-a-ponto e canais de muacuteltiplo acesso
compartilhadosbull No modo compartilhado o CSMACD eacute usado exige pequenas
distacircncias entre os noacutes para ser eficientebull Usa hubs chamados aqui de Distribuidores com Armazenagem
ldquoBuffered Distributorsrdquobull Full-duplex a 1 Gbps para enlaces ponto-a-ponto bull 10 Gbps agora
Interconexatildeo com hubs
Switchbull Dispositivo de camada de enlacebull Armazena e encaminha quadros Ethernetbull Examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o quadro
baseado no endereccedilo MAC de destinobull Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento usa CSMACD
para acessar o segmento
bull Transparentebull Hospedeiros satildeo inconscientes da presenccedila dos switchesbull Plug-and-play self-learning (auto-aprendizado)
Encaminhamento
Filtragemencaminhamento
Switch exemplo
Switches vs roteadores
Resumo comparaccedilatildeo
Controle de enlace de dados ponto-a-pontobull Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace de
broadcastbull Sem Media Access Controlbull Natildeo necessita de endereccedilamento MAC expliacutecito
bull Ex dialup link linha ISDN
bull Protocolos ponto-a-ponto DLC popularesbull PPP (point-to-point protocol)bull HDLC High level data link control (camada de enlace costumava ser
considerada ldquocamada altardquo na pilha de protocolos)
Virtualizaccedilatildeo das redesVirtualizaccedilatildeo dos recursos uma poderosa abstraccedilatildeo em engenharia de sistemasExemplos em computaccedilatildeo memoacuteria virtual dispositivos virtuais Maacutequinas virtuais ex javaIBM VM os dos anos 6070
Camada de abstraccedilotildees natildeo se apega a detalhes da camada mais baixa apenas trata com as camadas mais baixas abstratament
Comunicaccedilatildeo de adaptadoresbull Camada de rede implementada no ldquoadaptadorrdquo (isto eacute NIC)bull Cartatildeo Ethernet cartatildeo PCMCI cartatildeo 80211
bull Lado transmissorbull Encapsula o datagrama em um quadrobull Adiciona bits de verificaccedilatildeo de erro rdt controle de fluxo etc
bull Lado receptorbull Procura erros rdt controle de fluxo etcbull Extrai o datagrama passa para o lado receptor
bull Adaptador eacute semi-autocircnomobull Camadas de enlace e fiacutesica
Detecccedilatildeo de errosEDC= Bits de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros (redundacircncia) D = Dados protegidos pela verificaccedilatildeo de erros podem incluir os campos de cabeccedilalho bull A detecccedilatildeo de erros natildeo eacute 100
confiaacutevel bull Protocolos podem deixar passar alguns
erros mas eacute rarobull Quanto maior o campo EDC melhor eacute a
capacidade de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
Verificaccedilatildeo de paridade
Checksum da InternetObjetivo detectar ldquoerrosrdquo (ex bits trocados) num segmento transmitido (nota usado apenas na camada de transporte) Transmissor bull Trata o conteuacutedo de segmentos como sequumlecircncias de nuacutemeros inteiros de 16 bitsbull Checksum adiccedilatildeo (soma em complemento de um) do conteuacutedo do segmentobull Transmissor coloca o valor do checksum no campo checksum do UDP Receptorbull Computa o checksum do segmento recebidobull Verifica se o checksum calculado eacute igual ao valor do campo checksumbull NAtildeO mdash erro detectadobull SIM mdash natildeo detectou erro Mas talvez haja erros apesar disso Depoishellip
Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclicabull Encara os bits de dados D como um nuacutemero binaacuteriobull Escolhe um padratildeo gerador de r + 1 bit Gbull Objetivo escolhe r CRC bits R tal que
bull ltDRgteacute divisiacutevel de forma exata por G (moacutedulo 2)bull Receptor conhece G divide ltDRgt por G Se o resto eacute diferente de zero erro detectadobull Pode detectar todos os erros em sequumlecircncia (burst errors) com comprimento menor que r + 1 bit
bull Largamente usado na praacutetica (ATM HDCL)
Exemplo de CRC
Enlaces de acesso muacuteltiplo e protocolos
Protocolos de acesso muacuteltiplobull Canal de comunicaccedilatildeo uacutenico e compartilhadobull Duas ou mais transmissotildees simultacircneas pelos noacutes interferecircnciabull Colisatildeo se um noacute receber dois ou mais sinais ao mesmo tempo
bull Protocolo de muacuteltiplo acessobull Algoritmo distribuiacutedo que determina como as estaccedilotildees compartilham o canal
isto eacute determinam quando cada estaccedilatildeo pode transmitirbull Comunicaccedilatildeo sobre o compartilhamento do canal deve utilizar o proacuteprio canal
bull Nenhum canal fora-de-banda para coordenaccedilatildeo
Protocolo ideal de muacuteltiplo acessobull Canal de broadcast de taxa R bps 1 Quando um noacute quer transmitir ele pode enviar a uma taxa R 2 Quando M noacutes querem transmitir cada um envia a uma taxa meacutedia
RM 3 Totalmente descentralizada
1 Nenhum noacute especial para coordenar transmissotildees2 Nenhuma sincronizaccedilatildeo de reloacutegios e compartimentos
4 Simples
Protocolos MAC uma taxonomiaTrecircs grandes classes bull Particionamento de canalbull Divide o canal em pedaccedilos menores (compartimentos de tempo frequecircncia)bull Aloca um pedaccedilo para uso exclusivo de cada noacute
bull Acesso aleatoacuteriobull Canal natildeo dividido permite colisotildeesbull ldquoRecuperaccedilatildeordquo das colisotildees
bull Passagem de permissatildeobull Noacutes transmitem em seus turnos mas com mais volume para enviar podem
usar turnos mais longos
Protocolos MAC com particionamento de canal TDMATDMA acesso muacuteltiplo por divisatildeo temporalbull Acesso ao canal eacute feito por ldquoturnosrdquobull Cada estaccedilatildeo controla um compartimento (ldquoslotrdquo) de tamanho fixo
(tamanho = tempo de transmissatildeo de pacote) em cada turnobull Compartimentos natildeo usados satildeo desperdiccediladosbull Exemplo rede local com 6 estaccedilotildees 1 3 4 tecircm pacotes compartimentos 2
5 6 ficam vazios
Protocolos MAC com particionamento de canal FDMAFDMA acesso muacuteltiplo por divisatildeo de frequecircncia bull O espectro do canal eacute dividido em
bandas de frequecircnciabull Cada estaccedilatildeo recebe uma banda de
frequecircnciabull Tempo de transmissatildeo natildeo usado nas
bandas de frequecircncia eacute desperdiccediladobull Exemplo rede local com 6 estaccedilotildees
1 3 4 tecircm pacotes as bandas de frequecircncia 2 5 6 ficam vazias
Protocolos de acesso aleatoacuteriobull Quando o noacute tem um pacote a enviar
bull Transmite com toda a taxa do canal R bull Natildeo haacute uma regra de coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes
bull Dois ou mais noacutes transmitindo -gt ldquocolisatildeordquo bull Protocolo MAC de acesso aleatoacuterio especifica
bull Como detectar colisotildeesbull Como as estaccedilotildees se recuperam das colisotildees (ex via retransmissotildees atrasadas)
bull Exemplos de protocolos MAC de acesso aleatoacuteriobull slotted ALOHAbull ALOHA bull CSMA e CSMACD
Slotted ALOHASuposiccedilotildeesbull Todos os quadros de mesmo tamanhobull Tempo dividido em slots de mesmo tamanho tempo para transmitir 1 quadrobull Noacutes comeccedilam a transmitir quadros apenas no iniacutecio dos slotsbull Noacutes satildeo sincronizadosbull Se 2 ou mais noacutes transmitem no slot todos os noacutes detectam a colisatildeoOperaccedilatildeobull Quando um noacute obteacutem um novo quadro ele transmite no proacuteximo slotbull Sem colisatildeo o noacute pode enviar o novo quadro no proacuteximo slotbull Se haacute colisatildeo o noacute retransmite o quadro em cada slot subsequumlente com probabilidade p
ateacute o sucesso
Slotted ALOHAProacutesbull Um uacutenico noacute ativo pode transmitir continuamente com a taxa completa de canalbull Altamente descentralizada somente slots em noacutes precisam ser sincronizadosbull Simples Contrasbull Colisotildees desperdiacutecio de slotsbull Slots ociososbull Os noacutes podem detectar colisatildeo em menos tempo do que o tempo para transmitir o pacotebull Sincronizaccedilatildeo de clock
Eficiecircncia do slotted AlohaEficiecircncia eacute a fraccedilatildeo de slots bem-sucedidos quando haacute muitos noacutes cada um com muitos quadros para enviarbull Suponha N noacutes com muitos quadros para enviar cada um transmite no slot
com probabilidade pbull Prob de o noacute 1 obter sucesso num slot = p(1-p)N-1bull Prob de qualquer noacute obter um sucesso = Np(1-p)N-1bull Para maacutexima eficiecircncia com N noacutes encontre p que maximiza Np(1-p)N-1bull Para muitos noacutes o limite de Np(1-p)N-1 com N indo ao infinito resulta
1e = 037 No maacuteximo uso do canal para envio de dados uacuteteis 37 do tempo
Aloha puro (unslotted)bull Unslotted Aloha operaccedilatildeo mais simples natildeo haacute sincronizaccedilatildeobull Pacote necessita transmissatildeobull Enviar sem esperar pelo iniacutecio de um compartimento
bull A probabilidade de colisatildeo aumenta bull Pacote enviado em t0 colide com outros pacotes enviados em [t0-1 t0+1]
Eficiecircncia do Aloha puroP(sucesso de um dado noacute) = P(noacute transmitir)
P(nenhum outro noacute transmitir em [p0-1p0] P(nenhum outro noacute transmitir em [p0-1p0]
= p (1-p)N-1 (1-p)N-1 = p (1-p)2(N-1)
hellip escolhendo p oacutetimo e entatildeo deixando n -gt infinito = 1(2e) = 018
CSMA Carrier Sense Multiple Accessbull CSMA escuta antes de transmitirbull Se o canal parece vazio transmite o pacotebull Se o canal estaacute ocupado adia a transmissatildeobull Analogia humana natildeo interrompa os outros
Colisotildees no CSMAbull Colisotildees podem ocorrerbull o atraso de propagaccedilatildeo implica que dois noacutes
podem natildeo ouvir as transmissotildees do outro
bull Colisatildeo bull todo o tempo de transmissatildeo do pacote eacute
desperdiccedilado
bull Note bull papel da distacircncia e do atraso de propagaccedilatildeo
na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo
CSMACD (detecccedilatildeo de colisatildeo)bull CSMACD detecccedilatildeo de portadora deferecircncia como no CSMA bull Colisotildees detectadas num tempo mais curto bull Transmissotildees com colisotildees satildeo interrompidas reduzindo o desperdiacutecio do
canal bull Detecccedilatildeo de colisatildeo bull Faacutecil em LANs cabeadas mediccedilatildeo da intensidade do sinal comparaccedilatildeo dos
sinais transmitidos e recebidosbull Difiacutecil em LANs sem fio receptor desligado enquanto transmitindobull Analogia humana o ldquobom de papordquo educado
Protocolos MAC com passagem de permissatildeobull Protocolos MAC com particionamento de canaisbull Compartilham o canal eficientemente quando a carga eacute alta e bem distribuiacuteda bull Ineficiente nas cargas baixas atraso no acesso ao canal A estaccedilatildeo consegue
uma banda de 1N da capacidade do canal mesmo que haja apenas 1 noacute ativo
bull Protocolos MAC de acesso aleatoacuteriobull Eficiente nas cargas baixas um uacutenico noacute pode usar todo o canalbull Cargas altas excesso de colisotildees
bull Protocolos de passagem de permissatildeo bull Buscam o melhor dos dois mundos
Protocolos MAC com passagem de permissatildeobull Pollingbull Noacute-mestre ldquoconvidardquo os escravos a transmitirem um de cada vezbull Problemas
bull Polling overheadbull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (mestre)
bull Token passingbull Controla um token passado de um noacute a outro sequencialmentebull Mensagem tokenbull Problemas
bull Token overhead bull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (token)
Sumaacuterio dos protocolos MACbull Como se faz com um canal compartilhadobull Particionamento de canal no tempo por frequumlecircncia ou por coacutedigo
bull Divisatildeo temporal divisatildeo por coacutedigo divisatildeo por frequecircnciabull Particionamento aleatoacuterio (dinacircmico)
bull ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDbull Detecccedilatildeo de portadora faacutecil em alguns meios fiacutesicos (cabos) e difiacutecil em outros (wireless)bull CSMACD usado na rede Ethernetbull CSMACA usado em 80211
bull Passagem de permissatildeobull Polling a partir de um site central passagem de token
Tecnologias de LANbull Camada de enlace ateacute agora bull Serviccedilos detecccedilatildeo de erroscorreccedilatildeo acesso muacuteltiplo
bull A seguir tecnologias de redes locais (LAN)bull Endereccedilamentobull Ethernet bull hubs pontes switches bull PPP
Endereccedilos de LAN e ARPbull Endereccedilos IP de 32-bit bull Endereccedilos da camada de redebull Usados para levar o datagrama ateacute a rede de destino (lembre-se da definiccedilatildeo
de rede IP)
bull Endereccedilo de LAN (ou MAC ou fiacutesico)bull Usado para levar o datagrama de uma interface fiacutesica a outra fisicamente
conectada com a primeira (isto eacute na mesma rede)bull Endereccedilos MAC com 48 bits (na maioria das LANs) gravados na memoacuteria fixa
(ROM) do adaptador de rede
Endereccedilos de LAN (cont)bull A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEEbull O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (para assegurar a
unicidade)bull Analogia
bull (a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG bull (b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal
bull Endereccedilamento MAC eacute ldquoflatrdquo =gt portabilidadebull Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra sem reconfiguraccedilatildeo de
endereccedilo MAC
bull Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevelbull Depende da rede na qual se estaacute ligado
ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de resoluccedilatildeo de endereccedilos)bull Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de B dado o endereccedilo IP
de Bbull Cada noacute IP (hospedeiro roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabela
ARPbull Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN lt
endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt
bull lt IP address MAC address TTLgtbull TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute
esquecido (tipicamente 20 min)
Ethernetbull Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo bull Barato R$20 por 100 Mbpsbull Primeira tecnologia de LAN largamente usadabull Mais simples e mais barata que LANs com token e ATMbull Velocidade crescente 10 Mbps ndash 10 Gbps
Topologia em estrela
Estrutura do quadro Ethernet
Estrutura do quadro Ethernet
Serviccedilo natildeo confiaacutevel sem conexatildeobull Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o
receptorbull Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o
adaptador transmissorbull O fluxo de datagramas que passa para a camada de rede pode deixar lacunas bull Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCPbull Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas
Ethernet usa CSMACDbull Sem slotsbull Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador
transmitindo isto eacute carrier sensebull O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador
transmitindo isto eacute collision detectionbull Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo
aleatoacuterio isto eacute random access
Algoritmo CSMACD da Ethernet1 O adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro 2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmitir o quadro
Se ele detecta o canal ocupado espera ateacute ele ficar livre e entatildeo transmite 3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo
sua missatildeo com esse quadro estaacute cumprida 4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta
e envia um jam signal5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a m-eacutesima
colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2m-1 O adaptador espera K512 tempos de bit e retorna ao passo 2
Ethernet CSMACDbull Jam signal garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da
colisatildeo 48 bits bull Bit time 01 microsseg para Ethernet de 10 Mbps para K = 1023 o tempo de
espera eacute cerca de 50 mseg bull Veja o applet Java no Web site da AWL altamemte recomendado
Exponential backoff bull Objetivo adaptar tentativas de retransmissatildeo para carga atual da rede
bull Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longabull Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacute K x 512 tempos de transmissatildeo de bitbull Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3hellipbull Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023
Eficiecircncia do CSMACD
10BaseT e 100BaseT
Hubs
Codificaccedilatildeo Manchester
Gigabit Ethernetbull Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeobull Permite enlaces ponto-a-ponto e canais de muacuteltiplo acesso
compartilhadosbull No modo compartilhado o CSMACD eacute usado exige pequenas
distacircncias entre os noacutes para ser eficientebull Usa hubs chamados aqui de Distribuidores com Armazenagem
ldquoBuffered Distributorsrdquobull Full-duplex a 1 Gbps para enlaces ponto-a-ponto bull 10 Gbps agora
Interconexatildeo com hubs
Switchbull Dispositivo de camada de enlacebull Armazena e encaminha quadros Ethernetbull Examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o quadro
baseado no endereccedilo MAC de destinobull Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento usa CSMACD
para acessar o segmento
bull Transparentebull Hospedeiros satildeo inconscientes da presenccedila dos switchesbull Plug-and-play self-learning (auto-aprendizado)
Encaminhamento
Filtragemencaminhamento
Switch exemplo
Switches vs roteadores
Resumo comparaccedilatildeo
Controle de enlace de dados ponto-a-pontobull Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace de
broadcastbull Sem Media Access Controlbull Natildeo necessita de endereccedilamento MAC expliacutecito
bull Ex dialup link linha ISDN
bull Protocolos ponto-a-ponto DLC popularesbull PPP (point-to-point protocol)bull HDLC High level data link control (camada de enlace costumava ser
considerada ldquocamada altardquo na pilha de protocolos)
Virtualizaccedilatildeo das redesVirtualizaccedilatildeo dos recursos uma poderosa abstraccedilatildeo em engenharia de sistemasExemplos em computaccedilatildeo memoacuteria virtual dispositivos virtuais Maacutequinas virtuais ex javaIBM VM os dos anos 6070
Camada de abstraccedilotildees natildeo se apega a detalhes da camada mais baixa apenas trata com as camadas mais baixas abstratament
Detecccedilatildeo de errosEDC= Bits de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros (redundacircncia) D = Dados protegidos pela verificaccedilatildeo de erros podem incluir os campos de cabeccedilalho bull A detecccedilatildeo de erros natildeo eacute 100
confiaacutevel bull Protocolos podem deixar passar alguns
erros mas eacute rarobull Quanto maior o campo EDC melhor eacute a
capacidade de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
Verificaccedilatildeo de paridade
Checksum da InternetObjetivo detectar ldquoerrosrdquo (ex bits trocados) num segmento transmitido (nota usado apenas na camada de transporte) Transmissor bull Trata o conteuacutedo de segmentos como sequumlecircncias de nuacutemeros inteiros de 16 bitsbull Checksum adiccedilatildeo (soma em complemento de um) do conteuacutedo do segmentobull Transmissor coloca o valor do checksum no campo checksum do UDP Receptorbull Computa o checksum do segmento recebidobull Verifica se o checksum calculado eacute igual ao valor do campo checksumbull NAtildeO mdash erro detectadobull SIM mdash natildeo detectou erro Mas talvez haja erros apesar disso Depoishellip
Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclicabull Encara os bits de dados D como um nuacutemero binaacuteriobull Escolhe um padratildeo gerador de r + 1 bit Gbull Objetivo escolhe r CRC bits R tal que
bull ltDRgteacute divisiacutevel de forma exata por G (moacutedulo 2)bull Receptor conhece G divide ltDRgt por G Se o resto eacute diferente de zero erro detectadobull Pode detectar todos os erros em sequumlecircncia (burst errors) com comprimento menor que r + 1 bit
bull Largamente usado na praacutetica (ATM HDCL)
Exemplo de CRC
Enlaces de acesso muacuteltiplo e protocolos
Protocolos de acesso muacuteltiplobull Canal de comunicaccedilatildeo uacutenico e compartilhadobull Duas ou mais transmissotildees simultacircneas pelos noacutes interferecircnciabull Colisatildeo se um noacute receber dois ou mais sinais ao mesmo tempo
bull Protocolo de muacuteltiplo acessobull Algoritmo distribuiacutedo que determina como as estaccedilotildees compartilham o canal
isto eacute determinam quando cada estaccedilatildeo pode transmitirbull Comunicaccedilatildeo sobre o compartilhamento do canal deve utilizar o proacuteprio canal
bull Nenhum canal fora-de-banda para coordenaccedilatildeo
Protocolo ideal de muacuteltiplo acessobull Canal de broadcast de taxa R bps 1 Quando um noacute quer transmitir ele pode enviar a uma taxa R 2 Quando M noacutes querem transmitir cada um envia a uma taxa meacutedia
RM 3 Totalmente descentralizada
1 Nenhum noacute especial para coordenar transmissotildees2 Nenhuma sincronizaccedilatildeo de reloacutegios e compartimentos
4 Simples
Protocolos MAC uma taxonomiaTrecircs grandes classes bull Particionamento de canalbull Divide o canal em pedaccedilos menores (compartimentos de tempo frequecircncia)bull Aloca um pedaccedilo para uso exclusivo de cada noacute
bull Acesso aleatoacuteriobull Canal natildeo dividido permite colisotildeesbull ldquoRecuperaccedilatildeordquo das colisotildees
bull Passagem de permissatildeobull Noacutes transmitem em seus turnos mas com mais volume para enviar podem
usar turnos mais longos
Protocolos MAC com particionamento de canal TDMATDMA acesso muacuteltiplo por divisatildeo temporalbull Acesso ao canal eacute feito por ldquoturnosrdquobull Cada estaccedilatildeo controla um compartimento (ldquoslotrdquo) de tamanho fixo
(tamanho = tempo de transmissatildeo de pacote) em cada turnobull Compartimentos natildeo usados satildeo desperdiccediladosbull Exemplo rede local com 6 estaccedilotildees 1 3 4 tecircm pacotes compartimentos 2
5 6 ficam vazios
Protocolos MAC com particionamento de canal FDMAFDMA acesso muacuteltiplo por divisatildeo de frequecircncia bull O espectro do canal eacute dividido em
bandas de frequecircnciabull Cada estaccedilatildeo recebe uma banda de
frequecircnciabull Tempo de transmissatildeo natildeo usado nas
bandas de frequecircncia eacute desperdiccediladobull Exemplo rede local com 6 estaccedilotildees
1 3 4 tecircm pacotes as bandas de frequecircncia 2 5 6 ficam vazias
Protocolos de acesso aleatoacuteriobull Quando o noacute tem um pacote a enviar
bull Transmite com toda a taxa do canal R bull Natildeo haacute uma regra de coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes
bull Dois ou mais noacutes transmitindo -gt ldquocolisatildeordquo bull Protocolo MAC de acesso aleatoacuterio especifica
bull Como detectar colisotildeesbull Como as estaccedilotildees se recuperam das colisotildees (ex via retransmissotildees atrasadas)
bull Exemplos de protocolos MAC de acesso aleatoacuteriobull slotted ALOHAbull ALOHA bull CSMA e CSMACD
Slotted ALOHASuposiccedilotildeesbull Todos os quadros de mesmo tamanhobull Tempo dividido em slots de mesmo tamanho tempo para transmitir 1 quadrobull Noacutes comeccedilam a transmitir quadros apenas no iniacutecio dos slotsbull Noacutes satildeo sincronizadosbull Se 2 ou mais noacutes transmitem no slot todos os noacutes detectam a colisatildeoOperaccedilatildeobull Quando um noacute obteacutem um novo quadro ele transmite no proacuteximo slotbull Sem colisatildeo o noacute pode enviar o novo quadro no proacuteximo slotbull Se haacute colisatildeo o noacute retransmite o quadro em cada slot subsequumlente com probabilidade p
ateacute o sucesso
Slotted ALOHAProacutesbull Um uacutenico noacute ativo pode transmitir continuamente com a taxa completa de canalbull Altamente descentralizada somente slots em noacutes precisam ser sincronizadosbull Simples Contrasbull Colisotildees desperdiacutecio de slotsbull Slots ociososbull Os noacutes podem detectar colisatildeo em menos tempo do que o tempo para transmitir o pacotebull Sincronizaccedilatildeo de clock
Eficiecircncia do slotted AlohaEficiecircncia eacute a fraccedilatildeo de slots bem-sucedidos quando haacute muitos noacutes cada um com muitos quadros para enviarbull Suponha N noacutes com muitos quadros para enviar cada um transmite no slot
com probabilidade pbull Prob de o noacute 1 obter sucesso num slot = p(1-p)N-1bull Prob de qualquer noacute obter um sucesso = Np(1-p)N-1bull Para maacutexima eficiecircncia com N noacutes encontre p que maximiza Np(1-p)N-1bull Para muitos noacutes o limite de Np(1-p)N-1 com N indo ao infinito resulta
1e = 037 No maacuteximo uso do canal para envio de dados uacuteteis 37 do tempo
Aloha puro (unslotted)bull Unslotted Aloha operaccedilatildeo mais simples natildeo haacute sincronizaccedilatildeobull Pacote necessita transmissatildeobull Enviar sem esperar pelo iniacutecio de um compartimento
bull A probabilidade de colisatildeo aumenta bull Pacote enviado em t0 colide com outros pacotes enviados em [t0-1 t0+1]
Eficiecircncia do Aloha puroP(sucesso de um dado noacute) = P(noacute transmitir)
P(nenhum outro noacute transmitir em [p0-1p0] P(nenhum outro noacute transmitir em [p0-1p0]
= p (1-p)N-1 (1-p)N-1 = p (1-p)2(N-1)
hellip escolhendo p oacutetimo e entatildeo deixando n -gt infinito = 1(2e) = 018
CSMA Carrier Sense Multiple Accessbull CSMA escuta antes de transmitirbull Se o canal parece vazio transmite o pacotebull Se o canal estaacute ocupado adia a transmissatildeobull Analogia humana natildeo interrompa os outros
Colisotildees no CSMAbull Colisotildees podem ocorrerbull o atraso de propagaccedilatildeo implica que dois noacutes
podem natildeo ouvir as transmissotildees do outro
bull Colisatildeo bull todo o tempo de transmissatildeo do pacote eacute
desperdiccedilado
bull Note bull papel da distacircncia e do atraso de propagaccedilatildeo
na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo
CSMACD (detecccedilatildeo de colisatildeo)bull CSMACD detecccedilatildeo de portadora deferecircncia como no CSMA bull Colisotildees detectadas num tempo mais curto bull Transmissotildees com colisotildees satildeo interrompidas reduzindo o desperdiacutecio do
canal bull Detecccedilatildeo de colisatildeo bull Faacutecil em LANs cabeadas mediccedilatildeo da intensidade do sinal comparaccedilatildeo dos
sinais transmitidos e recebidosbull Difiacutecil em LANs sem fio receptor desligado enquanto transmitindobull Analogia humana o ldquobom de papordquo educado
Protocolos MAC com passagem de permissatildeobull Protocolos MAC com particionamento de canaisbull Compartilham o canal eficientemente quando a carga eacute alta e bem distribuiacuteda bull Ineficiente nas cargas baixas atraso no acesso ao canal A estaccedilatildeo consegue
uma banda de 1N da capacidade do canal mesmo que haja apenas 1 noacute ativo
bull Protocolos MAC de acesso aleatoacuteriobull Eficiente nas cargas baixas um uacutenico noacute pode usar todo o canalbull Cargas altas excesso de colisotildees
bull Protocolos de passagem de permissatildeo bull Buscam o melhor dos dois mundos
Protocolos MAC com passagem de permissatildeobull Pollingbull Noacute-mestre ldquoconvidardquo os escravos a transmitirem um de cada vezbull Problemas
bull Polling overheadbull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (mestre)
bull Token passingbull Controla um token passado de um noacute a outro sequencialmentebull Mensagem tokenbull Problemas
bull Token overhead bull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (token)
Sumaacuterio dos protocolos MACbull Como se faz com um canal compartilhadobull Particionamento de canal no tempo por frequumlecircncia ou por coacutedigo
bull Divisatildeo temporal divisatildeo por coacutedigo divisatildeo por frequecircnciabull Particionamento aleatoacuterio (dinacircmico)
bull ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDbull Detecccedilatildeo de portadora faacutecil em alguns meios fiacutesicos (cabos) e difiacutecil em outros (wireless)bull CSMACD usado na rede Ethernetbull CSMACA usado em 80211
bull Passagem de permissatildeobull Polling a partir de um site central passagem de token
Tecnologias de LANbull Camada de enlace ateacute agora bull Serviccedilos detecccedilatildeo de erroscorreccedilatildeo acesso muacuteltiplo
bull A seguir tecnologias de redes locais (LAN)bull Endereccedilamentobull Ethernet bull hubs pontes switches bull PPP
Endereccedilos de LAN e ARPbull Endereccedilos IP de 32-bit bull Endereccedilos da camada de redebull Usados para levar o datagrama ateacute a rede de destino (lembre-se da definiccedilatildeo
de rede IP)
bull Endereccedilo de LAN (ou MAC ou fiacutesico)bull Usado para levar o datagrama de uma interface fiacutesica a outra fisicamente
conectada com a primeira (isto eacute na mesma rede)bull Endereccedilos MAC com 48 bits (na maioria das LANs) gravados na memoacuteria fixa
(ROM) do adaptador de rede
Endereccedilos de LAN (cont)bull A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEEbull O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (para assegurar a
unicidade)bull Analogia
bull (a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG bull (b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal
bull Endereccedilamento MAC eacute ldquoflatrdquo =gt portabilidadebull Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra sem reconfiguraccedilatildeo de
endereccedilo MAC
bull Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevelbull Depende da rede na qual se estaacute ligado
ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de resoluccedilatildeo de endereccedilos)bull Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de B dado o endereccedilo IP
de Bbull Cada noacute IP (hospedeiro roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabela
ARPbull Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN lt
endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt
bull lt IP address MAC address TTLgtbull TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute
esquecido (tipicamente 20 min)
Ethernetbull Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo bull Barato R$20 por 100 Mbpsbull Primeira tecnologia de LAN largamente usadabull Mais simples e mais barata que LANs com token e ATMbull Velocidade crescente 10 Mbps ndash 10 Gbps
Topologia em estrela
Estrutura do quadro Ethernet
Estrutura do quadro Ethernet
Serviccedilo natildeo confiaacutevel sem conexatildeobull Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o
receptorbull Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o
adaptador transmissorbull O fluxo de datagramas que passa para a camada de rede pode deixar lacunas bull Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCPbull Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas
Ethernet usa CSMACDbull Sem slotsbull Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador
transmitindo isto eacute carrier sensebull O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador
transmitindo isto eacute collision detectionbull Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo
aleatoacuterio isto eacute random access
Algoritmo CSMACD da Ethernet1 O adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro 2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmitir o quadro
Se ele detecta o canal ocupado espera ateacute ele ficar livre e entatildeo transmite 3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo
sua missatildeo com esse quadro estaacute cumprida 4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta
e envia um jam signal5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a m-eacutesima
colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2m-1 O adaptador espera K512 tempos de bit e retorna ao passo 2
Ethernet CSMACDbull Jam signal garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da
colisatildeo 48 bits bull Bit time 01 microsseg para Ethernet de 10 Mbps para K = 1023 o tempo de
espera eacute cerca de 50 mseg bull Veja o applet Java no Web site da AWL altamemte recomendado
Exponential backoff bull Objetivo adaptar tentativas de retransmissatildeo para carga atual da rede
bull Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longabull Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacute K x 512 tempos de transmissatildeo de bitbull Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3hellipbull Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023
Eficiecircncia do CSMACD
10BaseT e 100BaseT
Hubs
Codificaccedilatildeo Manchester
Gigabit Ethernetbull Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeobull Permite enlaces ponto-a-ponto e canais de muacuteltiplo acesso
compartilhadosbull No modo compartilhado o CSMACD eacute usado exige pequenas
distacircncias entre os noacutes para ser eficientebull Usa hubs chamados aqui de Distribuidores com Armazenagem
ldquoBuffered Distributorsrdquobull Full-duplex a 1 Gbps para enlaces ponto-a-ponto bull 10 Gbps agora
Interconexatildeo com hubs
Switchbull Dispositivo de camada de enlacebull Armazena e encaminha quadros Ethernetbull Examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o quadro
baseado no endereccedilo MAC de destinobull Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento usa CSMACD
para acessar o segmento
bull Transparentebull Hospedeiros satildeo inconscientes da presenccedila dos switchesbull Plug-and-play self-learning (auto-aprendizado)
Encaminhamento
Filtragemencaminhamento
Switch exemplo
Switches vs roteadores
Resumo comparaccedilatildeo
Controle de enlace de dados ponto-a-pontobull Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace de
broadcastbull Sem Media Access Controlbull Natildeo necessita de endereccedilamento MAC expliacutecito
bull Ex dialup link linha ISDN
bull Protocolos ponto-a-ponto DLC popularesbull PPP (point-to-point protocol)bull HDLC High level data link control (camada de enlace costumava ser
considerada ldquocamada altardquo na pilha de protocolos)
Virtualizaccedilatildeo das redesVirtualizaccedilatildeo dos recursos uma poderosa abstraccedilatildeo em engenharia de sistemasExemplos em computaccedilatildeo memoacuteria virtual dispositivos virtuais Maacutequinas virtuais ex javaIBM VM os dos anos 6070
Camada de abstraccedilotildees natildeo se apega a detalhes da camada mais baixa apenas trata com as camadas mais baixas abstratament
Verificaccedilatildeo de paridade
Checksum da InternetObjetivo detectar ldquoerrosrdquo (ex bits trocados) num segmento transmitido (nota usado apenas na camada de transporte) Transmissor bull Trata o conteuacutedo de segmentos como sequumlecircncias de nuacutemeros inteiros de 16 bitsbull Checksum adiccedilatildeo (soma em complemento de um) do conteuacutedo do segmentobull Transmissor coloca o valor do checksum no campo checksum do UDP Receptorbull Computa o checksum do segmento recebidobull Verifica se o checksum calculado eacute igual ao valor do campo checksumbull NAtildeO mdash erro detectadobull SIM mdash natildeo detectou erro Mas talvez haja erros apesar disso Depoishellip
Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclicabull Encara os bits de dados D como um nuacutemero binaacuteriobull Escolhe um padratildeo gerador de r + 1 bit Gbull Objetivo escolhe r CRC bits R tal que
bull ltDRgteacute divisiacutevel de forma exata por G (moacutedulo 2)bull Receptor conhece G divide ltDRgt por G Se o resto eacute diferente de zero erro detectadobull Pode detectar todos os erros em sequumlecircncia (burst errors) com comprimento menor que r + 1 bit
bull Largamente usado na praacutetica (ATM HDCL)
Exemplo de CRC
Enlaces de acesso muacuteltiplo e protocolos
Protocolos de acesso muacuteltiplobull Canal de comunicaccedilatildeo uacutenico e compartilhadobull Duas ou mais transmissotildees simultacircneas pelos noacutes interferecircnciabull Colisatildeo se um noacute receber dois ou mais sinais ao mesmo tempo
bull Protocolo de muacuteltiplo acessobull Algoritmo distribuiacutedo que determina como as estaccedilotildees compartilham o canal
isto eacute determinam quando cada estaccedilatildeo pode transmitirbull Comunicaccedilatildeo sobre o compartilhamento do canal deve utilizar o proacuteprio canal
bull Nenhum canal fora-de-banda para coordenaccedilatildeo
Protocolo ideal de muacuteltiplo acessobull Canal de broadcast de taxa R bps 1 Quando um noacute quer transmitir ele pode enviar a uma taxa R 2 Quando M noacutes querem transmitir cada um envia a uma taxa meacutedia
RM 3 Totalmente descentralizada
1 Nenhum noacute especial para coordenar transmissotildees2 Nenhuma sincronizaccedilatildeo de reloacutegios e compartimentos
4 Simples
Protocolos MAC uma taxonomiaTrecircs grandes classes bull Particionamento de canalbull Divide o canal em pedaccedilos menores (compartimentos de tempo frequecircncia)bull Aloca um pedaccedilo para uso exclusivo de cada noacute
bull Acesso aleatoacuteriobull Canal natildeo dividido permite colisotildeesbull ldquoRecuperaccedilatildeordquo das colisotildees
bull Passagem de permissatildeobull Noacutes transmitem em seus turnos mas com mais volume para enviar podem
usar turnos mais longos
Protocolos MAC com particionamento de canal TDMATDMA acesso muacuteltiplo por divisatildeo temporalbull Acesso ao canal eacute feito por ldquoturnosrdquobull Cada estaccedilatildeo controla um compartimento (ldquoslotrdquo) de tamanho fixo
(tamanho = tempo de transmissatildeo de pacote) em cada turnobull Compartimentos natildeo usados satildeo desperdiccediladosbull Exemplo rede local com 6 estaccedilotildees 1 3 4 tecircm pacotes compartimentos 2
5 6 ficam vazios
Protocolos MAC com particionamento de canal FDMAFDMA acesso muacuteltiplo por divisatildeo de frequecircncia bull O espectro do canal eacute dividido em
bandas de frequecircnciabull Cada estaccedilatildeo recebe uma banda de
frequecircnciabull Tempo de transmissatildeo natildeo usado nas
bandas de frequecircncia eacute desperdiccediladobull Exemplo rede local com 6 estaccedilotildees
1 3 4 tecircm pacotes as bandas de frequecircncia 2 5 6 ficam vazias
Protocolos de acesso aleatoacuteriobull Quando o noacute tem um pacote a enviar
bull Transmite com toda a taxa do canal R bull Natildeo haacute uma regra de coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes
bull Dois ou mais noacutes transmitindo -gt ldquocolisatildeordquo bull Protocolo MAC de acesso aleatoacuterio especifica
bull Como detectar colisotildeesbull Como as estaccedilotildees se recuperam das colisotildees (ex via retransmissotildees atrasadas)
bull Exemplos de protocolos MAC de acesso aleatoacuteriobull slotted ALOHAbull ALOHA bull CSMA e CSMACD
Slotted ALOHASuposiccedilotildeesbull Todos os quadros de mesmo tamanhobull Tempo dividido em slots de mesmo tamanho tempo para transmitir 1 quadrobull Noacutes comeccedilam a transmitir quadros apenas no iniacutecio dos slotsbull Noacutes satildeo sincronizadosbull Se 2 ou mais noacutes transmitem no slot todos os noacutes detectam a colisatildeoOperaccedilatildeobull Quando um noacute obteacutem um novo quadro ele transmite no proacuteximo slotbull Sem colisatildeo o noacute pode enviar o novo quadro no proacuteximo slotbull Se haacute colisatildeo o noacute retransmite o quadro em cada slot subsequumlente com probabilidade p
ateacute o sucesso
Slotted ALOHAProacutesbull Um uacutenico noacute ativo pode transmitir continuamente com a taxa completa de canalbull Altamente descentralizada somente slots em noacutes precisam ser sincronizadosbull Simples Contrasbull Colisotildees desperdiacutecio de slotsbull Slots ociososbull Os noacutes podem detectar colisatildeo em menos tempo do que o tempo para transmitir o pacotebull Sincronizaccedilatildeo de clock
Eficiecircncia do slotted AlohaEficiecircncia eacute a fraccedilatildeo de slots bem-sucedidos quando haacute muitos noacutes cada um com muitos quadros para enviarbull Suponha N noacutes com muitos quadros para enviar cada um transmite no slot
com probabilidade pbull Prob de o noacute 1 obter sucesso num slot = p(1-p)N-1bull Prob de qualquer noacute obter um sucesso = Np(1-p)N-1bull Para maacutexima eficiecircncia com N noacutes encontre p que maximiza Np(1-p)N-1bull Para muitos noacutes o limite de Np(1-p)N-1 com N indo ao infinito resulta
1e = 037 No maacuteximo uso do canal para envio de dados uacuteteis 37 do tempo
Aloha puro (unslotted)bull Unslotted Aloha operaccedilatildeo mais simples natildeo haacute sincronizaccedilatildeobull Pacote necessita transmissatildeobull Enviar sem esperar pelo iniacutecio de um compartimento
bull A probabilidade de colisatildeo aumenta bull Pacote enviado em t0 colide com outros pacotes enviados em [t0-1 t0+1]
Eficiecircncia do Aloha puroP(sucesso de um dado noacute) = P(noacute transmitir)
P(nenhum outro noacute transmitir em [p0-1p0] P(nenhum outro noacute transmitir em [p0-1p0]
= p (1-p)N-1 (1-p)N-1 = p (1-p)2(N-1)
hellip escolhendo p oacutetimo e entatildeo deixando n -gt infinito = 1(2e) = 018
CSMA Carrier Sense Multiple Accessbull CSMA escuta antes de transmitirbull Se o canal parece vazio transmite o pacotebull Se o canal estaacute ocupado adia a transmissatildeobull Analogia humana natildeo interrompa os outros
Colisotildees no CSMAbull Colisotildees podem ocorrerbull o atraso de propagaccedilatildeo implica que dois noacutes
podem natildeo ouvir as transmissotildees do outro
bull Colisatildeo bull todo o tempo de transmissatildeo do pacote eacute
desperdiccedilado
bull Note bull papel da distacircncia e do atraso de propagaccedilatildeo
na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo
CSMACD (detecccedilatildeo de colisatildeo)bull CSMACD detecccedilatildeo de portadora deferecircncia como no CSMA bull Colisotildees detectadas num tempo mais curto bull Transmissotildees com colisotildees satildeo interrompidas reduzindo o desperdiacutecio do
canal bull Detecccedilatildeo de colisatildeo bull Faacutecil em LANs cabeadas mediccedilatildeo da intensidade do sinal comparaccedilatildeo dos
sinais transmitidos e recebidosbull Difiacutecil em LANs sem fio receptor desligado enquanto transmitindobull Analogia humana o ldquobom de papordquo educado
Protocolos MAC com passagem de permissatildeobull Protocolos MAC com particionamento de canaisbull Compartilham o canal eficientemente quando a carga eacute alta e bem distribuiacuteda bull Ineficiente nas cargas baixas atraso no acesso ao canal A estaccedilatildeo consegue
uma banda de 1N da capacidade do canal mesmo que haja apenas 1 noacute ativo
bull Protocolos MAC de acesso aleatoacuteriobull Eficiente nas cargas baixas um uacutenico noacute pode usar todo o canalbull Cargas altas excesso de colisotildees
bull Protocolos de passagem de permissatildeo bull Buscam o melhor dos dois mundos
Protocolos MAC com passagem de permissatildeobull Pollingbull Noacute-mestre ldquoconvidardquo os escravos a transmitirem um de cada vezbull Problemas
bull Polling overheadbull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (mestre)
bull Token passingbull Controla um token passado de um noacute a outro sequencialmentebull Mensagem tokenbull Problemas
