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fernandao777
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Capiacutetulo 5
Redes de computadores e a InternetRedes de computadores e a Internet
A camada de enlace e redes locais
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A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS
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Algumas terminologias
bull Hospedeiros e roteadores satildeo noacutes
bull Canais de comunicaccedilatildeo que conectam noacutes adjacentes ao longo do caminho de comunicaccedilatildeo satildeo enlacesbull Enlaces com fiobull Enlaces sem fiobull LANs
bull Pacote de camada-2 eacute um quadro encapsula o datagrama
Camada de enlace introduccedilatildeo
camada de enlace tem a responsabilidade de transferir um datagrama de um noacute para o noacute adjacente sobre um enlace
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bull Datagrama transferido por protocolos de enlace diferentes sobre enlaces diferentesbull 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
Analogia do transporte
bull Viagem de Princeton ateacute Lausannebull Carro Princeton ateacute JFKbull 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
A camada de enlace contexto
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bull Enquadramento acesso ao enlace bull Encapsula datagramas em quadros acrescentando cabeccedilalhos e trailerbull Implementa acesso ao canal se o meio eacute compartilhado bulllsquoendereccedilos fiacutesicosrsquo usados nos cabeccedilalhos dos quadros para Identificar a fonte e o destino dos quadros bull Diferente do endereccedilo IP
bull Entrega confiaacutevel entre dois equipamentos fisicamente conectados bull Jaacute aprendemos como isso deve ser feito (capiacutetulo 3)bull 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 errobull Q por que prover confiabilidade fim-a-fim e na camada de enlace
Serviccedilos da camada de enlace 5
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bull Controle de fluxo bull Limitaccedilatildeo da transmissatildeo entre transmissor e receptor
bull Detecccedilatildeo de erros bull Erros causados pela atenuaccedilatildeo do sinal e por ruiacutedos bull O receptor detecta a presenccedila de erros bull Avisa o transmissor para reenviar o quadro perdido
bull Correccedilatildeo de erros bull O receptor identifica e corrige o bit com erro(s) sem recorrer agrave
retransmissatildeo
bull Half-duplex efull-duplexbull Com half-duplex os noacutes em ambas as extremidades do enlace podem transmitir mas natildeo ao mesmo tempo
Serviccedilos da camada de enlace
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bull 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
Comunicaccedilatildeo de adaptadores 5
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A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS
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A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS
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Trecircs tipos de enlacesbull Ponto-a-ponto (fio uacutenico ex PPP SLIP)bull Broadcast (fio ou meio
compartilhado)bull Ethernet tradicionalbull Upstream HFCbull 80211 LAN sem fio
Enlaces de acesso muacuteltiplo e protocolos
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bull Canal de comunicaccedilatildeo uacutenico e compartilhado bull Duas ou mais transmissotildees simultacircneas pelos noacutes interferecircncia
bull 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 proacutepro
canal bull Nenhum canal fora-de-banda para coordenaccedilatildeo
Protocolos de acesso muacuteltiplo 5
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Canal de broadcast de taxa R bps
1 Quando um noacute quer transmitir ele pode enviar a uma taxa R2 Quando M noacutes querem transmitir cada um envia a uma taxa meacutedia RM3 Totalmente descentralizada
bull Nenhum noacute especial para coordenar transmissotildeesbull Nenhuma sincronizaccedilatildeo de reloacutegios e compartimentos
4 Simples
Protocolo ideal de muacuteltiplo acesso
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Trecircs grandes classesbull Particionamento de canal
bull Divide o canal em pedaccedilos menores (compartimentos de tempo frequumlecircncia)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 nos seus turnos mas com mais volume para enviar podem usar
turnos mais longos
Protocolos MAC uma taxonomia 5
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TDMA acesso muacuteltiplo por divisatildeo temporalbull Acesso ao canal eacute feito por rdquoturnos bull Cada estaccedilatildeo controla um compartimento (ldquoslotrdquo) de tamanho fixo
(tamanho = tempo de transmissatildeo de pacote) em cada turno bull 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 TDMA
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FDMA acesso muacuteltiplo por divisatildeo de frequumlecircncia bull Oespectro do canal eacute dividido em bandas de frequumlecircnciabull Cada estaccedilatildeo recebe uma banda de frequumlecircnciabull Tempo de transmissatildeo natildeo usado nas bandas de frequumlecircncia eacute desperdiccedilado bull Exemplo rede local com 6 estaccedilotildees 1 3 4 tecircm pacotes as bandas de
frequumlecircncia 2 5 6 ficam vazias
bandas de frequumlecircncia
Protocolos MAC com particionamento de canal FDMA 5
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bull Quando o noacute tem um pacote a enviarbull Transmite com toda a taxa do canal Rbull 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 ALOHAbull CSMA e CSMACD
Protocolos de acesso aleatoacuterio
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CSMA escuta antes de transmitirbull Se o canal parece vazio transmite o pacotebull Se o canal estaacute ocupado adia a transmissatildeo bull Analogia humana natildeo interrompa os outros
CSMA Carrier Sense Multiple Access 5
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Colisotildees podem ocorrero atraso de propagaccedilatildeo implica que dois noacutes podem natildeo ouvir as transmissotildees do outro
Colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo do pacote eacute desperdiccedilado
Notepapel da distacircncia e do atraso de propagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo
arranjo espacial dos noacutes na rede
Colisotildees no CSMA
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CSMACD detecccedilatildeo de portadora deferecircncia como no CSMAbull Colisotildees detectadas num tempo mais curtobull 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
CSMACD (detecccedilatildeo de colisatildeo) 5
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Protocolos MAC com particionamento de canaisbull Compartilham o canal eficientemente quando a carga eacute alta e bem
distribuiacutedabull 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
Protocolos MAC de acesso aleatoacuteriobull Eficiente nas cargas baixas um uacutenico noacute pode usar todo o canalbull Cargas altas excesso de colisotildees
Protocolos de passagem de permissatildeoBuscam o melhor dos dois mundos
Protocolos MAC com passagem de permissatildeo
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Pollingbull Noacute mestre ldquoconvidardquo os escravos a transmitirem um de cada vezbull Problemas
bull Polling overhead bull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (mestre)
Token passingbull Controla um token passado de um noacute a outro sequumlencialmentebull Mensagem tokenbull Problemas
bull Token overhead bull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (token)
Protocolos MAC com passagem de permissatildeo 5
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bull 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 frequumlecircnciabull 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
Sumaacuterio dos protocolos MAC
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Camada de enlace ateacute agorabull Serviccedilos detecccedilatildeo de erroscorreccedilatildeo acesso muacuteltiplo
A seguir tecnologias de redes locais (LAN)bull Endereccedilamentobull Ethernetbull hubs pontes switchesbull PPP
Tecnologias de LAN 5
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A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS
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Endereccedilos IP de 32-bit bull Endereccedilos da camada de rede
bull Usados para levar o datagrama ateacute a rede de destino (lembre-se da definiccedilatildeo de rede IP)
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 e ARP 5
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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(a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG(b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal
bull Endereccedilamento MAC eacute ldquoflatrdquo =gt portabilidade bull 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
Endereccedilos de LAN (mais)
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Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de Bdado 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
lt IP address MAC address TTLgtbull TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute
esquecido (tipicamente 20 min)
ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de resoluccedilatildeo de endereccedilos) 5
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bull A que enviar um datagrama para B e o endereccedilo MAS de B natildeo estaacute na tabela ARP de A
bull A faz broadcast de pacote de consulta ARB contendo o endereccedilo IP de Bbull end MAC de destino = FF-FF-FF-FF-FF-FFbull todas as maacutequinas na LAN recebem a consulta ARP
bull B recebe o pacote ARP responde para A com seu endereccedilo MAC (de B)bull Quadro enviado para o end MAC de A (unicast)