bull Token overhead bull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (token)
Sumaacuterio dos protocolos MACbull Como se faz com um canal compartilhadobull Particionamento de canal no tempo por frequumlecircncia ou por coacutedigo
bull Divisatildeo temporal divisatildeo por coacutedigo divisatildeo por frequecircnciabull Particionamento aleatoacuterio (dinacircmico)
bull ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDbull Detecccedilatildeo de portadora faacutecil em alguns meios fiacutesicos (cabos) e difiacutecil em outros (wireless)bull CSMACD usado na rede Ethernetbull CSMACA usado em 80211
bull Passagem de permissatildeobull Polling a partir de um site central passagem de token
Tecnologias de LANbull Camada de enlace ateacute agora bull Serviccedilos detecccedilatildeo de erroscorreccedilatildeo acesso muacuteltiplo
bull A seguir tecnologias de redes locais (LAN)bull Endereccedilamentobull Ethernet bull hubs pontes switches bull PPP
Endereccedilos de LAN e ARPbull Endereccedilos IP de 32-bit bull Endereccedilos da camada de redebull Usados para levar o datagrama ateacute a rede de destino (lembre-se da definiccedilatildeo
de rede IP)
bull Endereccedilo de LAN (ou MAC ou fiacutesico)bull Usado para levar o datagrama de uma interface fiacutesica a outra fisicamente
conectada com a primeira (isto eacute na mesma rede)bull Endereccedilos MAC com 48 bits (na maioria das LANs) gravados na memoacuteria fixa
(ROM) do adaptador de rede
Endereccedilos de LAN (cont)bull A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEEbull O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (para assegurar a
unicidade)bull Analogia
bull (a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG bull (b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal
bull Endereccedilamento MAC eacute ldquoflatrdquo =gt portabilidadebull Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra sem reconfiguraccedilatildeo de
endereccedilo MAC
bull Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevelbull Depende da rede na qual se estaacute ligado
ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de resoluccedilatildeo de endereccedilos)bull Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de B dado o endereccedilo IP
de Bbull Cada noacute IP (hospedeiro roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabela
ARPbull Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN lt
endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt
bull lt IP address MAC address TTLgtbull TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute
esquecido (tipicamente 20 min)
Ethernetbull Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo bull Barato R$20 por 100 Mbpsbull Primeira tecnologia de LAN largamente usadabull Mais simples e mais barata que LANs com token e ATMbull Velocidade crescente 10 Mbps ndash 10 Gbps
Topologia em estrela
Estrutura do quadro Ethernet
Estrutura do quadro Ethernet
Serviccedilo natildeo confiaacutevel sem conexatildeobull Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o
receptorbull Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o
adaptador transmissorbull O fluxo de datagramas que passa para a camada de rede pode deixar lacunas bull Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCPbull Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas
Ethernet usa CSMACDbull Sem slotsbull Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador
transmitindo isto eacute carrier sensebull O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador
transmitindo isto eacute collision detectionbull Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo
aleatoacuterio isto eacute random access
Algoritmo CSMACD da Ethernet1 O adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro 2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmitir o quadro
Se ele detecta o canal ocupado espera ateacute ele ficar livre e entatildeo transmite 3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo
sua missatildeo com esse quadro estaacute cumprida 4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta
e envia um jam signal5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a m-eacutesima
colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2m-1 O adaptador espera K512 tempos de bit e retorna ao passo 2
Ethernet CSMACDbull Jam signal garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da
colisatildeo 48 bits bull Bit time 01 microsseg para Ethernet de 10 Mbps para K = 1023 o tempo de
espera eacute cerca de 50 mseg bull Veja o applet Java no Web site da AWL altamemte recomendado
Exponential backoff bull Objetivo adaptar tentativas de retransmissatildeo para carga atual da rede
bull Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longabull Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacute K x 512 tempos de transmissatildeo de bitbull Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3hellipbull Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023
Eficiecircncia do CSMACD
10BaseT e 100BaseT
Hubs
Codificaccedilatildeo Manchester
Gigabit Ethernetbull Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeobull Permite enlaces ponto-a-ponto e canais de muacuteltiplo acesso
compartilhadosbull No modo compartilhado o CSMACD eacute usado exige pequenas
distacircncias entre os noacutes para ser eficientebull Usa hubs chamados aqui de Distribuidores com Armazenagem
ldquoBuffered Distributorsrdquobull Full-duplex a 1 Gbps para enlaces ponto-a-ponto bull 10 Gbps agora
Interconexatildeo com hubs
Switchbull Dispositivo de camada de enlacebull Armazena e encaminha quadros Ethernetbull Examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o quadro
baseado no endereccedilo MAC de destinobull Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento usa CSMACD
para acessar o segmento
bull Transparentebull Hospedeiros satildeo inconscientes da presenccedila dos switchesbull Plug-and-play self-learning (auto-aprendizado)
Encaminhamento
Filtragemencaminhamento
Switch exemplo
Switches vs roteadores
Resumo comparaccedilatildeo
Controle de enlace de dados ponto-a-pontobull Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace de
broadcastbull Sem Media Access Controlbull Natildeo necessita de endereccedilamento MAC expliacutecito
bull Ex dialup link linha ISDN
bull Protocolos ponto-a-ponto DLC popularesbull PPP (point-to-point protocol)bull HDLC High level data link control (camada de enlace costumava ser
considerada ldquocamada altardquo na pilha de protocolos)
Virtualizaccedilatildeo das redesVirtualizaccedilatildeo dos recursos uma poderosa abstraccedilatildeo em engenharia de sistemasExemplos em computaccedilatildeo memoacuteria virtual dispositivos virtuais Maacutequinas virtuais ex javaIBM VM os dos anos 6070
Camada de abstraccedilotildees natildeo se apega a detalhes da camada mais baixa apenas trata com as camadas mais baixas abstratament
Checksum da InternetObjetivo detectar ldquoerrosrdquo (ex bits trocados) num segmento transmitido (nota usado apenas na camada de transporte) Transmissor bull Trata o conteuacutedo de segmentos como sequumlecircncias de nuacutemeros inteiros de 16 bitsbull Checksum adiccedilatildeo (soma em complemento de um) do conteuacutedo do segmentobull Transmissor coloca o valor do checksum no campo checksum do UDP Receptorbull Computa o checksum do segmento recebidobull Verifica se o checksum calculado eacute igual ao valor do campo checksumbull NAtildeO mdash erro detectadobull SIM mdash natildeo detectou erro Mas talvez haja erros apesar disso Depoishellip
Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclicabull Encara os bits de dados D como um nuacutemero binaacuteriobull Escolhe um padratildeo gerador de r + 1 bit Gbull Objetivo escolhe r CRC bits R tal que
bull ltDRgteacute divisiacutevel de forma exata por G (moacutedulo 2)bull Receptor conhece G divide ltDRgt por G Se o resto eacute diferente de zero erro detectadobull Pode detectar todos os erros em sequumlecircncia (burst errors) com comprimento menor que r + 1 bit
bull Largamente usado na praacutetica (ATM HDCL)
Exemplo de CRC
Enlaces de acesso muacuteltiplo e protocolos
Protocolos de acesso muacuteltiplobull Canal de comunicaccedilatildeo uacutenico e compartilhadobull Duas ou mais transmissotildees simultacircneas pelos noacutes interferecircnciabull Colisatildeo se um noacute receber dois ou mais sinais ao mesmo tempo
bull Protocolo de muacuteltiplo acessobull Algoritmo distribuiacutedo que determina como as estaccedilotildees compartilham o canal
isto eacute determinam quando cada estaccedilatildeo pode transmitirbull Comunicaccedilatildeo sobre o compartilhamento do canal deve utilizar o proacuteprio canal
bull Nenhum canal fora-de-banda para coordenaccedilatildeo
Protocolo ideal de muacuteltiplo acessobull Canal de broadcast de taxa R bps 1 Quando um noacute quer transmitir ele pode enviar a uma taxa R 2 Quando M noacutes querem transmitir cada um envia a uma taxa meacutedia
RM 3 Totalmente descentralizada
1 Nenhum noacute especial para coordenar transmissotildees2 Nenhuma sincronizaccedilatildeo de reloacutegios e compartimentos
4 Simples
Protocolos MAC uma taxonomiaTrecircs grandes classes bull Particionamento de canalbull Divide o canal em pedaccedilos menores (compartimentos de tempo frequecircncia)bull Aloca um pedaccedilo para uso exclusivo de cada noacute
bull Acesso aleatoacuteriobull Canal natildeo dividido permite colisotildeesbull ldquoRecuperaccedilatildeordquo das colisotildees
bull Passagem de permissatildeobull Noacutes transmitem em seus turnos mas com mais volume para enviar podem
usar turnos mais longos
Protocolos MAC com particionamento de canal TDMATDMA acesso muacuteltiplo por divisatildeo temporalbull Acesso ao canal eacute feito por ldquoturnosrdquobull Cada estaccedilatildeo controla um compartimento (ldquoslotrdquo) de tamanho fixo
(tamanho = tempo de transmissatildeo de pacote) em cada turnobull Compartimentos natildeo usados satildeo desperdiccediladosbull Exemplo rede local com 6 estaccedilotildees 1 3 4 tecircm pacotes compartimentos 2
5 6 ficam vazios
Protocolos MAC com particionamento de canal FDMAFDMA acesso muacuteltiplo por divisatildeo de frequecircncia bull O espectro do canal eacute dividido em
bandas de frequecircnciabull Cada estaccedilatildeo recebe uma banda de
frequecircnciabull Tempo de transmissatildeo natildeo usado nas
bandas de frequecircncia eacute desperdiccediladobull Exemplo rede local com 6 estaccedilotildees
1 3 4 tecircm pacotes as bandas de frequecircncia 2 5 6 ficam vazias
Protocolos de acesso aleatoacuteriobull Quando o noacute tem um pacote a enviar
bull Transmite com toda a taxa do canal R bull Natildeo haacute uma regra de coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes
bull Dois ou mais noacutes transmitindo -gt ldquocolisatildeordquo bull Protocolo MAC de acesso aleatoacuterio especifica
bull Como detectar colisotildeesbull Como as estaccedilotildees se recuperam das colisotildees (ex via retransmissotildees atrasadas)
bull Exemplos de protocolos MAC de acesso aleatoacuteriobull slotted ALOHAbull ALOHA bull CSMA e CSMACD
Slotted ALOHASuposiccedilotildeesbull Todos os quadros de mesmo tamanhobull Tempo dividido em slots de mesmo tamanho tempo para transmitir 1 quadrobull Noacutes comeccedilam a transmitir quadros apenas no iniacutecio dos slotsbull Noacutes satildeo sincronizadosbull Se 2 ou mais noacutes transmitem no slot todos os noacutes detectam a colisatildeoOperaccedilatildeobull Quando um noacute obteacutem um novo quadro ele transmite no proacuteximo slotbull Sem colisatildeo o noacute pode enviar o novo quadro no proacuteximo slotbull Se haacute colisatildeo o noacute retransmite o quadro em cada slot subsequumlente com probabilidade p
ateacute o sucesso
Slotted ALOHAProacutesbull Um uacutenico noacute ativo pode transmitir continuamente com a taxa completa de canalbull Altamente descentralizada somente slots em noacutes precisam ser sincronizadosbull Simples Contrasbull Colisotildees desperdiacutecio de slotsbull Slots ociososbull Os noacutes podem detectar colisatildeo em menos tempo do que o tempo para transmitir o pacotebull Sincronizaccedilatildeo de clock
Eficiecircncia do slotted AlohaEficiecircncia eacute a fraccedilatildeo de slots bem-sucedidos quando haacute muitos noacutes cada um com muitos quadros para enviarbull Suponha N noacutes com muitos quadros para enviar cada um transmite no slot
com probabilidade pbull Prob de o noacute 1 obter sucesso num slot = p(1-p)N-1bull Prob de qualquer noacute obter um sucesso = Np(1-p)N-1bull Para maacutexima eficiecircncia com N noacutes encontre p que maximiza Np(1-p)N-1bull Para muitos noacutes o limite de Np(1-p)N-1 com N indo ao infinito resulta
1e = 037 No maacuteximo uso do canal para envio de dados uacuteteis 37 do tempo
Aloha puro (unslotted)bull Unslotted Aloha operaccedilatildeo mais simples natildeo haacute sincronizaccedilatildeobull Pacote necessita transmissatildeobull Enviar sem esperar pelo iniacutecio de um compartimento
bull A probabilidade de colisatildeo aumenta bull Pacote enviado em t0 colide com outros pacotes enviados em [t0-1 t0+1]
Eficiecircncia do Aloha puroP(sucesso de um dado noacute) = P(noacute transmitir)
P(nenhum outro noacute transmitir em [p0-1p0] P(nenhum outro noacute transmitir em [p0-1p0]
= p (1-p)N-1 (1-p)N-1 = p (1-p)2(N-1)
hellip escolhendo p oacutetimo e entatildeo deixando n -gt infinito = 1(2e) = 018
CSMA Carrier Sense Multiple Accessbull CSMA escuta antes de transmitirbull Se o canal parece vazio transmite o pacotebull Se o canal estaacute ocupado adia a transmissatildeobull Analogia humana natildeo interrompa os outros
Colisotildees no CSMAbull Colisotildees podem ocorrerbull o atraso de propagaccedilatildeo implica que dois noacutes
podem natildeo ouvir as transmissotildees do outro
bull Colisatildeo bull todo o tempo de transmissatildeo do pacote eacute
desperdiccedilado
bull Note bull papel da distacircncia e do atraso de propagaccedilatildeo
na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo
CSMACD (detecccedilatildeo de colisatildeo)bull CSMACD detecccedilatildeo de portadora deferecircncia como no CSMA bull Colisotildees detectadas num tempo mais curto bull Transmissotildees com colisotildees satildeo interrompidas reduzindo o desperdiacutecio do
canal bull Detecccedilatildeo de colisatildeo bull Faacutecil em LANs cabeadas mediccedilatildeo da intensidade do sinal comparaccedilatildeo dos
sinais transmitidos e recebidosbull Difiacutecil em LANs sem fio receptor desligado enquanto transmitindobull Analogia humana o ldquobom de papordquo educado
Protocolos MAC com passagem de permissatildeobull Protocolos MAC com particionamento de canaisbull Compartilham o canal eficientemente quando a carga eacute alta e bem distribuiacuteda bull Ineficiente nas cargas baixas atraso no acesso ao canal A estaccedilatildeo consegue
uma banda de 1N da capacidade do canal mesmo que haja apenas 1 noacute ativo
bull Protocolos MAC de acesso aleatoacuteriobull Eficiente nas cargas baixas um uacutenico noacute pode usar todo o canalbull Cargas altas excesso de colisotildees
bull Protocolos de passagem de permissatildeo bull Buscam o melhor dos dois mundos
Protocolos MAC com passagem de permissatildeobull Pollingbull Noacute-mestre ldquoconvidardquo os escravos a transmitirem um de cada vezbull Problemas
bull Polling overheadbull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (mestre)
bull Token passingbull Controla um token passado de um noacute a outro sequencialmentebull Mensagem tokenbull Problemas
bull Token overhead bull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (token)
Sumaacuterio dos protocolos MACbull Como se faz com um canal compartilhadobull Particionamento de canal no tempo por frequumlecircncia ou por coacutedigo
bull Divisatildeo temporal divisatildeo por coacutedigo divisatildeo por frequecircnciabull Particionamento aleatoacuterio (dinacircmico)
bull ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDbull Detecccedilatildeo de portadora faacutecil em alguns meios fiacutesicos (cabos) e difiacutecil em outros (wireless)bull CSMACD usado na rede Ethernetbull CSMACA usado em 80211
bull Passagem de permissatildeobull Polling a partir de um site central passagem de token
Tecnologias de LANbull Camada de enlace ateacute agora bull Serviccedilos detecccedilatildeo de erroscorreccedilatildeo acesso muacuteltiplo
bull A seguir tecnologias de redes locais (LAN)bull Endereccedilamentobull Ethernet bull hubs pontes switches bull PPP
Endereccedilos de LAN e ARPbull Endereccedilos IP de 32-bit bull Endereccedilos da camada de redebull Usados para levar o datagrama ateacute a rede de destino (lembre-se da definiccedilatildeo
de rede IP)
bull Endereccedilo de LAN (ou MAC ou fiacutesico)bull Usado para levar o datagrama de uma interface fiacutesica a outra fisicamente
conectada com a primeira (isto eacute na mesma rede)bull Endereccedilos MAC com 48 bits (na maioria das LANs) gravados na memoacuteria fixa
(ROM) do adaptador de rede
Endereccedilos de LAN (cont)bull A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEEbull O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (para assegurar a
unicidade)bull Analogia
bull (a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG bull (b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal
bull Endereccedilamento MAC eacute ldquoflatrdquo =gt portabilidadebull Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra sem reconfiguraccedilatildeo de
endereccedilo MAC
bull Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevelbull Depende da rede na qual se estaacute ligado
ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de resoluccedilatildeo de endereccedilos)bull Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de B dado o endereccedilo IP
de Bbull Cada noacute IP (hospedeiro roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabela
ARPbull Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN lt
endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt
bull lt IP address MAC address TTLgtbull TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute
esquecido (tipicamente 20 min)
Ethernetbull Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo bull Barato R$20 por 100 Mbpsbull Primeira tecnologia de LAN largamente usadabull Mais simples e mais barata que LANs com token e ATMbull Velocidade crescente 10 Mbps ndash 10 Gbps
Topologia em estrela
Estrutura do quadro Ethernet
Estrutura do quadro Ethernet
Serviccedilo natildeo confiaacutevel sem conexatildeobull Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o
receptorbull Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o
adaptador transmissorbull O fluxo de datagramas que passa para a camada de rede pode deixar lacunas bull Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCPbull Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas
Ethernet usa CSMACDbull Sem slotsbull Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador
transmitindo isto eacute carrier sensebull O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador
transmitindo isto eacute collision detectionbull Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo
aleatoacuterio isto eacute random access
Algoritmo CSMACD da Ethernet1 O adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro 2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmitir o quadro
Se ele detecta o canal ocupado espera ateacute ele ficar livre e entatildeo transmite 3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo
sua missatildeo com esse quadro estaacute cumprida 4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta
e envia um jam signal5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a m-eacutesima
colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2m-1 O adaptador espera K512 tempos de bit e retorna ao passo 2
Ethernet CSMACDbull Jam signal garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da
colisatildeo 48 bits bull Bit time 01 microsseg para Ethernet de 10 Mbps para K = 1023 o tempo de
espera eacute cerca de 50 mseg bull Veja o applet Java no Web site da AWL altamemte recomendado
Exponential backoff bull Objetivo adaptar tentativas de retransmissatildeo para carga atual da rede
bull Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longabull Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacute K x 512 tempos de transmissatildeo de bitbull Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3hellipbull Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023
Eficiecircncia do CSMACD
10BaseT e 100BaseT
Hubs
Codificaccedilatildeo Manchester
Gigabit Ethernetbull Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeobull Permite enlaces ponto-a-ponto e canais de muacuteltiplo acesso
compartilhadosbull No modo compartilhado o CSMACD eacute usado exige pequenas
distacircncias entre os noacutes para ser eficientebull Usa hubs chamados aqui de Distribuidores com Armazenagem
ldquoBuffered Distributorsrdquobull Full-duplex a 1 Gbps para enlaces ponto-a-ponto bull 10 Gbps agora
Interconexatildeo com hubs
Switchbull Dispositivo de camada de enlacebull Armazena e encaminha quadros Ethernetbull Examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o quadro
baseado no endereccedilo MAC de destinobull Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento usa CSMACD
para acessar o segmento
bull Transparentebull Hospedeiros satildeo inconscientes da presenccedila dos switchesbull Plug-and-play self-learning (auto-aprendizado)
Encaminhamento
Filtragemencaminhamento
Switch exemplo
Switches vs roteadores
Resumo comparaccedilatildeo
Controle de enlace de dados ponto-a-pontobull Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace de
broadcastbull Sem Media Access Controlbull Natildeo necessita de endereccedilamento MAC expliacutecito
bull Ex dialup link linha ISDN
bull Protocolos ponto-a-ponto DLC popularesbull PPP (point-to-point protocol)bull HDLC High level data link control (camada de enlace costumava ser
considerada ldquocamada altardquo na pilha de protocolos)
Virtualizaccedilatildeo das redesVirtualizaccedilatildeo dos recursos uma poderosa abstraccedilatildeo em engenharia de sistemasExemplos em computaccedilatildeo memoacuteria virtual dispositivos virtuais Maacutequinas virtuais ex javaIBM VM os dos anos 6070
Camada de abstraccedilotildees natildeo se apega a detalhes da camada mais baixa apenas trata com as camadas mais baixas abstratament
Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclicabull Encara os bits de dados D como um nuacutemero binaacuteriobull Escolhe um padratildeo gerador de r + 1 bit Gbull Objetivo escolhe r CRC bits R tal que
bull ltDRgteacute divisiacutevel de forma exata por G (moacutedulo 2)bull Receptor conhece G divide ltDRgt por G Se o resto eacute diferente de zero erro detectadobull Pode detectar todos os erros em sequumlecircncia (burst errors) com comprimento menor que r + 1 bit
bull Largamente usado na praacutetica (ATM HDCL)
Exemplo de CRC
Enlaces de acesso muacuteltiplo e protocolos
Protocolos de acesso muacuteltiplobull Canal de comunicaccedilatildeo uacutenico e compartilhadobull Duas ou mais transmissotildees simultacircneas pelos noacutes interferecircnciabull Colisatildeo se um noacute receber dois ou mais sinais ao mesmo tempo
bull Protocolo de muacuteltiplo acessobull Algoritmo distribuiacutedo que determina como as estaccedilotildees compartilham o canal
isto eacute determinam quando cada estaccedilatildeo pode transmitirbull Comunicaccedilatildeo sobre o compartilhamento do canal deve utilizar o proacuteprio canal
bull Nenhum canal fora-de-banda para coordenaccedilatildeo
Protocolo ideal de muacuteltiplo acessobull Canal de broadcast de taxa R bps 1 Quando um noacute quer transmitir ele pode enviar a uma taxa R 2 Quando M noacutes querem transmitir cada um envia a uma taxa meacutedia
RM 3 Totalmente descentralizada
1 Nenhum noacute especial para coordenar transmissotildees2 Nenhuma sincronizaccedilatildeo de reloacutegios e compartimentos
4 Simples
Protocolos MAC uma taxonomiaTrecircs grandes classes bull Particionamento de canalbull Divide o canal em pedaccedilos menores (compartimentos de tempo frequecircncia)bull Aloca um pedaccedilo para uso exclusivo de cada noacute
bull Acesso aleatoacuteriobull Canal natildeo dividido permite colisotildeesbull ldquoRecuperaccedilatildeordquo das colisotildees
bull Passagem de permissatildeobull Noacutes transmitem em seus turnos mas com mais volume para enviar podem
usar turnos mais longos
Protocolos MAC com particionamento de canal TDMATDMA acesso muacuteltiplo por divisatildeo temporalbull Acesso ao canal eacute feito por ldquoturnosrdquobull Cada estaccedilatildeo controla um compartimento (ldquoslotrdquo) de tamanho fixo
(tamanho = tempo de transmissatildeo de pacote) em cada turnobull Compartimentos natildeo usados satildeo desperdiccediladosbull Exemplo rede local com 6 estaccedilotildees 1 3 4 tecircm pacotes compartimentos 2
5 6 ficam vazios
Protocolos MAC com particionamento de canal FDMAFDMA acesso muacuteltiplo por divisatildeo de frequecircncia bull O espectro do canal eacute dividido em
bandas de frequecircnciabull Cada estaccedilatildeo recebe uma banda de
frequecircnciabull Tempo de transmissatildeo natildeo usado nas
bandas de frequecircncia eacute desperdiccediladobull Exemplo rede local com 6 estaccedilotildees
1 3 4 tecircm pacotes as bandas de frequecircncia 2 5 6 ficam vazias
Protocolos de acesso aleatoacuteriobull Quando o noacute tem um pacote a enviar
bull Transmite com toda a taxa do canal R bull Natildeo haacute uma regra de coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes
bull Dois ou mais noacutes transmitindo -gt ldquocolisatildeordquo bull Protocolo MAC de acesso aleatoacuterio especifica
bull Como detectar colisotildeesbull Como as estaccedilotildees se recuperam das colisotildees (ex via retransmissotildees atrasadas)
bull Exemplos de protocolos MAC de acesso aleatoacuteriobull slotted ALOHAbull ALOHA bull CSMA e CSMACD
Slotted ALOHASuposiccedilotildeesbull Todos os quadros de mesmo tamanhobull Tempo dividido em slots de mesmo tamanho tempo para transmitir 1 quadrobull Noacutes comeccedilam a transmitir quadros apenas no iniacutecio dos slotsbull Noacutes satildeo sincronizadosbull Se 2 ou mais noacutes transmitem no slot todos os noacutes detectam a colisatildeoOperaccedilatildeobull Quando um noacute obteacutem um novo quadro ele transmite no proacuteximo slotbull Sem colisatildeo o noacute pode enviar o novo quadro no proacuteximo slotbull Se haacute colisatildeo o noacute retransmite o quadro em cada slot subsequumlente com probabilidade p
ateacute o sucesso
Slotted ALOHAProacutesbull Um uacutenico noacute ativo pode transmitir continuamente com a taxa completa de canalbull Altamente descentralizada somente slots em noacutes precisam ser sincronizadosbull Simples Contrasbull Colisotildees desperdiacutecio de slotsbull Slots ociososbull Os noacutes podem detectar colisatildeo em menos tempo do que o tempo para transmitir o pacotebull Sincronizaccedilatildeo de clock
Eficiecircncia do slotted AlohaEficiecircncia eacute a fraccedilatildeo de slots bem-sucedidos quando haacute muitos noacutes cada um com muitos quadros para enviarbull Suponha N noacutes com muitos quadros para enviar cada um transmite no slot
com probabilidade pbull Prob de o noacute 1 obter sucesso num slot = p(1-p)N-1bull Prob de qualquer noacute obter um sucesso = Np(1-p)N-1bull Para maacutexima eficiecircncia com N noacutes encontre p que maximiza Np(1-p)N-1bull Para muitos noacutes o limite de Np(1-p)N-1 com N indo ao infinito resulta
1e = 037 No maacuteximo uso do canal para envio de dados uacuteteis 37 do tempo
Aloha puro (unslotted)bull Unslotted Aloha operaccedilatildeo mais simples natildeo haacute sincronizaccedilatildeobull Pacote necessita transmissatildeobull Enviar sem esperar pelo iniacutecio de um compartimento
bull A probabilidade de colisatildeo aumenta bull Pacote enviado em t0 colide com outros pacotes enviados em [t0-1 t0+1]
Eficiecircncia do Aloha puroP(sucesso de um dado noacute) = P(noacute transmitir)
P(nenhum outro noacute transmitir em [p0-1p0] P(nenhum outro noacute transmitir em [p0-1p0]
= p (1-p)N-1 (1-p)N-1 = p (1-p)2(N-1)
hellip escolhendo p oacutetimo e entatildeo deixando n -gt infinito = 1(2e) = 018
CSMA Carrier Sense Multiple Accessbull CSMA escuta antes de transmitirbull Se o canal parece vazio transmite o pacotebull Se o canal estaacute ocupado adia a transmissatildeobull Analogia humana natildeo interrompa os outros
Colisotildees no CSMAbull Colisotildees podem ocorrerbull o atraso de propagaccedilatildeo implica que dois noacutes
podem natildeo ouvir as transmissotildees do outro
bull Colisatildeo bull todo o tempo de transmissatildeo do pacote eacute
desperdiccedilado
bull Note bull papel da distacircncia e do atraso de propagaccedilatildeo
na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo
CSMACD (detecccedilatildeo de colisatildeo)bull CSMACD detecccedilatildeo de portadora deferecircncia como no CSMA bull Colisotildees detectadas num tempo mais curto bull Transmissotildees com colisotildees satildeo interrompidas reduzindo o desperdiacutecio do
canal bull Detecccedilatildeo de colisatildeo bull Faacutecil em LANs cabeadas mediccedilatildeo da intensidade do sinal comparaccedilatildeo dos
sinais transmitidos e recebidosbull Difiacutecil em LANs sem fio receptor desligado enquanto transmitindobull Analogia humana o ldquobom de papordquo educado
Protocolos MAC com passagem de permissatildeobull Protocolos MAC com particionamento de canaisbull Compartilham o canal eficientemente quando a carga eacute alta e bem distribuiacuteda bull Ineficiente nas cargas baixas atraso no acesso ao canal A estaccedilatildeo consegue
uma banda de 1N da capacidade do canal mesmo que haja apenas 1 noacute ativo
bull Protocolos MAC de acesso aleatoacuteriobull Eficiente nas cargas baixas um uacutenico noacute pode usar todo o canalbull Cargas altas excesso de colisotildees
bull Protocolos de passagem de permissatildeo bull Buscam o melhor dos dois mundos
Protocolos MAC com passagem de permissatildeobull Pollingbull Noacute-mestre ldquoconvidardquo os escravos a transmitirem um de cada vezbull Problemas
bull Polling overheadbull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (mestre)
bull Token passingbull Controla um token passado de um noacute a outro sequencialmentebull Mensagem tokenbull Problemas
bull Token overhead bull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (token)
Sumaacuterio dos protocolos MACbull Como se faz com um canal compartilhadobull Particionamento de canal no tempo por frequumlecircncia ou por coacutedigo
bull Divisatildeo temporal divisatildeo por coacutedigo divisatildeo por frequecircnciabull Particionamento aleatoacuterio (dinacircmico)
bull ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDbull Detecccedilatildeo de portadora faacutecil em alguns meios fiacutesicos (cabos) e difiacutecil em outros (wireless)bull CSMACD usado na rede Ethernetbull CSMACA usado em 80211
bull Passagem de permissatildeobull Polling a partir de um site central passagem de token
Tecnologias de LANbull Camada de enlace ateacute agora bull Serviccedilos detecccedilatildeo de erroscorreccedilatildeo acesso muacuteltiplo
bull A seguir tecnologias de redes locais (LAN)bull Endereccedilamentobull Ethernet bull hubs pontes switches bull PPP
Endereccedilos de LAN e ARPbull Endereccedilos IP de 32-bit bull Endereccedilos da camada de redebull Usados para levar o datagrama ateacute a rede de destino (lembre-se da definiccedilatildeo
de rede IP)
bull Endereccedilo de LAN (ou MAC ou fiacutesico)bull Usado para levar o datagrama de uma interface fiacutesica a outra fisicamente
conectada com a primeira (isto eacute na mesma rede)bull Endereccedilos MAC com 48 bits (na maioria das LANs) gravados na memoacuteria fixa
(ROM) do adaptador de rede
Endereccedilos de LAN (cont)bull A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEEbull O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (para assegurar a
unicidade)bull Analogia
bull (a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG bull (b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal
bull Endereccedilamento MAC eacute ldquoflatrdquo =gt portabilidadebull Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra sem reconfiguraccedilatildeo de
endereccedilo MAC
bull Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevelbull Depende da rede na qual se estaacute ligado
ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de resoluccedilatildeo de endereccedilos)bull Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de B dado o endereccedilo IP
de Bbull Cada noacute IP (hospedeiro roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabela
ARPbull Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN lt
endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt
bull lt IP address MAC address TTLgtbull TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute
esquecido (tipicamente 20 min)
Ethernetbull Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo bull Barato R$20 por 100 Mbpsbull Primeira tecnologia de LAN largamente usadabull Mais simples e mais barata que LANs com token e ATMbull Velocidade crescente 10 Mbps ndash 10 Gbps
Topologia em estrela
Estrutura do quadro Ethernet
Estrutura do quadro Ethernet
Serviccedilo natildeo confiaacutevel sem conexatildeobull Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o
receptorbull Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o
adaptador transmissorbull O fluxo de datagramas que passa para a camada de rede pode deixar lacunas bull Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCPbull Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas
Ethernet usa CSMACDbull Sem slotsbull Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador
transmitindo isto eacute carrier sensebull O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador
transmitindo isto eacute collision detectionbull Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo
aleatoacuterio isto eacute random access
Algoritmo CSMACD da Ethernet1 O adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro 2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmitir o quadro
Se ele detecta o canal ocupado espera ateacute ele ficar livre e entatildeo transmite 3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo
sua missatildeo com esse quadro estaacute cumprida 4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta
e envia um jam signal5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a m-eacutesima
colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2m-1 O adaptador espera K512 tempos de bit e retorna ao passo 2
Ethernet CSMACDbull Jam signal garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da
colisatildeo 48 bits bull Bit time 01 microsseg para Ethernet de 10 Mbps para K = 1023 o tempo de
espera eacute cerca de 50 mseg bull Veja o applet Java no Web site da AWL altamemte recomendado
Exponential backoff bull Objetivo adaptar tentativas de retransmissatildeo para carga atual da rede
bull Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longabull Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacute K x 512 tempos de transmissatildeo de bitbull Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3hellipbull Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023
Eficiecircncia do CSMACD
10BaseT e 100BaseT
Hubs
Codificaccedilatildeo Manchester
Gigabit Ethernetbull Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeobull Permite enlaces ponto-a-ponto e canais de muacuteltiplo acesso
compartilhadosbull No modo compartilhado o CSMACD eacute usado exige pequenas
distacircncias entre os noacutes para ser eficientebull Usa hubs chamados aqui de Distribuidores com Armazenagem
ldquoBuffered Distributorsrdquobull Full-duplex a 1 Gbps para enlaces ponto-a-ponto bull 10 Gbps agora
Interconexatildeo com hubs
Switchbull Dispositivo de camada de enlacebull Armazena e encaminha quadros Ethernetbull Examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o quadro
baseado no endereccedilo MAC de destinobull Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento usa CSMACD
para acessar o segmento
bull Transparentebull Hospedeiros satildeo inconscientes da presenccedila dos switchesbull Plug-and-play self-learning (auto-aprendizado)
Encaminhamento
Filtragemencaminhamento
Switch exemplo
Switches vs roteadores
Resumo comparaccedilatildeo
Controle de enlace de dados ponto-a-pontobull Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace de
broadcastbull Sem Media Access Controlbull Natildeo necessita de endereccedilamento MAC expliacutecito
bull Ex dialup link linha ISDN
bull Protocolos ponto-a-ponto DLC popularesbull PPP (point-to-point protocol)bull HDLC High level data link control (camada de enlace costumava ser
considerada ldquocamada altardquo na pilha de protocolos)
Virtualizaccedilatildeo das redesVirtualizaccedilatildeo dos recursos uma poderosa abstraccedilatildeo em engenharia de sistemasExemplos em computaccedilatildeo memoacuteria virtual dispositivos virtuais Maacutequinas virtuais ex javaIBM VM os dos anos 6070
Camada de abstraccedilotildees natildeo se apega a detalhes da camada mais baixa apenas trata com as camadas mais baixas abstratament
Exemplo de CRC
Enlaces de acesso muacuteltiplo e protocolos
Protocolos de acesso muacuteltiplobull Canal de comunicaccedilatildeo uacutenico e compartilhadobull Duas ou mais transmissotildees simultacircneas pelos noacutes interferecircnciabull Colisatildeo se um noacute receber dois ou mais sinais ao mesmo tempo
bull Protocolo de muacuteltiplo acessobull Algoritmo distribuiacutedo que determina como as estaccedilotildees compartilham o canal
isto eacute determinam quando cada estaccedilatildeo pode transmitirbull Comunicaccedilatildeo sobre o compartilhamento do canal deve utilizar o proacuteprio canal
bull Nenhum canal fora-de-banda para coordenaccedilatildeo
Protocolo ideal de muacuteltiplo acessobull Canal de broadcast de taxa R bps 1 Quando um noacute quer transmitir ele pode enviar a uma taxa R 2 Quando M noacutes querem transmitir cada um envia a uma taxa meacutedia
RM 3 Totalmente descentralizada
1 Nenhum noacute especial para coordenar transmissotildees2 Nenhuma sincronizaccedilatildeo de reloacutegios e compartimentos
4 Simples
Protocolos MAC uma taxonomiaTrecircs grandes classes bull Particionamento de canalbull Divide o canal em pedaccedilos menores (compartimentos de tempo frequecircncia)bull Aloca um pedaccedilo para uso exclusivo de cada noacute
bull Acesso aleatoacuteriobull Canal natildeo dividido permite colisotildeesbull ldquoRecuperaccedilatildeordquo das colisotildees
bull Passagem de permissatildeobull Noacutes transmitem em seus turnos mas com mais volume para enviar podem
usar turnos mais longos
Protocolos MAC com particionamento de canal TDMATDMA acesso muacuteltiplo por divisatildeo temporalbull Acesso ao canal eacute feito por ldquoturnosrdquobull Cada estaccedilatildeo controla um compartimento (ldquoslotrdquo) de tamanho fixo
(tamanho = tempo de transmissatildeo de pacote) em cada turnobull Compartimentos natildeo usados satildeo desperdiccediladosbull Exemplo rede local com 6 estaccedilotildees 1 3 4 tecircm pacotes compartimentos 2
5 6 ficam vazios
Protocolos MAC com particionamento de canal FDMAFDMA acesso muacuteltiplo por divisatildeo de frequecircncia bull O espectro do canal eacute dividido em
bandas de frequecircnciabull Cada estaccedilatildeo recebe uma banda de
frequecircnciabull Tempo de transmissatildeo natildeo usado nas
bandas de frequecircncia eacute desperdiccediladobull Exemplo rede local com 6 estaccedilotildees
1 3 4 tecircm pacotes as bandas de frequecircncia 2 5 6 ficam vazias
Protocolos de acesso aleatoacuteriobull Quando o noacute tem um pacote a enviar
bull Transmite com toda a taxa do canal R bull Natildeo haacute uma regra de coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes
bull Dois ou mais noacutes transmitindo -gt ldquocolisatildeordquo bull Protocolo MAC de acesso aleatoacuterio especifica
bull Como detectar colisotildeesbull Como as estaccedilotildees se recuperam das colisotildees (ex via retransmissotildees atrasadas)
bull Exemplos de protocolos MAC de acesso aleatoacuteriobull slotted ALOHAbull ALOHA bull CSMA e CSMACD
Slotted ALOHASuposiccedilotildeesbull Todos os quadros de mesmo tamanhobull Tempo dividido em slots de mesmo tamanho tempo para transmitir 1 quadrobull Noacutes comeccedilam a transmitir quadros apenas no iniacutecio dos slotsbull Noacutes satildeo sincronizadosbull Se 2 ou mais noacutes transmitem no slot todos os noacutes detectam a colisatildeoOperaccedilatildeobull Quando um noacute obteacutem um novo quadro ele transmite no proacuteximo slotbull Sem colisatildeo o noacute pode enviar o novo quadro no proacuteximo slotbull Se haacute colisatildeo o noacute retransmite o quadro em cada slot subsequumlente com probabilidade p
ateacute o sucesso
Slotted ALOHAProacutesbull Um uacutenico noacute ativo pode transmitir continuamente com a taxa completa de canalbull Altamente descentralizada somente slots em noacutes precisam ser sincronizadosbull Simples Contrasbull Colisotildees desperdiacutecio de slotsbull Slots ociososbull Os noacutes podem detectar colisatildeo em menos tempo do que o tempo para transmitir o pacotebull Sincronizaccedilatildeo de clock
Eficiecircncia do slotted AlohaEficiecircncia eacute a fraccedilatildeo de slots bem-sucedidos quando haacute muitos noacutes cada um com muitos quadros para enviarbull Suponha N noacutes com muitos quadros para enviar cada um transmite no slot
com probabilidade pbull Prob de o noacute 1 obter sucesso num slot = p(1-p)N-1bull Prob de qualquer noacute obter um sucesso = Np(1-p)N-1bull Para maacutexima eficiecircncia com N noacutes encontre p que maximiza Np(1-p)N-1bull Para muitos noacutes o limite de Np(1-p)N-1 com N indo ao infinito resulta
1e = 037 No maacuteximo uso do canal para envio de dados uacuteteis 37 do tempo
Aloha puro (unslotted)bull Unslotted Aloha operaccedilatildeo mais simples natildeo haacute sincronizaccedilatildeobull Pacote necessita transmissatildeobull Enviar sem esperar pelo iniacutecio de um compartimento
bull A probabilidade de colisatildeo aumenta bull Pacote enviado em t0 colide com outros pacotes enviados em [t0-1 t0+1]
Eficiecircncia do Aloha puroP(sucesso de um dado noacute) = P(noacute transmitir)
P(nenhum outro noacute transmitir em [p0-1p0] P(nenhum outro noacute transmitir em [p0-1p0]
= p (1-p)N-1 (1-p)N-1 = p (1-p)2(N-1)
hellip escolhendo p oacutetimo e entatildeo deixando n -gt infinito = 1(2e) = 018
CSMA Carrier Sense Multiple Accessbull CSMA escuta antes de transmitirbull Se o canal parece vazio transmite o pacotebull Se o canal estaacute ocupado adia a transmissatildeobull Analogia humana natildeo interrompa os outros