bull A faz um cache (salva) o par de endereccedilos IP para MAC em sua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo se torne antiga (expirada) soft state informaccedilatildeo que expira (eacute descartada) sem atualizaccedilatildeo
bull ARP eacute ldquoplug-and-playrdquobull Noacutes criam suas tabelas ARP sem intervenccedilatildeo do administrador da rede
Protocolo ARP Mesma LAN (network)
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A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS
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Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo bull Barato R$20 por 100Mbpsbull Primeira tecnologia de LAN largamente usadabull Mais simples e mais barata que LANs com token e ATMbull Velocidade crescente 10Mbps ndash 10Gbps
esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf
Ethernet
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bull Topologia de bus popular em meados dos anos 90bull Agora a topologia em estrela prevalecebull Opccedilotildees de conexatildeo hub ou switch (mais adiante)
Topologia em estrela 5
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Adaptador do transmissor encapsula o datagrama IP (ou outro pacote de protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
Preacircmbulobull 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte com padratildeo 10101011bull usado para sincronizar as taxas de reloacutegio do transmissor e do receptor
Estrutura do quadro Ethernet
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bull Endereccedilos 6 bytesbull Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de destino coincidente ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa o dado no quadro para o protocolo da camada de rede
bull Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP mas outros podem ser suportados tais como Novell IPX e AppleTalk)
bull CRC verificado no receptor se um erro eacute detectado o quadro eacute simplesmente descartado
Estrutura do quadro Ethernet 5
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bull Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o receptor bull 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
lacunasbull Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCPbull Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas
Serviccedilo natildeo confiaacutevel sem conexatildeo
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bull 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
Ethernet usa CSMACD 5
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1 Adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro2 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 transmite3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo sua
missatildeo com esse quadro estaacute cumprida4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta e
envia um jam signal
5 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
Algoritmo CSMACD da Ethernet
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bull Taxa de 10100 Mbps chamado mais tarde de ldquofast ethernetrdquobull T significa ldquoTwisted Pairrdquo (par de fios tranccedilados de cobre) bull Noacutes se conectam a um hub ldquotopologia em estrelardquo 100 m eacute a distacircncia maacutexima
entre os noacutes e o hub
10BaseT e 100BaseT 5
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Hubs satildeo essencialmente repetidores de camada fiacutesicabull Bits que chegam de um enlace se propagam para todos os outros enlacesbull Com a mesma taxabull Natildeo possuem armazenagem de quadrosbull Natildeo haacute CSMACD no hub adaptadores detectam colisotildeesbull Provecirc funcionalidade de gerenciamento de rede
Hubs
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bull Usada em 10BaseTbull Cada bit possui uma transiccedilatildeobull Permite que os reloacutegios nos noacutes de transmissatildeo e de recepccedilatildeo possam sincronizar
um com o outrobull Natildeo eacute necessaacuterio reloacutegio global centralizado entre os noacutes
bull Ei isso eacute coisa de camada fiacutesica
Codificaccedilatildeo Manchester
Codificaccedilatildeo Manchester 5
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bull Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeobull Permite enlaces ponto-a-ponto e canais de muacuteltiplo acesso
compartilhados bull No modo compartilhado o CSMACD eacute usado exige pequenas distacircncias
entre os noacutes para ser eficiente bull Usa hubs chamados aqui de Distribuidores com Armazenagem ldquoBuffered
Distributorsrdquobull Full-Duplex a 1 Gbps para enlaces ponto-a-pontobull 10 Gbps agora
Gigabit Ethernet
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A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS
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bull Hub de backbone interconecta segmentos de LANbull Estende a distacircncia maacutexima entre os noacutesbull Mas domiacutenios de colisatildeo individuais tornam-se um uacutenico e grande domiacutenio
de colisatildeobull Natildeo pode interconectar 10BaseT e 100BaseT
Interconexatildeo com hubs
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bull 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 segmentobull Transparente
bull Hospedeiros satildeo inconscientes da presenccedila dos switchesbull Plug-and-play self-learning (auto-aprendizado)
bull Switches natildeo precisam ser configurados
Switch 5
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bull Como determinar para qual segmento da LAN encaminhar o quadrobull Parece um problema de roteamento
Encaminhamento
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bull Um switch possui uma tabela de switchbull Entrada na tabela do switch
bull (endereccedilo MAC interface marca de tempo)bull Entradas expiradas na tabela satildeo decartadas (TTL pode ser 60 min)
bull Switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de suas interfacesbull Quando recebe um quadro o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento da LAN que chegabull Registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela
Self learning (auto-aprendizado) 5
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bull Ambos satildeo dispositivos store-and-forwardbull Roteadores dispositivos de camada de rede (examinam cabeccedilalhos da
camada de rede)bull Switches satildeo dispositivos da camada de enlace
bull Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam algoritmos de roteamento
bull Switches mantecircm tabelas de switch implementam filtragem algoritmos de aprendizagem
Switches vs roteadores
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hubs roteadores switches
isolaccedilatildeo detraacutefego
natildeo sim sim
plug amp play sim natildeo sim
roteamentooacutetimo
natildeo sim natildeo
cutthrough
sim natildeo sim
Resumo comparaccedilatildeo 5
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A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS
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bull Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace de broadcastbull Sem Media Access Controlbull Natildeo necessita de endereccedilamento MAC expliacutecitobull 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)
Controle de enlace de dados ponto-a-ponto 5
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bull Enquadramento de pacote encapsulamento do datagrama da camada de rede no quadro da camada de enlace bull Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolo de rede
(natildeo apenas o IP) ao mesmo tempo
bull Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeobull Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo de bit no campo
de dadosbull Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo)bull Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do enlace para a
camada de redebull Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos terminais do
enlace podem aprender e configurar o endereccedilo de rede dos outros
PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]
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bull Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de errosbull Natildeo haacute controle de fluxobull Aceita entregas fora de ordembull Natildeo haacute necessidade de suportar enlaces multiponto (ex polling)
Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeo dosdados satildeo todos relegados para as camadas mais altas
PPP natildeo requisitos 5
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bull Flag delimitador (enquadramento)bull Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura)bull Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacuteltiplos campos de controlebull Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o conteuacutedo do quadro
deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)
PPP formato do quadro
5
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bull info dados da camada superior sendo transportadosbull CRC verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de erros
PPP formato dos dados 5
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bull Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de dados deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt01111110gtbull P Se for recebido o padratildeo lt01111110gt satildeo dados ou eacute flag
bull Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte extra com o padratildeo lt 01111101gt (escape) antes de cada byte com o padratildeo de flag lt 01111110gt nos dados
bull Receptor bull Um byte 01111101 seguido de 01111110 em seguida descarta o primeiro e continua a recepccedilatildeo de dadosbull Uacutenico byte 01111110 entatildeo eacute um flag
Byte stuffing
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byte com o padratildeodo flag nos dados a enviar
byte com o padratildeo de escape acrescentado nos dados transmitidos seguido por um byte com padratildeo de flag