Colisotildees no CSMAbull Colisotildees podem ocorrerbull o atraso de propagaccedilatildeo implica que dois noacutes
podem natildeo ouvir as transmissotildees do outro
bull Colisatildeo bull todo o tempo de transmissatildeo do pacote eacute
desperdiccedilado
bull Note bull papel da distacircncia e do atraso de propagaccedilatildeo
na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo
CSMACD (detecccedilatildeo de colisatildeo)bull CSMACD detecccedilatildeo de portadora deferecircncia como no CSMA bull Colisotildees detectadas num tempo mais curto bull Transmissotildees com colisotildees satildeo interrompidas reduzindo o desperdiacutecio do
canal bull Detecccedilatildeo de colisatildeo bull Faacutecil em LANs cabeadas mediccedilatildeo da intensidade do sinal comparaccedilatildeo dos
sinais transmitidos e recebidosbull Difiacutecil em LANs sem fio receptor desligado enquanto transmitindobull Analogia humana o ldquobom de papordquo educado
Protocolos MAC com passagem de permissatildeobull Protocolos MAC com particionamento de canaisbull Compartilham o canal eficientemente quando a carga eacute alta e bem distribuiacuteda bull Ineficiente nas cargas baixas atraso no acesso ao canal A estaccedilatildeo consegue
uma banda de 1N da capacidade do canal mesmo que haja apenas 1 noacute ativo
bull Protocolos MAC de acesso aleatoacuteriobull Eficiente nas cargas baixas um uacutenico noacute pode usar todo o canalbull Cargas altas excesso de colisotildees
bull Protocolos de passagem de permissatildeo bull Buscam o melhor dos dois mundos
Protocolos MAC com passagem de permissatildeobull Pollingbull Noacute-mestre ldquoconvidardquo os escravos a transmitirem um de cada vezbull Problemas
bull Polling overheadbull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (mestre)
bull Token passingbull Controla um token passado de um noacute a outro sequencialmentebull Mensagem tokenbull Problemas
bull Token overhead bull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (token)
Sumaacuterio dos protocolos MACbull Como se faz com um canal compartilhadobull Particionamento de canal no tempo por frequumlecircncia ou por coacutedigo
bull Divisatildeo temporal divisatildeo por coacutedigo divisatildeo por frequecircnciabull Particionamento aleatoacuterio (dinacircmico)
bull ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDbull Detecccedilatildeo de portadora faacutecil em alguns meios fiacutesicos (cabos) e difiacutecil em outros (wireless)bull CSMACD usado na rede Ethernetbull CSMACA usado em 80211
bull Passagem de permissatildeobull Polling a partir de um site central passagem de token
Tecnologias de LANbull Camada de enlace ateacute agora bull Serviccedilos detecccedilatildeo de erroscorreccedilatildeo acesso muacuteltiplo
bull A seguir tecnologias de redes locais (LAN)bull Endereccedilamentobull Ethernet bull hubs pontes switches bull PPP
Endereccedilos de LAN e ARPbull Endereccedilos IP de 32-bit bull Endereccedilos da camada de redebull Usados para levar o datagrama ateacute a rede de destino (lembre-se da definiccedilatildeo
de rede IP)
bull Endereccedilo de LAN (ou MAC ou fiacutesico)bull Usado para levar o datagrama de uma interface fiacutesica a outra fisicamente
conectada com a primeira (isto eacute na mesma rede)bull Endereccedilos MAC com 48 bits (na maioria das LANs) gravados na memoacuteria fixa
(ROM) do adaptador de rede
Endereccedilos de LAN (cont)bull A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEEbull O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (para assegurar a
unicidade)bull Analogia
bull (a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG bull (b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal
bull Endereccedilamento MAC eacute ldquoflatrdquo =gt portabilidadebull Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra sem reconfiguraccedilatildeo de
endereccedilo MAC
bull Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevelbull Depende da rede na qual se estaacute ligado
ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de resoluccedilatildeo de endereccedilos)bull Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de B dado o endereccedilo IP
de Bbull Cada noacute IP (hospedeiro roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabela
ARPbull Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN lt
endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt
bull lt IP address MAC address TTLgtbull TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute
esquecido (tipicamente 20 min)
Ethernetbull Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo bull Barato R$20 por 100 Mbpsbull Primeira tecnologia de LAN largamente usadabull Mais simples e mais barata que LANs com token e ATMbull Velocidade crescente 10 Mbps ndash 10 Gbps
Topologia em estrela
Estrutura do quadro Ethernet
Estrutura do quadro Ethernet
Serviccedilo natildeo confiaacutevel sem conexatildeobull Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o
receptorbull Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o
adaptador transmissorbull O fluxo de datagramas que passa para a camada de rede pode deixar lacunas bull Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCPbull Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas
Ethernet usa CSMACDbull Sem slotsbull Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador
transmitindo isto eacute carrier sensebull O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador
transmitindo isto eacute collision detectionbull Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo
aleatoacuterio isto eacute random access
Algoritmo CSMACD da Ethernet1 O adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro 2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmitir o quadro
Se ele detecta o canal ocupado espera ateacute ele ficar livre e entatildeo transmite 3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo
sua missatildeo com esse quadro estaacute cumprida 4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta
e envia um jam signal5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a m-eacutesima
colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2m-1 O adaptador espera K512 tempos de bit e retorna ao passo 2
Ethernet CSMACDbull Jam signal garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da
colisatildeo 48 bits bull Bit time 01 microsseg para Ethernet de 10 Mbps para K = 1023 o tempo de
espera eacute cerca de 50 mseg bull Veja o applet Java no Web site da AWL altamemte recomendado
Exponential backoff bull Objetivo adaptar tentativas de retransmissatildeo para carga atual da rede
bull Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longabull Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacute K x 512 tempos de transmissatildeo de bitbull Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3hellipbull Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023
Eficiecircncia do CSMACD
10BaseT e 100BaseT
Hubs
Codificaccedilatildeo Manchester
Gigabit Ethernetbull Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeobull Permite enlaces ponto-a-ponto e canais de muacuteltiplo acesso
compartilhadosbull No modo compartilhado o CSMACD eacute usado exige pequenas
distacircncias entre os noacutes para ser eficientebull Usa hubs chamados aqui de Distribuidores com Armazenagem
ldquoBuffered Distributorsrdquobull Full-duplex a 1 Gbps para enlaces ponto-a-ponto bull 10 Gbps agora
Interconexatildeo com hubs
Switchbull Dispositivo de camada de enlacebull Armazena e encaminha quadros Ethernetbull Examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o quadro
baseado no endereccedilo MAC de destinobull Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento usa CSMACD
para acessar o segmento
bull Transparentebull Hospedeiros satildeo inconscientes da presenccedila dos switchesbull Plug-and-play self-learning (auto-aprendizado)
Encaminhamento
Filtragemencaminhamento
Switch exemplo
Switches vs roteadores
Resumo comparaccedilatildeo
Controle de enlace de dados ponto-a-pontobull Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace de
broadcastbull Sem Media Access Controlbull Natildeo necessita de endereccedilamento MAC expliacutecito
bull Ex dialup link linha ISDN
bull Protocolos ponto-a-ponto DLC popularesbull PPP (point-to-point protocol)bull HDLC High level data link control (camada de enlace costumava ser
considerada ldquocamada altardquo na pilha de protocolos)
Virtualizaccedilatildeo das redesVirtualizaccedilatildeo dos recursos uma poderosa abstraccedilatildeo em engenharia de sistemasExemplos em computaccedilatildeo memoacuteria virtual dispositivos virtuais Maacutequinas virtuais ex javaIBM VM os dos anos 6070
Camada de abstraccedilotildees natildeo se apega a detalhes da camada mais baixa apenas trata com as camadas mais baixas abstratament
Enlaces de acesso muacuteltiplo e protocolos
Protocolos de acesso muacuteltiplobull Canal de comunicaccedilatildeo uacutenico e compartilhadobull Duas ou mais transmissotildees simultacircneas pelos noacutes interferecircnciabull Colisatildeo se um noacute receber dois ou mais sinais ao mesmo tempo
bull Protocolo de muacuteltiplo acessobull Algoritmo distribuiacutedo que determina como as estaccedilotildees compartilham o canal
isto eacute determinam quando cada estaccedilatildeo pode transmitirbull Comunicaccedilatildeo sobre o compartilhamento do canal deve utilizar o proacuteprio canal
bull Nenhum canal fora-de-banda para coordenaccedilatildeo
Protocolo ideal de muacuteltiplo acessobull Canal de broadcast de taxa R bps 1 Quando um noacute quer transmitir ele pode enviar a uma taxa R 2 Quando M noacutes querem transmitir cada um envia a uma taxa meacutedia
RM 3 Totalmente descentralizada
1 Nenhum noacute especial para coordenar transmissotildees2 Nenhuma sincronizaccedilatildeo de reloacutegios e compartimentos
4 Simples
Protocolos MAC uma taxonomiaTrecircs grandes classes bull Particionamento de canalbull Divide o canal em pedaccedilos menores (compartimentos de tempo frequecircncia)bull Aloca um pedaccedilo para uso exclusivo de cada noacute
bull Acesso aleatoacuteriobull Canal natildeo dividido permite colisotildeesbull ldquoRecuperaccedilatildeordquo das colisotildees
bull Passagem de permissatildeobull Noacutes transmitem em seus turnos mas com mais volume para enviar podem
usar turnos mais longos
Protocolos MAC com particionamento de canal TDMATDMA acesso muacuteltiplo por divisatildeo temporalbull Acesso ao canal eacute feito por ldquoturnosrdquobull Cada estaccedilatildeo controla um compartimento (ldquoslotrdquo) de tamanho fixo
(tamanho = tempo de transmissatildeo de pacote) em cada turnobull Compartimentos natildeo usados satildeo desperdiccediladosbull Exemplo rede local com 6 estaccedilotildees 1 3 4 tecircm pacotes compartimentos 2
5 6 ficam vazios
Protocolos MAC com particionamento de canal FDMAFDMA acesso muacuteltiplo por divisatildeo de frequecircncia bull O espectro do canal eacute dividido em
bandas de frequecircnciabull Cada estaccedilatildeo recebe uma banda de
frequecircnciabull Tempo de transmissatildeo natildeo usado nas
bandas de frequecircncia eacute desperdiccediladobull Exemplo rede local com 6 estaccedilotildees
1 3 4 tecircm pacotes as bandas de frequecircncia 2 5 6 ficam vazias
Protocolos de acesso aleatoacuteriobull Quando o noacute tem um pacote a enviar
bull Transmite com toda a taxa do canal R bull Natildeo haacute uma regra de coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes
bull Dois ou mais noacutes transmitindo -gt ldquocolisatildeordquo bull Protocolo MAC de acesso aleatoacuterio especifica
bull Como detectar colisotildeesbull Como as estaccedilotildees se recuperam das colisotildees (ex via retransmissotildees atrasadas)
bull Exemplos de protocolos MAC de acesso aleatoacuteriobull slotted ALOHAbull ALOHA bull CSMA e CSMACD
Slotted ALOHASuposiccedilotildeesbull Todos os quadros de mesmo tamanhobull Tempo dividido em slots de mesmo tamanho tempo para transmitir 1 quadrobull Noacutes comeccedilam a transmitir quadros apenas no iniacutecio dos slotsbull Noacutes satildeo sincronizadosbull Se 2 ou mais noacutes transmitem no slot todos os noacutes detectam a colisatildeoOperaccedilatildeobull Quando um noacute obteacutem um novo quadro ele transmite no proacuteximo slotbull Sem colisatildeo o noacute pode enviar o novo quadro no proacuteximo slotbull Se haacute colisatildeo o noacute retransmite o quadro em cada slot subsequumlente com probabilidade p
ateacute o sucesso
Slotted ALOHAProacutesbull Um uacutenico noacute ativo pode transmitir continuamente com a taxa completa de canalbull Altamente descentralizada somente slots em noacutes precisam ser sincronizadosbull Simples Contrasbull Colisotildees desperdiacutecio de slotsbull Slots ociososbull Os noacutes podem detectar colisatildeo em menos tempo do que o tempo para transmitir o pacotebull Sincronizaccedilatildeo de clock
Eficiecircncia do slotted AlohaEficiecircncia eacute a fraccedilatildeo de slots bem-sucedidos quando haacute muitos noacutes cada um com muitos quadros para enviarbull Suponha N noacutes com muitos quadros para enviar cada um transmite no slot
com probabilidade pbull Prob de o noacute 1 obter sucesso num slot = p(1-p)N-1bull Prob de qualquer noacute obter um sucesso = Np(1-p)N-1bull Para maacutexima eficiecircncia com N noacutes encontre p que maximiza Np(1-p)N-1bull Para muitos noacutes o limite de Np(1-p)N-1 com N indo ao infinito resulta
1e = 037 No maacuteximo uso do canal para envio de dados uacuteteis 37 do tempo
Aloha puro (unslotted)bull Unslotted Aloha operaccedilatildeo mais simples natildeo haacute sincronizaccedilatildeobull Pacote necessita transmissatildeobull Enviar sem esperar pelo iniacutecio de um compartimento
bull A probabilidade de colisatildeo aumenta bull Pacote enviado em t0 colide com outros pacotes enviados em [t0-1 t0+1]
Eficiecircncia do Aloha puroP(sucesso de um dado noacute) = P(noacute transmitir)
P(nenhum outro noacute transmitir em [p0-1p0] P(nenhum outro noacute transmitir em [p0-1p0]
= p (1-p)N-1 (1-p)N-1 = p (1-p)2(N-1)
hellip escolhendo p oacutetimo e entatildeo deixando n -gt infinito = 1(2e) = 018
CSMA Carrier Sense Multiple Accessbull CSMA escuta antes de transmitirbull Se o canal parece vazio transmite o pacotebull Se o canal estaacute ocupado adia a transmissatildeobull Analogia humana natildeo interrompa os outros
Colisotildees no CSMAbull Colisotildees podem ocorrerbull o atraso de propagaccedilatildeo implica que dois noacutes
podem natildeo ouvir as transmissotildees do outro
bull Colisatildeo bull todo o tempo de transmissatildeo do pacote eacute
desperdiccedilado
bull Note bull papel da distacircncia e do atraso de propagaccedilatildeo
na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo
CSMACD (detecccedilatildeo de colisatildeo)bull CSMACD detecccedilatildeo de portadora deferecircncia como no CSMA bull Colisotildees detectadas num tempo mais curto bull Transmissotildees com colisotildees satildeo interrompidas reduzindo o desperdiacutecio do
canal bull Detecccedilatildeo de colisatildeo bull Faacutecil em LANs cabeadas mediccedilatildeo da intensidade do sinal comparaccedilatildeo dos
sinais transmitidos e recebidosbull Difiacutecil em LANs sem fio receptor desligado enquanto transmitindobull Analogia humana o ldquobom de papordquo educado
Protocolos MAC com passagem de permissatildeobull Protocolos MAC com particionamento de canaisbull Compartilham o canal eficientemente quando a carga eacute alta e bem distribuiacuteda bull Ineficiente nas cargas baixas atraso no acesso ao canal A estaccedilatildeo consegue
uma banda de 1N da capacidade do canal mesmo que haja apenas 1 noacute ativo
bull Protocolos MAC de acesso aleatoacuteriobull Eficiente nas cargas baixas um uacutenico noacute pode usar todo o canalbull Cargas altas excesso de colisotildees
bull Protocolos de passagem de permissatildeo bull Buscam o melhor dos dois mundos
Protocolos MAC com passagem de permissatildeobull Pollingbull Noacute-mestre ldquoconvidardquo os escravos a transmitirem um de cada vezbull Problemas
bull Polling overheadbull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (mestre)
bull Token passingbull Controla um token passado de um noacute a outro sequencialmentebull Mensagem tokenbull Problemas
bull Token overhead bull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (token)
Sumaacuterio dos protocolos MACbull Como se faz com um canal compartilhadobull Particionamento de canal no tempo por frequumlecircncia ou por coacutedigo
bull Divisatildeo temporal divisatildeo por coacutedigo divisatildeo por frequecircnciabull Particionamento aleatoacuterio (dinacircmico)
bull ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDbull Detecccedilatildeo de portadora faacutecil em alguns meios fiacutesicos (cabos) e difiacutecil em outros (wireless)bull CSMACD usado na rede Ethernetbull CSMACA usado em 80211
bull Passagem de permissatildeobull Polling a partir de um site central passagem de token
Tecnologias de LANbull Camada de enlace ateacute agora bull Serviccedilos detecccedilatildeo de erroscorreccedilatildeo acesso muacuteltiplo
bull A seguir tecnologias de redes locais (LAN)bull Endereccedilamentobull Ethernet bull hubs pontes switches bull PPP
Endereccedilos de LAN e ARPbull Endereccedilos IP de 32-bit bull Endereccedilos da camada de redebull Usados para levar o datagrama ateacute a rede de destino (lembre-se da definiccedilatildeo
de rede IP)
bull Endereccedilo de LAN (ou MAC ou fiacutesico)bull Usado para levar o datagrama de uma interface fiacutesica a outra fisicamente
conectada com a primeira (isto eacute na mesma rede)bull Endereccedilos MAC com 48 bits (na maioria das LANs) gravados na memoacuteria fixa
(ROM) do adaptador de rede
Endereccedilos de LAN (cont)bull A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEEbull O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (para assegurar a
unicidade)bull Analogia
bull (a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG bull (b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal
bull Endereccedilamento MAC eacute ldquoflatrdquo =gt portabilidadebull Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra sem reconfiguraccedilatildeo de
endereccedilo MAC
bull Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevelbull Depende da rede na qual se estaacute ligado
ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de resoluccedilatildeo de endereccedilos)bull Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de B dado o endereccedilo IP
de Bbull Cada noacute IP (hospedeiro roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabela
ARPbull Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN lt
endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt
bull lt IP address MAC address TTLgtbull TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute
esquecido (tipicamente 20 min)
Ethernetbull Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo bull Barato R$20 por 100 Mbpsbull Primeira tecnologia de LAN largamente usadabull Mais simples e mais barata que LANs com token e ATMbull Velocidade crescente 10 Mbps ndash 10 Gbps
Topologia em estrela
Estrutura do quadro Ethernet
Estrutura do quadro Ethernet
Serviccedilo natildeo confiaacutevel sem conexatildeobull Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o
receptorbull Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o
adaptador transmissorbull O fluxo de datagramas que passa para a camada de rede pode deixar lacunas bull Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCPbull Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas
Ethernet usa CSMACDbull Sem slotsbull Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador
transmitindo isto eacute carrier sensebull O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador
transmitindo isto eacute collision detectionbull Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo
aleatoacuterio isto eacute random access
Algoritmo CSMACD da Ethernet1 O adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro 2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmitir o quadro
Se ele detecta o canal ocupado espera ateacute ele ficar livre e entatildeo transmite 3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo
sua missatildeo com esse quadro estaacute cumprida 4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta
e envia um jam signal5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a m-eacutesima
colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2m-1 O adaptador espera K512 tempos de bit e retorna ao passo 2
Ethernet CSMACDbull Jam signal garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da
colisatildeo 48 bits bull Bit time 01 microsseg para Ethernet de 10 Mbps para K = 1023 o tempo de
espera eacute cerca de 50 mseg bull Veja o applet Java no Web site da AWL altamemte recomendado
Exponential backoff bull Objetivo adaptar tentativas de retransmissatildeo para carga atual da rede
bull Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longabull Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacute K x 512 tempos de transmissatildeo de bitbull Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3hellipbull Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023
Eficiecircncia do CSMACD
10BaseT e 100BaseT
Hubs
Codificaccedilatildeo Manchester
Gigabit Ethernetbull Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeobull Permite enlaces ponto-a-ponto e canais de muacuteltiplo acesso
compartilhadosbull No modo compartilhado o CSMACD eacute usado exige pequenas
distacircncias entre os noacutes para ser eficientebull Usa hubs chamados aqui de Distribuidores com Armazenagem
ldquoBuffered Distributorsrdquobull Full-duplex a 1 Gbps para enlaces ponto-a-ponto bull 10 Gbps agora
Interconexatildeo com hubs
Switchbull Dispositivo de camada de enlacebull Armazena e encaminha quadros Ethernetbull Examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o quadro
baseado no endereccedilo MAC de destinobull Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento usa CSMACD
para acessar o segmento
bull Transparentebull Hospedeiros satildeo inconscientes da presenccedila dos switchesbull Plug-and-play self-learning (auto-aprendizado)
Encaminhamento
Filtragemencaminhamento
Switch exemplo
Switches vs roteadores
Resumo comparaccedilatildeo
Controle de enlace de dados ponto-a-pontobull Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace de
broadcastbull Sem Media Access Controlbull Natildeo necessita de endereccedilamento MAC expliacutecito
bull Ex dialup link linha ISDN
bull Protocolos ponto-a-ponto DLC popularesbull PPP (point-to-point protocol)bull HDLC High level data link control (camada de enlace costumava ser
considerada ldquocamada altardquo na pilha de protocolos)
Virtualizaccedilatildeo das redesVirtualizaccedilatildeo dos recursos uma poderosa abstraccedilatildeo em engenharia de sistemasExemplos em computaccedilatildeo memoacuteria virtual dispositivos virtuais Maacutequinas virtuais ex javaIBM VM os dos anos 6070
Camada de abstraccedilotildees natildeo se apega a detalhes da camada mais baixa apenas trata com as camadas mais baixas abstratament
Protocolos de acesso muacuteltiplobull Canal de comunicaccedilatildeo uacutenico e compartilhadobull Duas ou mais transmissotildees simultacircneas pelos noacutes interferecircnciabull Colisatildeo se um noacute receber dois ou mais sinais ao mesmo tempo
bull Protocolo de muacuteltiplo acessobull Algoritmo distribuiacutedo que determina como as estaccedilotildees compartilham o canal
isto eacute determinam quando cada estaccedilatildeo pode transmitirbull Comunicaccedilatildeo sobre o compartilhamento do canal deve utilizar o proacuteprio canal
bull Nenhum canal fora-de-banda para coordenaccedilatildeo
Protocolo ideal de muacuteltiplo acessobull Canal de broadcast de taxa R bps 1 Quando um noacute quer transmitir ele pode enviar a uma taxa R 2 Quando M noacutes querem transmitir cada um envia a uma taxa meacutedia
RM 3 Totalmente descentralizada
1 Nenhum noacute especial para coordenar transmissotildees2 Nenhuma sincronizaccedilatildeo de reloacutegios e compartimentos
4 Simples
Protocolos MAC uma taxonomiaTrecircs grandes classes bull Particionamento de canalbull Divide o canal em pedaccedilos menores (compartimentos de tempo frequecircncia)bull Aloca um pedaccedilo para uso exclusivo de cada noacute
bull Acesso aleatoacuteriobull Canal natildeo dividido permite colisotildeesbull ldquoRecuperaccedilatildeordquo das colisotildees
bull Passagem de permissatildeobull Noacutes transmitem em seus turnos mas com mais volume para enviar podem
usar turnos mais longos
Protocolos MAC com particionamento de canal TDMATDMA acesso muacuteltiplo por divisatildeo temporalbull Acesso ao canal eacute feito por ldquoturnosrdquobull Cada estaccedilatildeo controla um compartimento (ldquoslotrdquo) de tamanho fixo
(tamanho = tempo de transmissatildeo de pacote) em cada turnobull Compartimentos natildeo usados satildeo desperdiccediladosbull Exemplo rede local com 6 estaccedilotildees 1 3 4 tecircm pacotes compartimentos 2
5 6 ficam vazios
Protocolos MAC com particionamento de canal FDMAFDMA acesso muacuteltiplo por divisatildeo de frequecircncia bull O espectro do canal eacute dividido em
bandas de frequecircnciabull Cada estaccedilatildeo recebe uma banda de
frequecircnciabull Tempo de transmissatildeo natildeo usado nas
bandas de frequecircncia eacute desperdiccediladobull Exemplo rede local com 6 estaccedilotildees
1 3 4 tecircm pacotes as bandas de frequecircncia 2 5 6 ficam vazias
Protocolos de acesso aleatoacuteriobull Quando o noacute tem um pacote a enviar
bull Transmite com toda a taxa do canal R bull Natildeo haacute uma regra de coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes
bull Dois ou mais noacutes transmitindo -gt ldquocolisatildeordquo bull Protocolo MAC de acesso aleatoacuterio especifica
bull Como detectar colisotildeesbull Como as estaccedilotildees se recuperam das colisotildees (ex via retransmissotildees atrasadas)
bull Exemplos de protocolos MAC de acesso aleatoacuteriobull slotted ALOHAbull ALOHA bull CSMA e CSMACD
Slotted ALOHASuposiccedilotildeesbull Todos os quadros de mesmo tamanhobull Tempo dividido em slots de mesmo tamanho tempo para transmitir 1 quadrobull Noacutes comeccedilam a transmitir quadros apenas no iniacutecio dos slotsbull Noacutes satildeo sincronizadosbull Se 2 ou mais noacutes transmitem no slot todos os noacutes detectam a colisatildeoOperaccedilatildeobull Quando um noacute obteacutem um novo quadro ele transmite no proacuteximo slotbull Sem colisatildeo o noacute pode enviar o novo quadro no proacuteximo slotbull Se haacute colisatildeo o noacute retransmite o quadro em cada slot subsequumlente com probabilidade p
ateacute o sucesso
Slotted ALOHAProacutesbull Um uacutenico noacute ativo pode transmitir continuamente com a taxa completa de canalbull Altamente descentralizada somente slots em noacutes precisam ser sincronizadosbull Simples Contrasbull Colisotildees desperdiacutecio de slotsbull Slots ociososbull Os noacutes podem detectar colisatildeo em menos tempo do que o tempo para transmitir o pacotebull Sincronizaccedilatildeo de clock
Eficiecircncia do slotted AlohaEficiecircncia eacute a fraccedilatildeo de slots bem-sucedidos quando haacute muitos noacutes cada um com muitos quadros para enviarbull Suponha N noacutes com muitos quadros para enviar cada um transmite no slot
com probabilidade pbull Prob de o noacute 1 obter sucesso num slot = p(1-p)N-1bull Prob de qualquer noacute obter um sucesso = Np(1-p)N-1bull Para maacutexima eficiecircncia com N noacutes encontre p que maximiza Np(1-p)N-1bull Para muitos noacutes o limite de Np(1-p)N-1 com N indo ao infinito resulta
1e = 037 No maacuteximo uso do canal para envio de dados uacuteteis 37 do tempo
Aloha puro (unslotted)bull Unslotted Aloha operaccedilatildeo mais simples natildeo haacute sincronizaccedilatildeobull Pacote necessita transmissatildeobull Enviar sem esperar pelo iniacutecio de um compartimento
bull A probabilidade de colisatildeo aumenta bull Pacote enviado em t0 colide com outros pacotes enviados em [t0-1 t0+1]
Eficiecircncia do Aloha puroP(sucesso de um dado noacute) = P(noacute transmitir)
P(nenhum outro noacute transmitir em [p0-1p0] P(nenhum outro noacute transmitir em [p0-1p0]
= p (1-p)N-1 (1-p)N-1 = p (1-p)2(N-1)
hellip escolhendo p oacutetimo e entatildeo deixando n -gt infinito = 1(2e) = 018
CSMA Carrier Sense Multiple Accessbull CSMA escuta antes de transmitirbull Se o canal parece vazio transmite o pacotebull Se o canal estaacute ocupado adia a transmissatildeobull Analogia humana natildeo interrompa os outros
Colisotildees no CSMAbull Colisotildees podem ocorrerbull o atraso de propagaccedilatildeo implica que dois noacutes
podem natildeo ouvir as transmissotildees do outro
bull Colisatildeo bull todo o tempo de transmissatildeo do pacote eacute
desperdiccedilado
bull Note bull papel da distacircncia e do atraso de propagaccedilatildeo
na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo
CSMACD (detecccedilatildeo de colisatildeo)bull CSMACD detecccedilatildeo de portadora deferecircncia como no CSMA bull Colisotildees detectadas num tempo mais curto bull Transmissotildees com colisotildees satildeo interrompidas reduzindo o desperdiacutecio do
canal bull Detecccedilatildeo de colisatildeo bull Faacutecil em LANs cabeadas mediccedilatildeo da intensidade do sinal comparaccedilatildeo dos
sinais transmitidos e recebidosbull Difiacutecil em LANs sem fio receptor desligado enquanto transmitindobull Analogia humana o ldquobom de papordquo educado
Protocolos MAC com passagem de permissatildeobull Protocolos MAC com particionamento de canaisbull Compartilham o canal eficientemente quando a carga eacute alta e bem distribuiacuteda bull Ineficiente nas cargas baixas atraso no acesso ao canal A estaccedilatildeo consegue
uma banda de 1N da capacidade do canal mesmo que haja apenas 1 noacute ativo
bull Protocolos MAC de acesso aleatoacuteriobull Eficiente nas cargas baixas um uacutenico noacute pode usar todo o canalbull Cargas altas excesso de colisotildees
bull Protocolos de passagem de permissatildeo bull Buscam o melhor dos dois mundos
Protocolos MAC com passagem de permissatildeobull Pollingbull Noacute-mestre ldquoconvidardquo os escravos a transmitirem um de cada vezbull Problemas
bull Polling overheadbull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (mestre)
bull Token passingbull Controla um token passado de um noacute a outro sequencialmentebull Mensagem tokenbull Problemas
bull Token overhead bull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (token)
Sumaacuterio dos protocolos MACbull Como se faz com um canal compartilhadobull Particionamento de canal no tempo por frequumlecircncia ou por coacutedigo
bull Divisatildeo temporal divisatildeo por coacutedigo divisatildeo por frequecircnciabull Particionamento aleatoacuterio (dinacircmico)
bull ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDbull Detecccedilatildeo de portadora faacutecil em alguns meios fiacutesicos (cabos) e difiacutecil em outros (wireless)bull CSMACD usado na rede Ethernetbull CSMACA usado em 80211
bull Passagem de permissatildeobull Polling a partir de um site central passagem de token
Tecnologias de LANbull Camada de enlace ateacute agora bull Serviccedilos detecccedilatildeo de erroscorreccedilatildeo acesso muacuteltiplo
bull A seguir tecnologias de redes locais (LAN)bull Endereccedilamentobull Ethernet bull hubs pontes switches bull PPP
Endereccedilos de LAN e ARPbull Endereccedilos IP de 32-bit bull Endereccedilos da camada de redebull Usados para levar o datagrama ateacute a rede de destino (lembre-se da definiccedilatildeo
de rede IP)
bull Endereccedilo de LAN (ou MAC ou fiacutesico)bull Usado para levar o datagrama de uma interface fiacutesica a outra fisicamente
conectada com a primeira (isto eacute na mesma rede)bull Endereccedilos MAC com 48 bits (na maioria das LANs) gravados na memoacuteria fixa
(ROM) do adaptador de rede
Endereccedilos de LAN (cont)bull A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEEbull O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (para assegurar a
unicidade)bull Analogia
bull (a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG bull (b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal
bull Endereccedilamento MAC eacute ldquoflatrdquo =gt portabilidadebull Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra sem reconfiguraccedilatildeo de
endereccedilo MAC
bull Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevelbull Depende da rede na qual se estaacute ligado
ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de resoluccedilatildeo de endereccedilos)bull Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de B dado o endereccedilo IP
de Bbull Cada noacute IP (hospedeiro roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabela
ARPbull Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN lt
endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt
bull lt IP address MAC address TTLgtbull TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute
esquecido (tipicamente 20 min)
Ethernetbull Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo bull Barato R$20 por 100 Mbpsbull Primeira tecnologia de LAN largamente usadabull Mais simples e mais barata que LANs com token e ATMbull Velocidade crescente 10 Mbps ndash 10 Gbps
Topologia em estrela
Estrutura do quadro Ethernet
Estrutura do quadro Ethernet
Serviccedilo natildeo confiaacutevel sem conexatildeobull Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o
receptorbull Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o
adaptador transmissorbull O fluxo de datagramas que passa para a camada de rede pode deixar lacunas bull Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCPbull Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas
Ethernet usa CSMACDbull Sem slotsbull Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador
transmitindo isto eacute carrier sensebull O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador
transmitindo isto eacute collision detectionbull Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo
aleatoacuterio isto eacute random access
Algoritmo CSMACD da Ethernet1 O adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro 2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmitir o quadro
Se ele detecta o canal ocupado espera ateacute ele ficar livre e entatildeo transmite 3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo
sua missatildeo com esse quadro estaacute cumprida 4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta
e envia um jam signal5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a m-eacutesima
colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2m-1 O adaptador espera K512 tempos de bit e retorna ao passo 2
Ethernet CSMACDbull Jam signal garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da
colisatildeo 48 bits bull Bit time 01 microsseg para Ethernet de 10 Mbps para K = 1023 o tempo de
espera eacute cerca de 50 mseg bull Veja o applet Java no Web site da AWL altamemte recomendado
Exponential backoff bull Objetivo adaptar tentativas de retransmissatildeo para carga atual da rede
bull Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longabull Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacute K x 512 tempos de transmissatildeo de bitbull Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3hellipbull Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023
Eficiecircncia do CSMACD
10BaseT e 100BaseT
Hubs
Codificaccedilatildeo Manchester
Gigabit Ethernetbull Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeobull Permite enlaces ponto-a-ponto e canais de muacuteltiplo acesso
compartilhadosbull No modo compartilhado o CSMACD eacute usado exige pequenas
distacircncias entre os noacutes para ser eficientebull Usa hubs chamados aqui de Distribuidores com Armazenagem
ldquoBuffered Distributorsrdquobull Full-duplex a 1 Gbps para enlaces ponto-a-ponto bull 10 Gbps agora
Interconexatildeo com hubs
Switchbull Dispositivo de camada de enlacebull Armazena e encaminha quadros Ethernetbull Examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o quadro
baseado no endereccedilo MAC de destinobull Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento usa CSMACD
para acessar o segmento
bull Transparentebull Hospedeiros satildeo inconscientes da presenccedila dos switchesbull Plug-and-play self-learning (auto-aprendizado)
Encaminhamento
Filtragemencaminhamento
Switch exemplo
Switches vs roteadores
Resumo comparaccedilatildeo
Controle de enlace de dados ponto-a-pontobull Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace de
broadcastbull Sem Media Access Controlbull Natildeo necessita de endereccedilamento MAC expliacutecito
bull Ex dialup link linha ISDN
bull Protocolos ponto-a-ponto DLC popularesbull PPP (point-to-point protocol)bull HDLC High level data link control (camada de enlace costumava ser
considerada ldquocamada altardquo na pilha de protocolos)
Virtualizaccedilatildeo das redesVirtualizaccedilatildeo dos recursos uma poderosa abstraccedilatildeo em engenharia de sistemasExemplos em computaccedilatildeo memoacuteria virtual dispositivos virtuais Maacutequinas virtuais ex javaIBM VM os dos anos 6070
Camada de abstraccedilotildees natildeo se apega a detalhes da camada mais baixa apenas trata com as camadas mais baixas abstratament
Protocolo ideal de muacuteltiplo acessobull Canal de broadcast de taxa R bps 1 Quando um noacute quer transmitir ele pode enviar a uma taxa R 2 Quando M noacutes querem transmitir cada um envia a uma taxa meacutedia
RM 3 Totalmente descentralizada
1 Nenhum noacute especial para coordenar transmissotildees2 Nenhuma sincronizaccedilatildeo de reloacutegios e compartimentos
4 Simples
Protocolos MAC uma taxonomiaTrecircs grandes classes bull Particionamento de canalbull Divide o canal em pedaccedilos menores (compartimentos de tempo frequecircncia)bull Aloca um pedaccedilo para uso exclusivo de cada noacute
bull Acesso aleatoacuteriobull Canal natildeo dividido permite colisotildeesbull ldquoRecuperaccedilatildeordquo das colisotildees
bull Passagem de permissatildeobull Noacutes transmitem em seus turnos mas com mais volume para enviar podem
usar turnos mais longos
Protocolos MAC com particionamento de canal TDMATDMA acesso muacuteltiplo por divisatildeo temporalbull Acesso ao canal eacute feito por ldquoturnosrdquobull Cada estaccedilatildeo controla um compartimento (ldquoslotrdquo) de tamanho fixo
(tamanho = tempo de transmissatildeo de pacote) em cada turnobull Compartimentos natildeo usados satildeo desperdiccediladosbull Exemplo rede local com 6 estaccedilotildees 1 3 4 tecircm pacotes compartimentos 2
5 6 ficam vazios
Protocolos MAC com particionamento de canal FDMAFDMA acesso muacuteltiplo por divisatildeo de frequecircncia bull O espectro do canal eacute dividido em
bandas de frequecircnciabull Cada estaccedilatildeo recebe uma banda de
frequecircnciabull Tempo de transmissatildeo natildeo usado nas
bandas de frequecircncia eacute desperdiccediladobull Exemplo rede local com 6 estaccedilotildees
1 3 4 tecircm pacotes as bandas de frequecircncia 2 5 6 ficam vazias
Protocolos de acesso aleatoacuteriobull Quando o noacute tem um pacote a enviar
bull Transmite com toda a taxa do canal R bull Natildeo haacute uma regra de coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes
bull Dois ou mais noacutes transmitindo -gt ldquocolisatildeordquo bull Protocolo MAC de acesso aleatoacuterio especifica
bull Como detectar colisotildeesbull Como as estaccedilotildees se recuperam das colisotildees (ex via retransmissotildees atrasadas)
bull Exemplos de protocolos MAC de acesso aleatoacuteriobull slotted ALOHAbull ALOHA bull CSMA e CSMACD
Slotted ALOHASuposiccedilotildeesbull Todos os quadros de mesmo tamanhobull Tempo dividido em slots de mesmo tamanho tempo para transmitir 1 quadrobull Noacutes comeccedilam a transmitir quadros apenas no iniacutecio dos slotsbull Noacutes satildeo sincronizadosbull Se 2 ou mais noacutes transmitem no slot todos os noacutes detectam a colisatildeoOperaccedilatildeobull Quando um noacute obteacutem um novo quadro ele transmite no proacuteximo slotbull Sem colisatildeo o noacute pode enviar o novo quadro no proacuteximo slotbull Se haacute colisatildeo o noacute retransmite o quadro em cada slot subsequumlente com probabilidade p
ateacute o sucesso
Slotted ALOHAProacutesbull Um uacutenico noacute ativo pode transmitir continuamente com a taxa completa de canalbull Altamente descentralizada somente slots em noacutes precisam ser sincronizadosbull Simples Contrasbull Colisotildees desperdiacutecio de slotsbull Slots ociososbull Os noacutes podem detectar colisatildeo em menos tempo do que o tempo para transmitir o pacotebull Sincronizaccedilatildeo de clock
Eficiecircncia do slotted AlohaEficiecircncia eacute a fraccedilatildeo de slots bem-sucedidos quando haacute muitos noacutes cada um com muitos quadros para enviarbull Suponha N noacutes com muitos quadros para enviar cada um transmite no slot
com probabilidade pbull Prob de o noacute 1 obter sucesso num slot = p(1-p)N-1bull Prob de qualquer noacute obter um sucesso = Np(1-p)N-1bull Para maacutexima eficiecircncia com N noacutes encontre p que maximiza Np(1-p)N-1bull Para muitos noacutes o limite de Np(1-p)N-1 com N indo ao infinito resulta
1e = 037 No maacuteximo uso do canal para envio de dados uacuteteis 37 do tempo
Aloha puro (unslotted)bull Unslotted Aloha operaccedilatildeo mais simples natildeo haacute sincronizaccedilatildeobull Pacote necessita transmissatildeobull Enviar sem esperar pelo iniacutecio de um compartimento
bull A probabilidade de colisatildeo aumenta bull Pacote enviado em t0 colide com outros pacotes enviados em [t0-1 t0+1]
Eficiecircncia do Aloha puroP(sucesso de um dado noacute) = P(noacute transmitir)
P(nenhum outro noacute transmitir em [p0-1p0] P(nenhum outro noacute transmitir em [p0-1p0]
= p (1-p)N-1 (1-p)N-1 = p (1-p)2(N-1)
hellip escolhendo p oacutetimo e entatildeo deixando n -gt infinito = 1(2e) = 018
CSMA Carrier Sense Multiple Accessbull CSMA escuta antes de transmitirbull Se o canal parece vazio transmite o pacotebull Se o canal estaacute ocupado adia a transmissatildeobull Analogia humana natildeo interrompa os outros
Colisotildees no CSMAbull Colisotildees podem ocorrerbull o atraso de propagaccedilatildeo implica que dois noacutes
podem natildeo ouvir as transmissotildees do outro
bull Colisatildeo bull todo o tempo de transmissatildeo do pacote eacute
desperdiccedilado
bull Note bull papel da distacircncia e do atraso de propagaccedilatildeo
na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo
CSMACD (detecccedilatildeo de colisatildeo)bull CSMACD detecccedilatildeo de portadora deferecircncia como no CSMA bull Colisotildees detectadas num tempo mais curto bull Transmissotildees com colisotildees satildeo interrompidas reduzindo o desperdiacutecio do