Byte stuffing 5
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Antes de trocar dados da camada de rede os parceiros da camada de enlace devembull A configurar o enlace PPP (tamanho maacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo)bull Aprenderconfigurar as informaccedilotildees da camada de rede
bull Para o IP transportar mensagens do protocolo de controle IP (IPCP) (campo de protocolo 8021) para configuraraprender os endereccedilos IP
PPP protocolo de controle de dados
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A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS
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Virtualizaccedilatildeo dos recursos uma poderosa abstraccedilatildeo em engenharia de sistemasbull Exemplos em computaccedilatildeo memoacuteria virtual dispositivos virtuais
bull Maacutequinas virtuais ex javabull IBM VM os dos anos 6070
bull Camada de abstraccedilotildees natildeo se apega a detalhes da camada mais baixa apenas trata com as camadas mais baixas abstratamente
Virtualizaccedilatildeo das redes
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1974 muacuteltiplas redes desconectadasbull ARPAnetbull redes de dados-sobre-cabobull rede de pacote por sateacutelite (Aloha)bull rede de pacotes por raacutedio
hellip diferentes embull convenccedilotildees de endereccedilamentobull formatos do pacotebull recuperaccedilatildeo de errosbull roteamento
Internet virtualizaccedilatildeo das redes 5
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Camada de rede da Internet (IP) bull Endereccedilamento internetwork
aparece como uma entidade uacutenica e uniforme escondendo a heterogeneidade das redes locais
bull Rede de redes
Gateway bullldquoembute pacotes da Internet no
formato de um pacote local ou os extrairdquo
bull Rota (no niacutevel de internetwork) para o proacuteximo gateway
Internet virtualizaccedilatildeo das redes
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O que eacute virtualizadobull Duas camadas de endereccedilamento Internet e rede localbull Nova camada (IP) torna tudo homogecircneo na camada da Internetbull Tecnologia da rede local em questatildeo
bull Cabobull Sateacutelitebull Modem telefocircnico de 56 Kbull Hoje ATM MPLS
bull hellip ldquoinvisiacutevelrdquo na camada da Internet Parece com uma tecnologia de camada de enlace para o IP
Arquitetura da Internet de Cerf amp Kahn 5
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bull ATM MPLS redes separadas em seus proacuteprios direitosbull Modelos de serviccedilo endereccedilamento roteamento diferentes da Internet
bull Vistos pela Internet como um enlace loacutegico conectando roteadores IPbull Assim como o dialup link eacute realmente parte de uma rede separada
(rede telefocircnica)
bull ATM MPLS de interesse teacutecnico em seu proacuteprio direito
ATM e MPLS
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bull Padratildeo dos anos 8090 para altas taxas de transmissatildeo (155 Mbps a 622 Mbps e mais altas) arquitetura de Broadband Integrated Service Digital Network (B-ISDN)
bull Objetivo transporte integrado de voz dados e imagens com foco nas redes puacuteblicas de comunicaccedilatildeo
bull Deve atender aos requisitos de tempoQoS para aplicaccedilotildees de voz e de viacutedeo (versus o serviccedilo de melhor esforccedilo da Internet)bull Telefonia de ldquoproacutexima geraccedilatildeordquo fundamentos teacutecnicos no mundo da telefoniabull Comutaccedilatildeo de pacotes (pacotes de tamanho fixo chamados ldquoceacutelulasrdquo) usando circuitos virtuais
Modo de transferecircncia assiacutencrono ATM 5
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bull Camada de adaptaccedilatildeo apenas na borda de uma rede ATMbull Segmentaccedilatildeo e remontagem dos dados bull Grosseiramente anaacuteloga agrave camada de transporte da Internet
bull Camada ATM camada de ldquorederdquobull Comutaccedilatildeo de ceacutelulas roteamento
bull Camada fiacutesica
Sistema final Sistema finalSwitch ATM Switch ATM
Arquitetura ATM
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Visatildeo transporte fim-a-fim ldquoATM de computador a computadorrdquobull ATM eacute uma tecnologia de redeRealidade usada para conectar roteadores IP de backbone bullldquoIP sobre ATMrdquobull ATM como uma camada de enlace comutada conectando roteadores IP
ATM camada de rede ou de enlace 5
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bull Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL) ldquoadaptardquo camadas superiores (aplicaccedilotildees IP ou nativas ATM) para a camada ATM abaixo
bull AAL presente apenas nos sistemas finais natildeo nos comutadores ATM (ldquoswitchesrdquo)
bull O segmento da camada AAL (campo de cabeccedilalhotrailer e de dados) satildeo fragmentados em muacuteltiplas ceacutelulas ATM bull Analogia segmento TCP em muitos pacotes IP
Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL)
Sistema final Sistema finalSwitch ATM Switch ATM
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Diferentes versotildees da camada AAL dependendo da classe de serviccedilo ATMbull AAL1 para serviccedilo CBR (taxa de bit constante) ex emulaccedilatildeo de circuitosbull AAL2 para serviccedilos VBR (taxa de bit variaacutevel) ex viacutedeo MPEG bull AAL5 para dados (ex datagramas IP)
AAL PDU
ceacutelula ATM
Dados de usuaacuterio
subcamadade convergecircncia
subcamadaSAR
Ceacutelula ATM
Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL) 5
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Serviccedilo transporte de ceacutelulas atraveacutes da rede ATM bull Anaacuteloga agrave camada de rede IPbull Serviccedilos muito diferentes da camada de rede IP
Arquiteturade rede
Internet
ATM
ATM
ATM
ATM
Modelo de serviccedilo
melhoresforccediloCBR
VBR
ABR
UBR
Banda
natildeo
taxaconstantetaxagarantidamiacutenimogarantidonatildeo
Perda
natildeo
sim
sim
natildeo
natildeo
Ordem
natildeo
sim
sim
sim
sim
Tempo
natildeo
sim
sim
natildeo
natildeo
Aviso decongestatildeo
natildeo (inferidopelas perdas)natildeo haacutecongestatildeonatildeo haacutecongestatildeosim
natildeo
Garantias
Camada ATM
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bull Transporte em VC ceacutelulas satildeo transportadas sobre VC da fonte ao destinobull Estabelecimento de conexatildeo necessaacuterio para cada chamada antes que o fluxo de dados possa ser iniciadobull Cada pacote transporta um identificador de VC (natildeo transporta o endereccedilo
do destino)bull Cada comutador com caminho entre a fonte e o destino manteacutem o ldquoestadordquo
para cada conexatildeo passantebull Recursos do enlace e do comutador (banda passante buffers) podem ser
alocados por VC para obter um comportamento semelhante a um circuito fiacutesico
bull VCs permanentes (PVCs)bull Conexotildees de longa duraccedilatildeo bull Tipicamente rota ldquopermanenterdquo entre roteadores IP
bull VCs comutados (SVC)bull Dinamicamente criados numa base por chamada
Camadas ATM circuitos virtuais 5
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bull Vantagens do uso de circuitos virtuais no ATMbull Iacutendices de QoS garantidos para conexotildees mapeadas em circuitos
virtuais (banda passante atraso variacircncia de atraso)
bull Problemas no uso de circuitos virtuaisbull O suporte de traacutefego datagrama eacute ineficientebull Um PVC entre cada par origemdestino natildeo tem boa escalabilidade
(N2 conexotildees satildeo necessaacuterias) bull SVC introduz latecircncia de estabelecimento de conexatildeo e atrasos de
processamento para conexotildees de curta duraccedilatildeo
ATM VCs
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bull Cabeccedilalho da ceacutelula ATM com 5 bytesbull Carga uacutetil com 48-bytes
bull Por quecirc carga uacutetil pequena -gt pequeno atraso de criaccedilatildeo de ceacutelula para voz digitalizada
bull Meio do caminho entre 32 e 64 (compromisso)
cabeccedilalhoda ceacutelula
formato daceacutelula
3o bit no campo PTvalor 1 indica uacuteltima ceacutelula (AAL-indicate bit)
Camada ATM ceacutelula ATM 5
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bull VCI identificador de canal virtualbull Pode mudar de enlace para enlace atraveacutes da rede
bull PT tipo de carga uacutetil (ex ceacutelula RM versus ceacutelula de dados) bull CLP bit de prioridade de perda de ceacutelula
bull CLP = 1 implica ceacutelula de baixa prioridade pode ser descartada em caso de congestatildeo
bull HEC verificaccedilatildeo de erros no cabeccedilalhobull Verificaccedilatildeo ciacuteclica de erros
Cabeccedilalho da ceacutelula ATM
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A camada fiacutesica se compotildee de duas partes (subcamadas )bull Subcamada de convergecircncia de transmissatildeo (TCS) adapta a camada ATM
acima agrave subcamada fiacutesica abaixo (PMD)bull Subcamada dependente do meio depende do tipo de meio fiacutesico que estaacute
sendo empregado
Funccedilotildees da TCS bull Geraccedilatildeo do checksum do cabeccedilalho 8 bits CRC bull Delineamento de ceacutelulabull Com uma subcamada PMD natildeo estruturada transmite ceacutelulas vazias (ldquoidle cellsrdquo) quando natildeo haacute ceacutelulas de dados a enviar
Camada fiacutesica ATM 5
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Subcamada dependente do meio fiacutesico (PMD)bull SONETSDH estrutura de transmissatildeo de quadros (como um container
carregando bits) bull Sincronizaccedilatildeo de bits bull Particcedilotildees da banda passante (TDM) bull Vaacuterias velocidades OC1 = 5184 Mbps OC3 = 15552 Mbps OC12 = 62208 Mbps
bull T1T3 estrutura de transmissatildeo de quadros (velha hierarquia de telefonia 15 Mbps45 Mbps No Brasil usa-se a hierarquia europeacuteia E1E3 2 34 Mbps
bull Natildeo estruturada apenas ceacutelulas (ocupadasvazias)
Camada fiacutesica ATM