canal bull Detecccedilatildeo de colisatildeo bull Faacutecil em LANs cabeadas mediccedilatildeo da intensidade do sinal comparaccedilatildeo dos
sinais transmitidos e recebidosbull Difiacutecil em LANs sem fio receptor desligado enquanto transmitindobull Analogia humana o ldquobom de papordquo educado
Protocolos MAC com passagem de permissatildeobull Protocolos MAC com particionamento de canaisbull Compartilham o canal eficientemente quando a carga eacute alta e bem distribuiacuteda bull Ineficiente nas cargas baixas atraso no acesso ao canal A estaccedilatildeo consegue
uma banda de 1N da capacidade do canal mesmo que haja apenas 1 noacute ativo
bull Protocolos MAC de acesso aleatoacuteriobull Eficiente nas cargas baixas um uacutenico noacute pode usar todo o canalbull Cargas altas excesso de colisotildees
bull Protocolos de passagem de permissatildeo bull Buscam o melhor dos dois mundos
Protocolos MAC com passagem de permissatildeobull Pollingbull Noacute-mestre ldquoconvidardquo os escravos a transmitirem um de cada vezbull Problemas
bull Polling overheadbull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (mestre)
bull Token passingbull Controla um token passado de um noacute a outro sequencialmentebull Mensagem tokenbull Problemas
bull Token overhead bull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (token)
Sumaacuterio dos protocolos MACbull Como se faz com um canal compartilhadobull Particionamento de canal no tempo por frequumlecircncia ou por coacutedigo
bull Divisatildeo temporal divisatildeo por coacutedigo divisatildeo por frequecircnciabull Particionamento aleatoacuterio (dinacircmico)
bull ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDbull Detecccedilatildeo de portadora faacutecil em alguns meios fiacutesicos (cabos) e difiacutecil em outros (wireless)bull CSMACD usado na rede Ethernetbull CSMACA usado em 80211
bull Passagem de permissatildeobull Polling a partir de um site central passagem de token
Tecnologias de LANbull Camada de enlace ateacute agora bull Serviccedilos detecccedilatildeo de erroscorreccedilatildeo acesso muacuteltiplo
bull A seguir tecnologias de redes locais (LAN)bull Endereccedilamentobull Ethernet bull hubs pontes switches bull PPP
Endereccedilos de LAN e ARPbull Endereccedilos IP de 32-bit bull Endereccedilos da camada de redebull Usados para levar o datagrama ateacute a rede de destino (lembre-se da definiccedilatildeo
de rede IP)
bull Endereccedilo de LAN (ou MAC ou fiacutesico)bull Usado para levar o datagrama de uma interface fiacutesica a outra fisicamente
conectada com a primeira (isto eacute na mesma rede)bull Endereccedilos MAC com 48 bits (na maioria das LANs) gravados na memoacuteria fixa
(ROM) do adaptador de rede
Endereccedilos de LAN (cont)bull A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEEbull O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (para assegurar a
unicidade)bull Analogia
bull (a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG bull (b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal
bull Endereccedilamento MAC eacute ldquoflatrdquo =gt portabilidadebull Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra sem reconfiguraccedilatildeo de
endereccedilo MAC
bull Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevelbull Depende da rede na qual se estaacute ligado
ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de resoluccedilatildeo de endereccedilos)bull Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de B dado o endereccedilo IP
de Bbull Cada noacute IP (hospedeiro roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabela
ARPbull Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN lt
endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt
bull lt IP address MAC address TTLgtbull TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute
esquecido (tipicamente 20 min)
Ethernetbull Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo bull Barato R$20 por 100 Mbpsbull Primeira tecnologia de LAN largamente usadabull Mais simples e mais barata que LANs com token e ATMbull Velocidade crescente 10 Mbps ndash 10 Gbps
Topologia em estrela
Estrutura do quadro Ethernet
Estrutura do quadro Ethernet
Serviccedilo natildeo confiaacutevel sem conexatildeobull Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o
receptorbull Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o
adaptador transmissorbull O fluxo de datagramas que passa para a camada de rede pode deixar lacunas bull Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCPbull Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas
Ethernet usa CSMACDbull Sem slotsbull Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador
transmitindo isto eacute carrier sensebull O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador
transmitindo isto eacute collision detectionbull Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo
aleatoacuterio isto eacute random access
Algoritmo CSMACD da Ethernet1 O adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro 2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmitir o quadro
Se ele detecta o canal ocupado espera ateacute ele ficar livre e entatildeo transmite 3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo
sua missatildeo com esse quadro estaacute cumprida 4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta
e envia um jam signal5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a m-eacutesima
colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2m-1 O adaptador espera K512 tempos de bit e retorna ao passo 2
Ethernet CSMACDbull Jam signal garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da
colisatildeo 48 bits bull Bit time 01 microsseg para Ethernet de 10 Mbps para K = 1023 o tempo de
espera eacute cerca de 50 mseg bull Veja o applet Java no Web site da AWL altamemte recomendado
Exponential backoff bull Objetivo adaptar tentativas de retransmissatildeo para carga atual da rede
bull Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longabull Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacute K x 512 tempos de transmissatildeo de bitbull Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3hellipbull Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023
Eficiecircncia do CSMACD
10BaseT e 100BaseT
Hubs
Codificaccedilatildeo Manchester
Gigabit Ethernetbull Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeobull Permite enlaces ponto-a-ponto e canais de muacuteltiplo acesso
compartilhadosbull No modo compartilhado o CSMACD eacute usado exige pequenas
distacircncias entre os noacutes para ser eficientebull Usa hubs chamados aqui de Distribuidores com Armazenagem
ldquoBuffered Distributorsrdquobull Full-duplex a 1 Gbps para enlaces ponto-a-ponto bull 10 Gbps agora
Interconexatildeo com hubs
Switchbull Dispositivo de camada de enlacebull Armazena e encaminha quadros Ethernetbull Examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o quadro
baseado no endereccedilo MAC de destinobull Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento usa CSMACD
para acessar o segmento
bull Transparentebull Hospedeiros satildeo inconscientes da presenccedila dos switchesbull Plug-and-play self-learning (auto-aprendizado)
Encaminhamento
Filtragemencaminhamento
Switch exemplo
Switches vs roteadores
Resumo comparaccedilatildeo
Controle de enlace de dados ponto-a-pontobull Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace de
broadcastbull Sem Media Access Controlbull Natildeo necessita de endereccedilamento MAC expliacutecito
bull Ex dialup link linha ISDN
bull Protocolos ponto-a-ponto DLC popularesbull PPP (point-to-point protocol)bull HDLC High level data link control (camada de enlace costumava ser
considerada ldquocamada altardquo na pilha de protocolos)
Virtualizaccedilatildeo das redesVirtualizaccedilatildeo dos recursos uma poderosa abstraccedilatildeo em engenharia de sistemasExemplos em computaccedilatildeo memoacuteria virtual dispositivos virtuais Maacutequinas virtuais ex javaIBM VM os dos anos 6070
Camada de abstraccedilotildees natildeo se apega a detalhes da camada mais baixa apenas trata com as camadas mais baixas abstratament
Protocolos MAC uma taxonomiaTrecircs grandes classes bull Particionamento de canalbull Divide o canal em pedaccedilos menores (compartimentos de tempo frequecircncia)bull Aloca um pedaccedilo para uso exclusivo de cada noacute
bull Acesso aleatoacuteriobull Canal natildeo dividido permite colisotildeesbull ldquoRecuperaccedilatildeordquo das colisotildees
bull Passagem de permissatildeobull Noacutes transmitem em seus turnos mas com mais volume para enviar podem
usar turnos mais longos
Protocolos MAC com particionamento de canal TDMATDMA acesso muacuteltiplo por divisatildeo temporalbull Acesso ao canal eacute feito por ldquoturnosrdquobull Cada estaccedilatildeo controla um compartimento (ldquoslotrdquo) de tamanho fixo
(tamanho = tempo de transmissatildeo de pacote) em cada turnobull Compartimentos natildeo usados satildeo desperdiccediladosbull Exemplo rede local com 6 estaccedilotildees 1 3 4 tecircm pacotes compartimentos 2
5 6 ficam vazios
Protocolos MAC com particionamento de canal FDMAFDMA acesso muacuteltiplo por divisatildeo de frequecircncia bull O espectro do canal eacute dividido em
bandas de frequecircnciabull Cada estaccedilatildeo recebe uma banda de
frequecircnciabull Tempo de transmissatildeo natildeo usado nas
bandas de frequecircncia eacute desperdiccediladobull Exemplo rede local com 6 estaccedilotildees
1 3 4 tecircm pacotes as bandas de frequecircncia 2 5 6 ficam vazias
Protocolos de acesso aleatoacuteriobull Quando o noacute tem um pacote a enviar
bull Transmite com toda a taxa do canal R bull Natildeo haacute uma regra de coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes
bull Dois ou mais noacutes transmitindo -gt ldquocolisatildeordquo bull Protocolo MAC de acesso aleatoacuterio especifica
bull Como detectar colisotildeesbull Como as estaccedilotildees se recuperam das colisotildees (ex via retransmissotildees atrasadas)
bull Exemplos de protocolos MAC de acesso aleatoacuteriobull slotted ALOHAbull ALOHA bull CSMA e CSMACD
Slotted ALOHASuposiccedilotildeesbull Todos os quadros de mesmo tamanhobull Tempo dividido em slots de mesmo tamanho tempo para transmitir 1 quadrobull Noacutes comeccedilam a transmitir quadros apenas no iniacutecio dos slotsbull Noacutes satildeo sincronizadosbull Se 2 ou mais noacutes transmitem no slot todos os noacutes detectam a colisatildeoOperaccedilatildeobull Quando um noacute obteacutem um novo quadro ele transmite no proacuteximo slotbull Sem colisatildeo o noacute pode enviar o novo quadro no proacuteximo slotbull Se haacute colisatildeo o noacute retransmite o quadro em cada slot subsequumlente com probabilidade p
ateacute o sucesso
Slotted ALOHAProacutesbull Um uacutenico noacute ativo pode transmitir continuamente com a taxa completa de canalbull Altamente descentralizada somente slots em noacutes precisam ser sincronizadosbull Simples Contrasbull Colisotildees desperdiacutecio de slotsbull Slots ociososbull Os noacutes podem detectar colisatildeo em menos tempo do que o tempo para transmitir o pacotebull Sincronizaccedilatildeo de clock
Eficiecircncia do slotted AlohaEficiecircncia eacute a fraccedilatildeo de slots bem-sucedidos quando haacute muitos noacutes cada um com muitos quadros para enviarbull Suponha N noacutes com muitos quadros para enviar cada um transmite no slot
com probabilidade pbull Prob de o noacute 1 obter sucesso num slot = p(1-p)N-1bull Prob de qualquer noacute obter um sucesso = Np(1-p)N-1bull Para maacutexima eficiecircncia com N noacutes encontre p que maximiza Np(1-p)N-1bull Para muitos noacutes o limite de Np(1-p)N-1 com N indo ao infinito resulta
1e = 037 No maacuteximo uso do canal para envio de dados uacuteteis 37 do tempo
Aloha puro (unslotted)bull Unslotted Aloha operaccedilatildeo mais simples natildeo haacute sincronizaccedilatildeobull Pacote necessita transmissatildeobull Enviar sem esperar pelo iniacutecio de um compartimento
bull A probabilidade de colisatildeo aumenta bull Pacote enviado em t0 colide com outros pacotes enviados em [t0-1 t0+1]
Eficiecircncia do Aloha puroP(sucesso de um dado noacute) = P(noacute transmitir)
P(nenhum outro noacute transmitir em [p0-1p0] P(nenhum outro noacute transmitir em [p0-1p0]
= p (1-p)N-1 (1-p)N-1 = p (1-p)2(N-1)
hellip escolhendo p oacutetimo e entatildeo deixando n -gt infinito = 1(2e) = 018
CSMA Carrier Sense Multiple Accessbull CSMA escuta antes de transmitirbull Se o canal parece vazio transmite o pacotebull Se o canal estaacute ocupado adia a transmissatildeobull Analogia humana natildeo interrompa os outros
Colisotildees no CSMAbull Colisotildees podem ocorrerbull o atraso de propagaccedilatildeo implica que dois noacutes
podem natildeo ouvir as transmissotildees do outro
bull Colisatildeo bull todo o tempo de transmissatildeo do pacote eacute
desperdiccedilado
bull Note bull papel da distacircncia e do atraso de propagaccedilatildeo
na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo
CSMACD (detecccedilatildeo de colisatildeo)bull CSMACD detecccedilatildeo de portadora deferecircncia como no CSMA bull Colisotildees detectadas num tempo mais curto bull Transmissotildees com colisotildees satildeo interrompidas reduzindo o desperdiacutecio do
canal bull Detecccedilatildeo de colisatildeo bull Faacutecil em LANs cabeadas mediccedilatildeo da intensidade do sinal comparaccedilatildeo dos
sinais transmitidos e recebidosbull Difiacutecil em LANs sem fio receptor desligado enquanto transmitindobull Analogia humana o ldquobom de papordquo educado
Protocolos MAC com passagem de permissatildeobull Protocolos MAC com particionamento de canaisbull Compartilham o canal eficientemente quando a carga eacute alta e bem distribuiacuteda bull Ineficiente nas cargas baixas atraso no acesso ao canal A estaccedilatildeo consegue
uma banda de 1N da capacidade do canal mesmo que haja apenas 1 noacute ativo
bull Protocolos MAC de acesso aleatoacuteriobull Eficiente nas cargas baixas um uacutenico noacute pode usar todo o canalbull Cargas altas excesso de colisotildees
bull Protocolos de passagem de permissatildeo bull Buscam o melhor dos dois mundos
Protocolos MAC com passagem de permissatildeobull Pollingbull Noacute-mestre ldquoconvidardquo os escravos a transmitirem um de cada vezbull Problemas
bull Polling overheadbull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (mestre)
bull Token passingbull Controla um token passado de um noacute a outro sequencialmentebull Mensagem tokenbull Problemas
bull Token overhead bull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (token)
Sumaacuterio dos protocolos MACbull Como se faz com um canal compartilhadobull Particionamento de canal no tempo por frequumlecircncia ou por coacutedigo
bull Divisatildeo temporal divisatildeo por coacutedigo divisatildeo por frequecircnciabull Particionamento aleatoacuterio (dinacircmico)
bull ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDbull Detecccedilatildeo de portadora faacutecil em alguns meios fiacutesicos (cabos) e difiacutecil em outros (wireless)bull CSMACD usado na rede Ethernetbull CSMACA usado em 80211
bull Passagem de permissatildeobull Polling a partir de um site central passagem de token
Tecnologias de LANbull Camada de enlace ateacute agora bull Serviccedilos detecccedilatildeo de erroscorreccedilatildeo acesso muacuteltiplo
bull A seguir tecnologias de redes locais (LAN)bull Endereccedilamentobull Ethernet bull hubs pontes switches bull PPP
Endereccedilos de LAN e ARPbull Endereccedilos IP de 32-bit bull Endereccedilos da camada de redebull Usados para levar o datagrama ateacute a rede de destino (lembre-se da definiccedilatildeo
de rede IP)
bull Endereccedilo de LAN (ou MAC ou fiacutesico)bull Usado para levar o datagrama de uma interface fiacutesica a outra fisicamente
conectada com a primeira (isto eacute na mesma rede)bull Endereccedilos MAC com 48 bits (na maioria das LANs) gravados na memoacuteria fixa
(ROM) do adaptador de rede
Endereccedilos de LAN (cont)bull A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEEbull O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (para assegurar a
unicidade)bull Analogia
bull (a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG bull (b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal
bull Endereccedilamento MAC eacute ldquoflatrdquo =gt portabilidadebull Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra sem reconfiguraccedilatildeo de
endereccedilo MAC
bull Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevelbull Depende da rede na qual se estaacute ligado
ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de resoluccedilatildeo de endereccedilos)bull Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de B dado o endereccedilo IP
de Bbull Cada noacute IP (hospedeiro roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabela
ARPbull Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN lt
endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt
bull lt IP address MAC address TTLgtbull TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute
esquecido (tipicamente 20 min)
Ethernetbull Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo bull Barato R$20 por 100 Mbpsbull Primeira tecnologia de LAN largamente usadabull Mais simples e mais barata que LANs com token e ATMbull Velocidade crescente 10 Mbps ndash 10 Gbps
Topologia em estrela
Estrutura do quadro Ethernet
Estrutura do quadro Ethernet
Serviccedilo natildeo confiaacutevel sem conexatildeobull Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o
receptorbull Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o
adaptador transmissorbull O fluxo de datagramas que passa para a camada de rede pode deixar lacunas bull Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCPbull Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas
Ethernet usa CSMACDbull Sem slotsbull Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador
transmitindo isto eacute carrier sensebull O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador
transmitindo isto eacute collision detectionbull Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo
aleatoacuterio isto eacute random access
Algoritmo CSMACD da Ethernet1 O adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro 2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmitir o quadro
Se ele detecta o canal ocupado espera ateacute ele ficar livre e entatildeo transmite 3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo
sua missatildeo com esse quadro estaacute cumprida 4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta
e envia um jam signal5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a m-eacutesima
colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2m-1 O adaptador espera K512 tempos de bit e retorna ao passo 2
Ethernet CSMACDbull Jam signal garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da
colisatildeo 48 bits bull Bit time 01 microsseg para Ethernet de 10 Mbps para K = 1023 o tempo de
espera eacute cerca de 50 mseg bull Veja o applet Java no Web site da AWL altamemte recomendado
Exponential backoff bull Objetivo adaptar tentativas de retransmissatildeo para carga atual da rede
bull Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longabull Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacute K x 512 tempos de transmissatildeo de bitbull Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3hellipbull Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023
Eficiecircncia do CSMACD
10BaseT e 100BaseT
Hubs
Codificaccedilatildeo Manchester
Gigabit Ethernetbull Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeobull Permite enlaces ponto-a-ponto e canais de muacuteltiplo acesso
compartilhadosbull No modo compartilhado o CSMACD eacute usado exige pequenas
distacircncias entre os noacutes para ser eficientebull Usa hubs chamados aqui de Distribuidores com Armazenagem
ldquoBuffered Distributorsrdquobull Full-duplex a 1 Gbps para enlaces ponto-a-ponto bull 10 Gbps agora
Interconexatildeo com hubs
Switchbull Dispositivo de camada de enlacebull Armazena e encaminha quadros Ethernetbull Examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o quadro
baseado no endereccedilo MAC de destinobull Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento usa CSMACD
para acessar o segmento
bull Transparentebull Hospedeiros satildeo inconscientes da presenccedila dos switchesbull Plug-and-play self-learning (auto-aprendizado)
Encaminhamento
Filtragemencaminhamento
Switch exemplo
Switches vs roteadores
Resumo comparaccedilatildeo
Controle de enlace de dados ponto-a-pontobull Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace de
broadcastbull Sem Media Access Controlbull Natildeo necessita de endereccedilamento MAC expliacutecito
bull Ex dialup link linha ISDN
bull Protocolos ponto-a-ponto DLC popularesbull PPP (point-to-point protocol)bull HDLC High level data link control (camada de enlace costumava ser
considerada ldquocamada altardquo na pilha de protocolos)
Virtualizaccedilatildeo das redesVirtualizaccedilatildeo dos recursos uma poderosa abstraccedilatildeo em engenharia de sistemasExemplos em computaccedilatildeo memoacuteria virtual dispositivos virtuais Maacutequinas virtuais ex javaIBM VM os dos anos 6070
Camada de abstraccedilotildees natildeo se apega a detalhes da camada mais baixa apenas trata com as camadas mais baixas abstratament
Protocolos MAC com particionamento de canal TDMATDMA acesso muacuteltiplo por divisatildeo temporalbull Acesso ao canal eacute feito por ldquoturnosrdquobull Cada estaccedilatildeo controla um compartimento (ldquoslotrdquo) de tamanho fixo
(tamanho = tempo de transmissatildeo de pacote) em cada turnobull Compartimentos natildeo usados satildeo desperdiccediladosbull Exemplo rede local com 6 estaccedilotildees 1 3 4 tecircm pacotes compartimentos 2
5 6 ficam vazios
Protocolos MAC com particionamento de canal FDMAFDMA acesso muacuteltiplo por divisatildeo de frequecircncia bull O espectro do canal eacute dividido em
bandas de frequecircnciabull Cada estaccedilatildeo recebe uma banda de
frequecircnciabull Tempo de transmissatildeo natildeo usado nas
bandas de frequecircncia eacute desperdiccediladobull Exemplo rede local com 6 estaccedilotildees
1 3 4 tecircm pacotes as bandas de frequecircncia 2 5 6 ficam vazias
Protocolos de acesso aleatoacuteriobull Quando o noacute tem um pacote a enviar
bull Transmite com toda a taxa do canal R bull Natildeo haacute uma regra de coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes
bull Dois ou mais noacutes transmitindo -gt ldquocolisatildeordquo bull Protocolo MAC de acesso aleatoacuterio especifica
bull Como detectar colisotildeesbull Como as estaccedilotildees se recuperam das colisotildees (ex via retransmissotildees atrasadas)
bull Exemplos de protocolos MAC de acesso aleatoacuteriobull slotted ALOHAbull ALOHA bull CSMA e CSMACD
Slotted ALOHASuposiccedilotildeesbull Todos os quadros de mesmo tamanhobull Tempo dividido em slots de mesmo tamanho tempo para transmitir 1 quadrobull Noacutes comeccedilam a transmitir quadros apenas no iniacutecio dos slotsbull Noacutes satildeo sincronizadosbull Se 2 ou mais noacutes transmitem no slot todos os noacutes detectam a colisatildeoOperaccedilatildeobull Quando um noacute obteacutem um novo quadro ele transmite no proacuteximo slotbull Sem colisatildeo o noacute pode enviar o novo quadro no proacuteximo slotbull Se haacute colisatildeo o noacute retransmite o quadro em cada slot subsequumlente com probabilidade p
ateacute o sucesso
Slotted ALOHAProacutesbull Um uacutenico noacute ativo pode transmitir continuamente com a taxa completa de canalbull Altamente descentralizada somente slots em noacutes precisam ser sincronizadosbull Simples Contrasbull Colisotildees desperdiacutecio de slotsbull Slots ociososbull Os noacutes podem detectar colisatildeo em menos tempo do que o tempo para transmitir o pacotebull Sincronizaccedilatildeo de clock
Eficiecircncia do slotted AlohaEficiecircncia eacute a fraccedilatildeo de slots bem-sucedidos quando haacute muitos noacutes cada um com muitos quadros para enviarbull Suponha N noacutes com muitos quadros para enviar cada um transmite no slot
com probabilidade pbull Prob de o noacute 1 obter sucesso num slot = p(1-p)N-1bull Prob de qualquer noacute obter um sucesso = Np(1-p)N-1bull Para maacutexima eficiecircncia com N noacutes encontre p que maximiza Np(1-p)N-1bull Para muitos noacutes o limite de Np(1-p)N-1 com N indo ao infinito resulta
1e = 037 No maacuteximo uso do canal para envio de dados uacuteteis 37 do tempo
Aloha puro (unslotted)bull Unslotted Aloha operaccedilatildeo mais simples natildeo haacute sincronizaccedilatildeobull Pacote necessita transmissatildeobull Enviar sem esperar pelo iniacutecio de um compartimento
bull A probabilidade de colisatildeo aumenta bull Pacote enviado em t0 colide com outros pacotes enviados em [t0-1 t0+1]
Eficiecircncia do Aloha puroP(sucesso de um dado noacute) = P(noacute transmitir)
P(nenhum outro noacute transmitir em [p0-1p0] P(nenhum outro noacute transmitir em [p0-1p0]
= p (1-p)N-1 (1-p)N-1 = p (1-p)2(N-1)
hellip escolhendo p oacutetimo e entatildeo deixando n -gt infinito = 1(2e) = 018
CSMA Carrier Sense Multiple Accessbull CSMA escuta antes de transmitirbull Se o canal parece vazio transmite o pacotebull Se o canal estaacute ocupado adia a transmissatildeobull Analogia humana natildeo interrompa os outros
Colisotildees no CSMAbull Colisotildees podem ocorrerbull o atraso de propagaccedilatildeo implica que dois noacutes
podem natildeo ouvir as transmissotildees do outro
bull Colisatildeo bull todo o tempo de transmissatildeo do pacote eacute
desperdiccedilado
bull Note bull papel da distacircncia e do atraso de propagaccedilatildeo
na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo
CSMACD (detecccedilatildeo de colisatildeo)bull CSMACD detecccedilatildeo de portadora deferecircncia como no CSMA bull Colisotildees detectadas num tempo mais curto bull Transmissotildees com colisotildees satildeo interrompidas reduzindo o desperdiacutecio do
canal bull Detecccedilatildeo de colisatildeo bull Faacutecil em LANs cabeadas mediccedilatildeo da intensidade do sinal comparaccedilatildeo dos
sinais transmitidos e recebidosbull Difiacutecil em LANs sem fio receptor desligado enquanto transmitindobull Analogia humana o ldquobom de papordquo educado
Protocolos MAC com passagem de permissatildeobull Protocolos MAC com particionamento de canaisbull Compartilham o canal eficientemente quando a carga eacute alta e bem distribuiacuteda bull Ineficiente nas cargas baixas atraso no acesso ao canal A estaccedilatildeo consegue
uma banda de 1N da capacidade do canal mesmo que haja apenas 1 noacute ativo
bull Protocolos MAC de acesso aleatoacuteriobull Eficiente nas cargas baixas um uacutenico noacute pode usar todo o canalbull Cargas altas excesso de colisotildees
bull Protocolos de passagem de permissatildeo bull Buscam o melhor dos dois mundos
Protocolos MAC com passagem de permissatildeobull Pollingbull Noacute-mestre ldquoconvidardquo os escravos a transmitirem um de cada vezbull Problemas
bull Polling overheadbull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (mestre)
bull Token passingbull Controla um token passado de um noacute a outro sequencialmentebull Mensagem tokenbull Problemas
bull Token overhead bull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (token)
Sumaacuterio dos protocolos MACbull Como se faz com um canal compartilhadobull Particionamento de canal no tempo por frequumlecircncia ou por coacutedigo
bull Divisatildeo temporal divisatildeo por coacutedigo divisatildeo por frequecircnciabull Particionamento aleatoacuterio (dinacircmico)
bull ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDbull Detecccedilatildeo de portadora faacutecil em alguns meios fiacutesicos (cabos) e difiacutecil em outros (wireless)bull CSMACD usado na rede Ethernetbull CSMACA usado em 80211
bull Passagem de permissatildeobull Polling a partir de um site central passagem de token
Tecnologias de LANbull Camada de enlace ateacute agora bull Serviccedilos detecccedilatildeo de erroscorreccedilatildeo acesso muacuteltiplo
bull A seguir tecnologias de redes locais (LAN)bull Endereccedilamentobull Ethernet bull hubs pontes switches bull PPP
Endereccedilos de LAN e ARPbull Endereccedilos IP de 32-bit bull Endereccedilos da camada de redebull Usados para levar o datagrama ateacute a rede de destino (lembre-se da definiccedilatildeo
de rede IP)
bull Endereccedilo de LAN (ou MAC ou fiacutesico)bull Usado para levar o datagrama de uma interface fiacutesica a outra fisicamente
conectada com a primeira (isto eacute na mesma rede)bull Endereccedilos MAC com 48 bits (na maioria das LANs) gravados na memoacuteria fixa
(ROM) do adaptador de rede
Endereccedilos de LAN (cont)bull A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEEbull O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (para assegurar a
unicidade)bull Analogia
bull (a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG bull (b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal
bull Endereccedilamento MAC eacute ldquoflatrdquo =gt portabilidadebull Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra sem reconfiguraccedilatildeo de
endereccedilo MAC
bull Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevelbull Depende da rede na qual se estaacute ligado
ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de resoluccedilatildeo de endereccedilos)bull Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de B dado o endereccedilo IP
de Bbull Cada noacute IP (hospedeiro roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabela
ARPbull Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN lt
endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt
bull lt IP address MAC address TTLgtbull TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute
esquecido (tipicamente 20 min)
Ethernetbull Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo bull Barato R$20 por 100 Mbpsbull Primeira tecnologia de LAN largamente usadabull Mais simples e mais barata que LANs com token e ATMbull Velocidade crescente 10 Mbps ndash 10 Gbps
Topologia em estrela
Estrutura do quadro Ethernet
Estrutura do quadro Ethernet
Serviccedilo natildeo confiaacutevel sem conexatildeobull Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o
receptorbull Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o
adaptador transmissorbull O fluxo de datagramas que passa para a camada de rede pode deixar lacunas bull Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCPbull Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas
Ethernet usa CSMACDbull Sem slotsbull Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador
transmitindo isto eacute carrier sensebull O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador
transmitindo isto eacute collision detectionbull Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo
aleatoacuterio isto eacute random access
Algoritmo CSMACD da Ethernet1 O adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro 2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmitir o quadro
Se ele detecta o canal ocupado espera ateacute ele ficar livre e entatildeo transmite 3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo
sua missatildeo com esse quadro estaacute cumprida 4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta
e envia um jam signal5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a m-eacutesima
colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2m-1 O adaptador espera K512 tempos de bit e retorna ao passo 2
Ethernet CSMACDbull Jam signal garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da
colisatildeo 48 bits bull Bit time 01 microsseg para Ethernet de 10 Mbps para K = 1023 o tempo de
espera eacute cerca de 50 mseg bull Veja o applet Java no Web site da AWL altamemte recomendado
Exponential backoff bull Objetivo adaptar tentativas de retransmissatildeo para carga atual da rede
bull Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longabull Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacute K x 512 tempos de transmissatildeo de bitbull Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3hellipbull Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023
Eficiecircncia do CSMACD
10BaseT e 100BaseT
Hubs
Codificaccedilatildeo Manchester
Gigabit Ethernetbull Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeobull Permite enlaces ponto-a-ponto e canais de muacuteltiplo acesso
compartilhadosbull No modo compartilhado o CSMACD eacute usado exige pequenas
distacircncias entre os noacutes para ser eficientebull Usa hubs chamados aqui de Distribuidores com Armazenagem
ldquoBuffered Distributorsrdquobull Full-duplex a 1 Gbps para enlaces ponto-a-ponto bull 10 Gbps agora
Interconexatildeo com hubs
Switchbull Dispositivo de camada de enlacebull Armazena e encaminha quadros Ethernetbull Examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o quadro
baseado no endereccedilo MAC de destinobull Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento usa CSMACD
para acessar o segmento
bull Transparentebull Hospedeiros satildeo inconscientes da presenccedila dos switchesbull Plug-and-play self-learning (auto-aprendizado)
Encaminhamento
Filtragemencaminhamento
Switch exemplo
Switches vs roteadores
Resumo comparaccedilatildeo
Controle de enlace de dados ponto-a-pontobull Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace de
broadcastbull Sem Media Access Controlbull Natildeo necessita de endereccedilamento MAC expliacutecito
bull Ex dialup link linha ISDN
bull Protocolos ponto-a-ponto DLC popularesbull PPP (point-to-point protocol)bull HDLC High level data link control (camada de enlace costumava ser
considerada ldquocamada altardquo na pilha de protocolos)
Virtualizaccedilatildeo das redesVirtualizaccedilatildeo dos recursos uma poderosa abstraccedilatildeo em engenharia de sistemasExemplos em computaccedilatildeo memoacuteria virtual dispositivos virtuais Maacutequinas virtuais ex javaIBM VM os dos anos 6070
Camada de abstraccedilotildees natildeo se apega a detalhes da camada mais baixa apenas trata com as camadas mais baixas abstratament
Protocolos MAC com particionamento de canal FDMAFDMA acesso muacuteltiplo por divisatildeo de frequecircncia bull O espectro do canal eacute dividido em
bandas de frequecircnciabull Cada estaccedilatildeo recebe uma banda de
frequecircnciabull Tempo de transmissatildeo natildeo usado nas
bandas de frequecircncia eacute desperdiccediladobull Exemplo rede local com 6 estaccedilotildees
1 3 4 tecircm pacotes as bandas de frequecircncia 2 5 6 ficam vazias
Protocolos de acesso aleatoacuteriobull Quando o noacute tem um pacote a enviar
bull Transmite com toda a taxa do canal R bull Natildeo haacute uma regra de coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes
bull Dois ou mais noacutes transmitindo -gt ldquocolisatildeordquo bull Protocolo MAC de acesso aleatoacuterio especifica
bull Como detectar colisotildeesbull Como as estaccedilotildees se recuperam das colisotildees (ex via retransmissotildees atrasadas)
bull Exemplos de protocolos MAC de acesso aleatoacuteriobull slotted ALOHAbull ALOHA bull CSMA e CSMACD
Slotted ALOHASuposiccedilotildeesbull Todos os quadros de mesmo tamanhobull Tempo dividido em slots de mesmo tamanho tempo para transmitir 1 quadrobull Noacutes comeccedilam a transmitir quadros apenas no iniacutecio dos slotsbull Noacutes satildeo sincronizadosbull Se 2 ou mais noacutes transmitem no slot todos os noacutes detectam a colisatildeoOperaccedilatildeobull Quando um noacute obteacutem um novo quadro ele transmite no proacuteximo slotbull Sem colisatildeo o noacute pode enviar o novo quadro no proacuteximo slotbull Se haacute colisatildeo o noacute retransmite o quadro em cada slot subsequumlente com probabilidade p
ateacute o sucesso
Slotted ALOHAProacutesbull Um uacutenico noacute ativo pode transmitir continuamente com a taxa completa de canalbull Altamente descentralizada somente slots em noacutes precisam ser sincronizadosbull Simples Contrasbull Colisotildees desperdiacutecio de slotsbull Slots ociososbull Os noacutes podem detectar colisatildeo em menos tempo do que o tempo para transmitir o pacotebull Sincronizaccedilatildeo de clock
Eficiecircncia do slotted AlohaEficiecircncia eacute a fraccedilatildeo de slots bem-sucedidos quando haacute muitos noacutes cada um com muitos quadros para enviarbull Suponha N noacutes com muitos quadros para enviar cada um transmite no slot
com probabilidade pbull Prob de o noacute 1 obter sucesso num slot = p(1-p)N-1bull Prob de qualquer noacute obter um sucesso = Np(1-p)N-1bull Para maacutexima eficiecircncia com N noacutes encontre p que maximiza Np(1-p)N-1bull Para muitos noacutes o limite de Np(1-p)N-1 com N indo ao infinito resulta
1e = 037 No maacuteximo uso do canal para envio de dados uacuteteis 37 do tempo
Aloha puro (unslotted)bull Unslotted Aloha operaccedilatildeo mais simples natildeo haacute sincronizaccedilatildeobull Pacote necessita transmissatildeobull Enviar sem esperar pelo iniacutecio de um compartimento
bull A probabilidade de colisatildeo aumenta bull Pacote enviado em t0 colide com outros pacotes enviados em [t0-1 t0+1]
Eficiecircncia do Aloha puroP(sucesso de um dado noacute) = P(noacute transmitir)
P(nenhum outro noacute transmitir em [p0-1p0] P(nenhum outro noacute transmitir em [p0-1p0]
= p (1-p)N-1 (1-p)N-1 = p (1-p)2(N-1)
hellip escolhendo p oacutetimo e entatildeo deixando n -gt infinito = 1(2e) = 018
CSMA Carrier Sense Multiple Accessbull CSMA escuta antes de transmitirbull Se o canal parece vazio transmite o pacotebull Se o canal estaacute ocupado adia a transmissatildeobull Analogia humana natildeo interrompa os outros
Colisotildees no CSMAbull Colisotildees podem ocorrerbull o atraso de propagaccedilatildeo implica que dois noacutes
podem natildeo ouvir as transmissotildees do outro
bull Colisatildeo bull todo o tempo de transmissatildeo do pacote eacute
desperdiccedilado
bull Note bull papel da distacircncia e do atraso de propagaccedilatildeo
na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo
CSMACD (detecccedilatildeo de colisatildeo)bull CSMACD detecccedilatildeo de portadora deferecircncia como no CSMA bull Colisotildees detectadas num tempo mais curto bull Transmissotildees com colisotildees satildeo interrompidas reduzindo o desperdiacutecio do
canal bull Detecccedilatildeo de colisatildeo bull Faacutecil em LANs cabeadas mediccedilatildeo da intensidade do sinal comparaccedilatildeo dos
sinais transmitidos e recebidosbull Difiacutecil em LANs sem fio receptor desligado enquanto transmitindobull Analogia humana o ldquobom de papordquo educado
Protocolos MAC com passagem de permissatildeobull Protocolos MAC com particionamento de canaisbull Compartilham o canal eficientemente quando a carga eacute alta e bem distribuiacuteda bull Ineficiente nas cargas baixas atraso no acesso ao canal A estaccedilatildeo consegue
uma banda de 1N da capacidade do canal mesmo que haja apenas 1 noacute ativo
bull Protocolos MAC de acesso aleatoacuteriobull Eficiente nas cargas baixas um uacutenico noacute pode usar todo o canalbull Cargas altas excesso de colisotildees
bull Protocolos de passagem de permissatildeo bull Buscam o melhor dos dois mundos
Protocolos MAC com passagem de permissatildeobull Pollingbull Noacute-mestre ldquoconvidardquo os escravos a transmitirem um de cada vezbull Problemas
bull Polling overheadbull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (mestre)
bull Token passingbull Controla um token passado de um noacute a outro sequencialmentebull Mensagem tokenbull Problemas
bull Token overhead bull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (token)
Sumaacuterio dos protocolos MACbull Como se faz com um canal compartilhadobull Particionamento de canal no tempo por frequumlecircncia ou por coacutedigo
bull Divisatildeo temporal divisatildeo por coacutedigo divisatildeo por frequecircnciabull Particionamento aleatoacuterio (dinacircmico)
bull ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDbull Detecccedilatildeo de portadora faacutecil em alguns meios fiacutesicos (cabos) e difiacutecil em outros (wireless)bull CSMACD usado na rede Ethernetbull CSMACA usado em 80211
bull Passagem de permissatildeobull Polling a partir de um site central passagem de token
Tecnologias de LANbull Camada de enlace ateacute agora bull Serviccedilos detecccedilatildeo de erroscorreccedilatildeo acesso muacuteltiplo
bull A seguir tecnologias de redes locais (LAN)bull Endereccedilamentobull Ethernet bull hubs pontes switches bull PPP
Endereccedilos de LAN e ARPbull Endereccedilos IP de 32-bit bull Endereccedilos da camada de redebull Usados para levar o datagrama ateacute a rede de destino (lembre-se da definiccedilatildeo
de rede IP)
bull Endereccedilo de LAN (ou MAC ou fiacutesico)bull Usado para levar o datagrama de uma interface fiacutesica a outra fisicamente
conectada com a primeira (isto eacute na mesma rede)bull Endereccedilos MAC com 48 bits (na maioria das LANs) gravados na memoacuteria fixa
(ROM) do adaptador de rede
Endereccedilos de LAN (cont)bull A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEEbull O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (para assegurar a
unicidade)bull Analogia
bull (a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG bull (b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal
bull Endereccedilamento MAC eacute ldquoflatrdquo =gt portabilidadebull Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra sem reconfiguraccedilatildeo de
endereccedilo MAC
bull Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevelbull Depende da rede na qual se estaacute ligado
ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de resoluccedilatildeo de endereccedilos)bull Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de B dado o endereccedilo IP
de Bbull Cada noacute IP (hospedeiro roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabela
ARPbull Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN lt
endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt
bull lt IP address MAC address TTLgtbull TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute
esquecido (tipicamente 20 min)
Ethernetbull Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo bull Barato R$20 por 100 Mbpsbull Primeira tecnologia de LAN largamente usadabull Mais simples e mais barata que LANs com token e ATMbull Velocidade crescente 10 Mbps ndash 10 Gbps
Topologia em estrela
Estrutura do quadro Ethernet
Estrutura do quadro Ethernet
Serviccedilo natildeo confiaacutevel sem conexatildeobull Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o
receptorbull Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o
adaptador transmissorbull O fluxo de datagramas que passa para a camada de rede pode deixar lacunas bull Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCPbull Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas
Ethernet usa CSMACDbull Sem slotsbull Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador
transmitindo isto eacute carrier sensebull O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador
transmitindo isto eacute collision detectionbull Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo
aleatoacuterio isto eacute random access
Algoritmo CSMACD da Ethernet1 O adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro 2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmitir o quadro
Se ele detecta o canal ocupado espera ateacute ele ficar livre e entatildeo transmite 3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo
sua missatildeo com esse quadro estaacute cumprida 4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta
e envia um jam signal5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a m-eacutesima
colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2m-1 O adaptador espera K512 tempos de bit e retorna ao passo 2
Ethernet CSMACDbull Jam signal garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da
colisatildeo 48 bits bull Bit time 01 microsseg para Ethernet de 10 Mbps para K = 1023 o tempo de
espera eacute cerca de 50 mseg bull Veja o applet Java no Web site da AWL altamemte recomendado
Exponential backoff bull Objetivo adaptar tentativas de retransmissatildeo para carga atual da rede
bull Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longabull Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacute K x 512 tempos de transmissatildeo de bitbull Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3hellipbull Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023
Eficiecircncia do CSMACD
10BaseT e 100BaseT
Hubs
Codificaccedilatildeo Manchester
Gigabit Ethernetbull Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeobull Permite enlaces ponto-a-ponto e canais de muacuteltiplo acesso
compartilhadosbull No modo compartilhado o CSMACD eacute usado exige pequenas
distacircncias entre os noacutes para ser eficientebull Usa hubs chamados aqui de Distribuidores com Armazenagem
ldquoBuffered Distributorsrdquobull Full-duplex a 1 Gbps para enlaces ponto-a-ponto bull 10 Gbps agora
Interconexatildeo com hubs
Switchbull Dispositivo de camada de enlacebull Armazena e encaminha quadros Ethernetbull Examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o quadro
baseado no endereccedilo MAC de destinobull Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento usa CSMACD
para acessar o segmento
bull Transparentebull Hospedeiros satildeo inconscientes da presenccedila dos switchesbull Plug-and-play self-learning (auto-aprendizado)
Encaminhamento
Filtragemencaminhamento
Switch exemplo
Switches vs roteadores
Resumo comparaccedilatildeo
Controle de enlace de dados ponto-a-pontobull Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace de
broadcastbull Sem Media Access Controlbull Natildeo necessita de endereccedilamento MAC expliacutecito
bull Ex dialup link linha ISDN
bull Protocolos ponto-a-ponto DLC popularesbull PPP (point-to-point protocol)bull HDLC High level data link control (camada de enlace costumava ser
considerada ldquocamada altardquo na pilha de protocolos)
Virtualizaccedilatildeo das redesVirtualizaccedilatildeo dos recursos uma poderosa abstraccedilatildeo em engenharia de sistemasExemplos em computaccedilatildeo memoacuteria virtual dispositivos virtuais Maacutequinas virtuais ex javaIBM VM os dos anos 6070
Camada de abstraccedilotildees natildeo se apega a detalhes da camada mais baixa apenas trata com as camadas mais baixas abstratament
Protocolos de acesso aleatoacuteriobull Quando o noacute tem um pacote a enviar
bull Transmite com toda a taxa do canal R bull Natildeo haacute uma regra de coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes
bull Dois ou mais noacutes transmitindo -gt ldquocolisatildeordquo bull Protocolo MAC de acesso aleatoacuterio especifica
bull Como detectar colisotildeesbull Como as estaccedilotildees se recuperam das colisotildees (ex via retransmissotildees atrasadas)
bull Exemplos de protocolos MAC de acesso aleatoacuteriobull slotted ALOHAbull ALOHA bull CSMA e CSMACD
Slotted ALOHASuposiccedilotildeesbull Todos os quadros de mesmo tamanhobull Tempo dividido em slots de mesmo tamanho tempo para transmitir 1 quadrobull Noacutes comeccedilam a transmitir quadros apenas no iniacutecio dos slotsbull Noacutes satildeo sincronizadosbull Se 2 ou mais noacutes transmitem no slot todos os noacutes detectam a colisatildeoOperaccedilatildeobull Quando um noacute obteacutem um novo quadro ele transmite no proacuteximo slotbull Sem colisatildeo o noacute pode enviar o novo quadro no proacuteximo slotbull Se haacute colisatildeo o noacute retransmite o quadro em cada slot subsequumlente com probabilidade p
ateacute o sucesso
Slotted ALOHAProacutesbull Um uacutenico noacute ativo pode transmitir continuamente com a taxa completa de canalbull Altamente descentralizada somente slots em noacutes precisam ser sincronizadosbull Simples Contrasbull Colisotildees desperdiacutecio de slotsbull Slots ociososbull Os noacutes podem detectar colisatildeo em menos tempo do que o tempo para transmitir o pacotebull Sincronizaccedilatildeo de clock
Eficiecircncia do slotted AlohaEficiecircncia eacute a fraccedilatildeo de slots bem-sucedidos quando haacute muitos noacutes cada um com muitos quadros para enviarbull Suponha N noacutes com muitos quadros para enviar cada um transmite no slot
com probabilidade pbull Prob de o noacute 1 obter sucesso num slot = p(1-p)N-1bull Prob de qualquer noacute obter um sucesso = Np(1-p)N-1bull Para maacutexima eficiecircncia com N noacutes encontre p que maximiza Np(1-p)N-1bull Para muitos noacutes o limite de Np(1-p)N-1 com N indo ao infinito resulta
1e = 037 No maacuteximo uso do canal para envio de dados uacuteteis 37 do tempo
Aloha puro (unslotted)bull Unslotted Aloha operaccedilatildeo mais simples natildeo haacute sincronizaccedilatildeobull Pacote necessita transmissatildeobull Enviar sem esperar pelo iniacutecio de um compartimento
bull A probabilidade de colisatildeo aumenta bull Pacote enviado em t0 colide com outros pacotes enviados em [t0-1 t0+1]
Eficiecircncia do Aloha puroP(sucesso de um dado noacute) = P(noacute transmitir)
P(nenhum outro noacute transmitir em [p0-1p0] P(nenhum outro noacute transmitir em [p0-1p0]
= p (1-p)N-1 (1-p)N-1 = p (1-p)2(N-1)
hellip escolhendo p oacutetimo e entatildeo deixando n -gt infinito = 1(2e) = 018
CSMA Carrier Sense Multiple Accessbull CSMA escuta antes de transmitirbull Se o canal parece vazio transmite o pacotebull Se o canal estaacute ocupado adia a transmissatildeobull Analogia humana natildeo interrompa os outros
Colisotildees no CSMAbull Colisotildees podem ocorrerbull o atraso de propagaccedilatildeo implica que dois noacutes
podem natildeo ouvir as transmissotildees do outro
bull Colisatildeo bull todo o tempo de transmissatildeo do pacote eacute
desperdiccedilado
bull Note bull papel da distacircncia e do atraso de propagaccedilatildeo
na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo
CSMACD (detecccedilatildeo de colisatildeo)bull CSMACD detecccedilatildeo de portadora deferecircncia como no CSMA bull Colisotildees detectadas num tempo mais curto bull Transmissotildees com colisotildees satildeo interrompidas reduzindo o desperdiacutecio do
canal bull Detecccedilatildeo de colisatildeo bull Faacutecil em LANs cabeadas mediccedilatildeo da intensidade do sinal comparaccedilatildeo dos
sinais transmitidos e recebidosbull Difiacutecil em LANs sem fio receptor desligado enquanto transmitindobull Analogia humana o ldquobom de papordquo educado
Protocolos MAC com passagem de permissatildeobull Protocolos MAC com particionamento de canaisbull Compartilham o canal eficientemente quando a carga eacute alta e bem distribuiacuteda bull Ineficiente nas cargas baixas atraso no acesso ao canal A estaccedilatildeo consegue
uma banda de 1N da capacidade do canal mesmo que haja apenas 1 noacute ativo
bull Protocolos MAC de acesso aleatoacuteriobull Eficiente nas cargas baixas um uacutenico noacute pode usar todo o canalbull Cargas altas excesso de colisotildees
bull Protocolos de passagem de permissatildeo bull Buscam o melhor dos dois mundos
Protocolos MAC com passagem de permissatildeobull Pollingbull Noacute-mestre ldquoconvidardquo os escravos a transmitirem um de cada vezbull Problemas
bull Polling overheadbull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (mestre)
bull Token passingbull Controla um token passado de um noacute a outro sequencialmentebull Mensagem tokenbull Problemas
bull Token overhead bull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (token)
Sumaacuterio dos protocolos MACbull Como se faz com um canal compartilhadobull Particionamento de canal no tempo por frequumlecircncia ou por coacutedigo
bull Divisatildeo temporal divisatildeo por coacutedigo divisatildeo por frequecircnciabull Particionamento aleatoacuterio (dinacircmico)
bull ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDbull Detecccedilatildeo de portadora faacutecil em alguns meios fiacutesicos (cabos) e difiacutecil em outros (wireless)bull CSMACD usado na rede Ethernetbull CSMACA usado em 80211
bull Passagem de permissatildeobull Polling a partir de um site central passagem de token
Tecnologias de LANbull Camada de enlace ateacute agora bull Serviccedilos detecccedilatildeo de erroscorreccedilatildeo acesso muacuteltiplo
bull A seguir tecnologias de redes locais (LAN)bull Endereccedilamentobull Ethernet bull hubs pontes switches bull PPP
Endereccedilos de LAN e ARPbull Endereccedilos IP de 32-bit bull Endereccedilos da camada de redebull Usados para levar o datagrama ateacute a rede de destino (lembre-se da definiccedilatildeo
de rede IP)
bull Endereccedilo de LAN (ou MAC ou fiacutesico)bull Usado para levar o datagrama de uma interface fiacutesica a outra fisicamente
conectada com a primeira (isto eacute na mesma rede)bull Endereccedilos MAC com 48 bits (na maioria das LANs) gravados na memoacuteria fixa
(ROM) do adaptador de rede
Endereccedilos de LAN (cont)bull A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEEbull O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (para assegurar a
unicidade)bull Analogia
bull (a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG bull (b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal
bull Endereccedilamento MAC eacute ldquoflatrdquo =gt portabilidadebull Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra sem reconfiguraccedilatildeo de
endereccedilo MAC
bull Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevelbull Depende da rede na qual se estaacute ligado
ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de resoluccedilatildeo de endereccedilos)bull Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de B dado o endereccedilo IP
de Bbull Cada noacute IP (hospedeiro roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabela
ARPbull Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN lt
endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt
bull lt IP address MAC address TTLgtbull TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute
esquecido (tipicamente 20 min)
Ethernetbull Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo bull Barato R$20 por 100 Mbpsbull Primeira tecnologia de LAN largamente usadabull Mais simples e mais barata que LANs com token e ATMbull Velocidade crescente 10 Mbps ndash 10 Gbps
Topologia em estrela
Estrutura do quadro Ethernet
Estrutura do quadro Ethernet
Serviccedilo natildeo confiaacutevel sem conexatildeobull Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o
receptorbull Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o
adaptador transmissorbull O fluxo de datagramas que passa para a camada de rede pode deixar lacunas bull Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCPbull Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas
Ethernet usa CSMACDbull Sem slotsbull Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador
transmitindo isto eacute carrier sensebull O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador
transmitindo isto eacute collision detectionbull Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo
aleatoacuterio isto eacute random access
Algoritmo CSMACD da Ethernet1 O adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro 2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmitir o quadro
Se ele detecta o canal ocupado espera ateacute ele ficar livre e entatildeo transmite 3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo
sua missatildeo com esse quadro estaacute cumprida 4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta
e envia um jam signal5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a m-eacutesima
colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2m-1 O adaptador espera K512 tempos de bit e retorna ao passo 2
Ethernet CSMACDbull Jam signal garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da
colisatildeo 48 bits bull Bit time 01 microsseg para Ethernet de 10 Mbps para K = 1023 o tempo de
espera eacute cerca de 50 mseg bull Veja o applet Java no Web site da AWL altamemte recomendado
Exponential backoff bull Objetivo adaptar tentativas de retransmissatildeo para carga atual da rede
bull Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longabull Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacute K x 512 tempos de transmissatildeo de bitbull Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3hellipbull Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023
Eficiecircncia do CSMACD
10BaseT e 100BaseT
Hubs
Codificaccedilatildeo Manchester
Gigabit Ethernetbull Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeobull Permite enlaces ponto-a-ponto e canais de muacuteltiplo acesso
compartilhadosbull No modo compartilhado o CSMACD eacute usado exige pequenas
distacircncias entre os noacutes para ser eficientebull Usa hubs chamados aqui de Distribuidores com Armazenagem
ldquoBuffered Distributorsrdquobull Full-duplex a 1 Gbps para enlaces ponto-a-ponto bull 10 Gbps agora
Interconexatildeo com hubs
Switchbull Dispositivo de camada de enlacebull Armazena e encaminha quadros Ethernetbull Examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o quadro
baseado no endereccedilo MAC de destinobull Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento usa CSMACD
para acessar o segmento
bull Transparentebull Hospedeiros satildeo inconscientes da presenccedila dos switchesbull Plug-and-play self-learning (auto-aprendizado)
Encaminhamento
Filtragemencaminhamento
Switch exemplo
Switches vs roteadores
Resumo comparaccedilatildeo
Controle de enlace de dados ponto-a-pontobull Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace de
broadcastbull Sem Media Access Controlbull Natildeo necessita de endereccedilamento MAC expliacutecito
bull Ex dialup link linha ISDN
bull Protocolos ponto-a-ponto DLC popularesbull PPP (point-to-point protocol)bull HDLC High level data link control (camada de enlace costumava ser
considerada ldquocamada altardquo na pilha de protocolos)
Virtualizaccedilatildeo das redesVirtualizaccedilatildeo dos recursos uma poderosa abstraccedilatildeo em engenharia de sistemasExemplos em computaccedilatildeo memoacuteria virtual dispositivos virtuais Maacutequinas virtuais ex javaIBM VM os dos anos 6070
Camada de abstraccedilotildees natildeo se apega a detalhes da camada mais baixa apenas trata com as camadas mais baixas abstratament
Slotted ALOHASuposiccedilotildeesbull Todos os quadros de mesmo tamanhobull Tempo dividido em slots de mesmo tamanho tempo para transmitir 1 quadrobull Noacutes comeccedilam a transmitir quadros apenas no iniacutecio dos slotsbull Noacutes satildeo sincronizadosbull Se 2 ou mais noacutes transmitem no slot todos os noacutes detectam a colisatildeoOperaccedilatildeobull Quando um noacute obteacutem um novo quadro ele transmite no proacuteximo slotbull Sem colisatildeo o noacute pode enviar o novo quadro no proacuteximo slotbull Se haacute colisatildeo o noacute retransmite o quadro em cada slot subsequumlente com probabilidade p
ateacute o sucesso
Slotted ALOHAProacutesbull Um uacutenico noacute ativo pode transmitir continuamente com a taxa completa de canalbull Altamente descentralizada somente slots em noacutes precisam ser sincronizadosbull Simples Contrasbull Colisotildees desperdiacutecio de slotsbull Slots ociososbull Os noacutes podem detectar colisatildeo em menos tempo do que o tempo para transmitir o pacotebull Sincronizaccedilatildeo de clock
Eficiecircncia do slotted AlohaEficiecircncia eacute a fraccedilatildeo de slots bem-sucedidos quando haacute muitos noacutes cada um com muitos quadros para enviarbull Suponha N noacutes com muitos quadros para enviar cada um transmite no slot
com probabilidade pbull Prob de o noacute 1 obter sucesso num slot = p(1-p)N-1bull Prob de qualquer noacute obter um sucesso = Np(1-p)N-1bull Para maacutexima eficiecircncia com N noacutes encontre p que maximiza Np(1-p)N-1bull Para muitos noacutes o limite de Np(1-p)N-1 com N indo ao infinito resulta
1e = 037 No maacuteximo uso do canal para envio de dados uacuteteis 37 do tempo
Aloha puro (unslotted)bull Unslotted Aloha operaccedilatildeo mais simples natildeo haacute sincronizaccedilatildeobull Pacote necessita transmissatildeobull Enviar sem esperar pelo iniacutecio de um compartimento
bull A probabilidade de colisatildeo aumenta bull Pacote enviado em t0 colide com outros pacotes enviados em [t0-1 t0+1]
Eficiecircncia do Aloha puroP(sucesso de um dado noacute) = P(noacute transmitir)
P(nenhum outro noacute transmitir em [p0-1p0] P(nenhum outro noacute transmitir em [p0-1p0]
= p (1-p)N-1 (1-p)N-1 = p (1-p)2(N-1)
hellip escolhendo p oacutetimo e entatildeo deixando n -gt infinito = 1(2e) = 018
CSMA Carrier Sense Multiple Accessbull CSMA escuta antes de transmitirbull Se o canal parece vazio transmite o pacotebull Se o canal estaacute ocupado adia a transmissatildeobull Analogia humana natildeo interrompa os outros
Colisotildees no CSMAbull Colisotildees podem ocorrerbull o atraso de propagaccedilatildeo implica que dois noacutes
podem natildeo ouvir as transmissotildees do outro
bull Colisatildeo bull todo o tempo de transmissatildeo do pacote eacute
desperdiccedilado
bull Note bull papel da distacircncia e do atraso de propagaccedilatildeo
na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo
CSMACD (detecccedilatildeo de colisatildeo)bull CSMACD detecccedilatildeo de portadora deferecircncia como no CSMA bull Colisotildees detectadas num tempo mais curto bull Transmissotildees com colisotildees satildeo interrompidas reduzindo o desperdiacutecio do
canal bull Detecccedilatildeo de colisatildeo bull Faacutecil em LANs cabeadas mediccedilatildeo da intensidade do sinal comparaccedilatildeo dos
sinais transmitidos e recebidosbull Difiacutecil em LANs sem fio receptor desligado enquanto transmitindobull Analogia humana o ldquobom de papordquo educado
Protocolos MAC com passagem de permissatildeobull Protocolos MAC com particionamento de canaisbull Compartilham o canal eficientemente quando a carga eacute alta e bem distribuiacuteda bull Ineficiente nas cargas baixas atraso no acesso ao canal A estaccedilatildeo consegue
uma banda de 1N da capacidade do canal mesmo que haja apenas 1 noacute ativo
bull Protocolos MAC de acesso aleatoacuteriobull Eficiente nas cargas baixas um uacutenico noacute pode usar todo o canalbull Cargas altas excesso de colisotildees
bull Protocolos de passagem de permissatildeo bull Buscam o melhor dos dois mundos
Protocolos MAC com passagem de permissatildeobull Pollingbull Noacute-mestre ldquoconvidardquo os escravos a transmitirem um de cada vezbull Problemas
bull Polling overheadbull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (mestre)
bull Token passingbull Controla um token passado de um noacute a outro sequencialmentebull Mensagem tokenbull Problemas
bull Token overhead bull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (token)
Sumaacuterio dos protocolos MACbull Como se faz com um canal compartilhadobull Particionamento de canal no tempo por frequumlecircncia ou por coacutedigo
bull Divisatildeo temporal divisatildeo por coacutedigo divisatildeo por frequecircnciabull Particionamento aleatoacuterio (dinacircmico)
bull ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDbull Detecccedilatildeo de portadora faacutecil em alguns meios fiacutesicos (cabos) e difiacutecil em outros (wireless)bull CSMACD usado na rede Ethernetbull CSMACA usado em 80211
bull Passagem de permissatildeobull Polling a partir de um site central passagem de token
Tecnologias de LANbull Camada de enlace ateacute agora bull Serviccedilos detecccedilatildeo de erroscorreccedilatildeo acesso muacuteltiplo
bull A seguir tecnologias de redes locais (LAN)bull Endereccedilamentobull Ethernet bull hubs pontes switches bull PPP
Endereccedilos de LAN e ARPbull Endereccedilos IP de 32-bit bull Endereccedilos da camada de redebull Usados para levar o datagrama ateacute a rede de destino (lembre-se da definiccedilatildeo
de rede IP)
bull Endereccedilo de LAN (ou MAC ou fiacutesico)bull Usado para levar o datagrama de uma interface fiacutesica a outra fisicamente
conectada com a primeira (isto eacute na mesma rede)bull Endereccedilos MAC com 48 bits (na maioria das LANs) gravados na memoacuteria fixa
(ROM) do adaptador de rede
Endereccedilos de LAN (cont)bull A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEEbull O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (para assegurar a
unicidade)bull Analogia
bull (a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG bull (b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal
bull Endereccedilamento MAC eacute ldquoflatrdquo =gt portabilidadebull Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra sem reconfiguraccedilatildeo de
endereccedilo MAC
bull Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevelbull Depende da rede na qual se estaacute ligado
ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de resoluccedilatildeo de endereccedilos)bull Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de B dado o endereccedilo IP
de Bbull Cada noacute IP (hospedeiro roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabela
ARPbull Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN lt
endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt
bull lt IP address MAC address TTLgtbull TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute
esquecido (tipicamente 20 min)
Ethernetbull Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo bull Barato R$20 por 100 Mbpsbull Primeira tecnologia de LAN largamente usadabull Mais simples e mais barata que LANs com token e ATMbull Velocidade crescente 10 Mbps ndash 10 Gbps
Topologia em estrela
Estrutura do quadro Ethernet
Estrutura do quadro Ethernet
Serviccedilo natildeo confiaacutevel sem conexatildeobull Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o
receptorbull Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o
adaptador transmissorbull O fluxo de datagramas que passa para a camada de rede pode deixar lacunas bull Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCPbull Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas
Ethernet usa CSMACDbull Sem slotsbull Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador
transmitindo isto eacute carrier sensebull O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador
transmitindo isto eacute collision detectionbull Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo
aleatoacuterio isto eacute random access
Algoritmo CSMACD da Ethernet1 O adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro 2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmitir o quadro
Se ele detecta o canal ocupado espera ateacute ele ficar livre e entatildeo transmite 3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo
sua missatildeo com esse quadro estaacute cumprida 4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta
e envia um jam signal5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a m-eacutesima
colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2m-1 O adaptador espera K512 tempos de bit e retorna ao passo 2
Ethernet CSMACDbull Jam signal garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da
colisatildeo 48 bits bull Bit time 01 microsseg para Ethernet de 10 Mbps para K = 1023 o tempo de
espera eacute cerca de 50 mseg bull Veja o applet Java no Web site da AWL altamemte recomendado
Exponential backoff bull Objetivo adaptar tentativas de retransmissatildeo para carga atual da rede
bull Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longabull Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacute K x 512 tempos de transmissatildeo de bitbull Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3hellipbull Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023
Eficiecircncia do CSMACD
10BaseT e 100BaseT
Hubs
Codificaccedilatildeo Manchester
Gigabit Ethernetbull Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeobull Permite enlaces ponto-a-ponto e canais de muacuteltiplo acesso
compartilhadosbull No modo compartilhado o CSMACD eacute usado exige pequenas
distacircncias entre os noacutes para ser eficientebull Usa hubs chamados aqui de Distribuidores com Armazenagem
ldquoBuffered Distributorsrdquobull Full-duplex a 1 Gbps para enlaces ponto-a-ponto bull 10 Gbps agora
Interconexatildeo com hubs
Switchbull Dispositivo de camada de enlacebull Armazena e encaminha quadros Ethernetbull Examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o quadro
baseado no endereccedilo MAC de destinobull Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento usa CSMACD
para acessar o segmento
bull Transparentebull Hospedeiros satildeo inconscientes da presenccedila dos switchesbull Plug-and-play self-learning (auto-aprendizado)
Encaminhamento
Filtragemencaminhamento
Switch exemplo
Switches vs roteadores
Resumo comparaccedilatildeo
Controle de enlace de dados ponto-a-pontobull Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace de
broadcastbull Sem Media Access Controlbull Natildeo necessita de endereccedilamento MAC expliacutecito
bull Ex dialup link linha ISDN
bull Protocolos ponto-a-ponto DLC popularesbull PPP (point-to-point protocol)bull HDLC High level data link control (camada de enlace costumava ser
considerada ldquocamada altardquo na pilha de protocolos)
Virtualizaccedilatildeo das redesVirtualizaccedilatildeo dos recursos uma poderosa abstraccedilatildeo em engenharia de sistemasExemplos em computaccedilatildeo memoacuteria virtual dispositivos virtuais Maacutequinas virtuais ex javaIBM VM os dos anos 6070
Camada de abstraccedilotildees natildeo se apega a detalhes da camada mais baixa apenas trata com as camadas mais baixas abstratament
Slotted ALOHAProacutesbull Um uacutenico noacute ativo pode transmitir continuamente com a taxa completa de canalbull Altamente descentralizada somente slots em noacutes precisam ser sincronizadosbull Simples Contrasbull Colisotildees desperdiacutecio de slotsbull Slots ociososbull Os noacutes podem detectar colisatildeo em menos tempo do que o tempo para transmitir o pacotebull Sincronizaccedilatildeo de clock
Eficiecircncia do slotted AlohaEficiecircncia eacute a fraccedilatildeo de slots bem-sucedidos quando haacute muitos noacutes cada um com muitos quadros para enviarbull Suponha N noacutes com muitos quadros para enviar cada um transmite no slot
com probabilidade pbull Prob de o noacute 1 obter sucesso num slot = p(1-p)N-1bull Prob de qualquer noacute obter um sucesso = Np(1-p)N-1bull Para maacutexima eficiecircncia com N noacutes encontre p que maximiza Np(1-p)N-1bull Para muitos noacutes o limite de Np(1-p)N-1 com N indo ao infinito resulta
1e = 037 No maacuteximo uso do canal para envio de dados uacuteteis 37 do tempo
Aloha puro (unslotted)bull Unslotted Aloha operaccedilatildeo mais simples natildeo haacute sincronizaccedilatildeobull Pacote necessita transmissatildeobull Enviar sem esperar pelo iniacutecio de um compartimento
bull A probabilidade de colisatildeo aumenta bull Pacote enviado em t0 colide com outros pacotes enviados em [t0-1 t0+1]
Eficiecircncia do Aloha puroP(sucesso de um dado noacute) = P(noacute transmitir)
P(nenhum outro noacute transmitir em [p0-1p0] P(nenhum outro noacute transmitir em [p0-1p0]
= p (1-p)N-1 (1-p)N-1 = p (1-p)2(N-1)
hellip escolhendo p oacutetimo e entatildeo deixando n -gt infinito = 1(2e) = 018
CSMA Carrier Sense Multiple Accessbull CSMA escuta antes de transmitirbull Se o canal parece vazio transmite o pacotebull Se o canal estaacute ocupado adia a transmissatildeobull Analogia humana natildeo interrompa os outros
Colisotildees no CSMAbull Colisotildees podem ocorrerbull o atraso de propagaccedilatildeo implica que dois noacutes
podem natildeo ouvir as transmissotildees do outro
bull Colisatildeo bull todo o tempo de transmissatildeo do pacote eacute
desperdiccedilado
bull Note bull papel da distacircncia e do atraso de propagaccedilatildeo
na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo
CSMACD (detecccedilatildeo de colisatildeo)bull CSMACD detecccedilatildeo de portadora deferecircncia como no CSMA bull Colisotildees detectadas num tempo mais curto bull Transmissotildees com colisotildees satildeo interrompidas reduzindo o desperdiacutecio do
canal bull Detecccedilatildeo de colisatildeo bull Faacutecil em LANs cabeadas mediccedilatildeo da intensidade do sinal comparaccedilatildeo dos
sinais transmitidos e recebidosbull Difiacutecil em LANs sem fio receptor desligado enquanto transmitindobull Analogia humana o ldquobom de papordquo educado
Protocolos MAC com passagem de permissatildeobull Protocolos MAC com particionamento de canaisbull Compartilham o canal eficientemente quando a carga eacute alta e bem distribuiacuteda bull Ineficiente nas cargas baixas atraso no acesso ao canal A estaccedilatildeo consegue
uma banda de 1N da capacidade do canal mesmo que haja apenas 1 noacute ativo
bull Protocolos MAC de acesso aleatoacuteriobull Eficiente nas cargas baixas um uacutenico noacute pode usar todo o canalbull Cargas altas excesso de colisotildees
bull Protocolos de passagem de permissatildeo bull Buscam o melhor dos dois mundos
Protocolos MAC com passagem de permissatildeobull Pollingbull Noacute-mestre ldquoconvidardquo os escravos a transmitirem um de cada vezbull Problemas
bull Polling overheadbull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (mestre)
bull Token passingbull Controla um token passado de um noacute a outro sequencialmentebull Mensagem tokenbull Problemas
bull Token overhead bull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (token)
Sumaacuterio dos protocolos MACbull Como se faz com um canal compartilhadobull Particionamento de canal no tempo por frequumlecircncia ou por coacutedigo
bull Divisatildeo temporal divisatildeo por coacutedigo divisatildeo por frequecircnciabull Particionamento aleatoacuterio (dinacircmico)
bull ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDbull Detecccedilatildeo de portadora faacutecil em alguns meios fiacutesicos (cabos) e difiacutecil em outros (wireless)bull CSMACD usado na rede Ethernetbull CSMACA usado em 80211
bull Passagem de permissatildeobull Polling a partir de um site central passagem de token
Tecnologias de LANbull Camada de enlace ateacute agora bull Serviccedilos detecccedilatildeo de erroscorreccedilatildeo acesso muacuteltiplo
bull A seguir tecnologias de redes locais (LAN)bull Endereccedilamentobull Ethernet bull hubs pontes switches bull PPP
Endereccedilos de LAN e ARPbull Endereccedilos IP de 32-bit bull Endereccedilos da camada de redebull Usados para levar o datagrama ateacute a rede de destino (lembre-se da definiccedilatildeo
de rede IP)
bull Endereccedilo de LAN (ou MAC ou fiacutesico)bull Usado para levar o datagrama de uma interface fiacutesica a outra fisicamente
conectada com a primeira (isto eacute na mesma rede)bull Endereccedilos MAC com 48 bits (na maioria das LANs) gravados na memoacuteria fixa
(ROM) do adaptador de rede
Endereccedilos de LAN (cont)bull A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEEbull O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (para assegurar a
unicidade)bull Analogia
bull (a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG bull (b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal
bull Endereccedilamento MAC eacute ldquoflatrdquo =gt portabilidadebull Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra sem reconfiguraccedilatildeo de
endereccedilo MAC
bull Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevelbull Depende da rede na qual se estaacute ligado
ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de resoluccedilatildeo de endereccedilos)bull Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de B dado o endereccedilo IP
de Bbull Cada noacute IP (hospedeiro roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabela
ARPbull Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN lt
endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt
bull lt IP address MAC address TTLgtbull TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute
esquecido (tipicamente 20 min)
Ethernetbull Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo bull Barato R$20 por 100 Mbpsbull Primeira tecnologia de LAN largamente usadabull Mais simples e mais barata que LANs com token e ATMbull Velocidade crescente 10 Mbps ndash 10 Gbps
Topologia em estrela
Estrutura do quadro Ethernet
Estrutura do quadro Ethernet
Serviccedilo natildeo confiaacutevel sem conexatildeobull Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o
receptorbull Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o
adaptador transmissorbull O fluxo de datagramas que passa para a camada de rede pode deixar lacunas bull Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCPbull Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas
Ethernet usa CSMACDbull Sem slotsbull Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador
transmitindo isto eacute carrier sensebull O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador
transmitindo isto eacute collision detectionbull Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo
aleatoacuterio isto eacute random access
Algoritmo CSMACD da Ethernet1 O adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro 2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmitir o quadro
Se ele detecta o canal ocupado espera ateacute ele ficar livre e entatildeo transmite 3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo
sua missatildeo com esse quadro estaacute cumprida 4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta
e envia um jam signal5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a m-eacutesima
colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2m-1 O adaptador espera K512 tempos de bit e retorna ao passo 2
Ethernet CSMACDbull Jam signal garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da
colisatildeo 48 bits bull Bit time 01 microsseg para Ethernet de 10 Mbps para K = 1023 o tempo de
espera eacute cerca de 50 mseg bull Veja o applet Java no Web site da AWL altamemte recomendado
Exponential backoff bull Objetivo adaptar tentativas de retransmissatildeo para carga atual da rede
bull Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longabull Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacute K x 512 tempos de transmissatildeo de bitbull Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3hellipbull Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023
Eficiecircncia do CSMACD
10BaseT e 100BaseT
Hubs
Codificaccedilatildeo Manchester
Gigabit Ethernetbull Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeobull Permite enlaces ponto-a-ponto e canais de muacuteltiplo acesso
compartilhadosbull No modo compartilhado o CSMACD eacute usado exige pequenas
distacircncias entre os noacutes para ser eficientebull Usa hubs chamados aqui de Distribuidores com Armazenagem
ldquoBuffered Distributorsrdquobull Full-duplex a 1 Gbps para enlaces ponto-a-ponto bull 10 Gbps agora
Interconexatildeo com hubs
Switchbull Dispositivo de camada de enlacebull Armazena e encaminha quadros Ethernetbull Examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o quadro
baseado no endereccedilo MAC de destinobull Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento usa CSMACD
para acessar o segmento
bull Transparentebull Hospedeiros satildeo inconscientes da presenccedila dos switchesbull Plug-and-play self-learning (auto-aprendizado)
Encaminhamento
Filtragemencaminhamento
Switch exemplo
Switches vs roteadores
Resumo comparaccedilatildeo
Controle de enlace de dados ponto-a-pontobull Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace de
broadcastbull Sem Media Access Controlbull Natildeo necessita de endereccedilamento MAC expliacutecito
bull Ex dialup link linha ISDN
bull Protocolos ponto-a-ponto DLC popularesbull PPP (point-to-point protocol)bull HDLC High level data link control (camada de enlace costumava ser
considerada ldquocamada altardquo na pilha de protocolos)
Virtualizaccedilatildeo das redesVirtualizaccedilatildeo dos recursos uma poderosa abstraccedilatildeo em engenharia de sistemasExemplos em computaccedilatildeo memoacuteria virtual dispositivos virtuais Maacutequinas virtuais ex javaIBM VM os dos anos 6070
Camada de abstraccedilotildees natildeo se apega a detalhes da camada mais baixa apenas trata com as camadas mais baixas abstratament
Eficiecircncia do slotted AlohaEficiecircncia eacute a fraccedilatildeo de slots bem-sucedidos quando haacute muitos noacutes cada um com muitos quadros para enviarbull Suponha N noacutes com muitos quadros para enviar cada um transmite no slot
com probabilidade pbull Prob de o noacute 1 obter sucesso num slot = p(1-p)N-1bull Prob de qualquer noacute obter um sucesso = Np(1-p)N-1bull Para maacutexima eficiecircncia com N noacutes encontre p que maximiza Np(1-p)N-1bull Para muitos noacutes o limite de Np(1-p)N-1 com N indo ao infinito resulta
1e = 037 No maacuteximo uso do canal para envio de dados uacuteteis 37 do tempo
Aloha puro (unslotted)bull Unslotted Aloha operaccedilatildeo mais simples natildeo haacute sincronizaccedilatildeobull Pacote necessita transmissatildeobull Enviar sem esperar pelo iniacutecio de um compartimento
bull A probabilidade de colisatildeo aumenta bull Pacote enviado em t0 colide com outros pacotes enviados em [t0-1 t0+1]
Eficiecircncia do Aloha puroP(sucesso de um dado noacute) = P(noacute transmitir)
P(nenhum outro noacute transmitir em [p0-1p0] P(nenhum outro noacute transmitir em [p0-1p0]
= p (1-p)N-1 (1-p)N-1 = p (1-p)2(N-1)
hellip escolhendo p oacutetimo e entatildeo deixando n -gt infinito = 1(2e) = 018
CSMA Carrier Sense Multiple Accessbull CSMA escuta antes de transmitirbull Se o canal parece vazio transmite o pacotebull Se o canal estaacute ocupado adia a transmissatildeobull Analogia humana natildeo interrompa os outros
Colisotildees no CSMAbull Colisotildees podem ocorrerbull o atraso de propagaccedilatildeo implica que dois noacutes
podem natildeo ouvir as transmissotildees do outro
bull Colisatildeo bull todo o tempo de transmissatildeo do pacote eacute
desperdiccedilado
bull Note bull papel da distacircncia e do atraso de propagaccedilatildeo
na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo
CSMACD (detecccedilatildeo de colisatildeo)bull CSMACD detecccedilatildeo de portadora deferecircncia como no CSMA bull Colisotildees detectadas num tempo mais curto bull Transmissotildees com colisotildees satildeo interrompidas reduzindo o desperdiacutecio do
canal bull Detecccedilatildeo de colisatildeo bull Faacutecil em LANs cabeadas mediccedilatildeo da intensidade do sinal comparaccedilatildeo dos
sinais transmitidos e recebidosbull Difiacutecil em LANs sem fio receptor desligado enquanto transmitindobull Analogia humana o ldquobom de papordquo educado
Protocolos MAC com passagem de permissatildeobull Protocolos MAC com particionamento de canaisbull Compartilham o canal eficientemente quando a carga eacute alta e bem distribuiacuteda bull Ineficiente nas cargas baixas atraso no acesso ao canal A estaccedilatildeo consegue
uma banda de 1N da capacidade do canal mesmo que haja apenas 1 noacute ativo
bull Protocolos MAC de acesso aleatoacuteriobull Eficiente nas cargas baixas um uacutenico noacute pode usar todo o canalbull Cargas altas excesso de colisotildees
bull Protocolos de passagem de permissatildeo bull Buscam o melhor dos dois mundos
Protocolos MAC com passagem de permissatildeobull Pollingbull Noacute-mestre ldquoconvidardquo os escravos a transmitirem um de cada vezbull Problemas
bull Polling overheadbull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (mestre)
bull Token passingbull Controla um token passado de um noacute a outro sequencialmentebull Mensagem tokenbull Problemas
bull Token overhead bull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (token)
Sumaacuterio dos protocolos MACbull Como se faz com um canal compartilhadobull Particionamento de canal no tempo por frequumlecircncia ou por coacutedigo
bull Divisatildeo temporal divisatildeo por coacutedigo divisatildeo por frequecircnciabull Particionamento aleatoacuterio (dinacircmico)
bull ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDbull Detecccedilatildeo de portadora faacutecil em alguns meios fiacutesicos (cabos) e difiacutecil em outros (wireless)bull CSMACD usado na rede Ethernetbull CSMACA usado em 80211
bull Passagem de permissatildeobull Polling a partir de um site central passagem de token
Tecnologias de LANbull Camada de enlace ateacute agora bull Serviccedilos detecccedilatildeo de erroscorreccedilatildeo acesso muacuteltiplo
bull A seguir tecnologias de redes locais (LAN)bull Endereccedilamentobull Ethernet bull hubs pontes switches bull PPP
Endereccedilos de LAN e ARPbull Endereccedilos IP de 32-bit bull Endereccedilos da camada de redebull Usados para levar o datagrama ateacute a rede de destino (lembre-se da definiccedilatildeo
de rede IP)
bull Endereccedilo de LAN (ou MAC ou fiacutesico)bull Usado para levar o datagrama de uma interface fiacutesica a outra fisicamente
conectada com a primeira (isto eacute na mesma rede)bull Endereccedilos MAC com 48 bits (na maioria das LANs) gravados na memoacuteria fixa
(ROM) do adaptador de rede
Endereccedilos de LAN (cont)bull A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEEbull O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (para assegurar a
unicidade)bull Analogia
bull (a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG bull (b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal
bull Endereccedilamento MAC eacute ldquoflatrdquo =gt portabilidadebull Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra sem reconfiguraccedilatildeo de
endereccedilo MAC
bull Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevelbull Depende da rede na qual se estaacute ligado
ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de resoluccedilatildeo de endereccedilos)bull Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de B dado o endereccedilo IP
de Bbull Cada noacute IP (hospedeiro roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabela
ARPbull Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN lt
endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt
bull lt IP address MAC address TTLgtbull TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute
esquecido (tipicamente 20 min)
Ethernetbull Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo bull Barato R$20 por 100 Mbpsbull Primeira tecnologia de LAN largamente usadabull Mais simples e mais barata que LANs com token e ATMbull Velocidade crescente 10 Mbps ndash 10 Gbps
Topologia em estrela
Estrutura do quadro Ethernet
Estrutura do quadro Ethernet
Serviccedilo natildeo confiaacutevel sem conexatildeobull Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o
receptorbull Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o
adaptador transmissorbull O fluxo de datagramas que passa para a camada de rede pode deixar lacunas bull Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCPbull Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas
Ethernet usa CSMACDbull Sem slotsbull Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador
transmitindo isto eacute carrier sensebull O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador
transmitindo isto eacute collision detectionbull Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo
aleatoacuterio isto eacute random access
Algoritmo CSMACD da Ethernet1 O adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro 2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmitir o quadro
Se ele detecta o canal ocupado espera ateacute ele ficar livre e entatildeo transmite 3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo
sua missatildeo com esse quadro estaacute cumprida 4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta
e envia um jam signal5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a m-eacutesima
colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2m-1 O adaptador espera K512 tempos de bit e retorna ao passo 2
Ethernet CSMACDbull Jam signal garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da
colisatildeo 48 bits bull Bit time 01 microsseg para Ethernet de 10 Mbps para K = 1023 o tempo de
espera eacute cerca de 50 mseg bull Veja o applet Java no Web site da AWL altamemte recomendado
Exponential backoff bull Objetivo adaptar tentativas de retransmissatildeo para carga atual da rede
bull Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longabull Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacute K x 512 tempos de transmissatildeo de bitbull Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3hellipbull Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023
Eficiecircncia do CSMACD
10BaseT e 100BaseT
Hubs
Codificaccedilatildeo Manchester
Gigabit Ethernetbull Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeobull Permite enlaces ponto-a-ponto e canais de muacuteltiplo acesso
compartilhadosbull No modo compartilhado o CSMACD eacute usado exige pequenas
distacircncias entre os noacutes para ser eficientebull Usa hubs chamados aqui de Distribuidores com Armazenagem
ldquoBuffered Distributorsrdquobull Full-duplex a 1 Gbps para enlaces ponto-a-ponto bull 10 Gbps agora
Interconexatildeo com hubs
Switchbull Dispositivo de camada de enlacebull Armazena e encaminha quadros Ethernetbull Examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o quadro
baseado no endereccedilo MAC de destinobull Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento usa CSMACD
para acessar o segmento
bull Transparentebull Hospedeiros satildeo inconscientes da presenccedila dos switchesbull Plug-and-play self-learning (auto-aprendizado)
Encaminhamento
Filtragemencaminhamento
Switch exemplo
Switches vs roteadores
Resumo comparaccedilatildeo
Controle de enlace de dados ponto-a-pontobull Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace de
broadcastbull Sem Media Access Controlbull Natildeo necessita de endereccedilamento MAC expliacutecito
bull Ex dialup link linha ISDN
bull Protocolos ponto-a-ponto DLC popularesbull PPP (point-to-point protocol)bull HDLC High level data link control (camada de enlace costumava ser
considerada ldquocamada altardquo na pilha de protocolos)
Virtualizaccedilatildeo das redesVirtualizaccedilatildeo dos recursos uma poderosa abstraccedilatildeo em engenharia de sistemasExemplos em computaccedilatildeo memoacuteria virtual dispositivos virtuais Maacutequinas virtuais ex javaIBM VM os dos anos 6070
Camada de abstraccedilotildees natildeo se apega a detalhes da camada mais baixa apenas trata com as camadas mais baixas abstratament
Aloha puro (unslotted)bull Unslotted Aloha operaccedilatildeo mais simples natildeo haacute sincronizaccedilatildeobull Pacote necessita transmissatildeobull Enviar sem esperar pelo iniacutecio de um compartimento
bull A probabilidade de colisatildeo aumenta bull Pacote enviado em t0 colide com outros pacotes enviados em [t0-1 t0+1]
Eficiecircncia do Aloha puroP(sucesso de um dado noacute) = P(noacute transmitir)
P(nenhum outro noacute transmitir em [p0-1p0] P(nenhum outro noacute transmitir em [p0-1p0]
= p (1-p)N-1 (1-p)N-1 = p (1-p)2(N-1)
hellip escolhendo p oacutetimo e entatildeo deixando n -gt infinito = 1(2e) = 018
CSMA Carrier Sense Multiple Accessbull CSMA escuta antes de transmitirbull Se o canal parece vazio transmite o pacotebull Se o canal estaacute ocupado adia a transmissatildeobull Analogia humana natildeo interrompa os outros
Colisotildees no CSMAbull Colisotildees podem ocorrerbull o atraso de propagaccedilatildeo implica que dois noacutes
podem natildeo ouvir as transmissotildees do outro
bull Colisatildeo bull todo o tempo de transmissatildeo do pacote eacute
desperdiccedilado
bull Note bull papel da distacircncia e do atraso de propagaccedilatildeo
na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo
CSMACD (detecccedilatildeo de colisatildeo)bull CSMACD detecccedilatildeo de portadora deferecircncia como no CSMA bull Colisotildees detectadas num tempo mais curto bull Transmissotildees com colisotildees satildeo interrompidas reduzindo o desperdiacutecio do
canal bull Detecccedilatildeo de colisatildeo bull Faacutecil em LANs cabeadas mediccedilatildeo da intensidade do sinal comparaccedilatildeo dos
sinais transmitidos e recebidosbull Difiacutecil em LANs sem fio receptor desligado enquanto transmitindobull Analogia humana o ldquobom de papordquo educado
Protocolos MAC com passagem de permissatildeobull Protocolos MAC com particionamento de canaisbull Compartilham o canal eficientemente quando a carga eacute alta e bem distribuiacuteda bull Ineficiente nas cargas baixas atraso no acesso ao canal A estaccedilatildeo consegue
uma banda de 1N da capacidade do canal mesmo que haja apenas 1 noacute ativo
bull Protocolos MAC de acesso aleatoacuteriobull Eficiente nas cargas baixas um uacutenico noacute pode usar todo o canalbull Cargas altas excesso de colisotildees
bull Protocolos de passagem de permissatildeo bull Buscam o melhor dos dois mundos
Protocolos MAC com passagem de permissatildeobull Pollingbull Noacute-mestre ldquoconvidardquo os escravos a transmitirem um de cada vezbull Problemas
bull Polling overheadbull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (mestre)
bull Token passingbull Controla um token passado de um noacute a outro sequencialmentebull Mensagem tokenbull Problemas
bull Token overhead bull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (token)
Sumaacuterio dos protocolos MACbull Como se faz com um canal compartilhadobull Particionamento de canal no tempo por frequumlecircncia ou por coacutedigo
bull Divisatildeo temporal divisatildeo por coacutedigo divisatildeo por frequecircnciabull Particionamento aleatoacuterio (dinacircmico)
bull ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDbull Detecccedilatildeo de portadora faacutecil em alguns meios fiacutesicos (cabos) e difiacutecil em outros (wireless)bull CSMACD usado na rede Ethernetbull CSMACA usado em 80211
bull Passagem de permissatildeobull Polling a partir de um site central passagem de token
Tecnologias de LANbull Camada de enlace ateacute agora bull Serviccedilos detecccedilatildeo de erroscorreccedilatildeo acesso muacuteltiplo
bull A seguir tecnologias de redes locais (LAN)bull Endereccedilamentobull Ethernet bull hubs pontes switches bull PPP
Endereccedilos de LAN e ARPbull Endereccedilos IP de 32-bit bull Endereccedilos da camada de redebull Usados para levar o datagrama ateacute a rede de destino (lembre-se da definiccedilatildeo
de rede IP)
bull Endereccedilo de LAN (ou MAC ou fiacutesico)bull Usado para levar o datagrama de uma interface fiacutesica a outra fisicamente
conectada com a primeira (isto eacute na mesma rede)bull Endereccedilos MAC com 48 bits (na maioria das LANs) gravados na memoacuteria fixa
(ROM) do adaptador de rede
Endereccedilos de LAN (cont)bull A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEEbull O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (para assegurar a
unicidade)bull Analogia
bull (a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG bull (b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal
bull Endereccedilamento MAC eacute ldquoflatrdquo =gt portabilidadebull Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra sem reconfiguraccedilatildeo de
endereccedilo MAC
bull Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevelbull Depende da rede na qual se estaacute ligado
ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de resoluccedilatildeo de endereccedilos)bull Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de B dado o endereccedilo IP
de Bbull Cada noacute IP (hospedeiro roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabela
ARPbull Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN lt
endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt
bull lt IP address MAC address TTLgtbull TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute
esquecido (tipicamente 20 min)
Ethernetbull Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo bull Barato R$20 por 100 Mbpsbull Primeira tecnologia de LAN largamente usadabull Mais simples e mais barata que LANs com token e ATMbull Velocidade crescente 10 Mbps ndash 10 Gbps
Topologia em estrela
Estrutura do quadro Ethernet
Estrutura do quadro Ethernet
Serviccedilo natildeo confiaacutevel sem conexatildeobull Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o
receptorbull Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o
adaptador transmissorbull O fluxo de datagramas que passa para a camada de rede pode deixar lacunas bull Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCPbull Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas
Ethernet usa CSMACDbull Sem slotsbull Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador
transmitindo isto eacute carrier sensebull O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador
transmitindo isto eacute collision detectionbull Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo
aleatoacuterio isto eacute random access
Algoritmo CSMACD da Ethernet1 O adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro 2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmitir o quadro
Se ele detecta o canal ocupado espera ateacute ele ficar livre e entatildeo transmite 3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo
sua missatildeo com esse quadro estaacute cumprida 4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta
e envia um jam signal5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a m-eacutesima
colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2m-1 O adaptador espera K512 tempos de bit e retorna ao passo 2
Ethernet CSMACDbull Jam signal garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da
colisatildeo 48 bits bull Bit time 01 microsseg para Ethernet de 10 Mbps para K = 1023 o tempo de
espera eacute cerca de 50 mseg bull Veja o applet Java no Web site da AWL altamemte recomendado
Exponential backoff bull Objetivo adaptar tentativas de retransmissatildeo para carga atual da rede
bull Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longabull Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacute K x 512 tempos de transmissatildeo de bitbull Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3hellipbull Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023
Eficiecircncia do CSMACD
10BaseT e 100BaseT
Hubs
Codificaccedilatildeo Manchester
Gigabit Ethernetbull Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeobull Permite enlaces ponto-a-ponto e canais de muacuteltiplo acesso
compartilhadosbull No modo compartilhado o CSMACD eacute usado exige pequenas
distacircncias entre os noacutes para ser eficientebull Usa hubs chamados aqui de Distribuidores com Armazenagem
ldquoBuffered Distributorsrdquobull Full-duplex a 1 Gbps para enlaces ponto-a-ponto bull 10 Gbps agora
Interconexatildeo com hubs
Switchbull Dispositivo de camada de enlacebull Armazena e encaminha quadros Ethernetbull Examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o quadro
baseado no endereccedilo MAC de destinobull Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento usa CSMACD
para acessar o segmento
bull Transparentebull Hospedeiros satildeo inconscientes da presenccedila dos switchesbull Plug-and-play self-learning (auto-aprendizado)
Encaminhamento
Filtragemencaminhamento
Switch exemplo
Switches vs roteadores
Resumo comparaccedilatildeo
Controle de enlace de dados ponto-a-pontobull Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace de
broadcastbull Sem Media Access Controlbull Natildeo necessita de endereccedilamento MAC expliacutecito
bull Ex dialup link linha ISDN
bull Protocolos ponto-a-ponto DLC popularesbull PPP (point-to-point protocol)bull HDLC High level data link control (camada de enlace costumava ser
considerada ldquocamada altardquo na pilha de protocolos)
Virtualizaccedilatildeo das redesVirtualizaccedilatildeo dos recursos uma poderosa abstraccedilatildeo em engenharia de sistemasExemplos em computaccedilatildeo memoacuteria virtual dispositivos virtuais Maacutequinas virtuais ex javaIBM VM os dos anos 6070
Camada de abstraccedilotildees natildeo se apega a detalhes da camada mais baixa apenas trata com as camadas mais baixas abstratament
Eficiecircncia do Aloha puroP(sucesso de um dado noacute) = P(noacute transmitir)
P(nenhum outro noacute transmitir em [p0-1p0] P(nenhum outro noacute transmitir em [p0-1p0]
= p (1-p)N-1 (1-p)N-1 = p (1-p)2(N-1)
hellip escolhendo p oacutetimo e entatildeo deixando n -gt infinito = 1(2e) = 018
CSMA Carrier Sense Multiple Accessbull CSMA escuta antes de transmitirbull Se o canal parece vazio transmite o pacotebull Se o canal estaacute ocupado adia a transmissatildeobull Analogia humana natildeo interrompa os outros
Colisotildees no CSMAbull Colisotildees podem ocorrerbull o atraso de propagaccedilatildeo implica que dois noacutes
podem natildeo ouvir as transmissotildees do outro
bull Colisatildeo bull todo o tempo de transmissatildeo do pacote eacute
desperdiccedilado
bull Note bull papel da distacircncia e do atraso de propagaccedilatildeo
na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo
CSMACD (detecccedilatildeo de colisatildeo)bull CSMACD detecccedilatildeo de portadora deferecircncia como no CSMA bull Colisotildees detectadas num tempo mais curto bull Transmissotildees com colisotildees satildeo interrompidas reduzindo o desperdiacutecio do
canal bull Detecccedilatildeo de colisatildeo bull Faacutecil em LANs cabeadas mediccedilatildeo da intensidade do sinal comparaccedilatildeo dos
sinais transmitidos e recebidosbull Difiacutecil em LANs sem fio receptor desligado enquanto transmitindobull Analogia humana o ldquobom de papordquo educado
Protocolos MAC com passagem de permissatildeobull Protocolos MAC com particionamento de canaisbull Compartilham o canal eficientemente quando a carga eacute alta e bem distribuiacuteda bull Ineficiente nas cargas baixas atraso no acesso ao canal A estaccedilatildeo consegue
uma banda de 1N da capacidade do canal mesmo que haja apenas 1 noacute ativo
bull Protocolos MAC de acesso aleatoacuteriobull Eficiente nas cargas baixas um uacutenico noacute pode usar todo o canalbull Cargas altas excesso de colisotildees
bull Protocolos de passagem de permissatildeo bull Buscam o melhor dos dois mundos
Protocolos MAC com passagem de permissatildeobull Pollingbull Noacute-mestre ldquoconvidardquo os escravos a transmitirem um de cada vezbull Problemas
bull Polling overheadbull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (mestre)
bull Token passingbull Controla um token passado de um noacute a outro sequencialmentebull Mensagem tokenbull Problemas
bull Token overhead bull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (token)
Sumaacuterio dos protocolos MACbull Como se faz com um canal compartilhadobull Particionamento de canal no tempo por frequumlecircncia ou por coacutedigo
bull Divisatildeo temporal divisatildeo por coacutedigo divisatildeo por frequecircnciabull Particionamento aleatoacuterio (dinacircmico)
bull ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDbull Detecccedilatildeo de portadora faacutecil em alguns meios fiacutesicos (cabos) e difiacutecil em outros (wireless)bull CSMACD usado na rede Ethernetbull CSMACA usado em 80211
bull Passagem de permissatildeobull Polling a partir de um site central passagem de token
Tecnologias de LANbull Camada de enlace ateacute agora bull Serviccedilos detecccedilatildeo de erroscorreccedilatildeo acesso muacuteltiplo
bull A seguir tecnologias de redes locais (LAN)bull Endereccedilamentobull Ethernet bull hubs pontes switches bull PPP
Endereccedilos de LAN e ARPbull Endereccedilos IP de 32-bit bull Endereccedilos da camada de redebull Usados para levar o datagrama ateacute a rede de destino (lembre-se da definiccedilatildeo
de rede IP)
bull Endereccedilo de LAN (ou MAC ou fiacutesico)bull Usado para levar o datagrama de uma interface fiacutesica a outra fisicamente
conectada com a primeira (isto eacute na mesma rede)bull Endereccedilos MAC com 48 bits (na maioria das LANs) gravados na memoacuteria fixa
(ROM) do adaptador de rede
Endereccedilos de LAN (cont)bull A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEEbull O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (para assegurar a
unicidade)bull Analogia
bull (a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG bull (b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal
bull Endereccedilamento MAC eacute ldquoflatrdquo =gt portabilidadebull Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra sem reconfiguraccedilatildeo de
endereccedilo MAC
bull Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevelbull Depende da rede na qual se estaacute ligado
ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de resoluccedilatildeo de endereccedilos)bull Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de B dado o endereccedilo IP
de Bbull Cada noacute IP (hospedeiro roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabela
ARPbull Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN lt
endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt
bull lt IP address MAC address TTLgtbull TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute
esquecido (tipicamente 20 min)
Ethernetbull Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo bull Barato R$20 por 100 Mbpsbull Primeira tecnologia de LAN largamente usadabull Mais simples e mais barata que LANs com token e ATMbull Velocidade crescente 10 Mbps ndash 10 Gbps
Topologia em estrela
Estrutura do quadro Ethernet
Estrutura do quadro Ethernet
Serviccedilo natildeo confiaacutevel sem conexatildeobull Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o
receptorbull Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o
adaptador transmissorbull O fluxo de datagramas que passa para a camada de rede pode deixar lacunas bull Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCPbull Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas
Ethernet usa CSMACDbull Sem slotsbull Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador
transmitindo isto eacute carrier sensebull O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador
transmitindo isto eacute collision detectionbull Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo
aleatoacuterio isto eacute random access
Algoritmo CSMACD da Ethernet1 O adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro 2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmitir o quadro
Se ele detecta o canal ocupado espera ateacute ele ficar livre e entatildeo transmite 3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo
sua missatildeo com esse quadro estaacute cumprida 4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta
e envia um jam signal5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a m-eacutesima
colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2m-1 O adaptador espera K512 tempos de bit e retorna ao passo 2
Ethernet CSMACDbull Jam signal garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da
colisatildeo 48 bits bull Bit time 01 microsseg para Ethernet de 10 Mbps para K = 1023 o tempo de
espera eacute cerca de 50 mseg bull Veja o applet Java no Web site da AWL altamemte recomendado
Exponential backoff bull Objetivo adaptar tentativas de retransmissatildeo para carga atual da rede
bull Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longabull Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacute K x 512 tempos de transmissatildeo de bitbull Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3hellipbull Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023
Eficiecircncia do CSMACD
10BaseT e 100BaseT
Hubs
Codificaccedilatildeo Manchester
Gigabit Ethernetbull Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeobull Permite enlaces ponto-a-ponto e canais de muacuteltiplo acesso
compartilhadosbull No modo compartilhado o CSMACD eacute usado exige pequenas
distacircncias entre os noacutes para ser eficientebull Usa hubs chamados aqui de Distribuidores com Armazenagem
ldquoBuffered Distributorsrdquobull Full-duplex a 1 Gbps para enlaces ponto-a-ponto bull 10 Gbps agora
Interconexatildeo com hubs
Switchbull Dispositivo de camada de enlacebull Armazena e encaminha quadros Ethernetbull Examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o quadro
baseado no endereccedilo MAC de destinobull Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento usa CSMACD
para acessar o segmento
bull Transparentebull Hospedeiros satildeo inconscientes da presenccedila dos switchesbull Plug-and-play self-learning (auto-aprendizado)
Encaminhamento
Filtragemencaminhamento
Switch exemplo
Switches vs roteadores
Resumo comparaccedilatildeo
Controle de enlace de dados ponto-a-pontobull Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace de
broadcastbull Sem Media Access Controlbull Natildeo necessita de endereccedilamento MAC expliacutecito
bull Ex dialup link linha ISDN
bull Protocolos ponto-a-ponto DLC popularesbull PPP (point-to-point protocol)bull HDLC High level data link control (camada de enlace costumava ser
considerada ldquocamada altardquo na pilha de protocolos)
Virtualizaccedilatildeo das redesVirtualizaccedilatildeo dos recursos uma poderosa abstraccedilatildeo em engenharia de sistemasExemplos em computaccedilatildeo memoacuteria virtual dispositivos virtuais Maacutequinas virtuais ex javaIBM VM os dos anos 6070
Camada de abstraccedilotildees natildeo se apega a detalhes da camada mais baixa apenas trata com as camadas mais baixas abstratament
CSMA Carrier Sense Multiple Accessbull CSMA escuta antes de transmitirbull Se o canal parece vazio transmite o pacotebull Se o canal estaacute ocupado adia a transmissatildeobull Analogia humana natildeo interrompa os outros
Colisotildees no CSMAbull Colisotildees podem ocorrerbull o atraso de propagaccedilatildeo implica que dois noacutes
podem natildeo ouvir as transmissotildees do outro
bull Colisatildeo bull todo o tempo de transmissatildeo do pacote eacute
desperdiccedilado
bull Note bull papel da distacircncia e do atraso de propagaccedilatildeo
na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo
CSMACD (detecccedilatildeo de colisatildeo)bull CSMACD detecccedilatildeo de portadora deferecircncia como no CSMA bull Colisotildees detectadas num tempo mais curto bull Transmissotildees com colisotildees satildeo interrompidas reduzindo o desperdiacutecio do
canal bull Detecccedilatildeo de colisatildeo bull Faacutecil em LANs cabeadas mediccedilatildeo da intensidade do sinal comparaccedilatildeo dos
sinais transmitidos e recebidosbull Difiacutecil em LANs sem fio receptor desligado enquanto transmitindobull Analogia humana o ldquobom de papordquo educado
Protocolos MAC com passagem de permissatildeobull Protocolos MAC com particionamento de canaisbull Compartilham o canal eficientemente quando a carga eacute alta e bem distribuiacuteda bull Ineficiente nas cargas baixas atraso no acesso ao canal A estaccedilatildeo consegue
uma banda de 1N da capacidade do canal mesmo que haja apenas 1 noacute ativo
bull Protocolos MAC de acesso aleatoacuteriobull Eficiente nas cargas baixas um uacutenico noacute pode usar todo o canalbull Cargas altas excesso de colisotildees
bull Protocolos de passagem de permissatildeo bull Buscam o melhor dos dois mundos
Protocolos MAC com passagem de permissatildeobull Pollingbull Noacute-mestre ldquoconvidardquo os escravos a transmitirem um de cada vezbull Problemas
bull Polling overheadbull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (mestre)
bull Token passingbull Controla um token passado de um noacute a outro sequencialmentebull Mensagem tokenbull Problemas
bull Token overhead bull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (token)
Sumaacuterio dos protocolos MACbull Como se faz com um canal compartilhadobull Particionamento de canal no tempo por frequumlecircncia ou por coacutedigo
bull Divisatildeo temporal divisatildeo por coacutedigo divisatildeo por frequecircnciabull Particionamento aleatoacuterio (dinacircmico)
bull ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDbull Detecccedilatildeo de portadora faacutecil em alguns meios fiacutesicos (cabos) e difiacutecil em outros (wireless)bull CSMACD usado na rede Ethernetbull CSMACA usado em 80211
bull Passagem de permissatildeobull Polling a partir de um site central passagem de token
Tecnologias de LANbull Camada de enlace ateacute agora bull Serviccedilos detecccedilatildeo de erroscorreccedilatildeo acesso muacuteltiplo
bull A seguir tecnologias de redes locais (LAN)bull Endereccedilamentobull Ethernet bull hubs pontes switches bull PPP
Endereccedilos de LAN e ARPbull Endereccedilos IP de 32-bit bull Endereccedilos da camada de redebull Usados para levar o datagrama ateacute a rede de destino (lembre-se da definiccedilatildeo
de rede IP)
bull Endereccedilo de LAN (ou MAC ou fiacutesico)bull Usado para levar o datagrama de uma interface fiacutesica a outra fisicamente
conectada com a primeira (isto eacute na mesma rede)bull Endereccedilos MAC com 48 bits (na maioria das LANs) gravados na memoacuteria fixa
(ROM) do adaptador de rede
Endereccedilos de LAN (cont)bull A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEEbull O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (para assegurar a
unicidade)bull Analogia
bull (a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG bull (b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal
bull Endereccedilamento MAC eacute ldquoflatrdquo =gt portabilidadebull Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra sem reconfiguraccedilatildeo de
endereccedilo MAC
bull Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevelbull Depende da rede na qual se estaacute ligado
ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de resoluccedilatildeo de endereccedilos)bull Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de B dado o endereccedilo IP
de Bbull Cada noacute IP (hospedeiro roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabela
ARPbull Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN lt
endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt
bull lt IP address MAC address TTLgtbull TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute
esquecido (tipicamente 20 min)
Ethernetbull Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo bull Barato R$20 por 100 Mbpsbull Primeira tecnologia de LAN largamente usadabull Mais simples e mais barata que LANs com token e ATMbull Velocidade crescente 10 Mbps ndash 10 Gbps
Topologia em estrela
Estrutura do quadro Ethernet
Estrutura do quadro Ethernet
Serviccedilo natildeo confiaacutevel sem conexatildeobull Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o
receptorbull Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o
adaptador transmissorbull O fluxo de datagramas que passa para a camada de rede pode deixar lacunas bull Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCPbull Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas
Ethernet usa CSMACDbull Sem slotsbull Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador
transmitindo isto eacute carrier sensebull O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador
transmitindo isto eacute collision detectionbull Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo
aleatoacuterio isto eacute random access
Algoritmo CSMACD da Ethernet1 O adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro 2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmitir o quadro
Se ele detecta o canal ocupado espera ateacute ele ficar livre e entatildeo transmite 3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo
sua missatildeo com esse quadro estaacute cumprida 4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta
e envia um jam signal5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a m-eacutesima
colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2m-1 O adaptador espera K512 tempos de bit e retorna ao passo 2
Ethernet CSMACDbull Jam signal garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da
colisatildeo 48 bits bull Bit time 01 microsseg para Ethernet de 10 Mbps para K = 1023 o tempo de
espera eacute cerca de 50 mseg bull Veja o applet Java no Web site da AWL altamemte recomendado
Exponential backoff bull Objetivo adaptar tentativas de retransmissatildeo para carga atual da rede
bull Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longabull Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacute K x 512 tempos de transmissatildeo de bitbull Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3hellipbull Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023
Eficiecircncia do CSMACD
10BaseT e 100BaseT
Hubs
Codificaccedilatildeo Manchester
Gigabit Ethernetbull Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeobull Permite enlaces ponto-a-ponto e canais de muacuteltiplo acesso
compartilhadosbull No modo compartilhado o CSMACD eacute usado exige pequenas
distacircncias entre os noacutes para ser eficientebull Usa hubs chamados aqui de Distribuidores com Armazenagem
ldquoBuffered Distributorsrdquobull Full-duplex a 1 Gbps para enlaces ponto-a-ponto bull 10 Gbps agora
Interconexatildeo com hubs
Switchbull Dispositivo de camada de enlacebull Armazena e encaminha quadros Ethernetbull Examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o quadro
baseado no endereccedilo MAC de destinobull Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento usa CSMACD
para acessar o segmento
bull Transparentebull Hospedeiros satildeo inconscientes da presenccedila dos switchesbull Plug-and-play self-learning (auto-aprendizado)
Encaminhamento
Filtragemencaminhamento
Switch exemplo
Switches vs roteadores
Resumo comparaccedilatildeo
Controle de enlace de dados ponto-a-pontobull Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace de
broadcastbull Sem Media Access Controlbull Natildeo necessita de endereccedilamento MAC expliacutecito
bull Ex dialup link linha ISDN
bull Protocolos ponto-a-ponto DLC popularesbull PPP (point-to-point protocol)bull HDLC High level data link control (camada de enlace costumava ser
considerada ldquocamada altardquo na pilha de protocolos)
Virtualizaccedilatildeo das redesVirtualizaccedilatildeo dos recursos uma poderosa abstraccedilatildeo em engenharia de sistemasExemplos em computaccedilatildeo memoacuteria virtual dispositivos virtuais Maacutequinas virtuais ex javaIBM VM os dos anos 6070
Camada de abstraccedilotildees natildeo se apega a detalhes da camada mais baixa apenas trata com as camadas mais baixas abstratament
Colisotildees no CSMAbull Colisotildees podem ocorrerbull o atraso de propagaccedilatildeo implica que dois noacutes
podem natildeo ouvir as transmissotildees do outro
bull Colisatildeo bull todo o tempo de transmissatildeo do pacote eacute
desperdiccedilado
bull Note bull papel da distacircncia e do atraso de propagaccedilatildeo
na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo
CSMACD (detecccedilatildeo de colisatildeo)bull CSMACD detecccedilatildeo de portadora deferecircncia como no CSMA bull Colisotildees detectadas num tempo mais curto bull Transmissotildees com colisotildees satildeo interrompidas reduzindo o desperdiacutecio do
canal bull Detecccedilatildeo de colisatildeo bull Faacutecil em LANs cabeadas mediccedilatildeo da intensidade do sinal comparaccedilatildeo dos
sinais transmitidos e recebidosbull Difiacutecil em LANs sem fio receptor desligado enquanto transmitindobull Analogia humana o ldquobom de papordquo educado
Protocolos MAC com passagem de permissatildeobull Protocolos MAC com particionamento de canaisbull Compartilham o canal eficientemente quando a carga eacute alta e bem distribuiacuteda bull Ineficiente nas cargas baixas atraso no acesso ao canal A estaccedilatildeo consegue
uma banda de 1N da capacidade do canal mesmo que haja apenas 1 noacute ativo
bull Protocolos MAC de acesso aleatoacuteriobull Eficiente nas cargas baixas um uacutenico noacute pode usar todo o canalbull Cargas altas excesso de colisotildees
bull Protocolos de passagem de permissatildeo bull Buscam o melhor dos dois mundos
Protocolos MAC com passagem de permissatildeobull Pollingbull Noacute-mestre ldquoconvidardquo os escravos a transmitirem um de cada vezbull Problemas
bull Polling overheadbull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (mestre)
bull Token passingbull Controla um token passado de um noacute a outro sequencialmentebull Mensagem tokenbull Problemas
bull Token overhead bull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (token)
Sumaacuterio dos protocolos MACbull Como se faz com um canal compartilhadobull Particionamento de canal no tempo por frequumlecircncia ou por coacutedigo
bull Divisatildeo temporal divisatildeo por coacutedigo divisatildeo por frequecircnciabull Particionamento aleatoacuterio (dinacircmico)
bull ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDbull Detecccedilatildeo de portadora faacutecil em alguns meios fiacutesicos (cabos) e difiacutecil em outros (wireless)bull CSMACD usado na rede Ethernetbull CSMACA usado em 80211
bull Passagem de permissatildeobull Polling a partir de um site central passagem de token
Tecnologias de LANbull Camada de enlace ateacute agora bull Serviccedilos detecccedilatildeo de erroscorreccedilatildeo acesso muacuteltiplo
bull A seguir tecnologias de redes locais (LAN)bull Endereccedilamentobull Ethernet bull hubs pontes switches bull PPP
Endereccedilos de LAN e ARPbull Endereccedilos IP de 32-bit bull Endereccedilos da camada de redebull Usados para levar o datagrama ateacute a rede de destino (lembre-se da definiccedilatildeo
de rede IP)
bull Endereccedilo de LAN (ou MAC ou fiacutesico)bull Usado para levar o datagrama de uma interface fiacutesica a outra fisicamente
conectada com a primeira (isto eacute na mesma rede)bull Endereccedilos MAC com 48 bits (na maioria das LANs) gravados na memoacuteria fixa
(ROM) do adaptador de rede
Endereccedilos de LAN (cont)bull A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEEbull O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (para assegurar a
unicidade)bull Analogia
bull (a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG bull (b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal
bull Endereccedilamento MAC eacute ldquoflatrdquo =gt portabilidadebull Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra sem reconfiguraccedilatildeo de
endereccedilo MAC
bull Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevelbull Depende da rede na qual se estaacute ligado
ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de resoluccedilatildeo de endereccedilos)bull Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de B dado o endereccedilo IP
de Bbull Cada noacute IP (hospedeiro roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabela
ARPbull Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN lt
endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt
bull lt IP address MAC address TTLgtbull TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute
esquecido (tipicamente 20 min)
Ethernetbull Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo bull Barato R$20 por 100 Mbpsbull Primeira tecnologia de LAN largamente usadabull Mais simples e mais barata que LANs com token e ATMbull Velocidade crescente 10 Mbps ndash 10 Gbps
Topologia em estrela
Estrutura do quadro Ethernet
Estrutura do quadro Ethernet
Serviccedilo natildeo confiaacutevel sem conexatildeobull Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o
receptorbull Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o
adaptador transmissorbull O fluxo de datagramas que passa para a camada de rede pode deixar lacunas bull Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCPbull Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas
Ethernet usa CSMACDbull Sem slotsbull Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador
transmitindo isto eacute carrier sensebull O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador
transmitindo isto eacute collision detectionbull Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo
aleatoacuterio isto eacute random access
Algoritmo CSMACD da Ethernet1 O adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro 2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmitir o quadro
Se ele detecta o canal ocupado espera ateacute ele ficar livre e entatildeo transmite 3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo
sua missatildeo com esse quadro estaacute cumprida 4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta
e envia um jam signal5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a m-eacutesima
colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2m-1 O adaptador espera K512 tempos de bit e retorna ao passo 2
Ethernet CSMACDbull Jam signal garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da
colisatildeo 48 bits bull Bit time 01 microsseg para Ethernet de 10 Mbps para K = 1023 o tempo de
espera eacute cerca de 50 mseg bull Veja o applet Java no Web site da AWL altamemte recomendado
Exponential backoff bull Objetivo adaptar tentativas de retransmissatildeo para carga atual da rede
bull Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longabull Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacute K x 512 tempos de transmissatildeo de bitbull Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3hellipbull Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023
Eficiecircncia do CSMACD
10BaseT e 100BaseT
Hubs
Codificaccedilatildeo Manchester
Gigabit Ethernetbull Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeobull Permite enlaces ponto-a-ponto e canais de muacuteltiplo acesso
compartilhadosbull No modo compartilhado o CSMACD eacute usado exige pequenas
distacircncias entre os noacutes para ser eficientebull Usa hubs chamados aqui de Distribuidores com Armazenagem
ldquoBuffered Distributorsrdquobull Full-duplex a 1 Gbps para enlaces ponto-a-ponto bull 10 Gbps agora
Interconexatildeo com hubs
Switchbull Dispositivo de camada de enlacebull Armazena e encaminha quadros Ethernetbull Examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o quadro
baseado no endereccedilo MAC de destinobull Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento usa CSMACD
para acessar o segmento
bull Transparentebull Hospedeiros satildeo inconscientes da presenccedila dos switchesbull Plug-and-play self-learning (auto-aprendizado)
Encaminhamento
Filtragemencaminhamento
Switch exemplo
Switches vs roteadores
Resumo comparaccedilatildeo
Controle de enlace de dados ponto-a-pontobull Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace de
broadcastbull Sem Media Access Controlbull Natildeo necessita de endereccedilamento MAC expliacutecito
bull Ex dialup link linha ISDN
bull Protocolos ponto-a-ponto DLC popularesbull PPP (point-to-point protocol)bull HDLC High level data link control (camada de enlace costumava ser
considerada ldquocamada altardquo na pilha de protocolos)
Virtualizaccedilatildeo das redesVirtualizaccedilatildeo dos recursos uma poderosa abstraccedilatildeo em engenharia de sistemasExemplos em computaccedilatildeo memoacuteria virtual dispositivos virtuais Maacutequinas virtuais ex javaIBM VM os dos anos 6070
Camada de abstraccedilotildees natildeo se apega a detalhes da camada mais baixa apenas trata com as camadas mais baixas abstratament
CSMACD (detecccedilatildeo de colisatildeo)bull CSMACD detecccedilatildeo de portadora deferecircncia como no CSMA bull Colisotildees detectadas num tempo mais curto bull Transmissotildees com colisotildees satildeo interrompidas reduzindo o desperdiacutecio do
canal bull Detecccedilatildeo de colisatildeo bull Faacutecil em LANs cabeadas mediccedilatildeo da intensidade do sinal comparaccedilatildeo dos
sinais transmitidos e recebidosbull Difiacutecil em LANs sem fio receptor desligado enquanto transmitindobull Analogia humana o ldquobom de papordquo educado
Protocolos MAC com passagem de permissatildeobull Protocolos MAC com particionamento de canaisbull Compartilham o canal eficientemente quando a carga eacute alta e bem distribuiacuteda bull Ineficiente nas cargas baixas atraso no acesso ao canal A estaccedilatildeo consegue
uma banda de 1N da capacidade do canal mesmo que haja apenas 1 noacute ativo
bull Protocolos MAC de acesso aleatoacuteriobull Eficiente nas cargas baixas um uacutenico noacute pode usar todo o canalbull Cargas altas excesso de colisotildees
bull Protocolos de passagem de permissatildeo bull Buscam o melhor dos dois mundos
Protocolos MAC com passagem de permissatildeobull Pollingbull Noacute-mestre ldquoconvidardquo os escravos a transmitirem um de cada vezbull Problemas
bull Polling overheadbull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (mestre)
bull Token passingbull Controla um token passado de um noacute a outro sequencialmentebull Mensagem tokenbull Problemas
bull Token overhead bull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (token)
Sumaacuterio dos protocolos MACbull Como se faz com um canal compartilhadobull Particionamento de canal no tempo por frequumlecircncia ou por coacutedigo
bull Divisatildeo temporal divisatildeo por coacutedigo divisatildeo por frequecircnciabull Particionamento aleatoacuterio (dinacircmico)
bull ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDbull Detecccedilatildeo de portadora faacutecil em alguns meios fiacutesicos (cabos) e difiacutecil em outros (wireless)bull CSMACD usado na rede Ethernetbull CSMACA usado em 80211
bull Passagem de permissatildeobull Polling a partir de um site central passagem de token
Tecnologias de LANbull Camada de enlace ateacute agora bull Serviccedilos detecccedilatildeo de erroscorreccedilatildeo acesso muacuteltiplo
bull A seguir tecnologias de redes locais (LAN)bull Endereccedilamentobull Ethernet bull hubs pontes switches bull PPP
Endereccedilos de LAN e ARPbull Endereccedilos IP de 32-bit bull Endereccedilos da camada de redebull Usados para levar o datagrama ateacute a rede de destino (lembre-se da definiccedilatildeo
de rede IP)
bull Endereccedilo de LAN (ou MAC ou fiacutesico)bull Usado para levar o datagrama de uma interface fiacutesica a outra fisicamente
conectada com a primeira (isto eacute na mesma rede)bull Endereccedilos MAC com 48 bits (na maioria das LANs) gravados na memoacuteria fixa
(ROM) do adaptador de rede
Endereccedilos de LAN (cont)bull A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEEbull O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (para assegurar a
unicidade)bull Analogia
bull (a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG bull (b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal
bull Endereccedilamento MAC eacute ldquoflatrdquo =gt portabilidadebull Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra sem reconfiguraccedilatildeo de
endereccedilo MAC
bull Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevelbull Depende da rede na qual se estaacute ligado
ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de resoluccedilatildeo de endereccedilos)bull Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de B dado o endereccedilo IP
de Bbull Cada noacute IP (hospedeiro roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabela
ARPbull Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN lt
endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt
bull lt IP address MAC address TTLgtbull TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute
esquecido (tipicamente 20 min)
Ethernetbull Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo bull Barato R$20 por 100 Mbpsbull Primeira tecnologia de LAN largamente usadabull Mais simples e mais barata que LANs com token e ATMbull Velocidade crescente 10 Mbps ndash 10 Gbps
Topologia em estrela
Estrutura do quadro Ethernet
Estrutura do quadro Ethernet
Serviccedilo natildeo confiaacutevel sem conexatildeobull Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o
receptorbull Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o
adaptador transmissorbull O fluxo de datagramas que passa para a camada de rede pode deixar lacunas bull Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCPbull Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas
Ethernet usa CSMACDbull Sem slotsbull Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador
transmitindo isto eacute carrier sensebull O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador
transmitindo isto eacute collision detectionbull Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo
aleatoacuterio isto eacute random access
Algoritmo CSMACD da Ethernet1 O adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro 2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmitir o quadro
Se ele detecta o canal ocupado espera ateacute ele ficar livre e entatildeo transmite 3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo
sua missatildeo com esse quadro estaacute cumprida 4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta
e envia um jam signal5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a m-eacutesima
colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2m-1 O adaptador espera K512 tempos de bit e retorna ao passo 2
Ethernet CSMACDbull Jam signal garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da
colisatildeo 48 bits bull Bit time 01 microsseg para Ethernet de 10 Mbps para K = 1023 o tempo de
espera eacute cerca de 50 mseg bull Veja o applet Java no Web site da AWL altamemte recomendado
Exponential backoff bull Objetivo adaptar tentativas de retransmissatildeo para carga atual da rede
bull Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longabull Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacute K x 512 tempos de transmissatildeo de bitbull Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3hellipbull Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023
Eficiecircncia do CSMACD
10BaseT e 100BaseT
Hubs
Codificaccedilatildeo Manchester
Gigabit Ethernetbull Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeobull Permite enlaces ponto-a-ponto e canais de muacuteltiplo acesso
compartilhadosbull No modo compartilhado o CSMACD eacute usado exige pequenas
distacircncias entre os noacutes para ser eficientebull Usa hubs chamados aqui de Distribuidores com Armazenagem
ldquoBuffered Distributorsrdquobull Full-duplex a 1 Gbps para enlaces ponto-a-ponto bull 10 Gbps agora
Interconexatildeo com hubs
Switchbull Dispositivo de camada de enlacebull Armazena e encaminha quadros Ethernetbull Examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o quadro
baseado no endereccedilo MAC de destinobull Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento usa CSMACD
para acessar o segmento
bull Transparentebull Hospedeiros satildeo inconscientes da presenccedila dos switchesbull Plug-and-play self-learning (auto-aprendizado)
Encaminhamento
Filtragemencaminhamento
Switch exemplo
Switches vs roteadores
Resumo comparaccedilatildeo
Controle de enlace de dados ponto-a-pontobull Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace de
broadcastbull Sem Media Access Controlbull Natildeo necessita de endereccedilamento MAC expliacutecito
bull Ex dialup link linha ISDN
bull Protocolos ponto-a-ponto DLC popularesbull PPP (point-to-point protocol)bull HDLC High level data link control (camada de enlace costumava ser
considerada ldquocamada altardquo na pilha de protocolos)
Virtualizaccedilatildeo das redesVirtualizaccedilatildeo dos recursos uma poderosa abstraccedilatildeo em engenharia de sistemasExemplos em computaccedilatildeo memoacuteria virtual dispositivos virtuais Maacutequinas virtuais ex javaIBM VM os dos anos 6070
Camada de abstraccedilotildees natildeo se apega a detalhes da camada mais baixa apenas trata com as camadas mais baixas abstratament
Protocolos MAC com passagem de permissatildeobull Protocolos MAC com particionamento de canaisbull Compartilham o canal eficientemente quando a carga eacute alta e bem distribuiacuteda bull Ineficiente nas cargas baixas atraso no acesso ao canal A estaccedilatildeo consegue
uma banda de 1N da capacidade do canal mesmo que haja apenas 1 noacute ativo
bull Protocolos MAC de acesso aleatoacuteriobull Eficiente nas cargas baixas um uacutenico noacute pode usar todo o canalbull Cargas altas excesso de colisotildees
bull Protocolos de passagem de permissatildeo bull Buscam o melhor dos dois mundos
Protocolos MAC com passagem de permissatildeobull Pollingbull Noacute-mestre ldquoconvidardquo os escravos a transmitirem um de cada vezbull Problemas
bull Polling overheadbull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (mestre)
bull Token passingbull Controla um token passado de um noacute a outro sequencialmentebull Mensagem tokenbull Problemas
bull Token overhead bull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (token)
Sumaacuterio dos protocolos MACbull Como se faz com um canal compartilhadobull Particionamento de canal no tempo por frequumlecircncia ou por coacutedigo
bull Divisatildeo temporal divisatildeo por coacutedigo divisatildeo por frequecircnciabull Particionamento aleatoacuterio (dinacircmico)
bull ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDbull Detecccedilatildeo de portadora faacutecil em alguns meios fiacutesicos (cabos) e difiacutecil em outros (wireless)bull CSMACD usado na rede Ethernetbull CSMACA usado em 80211
bull Passagem de permissatildeobull Polling a partir de um site central passagem de token
Tecnologias de LANbull Camada de enlace ateacute agora bull Serviccedilos detecccedilatildeo de erroscorreccedilatildeo acesso muacuteltiplo
bull A seguir tecnologias de redes locais (LAN)bull Endereccedilamentobull Ethernet bull hubs pontes switches bull PPP
Endereccedilos de LAN e ARPbull Endereccedilos IP de 32-bit bull Endereccedilos da camada de redebull Usados para levar o datagrama ateacute a rede de destino (lembre-se da definiccedilatildeo
de rede IP)
bull Endereccedilo de LAN (ou MAC ou fiacutesico)bull Usado para levar o datagrama de uma interface fiacutesica a outra fisicamente
conectada com a primeira (isto eacute na mesma rede)bull Endereccedilos MAC com 48 bits (na maioria das LANs) gravados na memoacuteria fixa
(ROM) do adaptador de rede
Endereccedilos de LAN (cont)bull A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEEbull O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (para assegurar a
unicidade)bull Analogia
bull (a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG bull (b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal
bull Endereccedilamento MAC eacute ldquoflatrdquo =gt portabilidadebull Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra sem reconfiguraccedilatildeo de
endereccedilo MAC
bull Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevelbull Depende da rede na qual se estaacute ligado
ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de resoluccedilatildeo de endereccedilos)bull Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de B dado o endereccedilo IP
de Bbull Cada noacute IP (hospedeiro roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabela
ARPbull Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN lt
endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt
bull lt IP address MAC address TTLgtbull TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute
esquecido (tipicamente 20 min)
Ethernetbull Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo bull Barato R$20 por 100 Mbpsbull Primeira tecnologia de LAN largamente usadabull Mais simples e mais barata que LANs com token e ATMbull Velocidade crescente 10 Mbps ndash 10 Gbps
Topologia em estrela
Estrutura do quadro Ethernet
Estrutura do quadro Ethernet
Serviccedilo natildeo confiaacutevel sem conexatildeobull Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o
receptorbull Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o
adaptador transmissorbull O fluxo de datagramas que passa para a camada de rede pode deixar lacunas bull Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCPbull Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas
Ethernet usa CSMACDbull Sem slotsbull Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador
transmitindo isto eacute carrier sensebull O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador
transmitindo isto eacute collision detectionbull Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo
aleatoacuterio isto eacute random access
Algoritmo CSMACD da Ethernet1 O adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro 2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmitir o quadro
Se ele detecta o canal ocupado espera ateacute ele ficar livre e entatildeo transmite 3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo
sua missatildeo com esse quadro estaacute cumprida 4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta
e envia um jam signal5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a m-eacutesima
colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2m-1 O adaptador espera K512 tempos de bit e retorna ao passo 2
Ethernet CSMACDbull Jam signal garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da
colisatildeo 48 bits bull Bit time 01 microsseg para Ethernet de 10 Mbps para K = 1023 o tempo de
espera eacute cerca de 50 mseg bull Veja o applet Java no Web site da AWL altamemte recomendado
Exponential backoff bull Objetivo adaptar tentativas de retransmissatildeo para carga atual da rede
bull Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longabull Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacute K x 512 tempos de transmissatildeo de bitbull Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3hellipbull Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023
Eficiecircncia do CSMACD
10BaseT e 100BaseT
Hubs
Codificaccedilatildeo Manchester
Gigabit Ethernetbull Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeobull Permite enlaces ponto-a-ponto e canais de muacuteltiplo acesso
compartilhadosbull No modo compartilhado o CSMACD eacute usado exige pequenas
distacircncias entre os noacutes para ser eficientebull Usa hubs chamados aqui de Distribuidores com Armazenagem
ldquoBuffered Distributorsrdquobull Full-duplex a 1 Gbps para enlaces ponto-a-ponto bull 10 Gbps agora
Interconexatildeo com hubs
Switchbull Dispositivo de camada de enlacebull Armazena e encaminha quadros Ethernetbull Examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o quadro
baseado no endereccedilo MAC de destinobull Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento usa CSMACD
para acessar o segmento
bull Transparentebull Hospedeiros satildeo inconscientes da presenccedila dos switchesbull Plug-and-play self-learning (auto-aprendizado)
Encaminhamento
Filtragemencaminhamento
Switch exemplo
Switches vs roteadores
Resumo comparaccedilatildeo
Controle de enlace de dados ponto-a-pontobull Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace de
broadcastbull Sem Media Access Controlbull Natildeo necessita de endereccedilamento MAC expliacutecito
bull Ex dialup link linha ISDN
bull Protocolos ponto-a-ponto DLC popularesbull PPP (point-to-point protocol)bull HDLC High level data link control (camada de enlace costumava ser
considerada ldquocamada altardquo na pilha de protocolos)
Virtualizaccedilatildeo das redesVirtualizaccedilatildeo dos recursos uma poderosa abstraccedilatildeo em engenharia de sistemasExemplos em computaccedilatildeo memoacuteria virtual dispositivos virtuais Maacutequinas virtuais ex javaIBM VM os dos anos 6070
Camada de abstraccedilotildees natildeo se apega a detalhes da camada mais baixa apenas trata com as camadas mais baixas abstratament
Protocolos MAC com passagem de permissatildeobull Pollingbull Noacute-mestre ldquoconvidardquo os escravos a transmitirem um de cada vezbull Problemas
bull Polling overheadbull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (mestre)
bull Token passingbull Controla um token passado de um noacute a outro sequencialmentebull Mensagem tokenbull Problemas
bull Token overhead bull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (token)
Sumaacuterio dos protocolos MACbull Como se faz com um canal compartilhadobull Particionamento de canal no tempo por frequumlecircncia ou por coacutedigo
bull Divisatildeo temporal divisatildeo por coacutedigo divisatildeo por frequecircnciabull Particionamento aleatoacuterio (dinacircmico)
bull ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDbull Detecccedilatildeo de portadora faacutecil em alguns meios fiacutesicos (cabos) e difiacutecil em outros (wireless)bull CSMACD usado na rede Ethernetbull CSMACA usado em 80211
bull Passagem de permissatildeobull Polling a partir de um site central passagem de token
Tecnologias de LANbull Camada de enlace ateacute agora bull Serviccedilos detecccedilatildeo de erroscorreccedilatildeo acesso muacuteltiplo
bull A seguir tecnologias de redes locais (LAN)bull Endereccedilamentobull Ethernet bull hubs pontes switches bull PPP
Endereccedilos de LAN e ARPbull Endereccedilos IP de 32-bit bull Endereccedilos da camada de redebull Usados para levar o datagrama ateacute a rede de destino (lembre-se da definiccedilatildeo
de rede IP)
bull Endereccedilo de LAN (ou MAC ou fiacutesico)bull Usado para levar o datagrama de uma interface fiacutesica a outra fisicamente
conectada com a primeira (isto eacute na mesma rede)bull Endereccedilos MAC com 48 bits (na maioria das LANs) gravados na memoacuteria fixa
(ROM) do adaptador de rede
Endereccedilos de LAN (cont)bull A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEEbull O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (para assegurar a
unicidade)bull Analogia
bull (a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG bull (b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal
bull Endereccedilamento MAC eacute ldquoflatrdquo =gt portabilidadebull Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra sem reconfiguraccedilatildeo de
endereccedilo MAC
bull Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevelbull Depende da rede na qual se estaacute ligado
ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de resoluccedilatildeo de endereccedilos)bull Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de B dado o endereccedilo IP
de Bbull Cada noacute IP (hospedeiro roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabela
ARPbull Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN lt
endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt
bull lt IP address MAC address TTLgtbull TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute
esquecido (tipicamente 20 min)
Ethernetbull Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo bull Barato R$20 por 100 Mbpsbull Primeira tecnologia de LAN largamente usadabull Mais simples e mais barata que LANs com token e ATMbull Velocidade crescente 10 Mbps ndash 10 Gbps
Topologia em estrela
Estrutura do quadro Ethernet
Estrutura do quadro Ethernet
Serviccedilo natildeo confiaacutevel sem conexatildeobull Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o
receptorbull Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o
adaptador transmissorbull O fluxo de datagramas que passa para a camada de rede pode deixar lacunas bull Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCPbull Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas
Ethernet usa CSMACDbull Sem slotsbull Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador
transmitindo isto eacute carrier sensebull O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador
transmitindo isto eacute collision detectionbull Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo
aleatoacuterio isto eacute random access
Algoritmo CSMACD da Ethernet1 O adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro 2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmitir o quadro
Se ele detecta o canal ocupado espera ateacute ele ficar livre e entatildeo transmite 3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo
sua missatildeo com esse quadro estaacute cumprida 4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta
e envia um jam signal5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a m-eacutesima
colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2m-1 O adaptador espera K512 tempos de bit e retorna ao passo 2
Ethernet CSMACDbull Jam signal garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da
colisatildeo 48 bits bull Bit time 01 microsseg para Ethernet de 10 Mbps para K = 1023 o tempo de
espera eacute cerca de 50 mseg bull Veja o applet Java no Web site da AWL altamemte recomendado
Exponential backoff bull Objetivo adaptar tentativas de retransmissatildeo para carga atual da rede
bull Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longabull Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacute K x 512 tempos de transmissatildeo de bitbull Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3hellipbull Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023
Eficiecircncia do CSMACD
10BaseT e 100BaseT
Hubs
Codificaccedilatildeo Manchester
Gigabit Ethernetbull Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeobull Permite enlaces ponto-a-ponto e canais de muacuteltiplo acesso
compartilhadosbull No modo compartilhado o CSMACD eacute usado exige pequenas
distacircncias entre os noacutes para ser eficientebull Usa hubs chamados aqui de Distribuidores com Armazenagem
ldquoBuffered Distributorsrdquobull Full-duplex a 1 Gbps para enlaces ponto-a-ponto bull 10 Gbps agora
Interconexatildeo com hubs
Switchbull Dispositivo de camada de enlacebull Armazena e encaminha quadros Ethernetbull Examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o quadro
baseado no endereccedilo MAC de destinobull Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento usa CSMACD
para acessar o segmento
bull Transparentebull Hospedeiros satildeo inconscientes da presenccedila dos switchesbull Plug-and-play self-learning (auto-aprendizado)
Encaminhamento
Filtragemencaminhamento
Switch exemplo
Switches vs roteadores
Resumo comparaccedilatildeo
Controle de enlace de dados ponto-a-pontobull Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace de
broadcastbull Sem Media Access Controlbull Natildeo necessita de endereccedilamento MAC expliacutecito
bull Ex dialup link linha ISDN
bull Protocolos ponto-a-ponto DLC popularesbull PPP (point-to-point protocol)bull HDLC High level data link control (camada de enlace costumava ser
considerada ldquocamada altardquo na pilha de protocolos)
Virtualizaccedilatildeo das redesVirtualizaccedilatildeo dos recursos uma poderosa abstraccedilatildeo em engenharia de sistemasExemplos em computaccedilatildeo memoacuteria virtual dispositivos virtuais Maacutequinas virtuais ex javaIBM VM os dos anos 6070
Camada de abstraccedilotildees natildeo se apega a detalhes da camada mais baixa apenas trata com as camadas mais baixas abstratament
Sumaacuterio dos protocolos MACbull Como se faz com um canal compartilhadobull Particionamento de canal no tempo por frequumlecircncia ou por coacutedigo
bull Divisatildeo temporal divisatildeo por coacutedigo divisatildeo por frequecircnciabull Particionamento aleatoacuterio (dinacircmico)
bull ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDbull Detecccedilatildeo de portadora faacutecil em alguns meios fiacutesicos (cabos) e difiacutecil em outros (wireless)bull CSMACD usado na rede Ethernetbull CSMACA usado em 80211
bull Passagem de permissatildeobull Polling a partir de um site central passagem de token
Tecnologias de LANbull Camada de enlace ateacute agora bull Serviccedilos detecccedilatildeo de erroscorreccedilatildeo acesso muacuteltiplo
bull A seguir tecnologias de redes locais (LAN)bull Endereccedilamentobull Ethernet bull hubs pontes switches bull PPP
Endereccedilos de LAN e ARPbull Endereccedilos IP de 32-bit bull Endereccedilos da camada de redebull Usados para levar o datagrama ateacute a rede de destino (lembre-se da definiccedilatildeo
de rede IP)
bull Endereccedilo de LAN (ou MAC ou fiacutesico)bull Usado para levar o datagrama de uma interface fiacutesica a outra fisicamente
conectada com a primeira (isto eacute na mesma rede)bull Endereccedilos MAC com 48 bits (na maioria das LANs) gravados na memoacuteria fixa
(ROM) do adaptador de rede
Endereccedilos de LAN (cont)bull A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEEbull O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (para assegurar a
unicidade)bull Analogia
bull (a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG bull (b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal
bull Endereccedilamento MAC eacute ldquoflatrdquo =gt portabilidadebull Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra sem reconfiguraccedilatildeo de
endereccedilo MAC
bull Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevelbull Depende da rede na qual se estaacute ligado
ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de resoluccedilatildeo de endereccedilos)bull Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de B dado o endereccedilo IP
de Bbull Cada noacute IP (hospedeiro roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabela
ARPbull Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN lt
endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt
bull lt IP address MAC address TTLgtbull TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute
esquecido (tipicamente 20 min)
Ethernetbull Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo bull Barato R$20 por 100 Mbpsbull Primeira tecnologia de LAN largamente usadabull Mais simples e mais barata que LANs com token e ATMbull Velocidade crescente 10 Mbps ndash 10 Gbps
Topologia em estrela
Estrutura do quadro Ethernet
Estrutura do quadro Ethernet
Serviccedilo natildeo confiaacutevel sem conexatildeobull Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o
receptorbull Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o
adaptador transmissorbull O fluxo de datagramas que passa para a camada de rede pode deixar lacunas bull Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCPbull Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas
Ethernet usa CSMACDbull Sem slotsbull Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador
transmitindo isto eacute carrier sensebull O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador
transmitindo isto eacute collision detectionbull Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo
aleatoacuterio isto eacute random access
Algoritmo CSMACD da Ethernet1 O adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro 2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmitir o quadro
Se ele detecta o canal ocupado espera ateacute ele ficar livre e entatildeo transmite 3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo
sua missatildeo com esse quadro estaacute cumprida 4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta
e envia um jam signal5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a m-eacutesima
colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2m-1 O adaptador espera K512 tempos de bit e retorna ao passo 2
Ethernet CSMACDbull Jam signal garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da
colisatildeo 48 bits bull Bit time 01 microsseg para Ethernet de 10 Mbps para K = 1023 o tempo de
espera eacute cerca de 50 mseg bull Veja o applet Java no Web site da AWL altamemte recomendado
Exponential backoff bull Objetivo adaptar tentativas de retransmissatildeo para carga atual da rede
bull Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longabull Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacute K x 512 tempos de transmissatildeo de bitbull Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3hellipbull Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023
Eficiecircncia do CSMACD
10BaseT e 100BaseT
Hubs
Codificaccedilatildeo Manchester
Gigabit Ethernetbull Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeobull Permite enlaces ponto-a-ponto e canais de muacuteltiplo acesso
compartilhadosbull No modo compartilhado o CSMACD eacute usado exige pequenas
distacircncias entre os noacutes para ser eficientebull Usa hubs chamados aqui de Distribuidores com Armazenagem
ldquoBuffered Distributorsrdquobull Full-duplex a 1 Gbps para enlaces ponto-a-ponto bull 10 Gbps agora
Interconexatildeo com hubs
Switchbull Dispositivo de camada de enlacebull Armazena e encaminha quadros Ethernetbull Examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o quadro
baseado no endereccedilo MAC de destinobull Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento usa CSMACD
para acessar o segmento
bull Transparentebull Hospedeiros satildeo inconscientes da presenccedila dos switchesbull Plug-and-play self-learning (auto-aprendizado)
Encaminhamento
Filtragemencaminhamento
Switch exemplo
Switches vs roteadores
Resumo comparaccedilatildeo
Controle de enlace de dados ponto-a-pontobull Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace de
broadcastbull Sem Media Access Controlbull Natildeo necessita de endereccedilamento MAC expliacutecito
bull Ex dialup link linha ISDN
bull Protocolos ponto-a-ponto DLC popularesbull PPP (point-to-point protocol)bull HDLC High level data link control (camada de enlace costumava ser
considerada ldquocamada altardquo na pilha de protocolos)
Virtualizaccedilatildeo das redesVirtualizaccedilatildeo dos recursos uma poderosa abstraccedilatildeo em engenharia de sistemasExemplos em computaccedilatildeo memoacuteria virtual dispositivos virtuais Maacutequinas virtuais ex javaIBM VM os dos anos 6070
Camada de abstraccedilotildees natildeo se apega a detalhes da camada mais baixa apenas trata com as camadas mais baixas abstratament
Tecnologias de LANbull Camada de enlace ateacute agora bull Serviccedilos detecccedilatildeo de erroscorreccedilatildeo acesso muacuteltiplo
bull A seguir tecnologias de redes locais (LAN)bull Endereccedilamentobull Ethernet bull hubs pontes switches bull PPP
Endereccedilos de LAN e ARPbull Endereccedilos IP de 32-bit bull Endereccedilos da camada de redebull Usados para levar o datagrama ateacute a rede de destino (lembre-se da definiccedilatildeo
de rede IP)
bull Endereccedilo de LAN (ou MAC ou fiacutesico)bull Usado para levar o datagrama de uma interface fiacutesica a outra fisicamente
conectada com a primeira (isto eacute na mesma rede)bull Endereccedilos MAC com 48 bits (na maioria das LANs) gravados na memoacuteria fixa
(ROM) do adaptador de rede
Endereccedilos de LAN (cont)bull A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEEbull O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (para assegurar a
unicidade)bull Analogia
bull (a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG bull (b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal
bull Endereccedilamento MAC eacute ldquoflatrdquo =gt portabilidadebull Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra sem reconfiguraccedilatildeo de
endereccedilo MAC
bull Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevelbull Depende da rede na qual se estaacute ligado
ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de resoluccedilatildeo de endereccedilos)bull Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de B dado o endereccedilo IP
de Bbull Cada noacute IP (hospedeiro roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabela
ARPbull Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN lt
endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt
bull lt IP address MAC address TTLgtbull TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute
esquecido (tipicamente 20 min)
Ethernetbull Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo bull Barato R$20 por 100 Mbpsbull Primeira tecnologia de LAN largamente usadabull Mais simples e mais barata que LANs com token e ATMbull Velocidade crescente 10 Mbps ndash 10 Gbps
Topologia em estrela
Estrutura do quadro Ethernet
Estrutura do quadro Ethernet
Serviccedilo natildeo confiaacutevel sem conexatildeobull Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o
receptorbull Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o
adaptador transmissorbull O fluxo de datagramas que passa para a camada de rede pode deixar lacunas bull Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCPbull Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas
Ethernet usa CSMACDbull Sem slotsbull Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador
transmitindo isto eacute carrier sensebull O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador
transmitindo isto eacute collision detectionbull Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo
aleatoacuterio isto eacute random access
Algoritmo CSMACD da Ethernet1 O adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro 2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmitir o quadro
Se ele detecta o canal ocupado espera ateacute ele ficar livre e entatildeo transmite 3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo
sua missatildeo com esse quadro estaacute cumprida 4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta
e envia um jam signal5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a m-eacutesima
colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2m-1 O adaptador espera K512 tempos de bit e retorna ao passo 2
Ethernet CSMACDbull Jam signal garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da
colisatildeo 48 bits bull Bit time 01 microsseg para Ethernet de 10 Mbps para K = 1023 o tempo de
espera eacute cerca de 50 mseg bull Veja o applet Java no Web site da AWL altamemte recomendado
Exponential backoff bull Objetivo adaptar tentativas de retransmissatildeo para carga atual da rede
bull Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longabull Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacute K x 512 tempos de transmissatildeo de bitbull Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3hellipbull Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023
Eficiecircncia do CSMACD
10BaseT e 100BaseT
Hubs
Codificaccedilatildeo Manchester
Gigabit Ethernetbull Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeobull Permite enlaces ponto-a-ponto e canais de muacuteltiplo acesso
compartilhadosbull No modo compartilhado o CSMACD eacute usado exige pequenas
distacircncias entre os noacutes para ser eficientebull Usa hubs chamados aqui de Distribuidores com Armazenagem
ldquoBuffered Distributorsrdquobull Full-duplex a 1 Gbps para enlaces ponto-a-ponto bull 10 Gbps agora
Interconexatildeo com hubs
Switchbull Dispositivo de camada de enlacebull Armazena e encaminha quadros Ethernetbull Examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o quadro
baseado no endereccedilo MAC de destinobull Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento usa CSMACD
para acessar o segmento
bull Transparentebull Hospedeiros satildeo inconscientes da presenccedila dos switchesbull Plug-and-play self-learning (auto-aprendizado)
Encaminhamento
Filtragemencaminhamento
Switch exemplo
Switches vs roteadores
Resumo comparaccedilatildeo
Controle de enlace de dados ponto-a-pontobull Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace de
broadcastbull Sem Media Access Controlbull Natildeo necessita de endereccedilamento MAC expliacutecito
bull Ex dialup link linha ISDN
bull Protocolos ponto-a-ponto DLC popularesbull PPP (point-to-point protocol)bull HDLC High level data link control (camada de enlace costumava ser
considerada ldquocamada altardquo na pilha de protocolos)
Virtualizaccedilatildeo das redesVirtualizaccedilatildeo dos recursos uma poderosa abstraccedilatildeo em engenharia de sistemasExemplos em computaccedilatildeo memoacuteria virtual dispositivos virtuais Maacutequinas virtuais ex javaIBM VM os dos anos 6070
Camada de abstraccedilotildees natildeo se apega a detalhes da camada mais baixa apenas trata com as camadas mais baixas abstratament
Endereccedilos de LAN e ARPbull Endereccedilos IP de 32-bit bull Endereccedilos da camada de redebull Usados para levar o datagrama ateacute a rede de destino (lembre-se da definiccedilatildeo
de rede IP)
bull Endereccedilo de LAN (ou MAC ou fiacutesico)bull Usado para levar o datagrama de uma interface fiacutesica a outra fisicamente
conectada com a primeira (isto eacute na mesma rede)bull Endereccedilos MAC com 48 bits (na maioria das LANs) gravados na memoacuteria fixa
(ROM) do adaptador de rede
Endereccedilos de LAN (cont)bull A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEEbull O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (para assegurar a
unicidade)bull Analogia
bull (a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG bull (b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal
bull Endereccedilamento MAC eacute ldquoflatrdquo =gt portabilidadebull Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra sem reconfiguraccedilatildeo de
endereccedilo MAC
bull Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevelbull Depende da rede na qual se estaacute ligado
ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de resoluccedilatildeo de endereccedilos)bull Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de B dado o endereccedilo IP
de Bbull Cada noacute IP (hospedeiro roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabela
ARPbull Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN lt
endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt
bull lt IP address MAC address TTLgtbull TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute
esquecido (tipicamente 20 min)
Ethernetbull Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo bull Barato R$20 por 100 Mbpsbull Primeira tecnologia de LAN largamente usadabull Mais simples e mais barata que LANs com token e ATMbull Velocidade crescente 10 Mbps ndash 10 Gbps
Topologia em estrela
Estrutura do quadro Ethernet
Estrutura do quadro Ethernet
Serviccedilo natildeo confiaacutevel sem conexatildeobull Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o
receptorbull Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o
adaptador transmissorbull O fluxo de datagramas que passa para a camada de rede pode deixar lacunas bull Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCPbull Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas
Ethernet usa CSMACDbull Sem slotsbull Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador
transmitindo isto eacute carrier sensebull O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador
transmitindo isto eacute collision detectionbull Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo
aleatoacuterio isto eacute random access
Algoritmo CSMACD da Ethernet1 O adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro 2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmitir o quadro
Se ele detecta o canal ocupado espera ateacute ele ficar livre e entatildeo transmite 3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo
sua missatildeo com esse quadro estaacute cumprida 4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta
e envia um jam signal5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a m-eacutesima
colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2m-1 O adaptador espera K512 tempos de bit e retorna ao passo 2
Ethernet CSMACDbull Jam signal garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da
colisatildeo 48 bits bull Bit time 01 microsseg para Ethernet de 10 Mbps para K = 1023 o tempo de
espera eacute cerca de 50 mseg bull Veja o applet Java no Web site da AWL altamemte recomendado
Exponential backoff bull Objetivo adaptar tentativas de retransmissatildeo para carga atual da rede
bull Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longabull Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacute K x 512 tempos de transmissatildeo de bitbull Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3hellipbull Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023
Eficiecircncia do CSMACD
10BaseT e 100BaseT
Hubs
Codificaccedilatildeo Manchester
Gigabit Ethernetbull Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeobull Permite enlaces ponto-a-ponto e canais de muacuteltiplo acesso
compartilhadosbull No modo compartilhado o CSMACD eacute usado exige pequenas
distacircncias entre os noacutes para ser eficientebull Usa hubs chamados aqui de Distribuidores com Armazenagem
ldquoBuffered Distributorsrdquobull Full-duplex a 1 Gbps para enlaces ponto-a-ponto bull 10 Gbps agora
Interconexatildeo com hubs
Switchbull Dispositivo de camada de enlacebull Armazena e encaminha quadros Ethernetbull Examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o quadro
baseado no endereccedilo MAC de destinobull Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento usa CSMACD
para acessar o segmento
bull Transparentebull Hospedeiros satildeo inconscientes da presenccedila dos switchesbull Plug-and-play self-learning (auto-aprendizado)
Encaminhamento
Filtragemencaminhamento
Switch exemplo
Switches vs roteadores
Resumo comparaccedilatildeo
Controle de enlace de dados ponto-a-pontobull Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace de
broadcastbull Sem Media Access Controlbull Natildeo necessita de endereccedilamento MAC expliacutecito
bull Ex dialup link linha ISDN
bull Protocolos ponto-a-ponto DLC popularesbull PPP (point-to-point protocol)bull HDLC High level data link control (camada de enlace costumava ser
considerada ldquocamada altardquo na pilha de protocolos)
Virtualizaccedilatildeo das redesVirtualizaccedilatildeo dos recursos uma poderosa abstraccedilatildeo em engenharia de sistemasExemplos em computaccedilatildeo memoacuteria virtual dispositivos virtuais Maacutequinas virtuais ex javaIBM VM os dos anos 6070
Camada de abstraccedilotildees natildeo se apega a detalhes da camada mais baixa apenas trata com as camadas mais baixas abstratament
Endereccedilos de LAN (cont)bull A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEEbull O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (para assegurar a
unicidade)bull Analogia
bull (a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG bull (b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal
bull Endereccedilamento MAC eacute ldquoflatrdquo =gt portabilidadebull Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra sem reconfiguraccedilatildeo de
endereccedilo MAC
bull Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevelbull Depende da rede na qual se estaacute ligado
ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de resoluccedilatildeo de endereccedilos)bull Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de B dado o endereccedilo IP
de Bbull Cada noacute IP (hospedeiro roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabela
ARPbull Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN lt
endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt
bull lt IP address MAC address TTLgtbull TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute
esquecido (tipicamente 20 min)
Ethernetbull Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo bull Barato R$20 por 100 Mbpsbull Primeira tecnologia de LAN largamente usadabull Mais simples e mais barata que LANs com token e ATMbull Velocidade crescente 10 Mbps ndash 10 Gbps
Topologia em estrela
Estrutura do quadro Ethernet
Estrutura do quadro Ethernet
Serviccedilo natildeo confiaacutevel sem conexatildeobull Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o
receptorbull Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o
adaptador transmissorbull O fluxo de datagramas que passa para a camada de rede pode deixar lacunas bull Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCPbull Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas
Ethernet usa CSMACDbull Sem slotsbull Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador
transmitindo isto eacute carrier sensebull O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador
transmitindo isto eacute collision detectionbull Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo
aleatoacuterio isto eacute random access