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Apenas IP claacutessicobull 3 ldquoredesrdquo (ex segmentos de
LAN)bull Endereccedilos MAC (8023) e IP
IP sobre ATM bull Substitui ldquorederdquo (ex segmento
de LAN) com a rede ATM bull Endereccedilos ATM endereccedilos IP
redeATM
EthernetLANs
EthernetLANs
IP-sobre-ATM 5
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bull No endereccedilo de origembull Camada IP encontra um mapeamento entre o endereccedilo IP e o endereccedilo
de destino ATM (usando ARP)bull Passa o datagrama para a camada de adaptaccedilatildeo AAL5bull AAL5 encapsula os dados segmenta em ceacutelulas e passa para a camada ATM
bull Rede ATM move a ceacutelula para o destino de acordo com o seu VC (circuito virtual)
bull No hospedeiro de destinobull AAL5 remonta o datagrama original a partir das ceacutelulas recebidas bull Se o CRC OK datagrama eacute passado ao IP
Viagem de um datagrama numa rede IP-sobre-ATM
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Questotildeesbull Datagramas IP em ATM AAL5 PDUsbull Dos endereccedilos IP aos endereccedilos ATM
bull Da mesma forma que de endereccedilos IP para endereccedilos MAC 8023
redeATM
EthernetLANs
IP-sobre-ATM 5
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bull Objetivo inicial aumentar a velocidade de encaminhamento IP usando labels de tamanho fixo (em vez de endereccedilo IP)bull Mesma ideacuteia do meacutetodo de circuito virtual (VC)bull Mas o datagrama IP ainda manteacutem o endereccedilo IP
Multiprotocol label switching (MPLS)
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bull Roteador faz a funccedilatildeo de comutador de roacutetulobull Pacotes encaminhados para interface de saiacuteda com base apenas no valor do
roacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP)bull Tabela de encaminhamento MPLS distinta das tabelas de encaminhamento IP
bull Protocolo de sinalizaccedilatildeo necessaacuterio para estabelecer o encaminhamentobull RSVP-TEbull Encaminhamento eacute possiacutevel por caminhos que o IP sozinho natildeo pode usar (ex roteamento de especificado pela origem)bull Use MPLS para engenharia de traacutefego
bull Deve coexistir com roteadores unicamente IP
Roteadores MPLS 5
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Tabelas de encaminhamento MPLS
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bull Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlacebull Detecccedilatildeo de erros correccedilatildeobull Compartilhando um canal broadcast acesso muacuteltiplobull Endereccedilamento da camada de enlace
bull Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de vaacuterias tecnologias da camada de enlacebull Ethernetbull LANS comutadasbull PPPbull Redes virtualizadas como uma camada de enlace ATM MPLS
Resumo
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bull Enquadramento acesso ao enlace bull Encapsula datagramas em quadros acrescentando cabeccedilalhos e trailerbull Implementa acesso ao canal se o meio eacute compartilhado bulllsquoendereccedilos fiacutesicosrsquo usados nos cabeccedilalhos dos quadros para Identificar a fonte e o destino dos quadros bull Diferente do endereccedilo IP
bull Entrega confiaacutevel entre dois equipamentos fisicamente conectados bull Jaacute aprendemos como isso deve ser feito (capiacutetulo 3)bull 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 errobull Q por que prover confiabilidade fim-a-fim e na camada de enlace
Serviccedilos da camada de enlace 5
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bull Controle de fluxo bull Limitaccedilatildeo da transmissatildeo entre transmissor e receptor
bull Detecccedilatildeo de erros bull Erros causados pela atenuaccedilatildeo do sinal e por ruiacutedos bull O receptor detecta a presenccedila de erros bull Avisa o transmissor para reenviar o quadro perdido
bull Correccedilatildeo de erros bull O receptor identifica e corrige o bit com erro(s) sem recorrer agrave
retransmissatildeo
bull Half-duplex efull-duplexbull Com half-duplex os noacutes em ambas as extremidades do enlace podem transmitir mas natildeo ao mesmo tempo
Serviccedilos da camada de enlace
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bull 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
Comunicaccedilatildeo de adaptadores 5
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A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS
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A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS
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Trecircs tipos de enlacesbull Ponto-a-ponto (fio uacutenico ex PPP SLIP)bull Broadcast (fio ou meio
compartilhado)bull Ethernet tradicionalbull Upstream HFCbull 80211 LAN sem fio
Enlaces de acesso muacuteltiplo e protocolos
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bull Canal de comunicaccedilatildeo uacutenico e compartilhado bull Duas ou mais transmissotildees simultacircneas pelos noacutes interferecircncia