Algoritmo CSMACD da Ethernet1 O adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro 2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmitir o quadro
Se ele detecta o canal ocupado espera ateacute ele ficar livre e entatildeo transmite 3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo
sua missatildeo com esse quadro estaacute cumprida 4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta
e envia um jam signal5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a m-eacutesima
colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2m-1 O adaptador espera K512 tempos de bit e retorna ao passo 2
Ethernet CSMACDbull Jam signal garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da
colisatildeo 48 bits bull Bit time 01 microsseg para Ethernet de 10 Mbps para K = 1023 o tempo de
espera eacute cerca de 50 mseg bull Veja o applet Java no Web site da AWL altamemte recomendado
Exponential backoff bull Objetivo adaptar tentativas de retransmissatildeo para carga atual da rede
bull Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longabull Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacute K x 512 tempos de transmissatildeo de bitbull Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3hellipbull Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023
Eficiecircncia do CSMACD
10BaseT e 100BaseT
Hubs
Codificaccedilatildeo Manchester
Gigabit Ethernetbull Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeobull Permite enlaces ponto-a-ponto e canais de muacuteltiplo acesso
compartilhadosbull No modo compartilhado o CSMACD eacute usado exige pequenas
distacircncias entre os noacutes para ser eficientebull Usa hubs chamados aqui de Distribuidores com Armazenagem
ldquoBuffered Distributorsrdquobull Full-duplex a 1 Gbps para enlaces ponto-a-ponto bull 10 Gbps agora
Interconexatildeo com hubs
Switchbull Dispositivo de camada de enlacebull Armazena e encaminha quadros Ethernetbull Examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o quadro
baseado no endereccedilo MAC de destinobull Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento usa CSMACD
para acessar o segmento
bull Transparentebull Hospedeiros satildeo inconscientes da presenccedila dos switchesbull Plug-and-play self-learning (auto-aprendizado)
Encaminhamento
Filtragemencaminhamento
Switch exemplo
Switches vs roteadores
Resumo comparaccedilatildeo
Controle de enlace de dados ponto-a-pontobull Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace de
broadcastbull Sem Media Access Controlbull Natildeo necessita de endereccedilamento MAC expliacutecito
bull Ex dialup link linha ISDN
bull Protocolos ponto-a-ponto DLC popularesbull PPP (point-to-point protocol)bull HDLC High level data link control (camada de enlace costumava ser
considerada ldquocamada altardquo na pilha de protocolos)
Virtualizaccedilatildeo das redesVirtualizaccedilatildeo dos recursos uma poderosa abstraccedilatildeo em engenharia de sistemasExemplos em computaccedilatildeo memoacuteria virtual dispositivos virtuais Maacutequinas virtuais ex javaIBM VM os dos anos 6070
Camada de abstraccedilotildees natildeo se apega a detalhes da camada mais baixa apenas trata com as camadas mais baixas abstratament
ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de resoluccedilatildeo de endereccedilos)bull Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de B dado o endereccedilo IP
de Bbull Cada noacute IP (hospedeiro roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabela
ARPbull Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN lt
endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt
bull lt IP address MAC address TTLgtbull TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute
esquecido (tipicamente 20 min)
Ethernetbull Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo bull Barato R$20 por 100 Mbpsbull Primeira tecnologia de LAN largamente usadabull Mais simples e mais barata que LANs com token e ATMbull Velocidade crescente 10 Mbps ndash 10 Gbps
Topologia em estrela
Estrutura do quadro Ethernet
Estrutura do quadro Ethernet
Serviccedilo natildeo confiaacutevel sem conexatildeobull Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o
receptorbull Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o
adaptador transmissorbull O fluxo de datagramas que passa para a camada de rede pode deixar lacunas bull Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCPbull Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas
Ethernet usa CSMACDbull Sem slotsbull Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador
transmitindo isto eacute carrier sensebull O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador
transmitindo isto eacute collision detectionbull Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo
aleatoacuterio isto eacute random access
Algoritmo CSMACD da Ethernet1 O adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro 2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmitir o quadro
Se ele detecta o canal ocupado espera ateacute ele ficar livre e entatildeo transmite 3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo
sua missatildeo com esse quadro estaacute cumprida 4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta
e envia um jam signal5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a m-eacutesima
colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2m-1 O adaptador espera K512 tempos de bit e retorna ao passo 2
Ethernet CSMACDbull Jam signal garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da
colisatildeo 48 bits bull Bit time 01 microsseg para Ethernet de 10 Mbps para K = 1023 o tempo de
espera eacute cerca de 50 mseg bull Veja o applet Java no Web site da AWL altamemte recomendado
Exponential backoff bull Objetivo adaptar tentativas de retransmissatildeo para carga atual da rede
bull Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longabull Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacute K x 512 tempos de transmissatildeo de bitbull Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3hellipbull Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023
Eficiecircncia do CSMACD
10BaseT e 100BaseT
Hubs
Codificaccedilatildeo Manchester
Gigabit Ethernetbull Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeobull Permite enlaces ponto-a-ponto e canais de muacuteltiplo acesso
compartilhadosbull No modo compartilhado o CSMACD eacute usado exige pequenas
distacircncias entre os noacutes para ser eficientebull Usa hubs chamados aqui de Distribuidores com Armazenagem
ldquoBuffered Distributorsrdquobull Full-duplex a 1 Gbps para enlaces ponto-a-ponto bull 10 Gbps agora
Interconexatildeo com hubs
Switchbull Dispositivo de camada de enlacebull Armazena e encaminha quadros Ethernetbull Examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o quadro
baseado no endereccedilo MAC de destinobull Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento usa CSMACD
para acessar o segmento
bull Transparentebull Hospedeiros satildeo inconscientes da presenccedila dos switchesbull Plug-and-play self-learning (auto-aprendizado)
Encaminhamento
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Switch exemplo
Switches vs roteadores
Resumo comparaccedilatildeo
Controle de enlace de dados ponto-a-pontobull Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace de
broadcastbull Sem Media Access Controlbull Natildeo necessita de endereccedilamento MAC expliacutecito
bull Ex dialup link linha ISDN
bull Protocolos ponto-a-ponto DLC popularesbull PPP (point-to-point protocol)bull HDLC High level data link control (camada de enlace costumava ser
considerada ldquocamada altardquo na pilha de protocolos)
Virtualizaccedilatildeo das redesVirtualizaccedilatildeo dos recursos uma poderosa abstraccedilatildeo em engenharia de sistemasExemplos em computaccedilatildeo memoacuteria virtual dispositivos virtuais Maacutequinas virtuais ex javaIBM VM os dos anos 6070
Camada de abstraccedilotildees natildeo se apega a detalhes da camada mais baixa apenas trata com as camadas mais baixas abstratament
Ethernetbull Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo bull Barato R$20 por 100 Mbpsbull Primeira tecnologia de LAN largamente usadabull Mais simples e mais barata que LANs com token e ATMbull Velocidade crescente 10 Mbps ndash 10 Gbps
Topologia em estrela
Estrutura do quadro Ethernet
Estrutura do quadro Ethernet
Serviccedilo natildeo confiaacutevel sem conexatildeobull Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o
receptorbull Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o
adaptador transmissorbull O fluxo de datagramas que passa para a camada de rede pode deixar lacunas bull Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCPbull Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas
Ethernet usa CSMACDbull Sem slotsbull Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador
transmitindo isto eacute carrier sensebull O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador
transmitindo isto eacute collision detectionbull Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo
aleatoacuterio isto eacute random access
Algoritmo CSMACD da Ethernet1 O adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro 2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmitir o quadro
Se ele detecta o canal ocupado espera ateacute ele ficar livre e entatildeo transmite 3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo
sua missatildeo com esse quadro estaacute cumprida 4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta
e envia um jam signal5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a m-eacutesima
colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2m-1 O adaptador espera K512 tempos de bit e retorna ao passo 2
Ethernet CSMACDbull Jam signal garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da
colisatildeo 48 bits bull Bit time 01 microsseg para Ethernet de 10 Mbps para K = 1023 o tempo de
espera eacute cerca de 50 mseg bull Veja o applet Java no Web site da AWL altamemte recomendado
Exponential backoff bull Objetivo adaptar tentativas de retransmissatildeo para carga atual da rede
bull Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longabull Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacute K x 512 tempos de transmissatildeo de bitbull Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3hellipbull Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023
Eficiecircncia do CSMACD
10BaseT e 100BaseT
Hubs
Codificaccedilatildeo Manchester
Gigabit Ethernetbull Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeobull Permite enlaces ponto-a-ponto e canais de muacuteltiplo acesso
compartilhadosbull No modo compartilhado o CSMACD eacute usado exige pequenas
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Interconexatildeo com hubs
Switchbull Dispositivo de camada de enlacebull Armazena e encaminha quadros Ethernetbull Examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o quadro
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Resumo comparaccedilatildeo
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bull Ex dialup link linha ISDN
bull Protocolos ponto-a-ponto DLC popularesbull PPP (point-to-point protocol)bull HDLC High level data link control (camada de enlace costumava ser
considerada ldquocamada altardquo na pilha de protocolos)
Virtualizaccedilatildeo das redesVirtualizaccedilatildeo dos recursos uma poderosa abstraccedilatildeo em engenharia de sistemasExemplos em computaccedilatildeo memoacuteria virtual dispositivos virtuais Maacutequinas virtuais ex javaIBM VM os dos anos 6070
Camada de abstraccedilotildees natildeo se apega a detalhes da camada mais baixa apenas trata com as camadas mais baixas abstratament
Topologia em estrela
Estrutura do quadro Ethernet
Estrutura do quadro Ethernet
Serviccedilo natildeo confiaacutevel sem conexatildeobull Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o
receptorbull Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o
adaptador transmissorbull O fluxo de datagramas que passa para a camada de rede pode deixar lacunas bull Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCPbull Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas
Ethernet usa CSMACDbull Sem slotsbull Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador
transmitindo isto eacute carrier sensebull O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador
transmitindo isto eacute collision detectionbull Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo
aleatoacuterio isto eacute random access
Algoritmo CSMACD da Ethernet1 O adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro 2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmitir o quadro
Se ele detecta o canal ocupado espera ateacute ele ficar livre e entatildeo transmite 3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo
sua missatildeo com esse quadro estaacute cumprida 4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta
e envia um jam signal5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a m-eacutesima
colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2m-1 O adaptador espera K512 tempos de bit e retorna ao passo 2
Ethernet CSMACDbull Jam signal garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da
colisatildeo 48 bits bull Bit time 01 microsseg para Ethernet de 10 Mbps para K = 1023 o tempo de
espera eacute cerca de 50 mseg bull Veja o applet Java no Web site da AWL altamemte recomendado
Exponential backoff bull Objetivo adaptar tentativas de retransmissatildeo para carga atual da rede
bull Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longabull Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacute K x 512 tempos de transmissatildeo de bitbull Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3hellipbull Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023
Eficiecircncia do CSMACD
10BaseT e 100BaseT
Hubs
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Gigabit Ethernetbull Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeobull Permite enlaces ponto-a-ponto e canais de muacuteltiplo acesso
compartilhadosbull No modo compartilhado o CSMACD eacute usado exige pequenas
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ldquoBuffered Distributorsrdquobull Full-duplex a 1 Gbps para enlaces ponto-a-ponto bull 10 Gbps agora
Interconexatildeo com hubs
Switchbull Dispositivo de camada de enlacebull Armazena e encaminha quadros Ethernetbull Examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o quadro
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para acessar o segmento
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Encaminhamento
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Resumo comparaccedilatildeo
Controle de enlace de dados ponto-a-pontobull Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace de
broadcastbull Sem Media Access Controlbull Natildeo necessita de endereccedilamento MAC expliacutecito
bull Ex dialup link linha ISDN
bull Protocolos ponto-a-ponto DLC popularesbull PPP (point-to-point protocol)bull HDLC High level data link control (camada de enlace costumava ser
considerada ldquocamada altardquo na pilha de protocolos)
Virtualizaccedilatildeo das redesVirtualizaccedilatildeo dos recursos uma poderosa abstraccedilatildeo em engenharia de sistemasExemplos em computaccedilatildeo memoacuteria virtual dispositivos virtuais Maacutequinas virtuais ex javaIBM VM os dos anos 6070
Camada de abstraccedilotildees natildeo se apega a detalhes da camada mais baixa apenas trata com as camadas mais baixas abstratament
Estrutura do quadro Ethernet
Estrutura do quadro Ethernet
Serviccedilo natildeo confiaacutevel sem conexatildeobull Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o
receptorbull Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o
adaptador transmissorbull O fluxo de datagramas que passa para a camada de rede pode deixar lacunas bull Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCPbull Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas
Ethernet usa CSMACDbull Sem slotsbull Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador
transmitindo isto eacute carrier sensebull O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador
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aleatoacuterio isto eacute random access
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Se ele detecta o canal ocupado espera ateacute ele ficar livre e entatildeo transmite 3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo
sua missatildeo com esse quadro estaacute cumprida 4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta
e envia um jam signal5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a m-eacutesima
colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2m-1 O adaptador espera K512 tempos de bit e retorna ao passo 2
Ethernet CSMACDbull Jam signal garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da
colisatildeo 48 bits bull Bit time 01 microsseg para Ethernet de 10 Mbps para K = 1023 o tempo de
espera eacute cerca de 50 mseg bull Veja o applet Java no Web site da AWL altamemte recomendado
Exponential backoff bull Objetivo adaptar tentativas de retransmissatildeo para carga atual da rede
bull Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longabull Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacute K x 512 tempos de transmissatildeo de bitbull Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3hellipbull Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023
Eficiecircncia do CSMACD
10BaseT e 100BaseT
Hubs
Codificaccedilatildeo Manchester
Gigabit Ethernetbull Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeobull Permite enlaces ponto-a-ponto e canais de muacuteltiplo acesso
compartilhadosbull No modo compartilhado o CSMACD eacute usado exige pequenas
distacircncias entre os noacutes para ser eficientebull Usa hubs chamados aqui de Distribuidores com Armazenagem
ldquoBuffered Distributorsrdquobull Full-duplex a 1 Gbps para enlaces ponto-a-ponto bull 10 Gbps agora
Interconexatildeo com hubs
Switchbull Dispositivo de camada de enlacebull Armazena e encaminha quadros Ethernetbull Examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o quadro
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Encaminhamento
Filtragemencaminhamento
Switch exemplo
Switches vs roteadores
Resumo comparaccedilatildeo
Controle de enlace de dados ponto-a-pontobull Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace de
broadcastbull Sem Media Access Controlbull Natildeo necessita de endereccedilamento MAC expliacutecito
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bull Protocolos ponto-a-ponto DLC popularesbull PPP (point-to-point protocol)bull HDLC High level data link control (camada de enlace costumava ser
considerada ldquocamada altardquo na pilha de protocolos)
Virtualizaccedilatildeo das redesVirtualizaccedilatildeo dos recursos uma poderosa abstraccedilatildeo em engenharia de sistemasExemplos em computaccedilatildeo memoacuteria virtual dispositivos virtuais Maacutequinas virtuais ex javaIBM VM os dos anos 6070
Camada de abstraccedilotildees natildeo se apega a detalhes da camada mais baixa apenas trata com as camadas mais baixas abstratament
Estrutura do quadro Ethernet
Serviccedilo natildeo confiaacutevel sem conexatildeobull Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o
receptorbull Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o
adaptador transmissorbull O fluxo de datagramas que passa para a camada de rede pode deixar lacunas bull Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCPbull Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas
Ethernet usa CSMACDbull Sem slotsbull Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador
transmitindo isto eacute carrier sensebull O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador
transmitindo isto eacute collision detectionbull Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo
aleatoacuterio isto eacute random access
Algoritmo CSMACD da Ethernet1 O adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro 2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmitir o quadro
Se ele detecta o canal ocupado espera ateacute ele ficar livre e entatildeo transmite 3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo
sua missatildeo com esse quadro estaacute cumprida 4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta
e envia um jam signal5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a m-eacutesima
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Ethernet CSMACDbull Jam signal garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da
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espera eacute cerca de 50 mseg bull Veja o applet Java no Web site da AWL altamemte recomendado
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bull Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longabull Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacute K x 512 tempos de transmissatildeo de bitbull Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3hellipbull Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023
Eficiecircncia do CSMACD
10BaseT e 100BaseT
Hubs
Codificaccedilatildeo Manchester
Gigabit Ethernetbull Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeobull Permite enlaces ponto-a-ponto e canais de muacuteltiplo acesso
compartilhadosbull No modo compartilhado o CSMACD eacute usado exige pequenas
distacircncias entre os noacutes para ser eficientebull Usa hubs chamados aqui de Distribuidores com Armazenagem
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Encaminhamento
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Switches vs roteadores
Resumo comparaccedilatildeo
Controle de enlace de dados ponto-a-pontobull Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace de
broadcastbull Sem Media Access Controlbull Natildeo necessita de endereccedilamento MAC expliacutecito
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considerada ldquocamada altardquo na pilha de protocolos)
Virtualizaccedilatildeo das redesVirtualizaccedilatildeo dos recursos uma poderosa abstraccedilatildeo em engenharia de sistemasExemplos em computaccedilatildeo memoacuteria virtual dispositivos virtuais Maacutequinas virtuais ex javaIBM VM os dos anos 6070
Camada de abstraccedilotildees natildeo se apega a detalhes da camada mais baixa apenas trata com as camadas mais baixas abstratament
Serviccedilo natildeo confiaacutevel sem conexatildeobull Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o
receptorbull Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o
adaptador transmissorbull O fluxo de datagramas que passa para a camada de rede pode deixar lacunas bull Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCPbull Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas
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Ethernet CSMACDbull Jam signal garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da
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bull Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longabull Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacute K x 512 tempos de transmissatildeo de bitbull Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3hellipbull Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023
Eficiecircncia do CSMACD
10BaseT e 100BaseT
Hubs
Codificaccedilatildeo Manchester
Gigabit Ethernetbull Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeobull Permite enlaces ponto-a-ponto e canais de muacuteltiplo acesso
compartilhadosbull No modo compartilhado o CSMACD eacute usado exige pequenas
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Interconexatildeo com hubs
Switchbull Dispositivo de camada de enlacebull Armazena e encaminha quadros Ethernetbull Examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o quadro
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Virtualizaccedilatildeo das redesVirtualizaccedilatildeo dos recursos uma poderosa abstraccedilatildeo em engenharia de sistemasExemplos em computaccedilatildeo memoacuteria virtual dispositivos virtuais Maacutequinas virtuais ex javaIBM VM os dos anos 6070
Camada de abstraccedilotildees natildeo se apega a detalhes da camada mais baixa apenas trata com as camadas mais baixas abstratament
Ethernet usa CSMACDbull Sem slotsbull Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador
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bull Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longabull Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacute K x 512 tempos de transmissatildeo de bitbull Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3hellipbull Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023
Eficiecircncia do CSMACD
10BaseT e 100BaseT
Hubs
Codificaccedilatildeo Manchester
Gigabit Ethernetbull Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeobull Permite enlaces ponto-a-ponto e canais de muacuteltiplo acesso
compartilhadosbull No modo compartilhado o CSMACD eacute usado exige pequenas
distacircncias entre os noacutes para ser eficientebull Usa hubs chamados aqui de Distribuidores com Armazenagem
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Switchbull Dispositivo de camada de enlacebull Armazena e encaminha quadros Ethernetbull Examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o quadro
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bull Protocolos ponto-a-ponto DLC popularesbull PPP (point-to-point protocol)bull HDLC High level data link control (camada de enlace costumava ser
considerada ldquocamada altardquo na pilha de protocolos)
Virtualizaccedilatildeo das redesVirtualizaccedilatildeo dos recursos uma poderosa abstraccedilatildeo em engenharia de sistemasExemplos em computaccedilatildeo memoacuteria virtual dispositivos virtuais Maacutequinas virtuais ex javaIBM VM os dos anos 6070
Camada de abstraccedilotildees natildeo se apega a detalhes da camada mais baixa apenas trata com as camadas mais baixas abstratament
Algoritmo CSMACD da Ethernet1 O adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro 2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmitir o quadro
Se ele detecta o canal ocupado espera ateacute ele ficar livre e entatildeo transmite 3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo
sua missatildeo com esse quadro estaacute cumprida 4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta
e envia um jam signal5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a m-eacutesima
colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2m-1 O adaptador espera K512 tempos de bit e retorna ao passo 2
Ethernet CSMACDbull Jam signal garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da
colisatildeo 48 bits bull Bit time 01 microsseg para Ethernet de 10 Mbps para K = 1023 o tempo de
espera eacute cerca de 50 mseg bull Veja o applet Java no Web site da AWL altamemte recomendado
Exponential backoff bull Objetivo adaptar tentativas de retransmissatildeo para carga atual da rede
bull Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longabull Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacute K x 512 tempos de transmissatildeo de bitbull Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3hellipbull Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023
Eficiecircncia do CSMACD
10BaseT e 100BaseT
Hubs
Codificaccedilatildeo Manchester
Gigabit Ethernetbull Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeobull Permite enlaces ponto-a-ponto e canais de muacuteltiplo acesso
compartilhadosbull No modo compartilhado o CSMACD eacute usado exige pequenas
distacircncias entre os noacutes para ser eficientebull Usa hubs chamados aqui de Distribuidores com Armazenagem
ldquoBuffered Distributorsrdquobull Full-duplex a 1 Gbps para enlaces ponto-a-ponto bull 10 Gbps agora
Interconexatildeo com hubs
Switchbull Dispositivo de camada de enlacebull Armazena e encaminha quadros Ethernetbull Examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o quadro
baseado no endereccedilo MAC de destinobull Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento usa CSMACD
para acessar o segmento
bull Transparentebull Hospedeiros satildeo inconscientes da presenccedila dos switchesbull Plug-and-play self-learning (auto-aprendizado)
Encaminhamento
Filtragemencaminhamento
Switch exemplo
Switches vs roteadores
Resumo comparaccedilatildeo
Controle de enlace de dados ponto-a-pontobull Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace de
broadcastbull Sem Media Access Controlbull Natildeo necessita de endereccedilamento MAC expliacutecito
bull Ex dialup link linha ISDN
bull Protocolos ponto-a-ponto DLC popularesbull PPP (point-to-point protocol)bull HDLC High level data link control (camada de enlace costumava ser
considerada ldquocamada altardquo na pilha de protocolos)
Virtualizaccedilatildeo das redesVirtualizaccedilatildeo dos recursos uma poderosa abstraccedilatildeo em engenharia de sistemasExemplos em computaccedilatildeo memoacuteria virtual dispositivos virtuais Maacutequinas virtuais ex javaIBM VM os dos anos 6070
Camada de abstraccedilotildees natildeo se apega a detalhes da camada mais baixa apenas trata com as camadas mais baixas abstratament
Ethernet CSMACDbull Jam signal garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da
colisatildeo 48 bits bull Bit time 01 microsseg para Ethernet de 10 Mbps para K = 1023 o tempo de
espera eacute cerca de 50 mseg bull Veja o applet Java no Web site da AWL altamemte recomendado
Exponential backoff bull Objetivo adaptar tentativas de retransmissatildeo para carga atual da rede
bull Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longabull Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacute K x 512 tempos de transmissatildeo de bitbull Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3hellipbull Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023
Eficiecircncia do CSMACD
10BaseT e 100BaseT
Hubs
Codificaccedilatildeo Manchester
Gigabit Ethernetbull Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeobull Permite enlaces ponto-a-ponto e canais de muacuteltiplo acesso
compartilhadosbull No modo compartilhado o CSMACD eacute usado exige pequenas
distacircncias entre os noacutes para ser eficientebull Usa hubs chamados aqui de Distribuidores com Armazenagem
ldquoBuffered Distributorsrdquobull Full-duplex a 1 Gbps para enlaces ponto-a-ponto bull 10 Gbps agora
Interconexatildeo com hubs
Switchbull Dispositivo de camada de enlacebull Armazena e encaminha quadros Ethernetbull Examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o quadro
baseado no endereccedilo MAC de destinobull Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento usa CSMACD
para acessar o segmento
bull Transparentebull Hospedeiros satildeo inconscientes da presenccedila dos switchesbull Plug-and-play self-learning (auto-aprendizado)
Encaminhamento
Filtragemencaminhamento
Switch exemplo
Switches vs roteadores
Resumo comparaccedilatildeo
Controle de enlace de dados ponto-a-pontobull Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace de
broadcastbull Sem Media Access Controlbull Natildeo necessita de endereccedilamento MAC expliacutecito
bull Ex dialup link linha ISDN
bull Protocolos ponto-a-ponto DLC popularesbull PPP (point-to-point protocol)bull HDLC High level data link control (camada de enlace costumava ser
considerada ldquocamada altardquo na pilha de protocolos)
Virtualizaccedilatildeo das redesVirtualizaccedilatildeo dos recursos uma poderosa abstraccedilatildeo em engenharia de sistemasExemplos em computaccedilatildeo memoacuteria virtual dispositivos virtuais Maacutequinas virtuais ex javaIBM VM os dos anos 6070
Camada de abstraccedilotildees natildeo se apega a detalhes da camada mais baixa apenas trata com as camadas mais baixas abstratament
Eficiecircncia do CSMACD
10BaseT e 100BaseT
Hubs
Codificaccedilatildeo Manchester
Gigabit Ethernetbull Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeobull Permite enlaces ponto-a-ponto e canais de muacuteltiplo acesso
compartilhadosbull No modo compartilhado o CSMACD eacute usado exige pequenas
distacircncias entre os noacutes para ser eficientebull Usa hubs chamados aqui de Distribuidores com Armazenagem
ldquoBuffered Distributorsrdquobull Full-duplex a 1 Gbps para enlaces ponto-a-ponto bull 10 Gbps agora
Interconexatildeo com hubs
Switchbull Dispositivo de camada de enlacebull Armazena e encaminha quadros Ethernetbull Examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o quadro
baseado no endereccedilo MAC de destinobull Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento usa CSMACD
para acessar o segmento
bull Transparentebull Hospedeiros satildeo inconscientes da presenccedila dos switchesbull Plug-and-play self-learning (auto-aprendizado)
Encaminhamento
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Switch exemplo
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Resumo comparaccedilatildeo
Controle de enlace de dados ponto-a-pontobull Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace de
broadcastbull Sem Media Access Controlbull Natildeo necessita de endereccedilamento MAC expliacutecito
bull Ex dialup link linha ISDN
bull Protocolos ponto-a-ponto DLC popularesbull PPP (point-to-point protocol)bull HDLC High level data link control (camada de enlace costumava ser
considerada ldquocamada altardquo na pilha de protocolos)
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Camada de abstraccedilotildees natildeo se apega a detalhes da camada mais baixa apenas trata com as camadas mais baixas abstratament
10BaseT e 100BaseT
Hubs
Codificaccedilatildeo Manchester
Gigabit Ethernetbull Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeobull Permite enlaces ponto-a-ponto e canais de muacuteltiplo acesso
compartilhadosbull No modo compartilhado o CSMACD eacute usado exige pequenas
distacircncias entre os noacutes para ser eficientebull Usa hubs chamados aqui de Distribuidores com Armazenagem
ldquoBuffered Distributorsrdquobull Full-duplex a 1 Gbps para enlaces ponto-a-ponto bull 10 Gbps agora
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Switchbull Dispositivo de camada de enlacebull Armazena e encaminha quadros Ethernetbull Examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o quadro
baseado no endereccedilo MAC de destinobull Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento usa CSMACD
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broadcastbull Sem Media Access Controlbull Natildeo necessita de endereccedilamento MAC expliacutecito
bull Ex dialup link linha ISDN
bull Protocolos ponto-a-ponto DLC popularesbull PPP (point-to-point protocol)bull HDLC High level data link control (camada de enlace costumava ser
considerada ldquocamada altardquo na pilha de protocolos)
Virtualizaccedilatildeo das redesVirtualizaccedilatildeo dos recursos uma poderosa abstraccedilatildeo em engenharia de sistemasExemplos em computaccedilatildeo memoacuteria virtual dispositivos virtuais Maacutequinas virtuais ex javaIBM VM os dos anos 6070
Camada de abstraccedilotildees natildeo se apega a detalhes da camada mais baixa apenas trata com as camadas mais baixas abstratament
Hubs
Codificaccedilatildeo Manchester
Gigabit Ethernetbull Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeobull Permite enlaces ponto-a-ponto e canais de muacuteltiplo acesso
compartilhadosbull No modo compartilhado o CSMACD eacute usado exige pequenas
distacircncias entre os noacutes para ser eficientebull Usa hubs chamados aqui de Distribuidores com Armazenagem
ldquoBuffered Distributorsrdquobull Full-duplex a 1 Gbps para enlaces ponto-a-ponto bull 10 Gbps agora
Interconexatildeo com hubs
Switchbull Dispositivo de camada de enlacebull Armazena e encaminha quadros Ethernetbull Examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o quadro
baseado no endereccedilo MAC de destinobull Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento usa CSMACD
para acessar o segmento
bull Transparentebull Hospedeiros satildeo inconscientes da presenccedila dos switchesbull Plug-and-play self-learning (auto-aprendizado)
Encaminhamento
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Controle de enlace de dados ponto-a-pontobull Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace de
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bull Ex dialup link linha ISDN
bull Protocolos ponto-a-ponto DLC popularesbull PPP (point-to-point protocol)bull HDLC High level data link control (camada de enlace costumava ser
considerada ldquocamada altardquo na pilha de protocolos)
Virtualizaccedilatildeo das redesVirtualizaccedilatildeo dos recursos uma poderosa abstraccedilatildeo em engenharia de sistemasExemplos em computaccedilatildeo memoacuteria virtual dispositivos virtuais Maacutequinas virtuais ex javaIBM VM os dos anos 6070
Camada de abstraccedilotildees natildeo se apega a detalhes da camada mais baixa apenas trata com as camadas mais baixas abstratament
Codificaccedilatildeo Manchester
Gigabit Ethernetbull Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeobull Permite enlaces ponto-a-ponto e canais de muacuteltiplo acesso
compartilhadosbull No modo compartilhado o CSMACD eacute usado exige pequenas
distacircncias entre os noacutes para ser eficientebull Usa hubs chamados aqui de Distribuidores com Armazenagem
ldquoBuffered Distributorsrdquobull Full-duplex a 1 Gbps para enlaces ponto-a-ponto bull 10 Gbps agora
Interconexatildeo com hubs
Switchbull Dispositivo de camada de enlacebull Armazena e encaminha quadros Ethernetbull Examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o quadro
baseado no endereccedilo MAC de destinobull Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento usa CSMACD
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bull Protocolos ponto-a-ponto DLC popularesbull PPP (point-to-point protocol)bull HDLC High level data link control (camada de enlace costumava ser
considerada ldquocamada altardquo na pilha de protocolos)
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Camada de abstraccedilotildees natildeo se apega a detalhes da camada mais baixa apenas trata com as camadas mais baixas abstratament
Gigabit Ethernetbull Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeobull Permite enlaces ponto-a-ponto e canais de muacuteltiplo acesso
compartilhadosbull No modo compartilhado o CSMACD eacute usado exige pequenas
distacircncias entre os noacutes para ser eficientebull Usa hubs chamados aqui de Distribuidores com Armazenagem
ldquoBuffered Distributorsrdquobull Full-duplex a 1 Gbps para enlaces ponto-a-ponto bull 10 Gbps agora
Interconexatildeo com hubs
Switchbull Dispositivo de camada de enlacebull Armazena e encaminha quadros Ethernetbull Examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o quadro
baseado no endereccedilo MAC de destinobull Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento usa CSMACD
para acessar o segmento
bull Transparentebull Hospedeiros satildeo inconscientes da presenccedila dos switchesbull Plug-and-play self-learning (auto-aprendizado)
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Controle de enlace de dados ponto-a-pontobull Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace de
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considerada ldquocamada altardquo na pilha de protocolos)
Virtualizaccedilatildeo das redesVirtualizaccedilatildeo dos recursos uma poderosa abstraccedilatildeo em engenharia de sistemasExemplos em computaccedilatildeo memoacuteria virtual dispositivos virtuais Maacutequinas virtuais ex javaIBM VM os dos anos 6070
Camada de abstraccedilotildees natildeo se apega a detalhes da camada mais baixa apenas trata com as camadas mais baixas abstratament
Interconexatildeo com hubs
Switchbull Dispositivo de camada de enlacebull Armazena e encaminha quadros Ethernetbull Examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o quadro
baseado no endereccedilo MAC de destinobull Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento usa CSMACD
para acessar o segmento
bull Transparentebull Hospedeiros satildeo inconscientes da presenccedila dos switchesbull Plug-and-play self-learning (auto-aprendizado)
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Controle de enlace de dados ponto-a-pontobull Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace de
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bull Protocolos ponto-a-ponto DLC popularesbull PPP (point-to-point protocol)bull HDLC High level data link control (camada de enlace costumava ser
considerada ldquocamada altardquo na pilha de protocolos)
Virtualizaccedilatildeo das redesVirtualizaccedilatildeo dos recursos uma poderosa abstraccedilatildeo em engenharia de sistemasExemplos em computaccedilatildeo memoacuteria virtual dispositivos virtuais Maacutequinas virtuais ex javaIBM VM os dos anos 6070
Camada de abstraccedilotildees natildeo se apega a detalhes da camada mais baixa apenas trata com as camadas mais baixas abstratament
Switchbull Dispositivo de camada de enlacebull Armazena e encaminha quadros Ethernetbull Examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o quadro
baseado no endereccedilo MAC de destinobull Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento usa CSMACD
para acessar o segmento
bull Transparentebull Hospedeiros satildeo inconscientes da presenccedila dos switchesbull Plug-and-play self-learning (auto-aprendizado)
Encaminhamento
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Switch exemplo
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Resumo comparaccedilatildeo
Controle de enlace de dados ponto-a-pontobull Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace de
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considerada ldquocamada altardquo na pilha de protocolos)
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Switch exemplo
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Resumo comparaccedilatildeo
Controle de enlace de dados ponto-a-pontobull Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace de
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considerada ldquocamada altardquo na pilha de protocolos)
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Camada de abstraccedilotildees natildeo se apega a detalhes da camada mais baixa apenas trata com as camadas mais baixas abstratament
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Camada de abstraccedilotildees natildeo se apega a detalhes da camada mais baixa apenas trata com as camadas mais baixas abstratament
Controle de enlace de dados ponto-a-pontobull Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace de
broadcastbull Sem Media Access Controlbull Natildeo necessita de endereccedilamento MAC expliacutecito
bull Ex dialup link linha ISDN
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considerada ldquocamada altardquo na pilha de protocolos)
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Camada de abstraccedilotildees natildeo se apega a detalhes da camada mais baixa apenas trata com as camadas mais baixas abstratament
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