bull 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 proacutepro
canal bull Nenhum canal fora-de-banda para coordenaccedilatildeo
Protocolos de acesso muacuteltiplo 5
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Canal de broadcast de taxa R bps
1 Quando um noacute quer transmitir ele pode enviar a uma taxa R2 Quando M noacutes querem transmitir cada um envia a uma taxa meacutedia RM3 Totalmente descentralizada
bull Nenhum noacute especial para coordenar transmissotildeesbull Nenhuma sincronizaccedilatildeo de reloacutegios e compartimentos
4 Simples
Protocolo ideal de muacuteltiplo acesso
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Trecircs grandes classesbull Particionamento de canal
bull Divide o canal em pedaccedilos menores (compartimentos de tempo frequumlecircncia)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 nos seus turnos mas com mais volume para enviar podem usar
turnos mais longos
Protocolos MAC uma taxonomia 5
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TDMA acesso muacuteltiplo por divisatildeo temporalbull Acesso ao canal eacute feito por rdquoturnos bull Cada estaccedilatildeo controla um compartimento (ldquoslotrdquo) de tamanho fixo
(tamanho = tempo de transmissatildeo de pacote) em cada turno bull 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 TDMA
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FDMA acesso muacuteltiplo por divisatildeo de frequumlecircncia bull Oespectro do canal eacute dividido em bandas de frequumlecircnciabull Cada estaccedilatildeo recebe uma banda de frequumlecircnciabull Tempo de transmissatildeo natildeo usado nas bandas de frequumlecircncia eacute desperdiccedilado bull Exemplo rede local com 6 estaccedilotildees 1 3 4 tecircm pacotes as bandas de
frequumlecircncia 2 5 6 ficam vazias
bandas de frequumlecircncia
Protocolos MAC com particionamento de canal FDMA 5
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bull Quando o noacute tem um pacote a enviarbull Transmite com toda a taxa do canal Rbull 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 ALOHAbull CSMA e CSMACD
Protocolos de acesso aleatoacuterio
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CSMA escuta antes de transmitirbull Se o canal parece vazio transmite o pacotebull Se o canal estaacute ocupado adia a transmissatildeo bull Analogia humana natildeo interrompa os outros
CSMA Carrier Sense Multiple Access 5
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Colisotildees podem ocorrero atraso de propagaccedilatildeo implica que dois noacutes podem natildeo ouvir as transmissotildees do outro
Colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo do pacote eacute desperdiccedilado
Notepapel da distacircncia e do atraso de propagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo
arranjo espacial dos noacutes na rede
Colisotildees no CSMA
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CSMACD detecccedilatildeo de portadora deferecircncia como no CSMAbull Colisotildees detectadas num tempo mais curtobull 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
CSMACD (detecccedilatildeo de colisatildeo) 5
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Protocolos MAC com particionamento de canaisbull Compartilham o canal eficientemente quando a carga eacute alta e bem
distribuiacutedabull 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
Protocolos MAC de acesso aleatoacuteriobull Eficiente nas cargas baixas um uacutenico noacute pode usar todo o canalbull Cargas altas excesso de colisotildees
Protocolos de passagem de permissatildeoBuscam o melhor dos dois mundos
Protocolos MAC com passagem de permissatildeo
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Pollingbull Noacute mestre ldquoconvidardquo os escravos a transmitirem um de cada vezbull Problemas
bull Polling overhead bull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (mestre)
Token passingbull Controla um token passado de um noacute a outro sequumlencialmentebull Mensagem tokenbull Problemas
bull Token overhead bull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (token)
Protocolos MAC com passagem de permissatildeo 5
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bull 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 frequumlecircnciabull 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
Sumaacuterio dos protocolos MAC
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Camada de enlace ateacute agorabull Serviccedilos detecccedilatildeo de erroscorreccedilatildeo acesso muacuteltiplo
A seguir tecnologias de redes locais (LAN)bull Endereccedilamentobull Ethernetbull hubs pontes switchesbull PPP
Tecnologias de LAN 5
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A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS
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Endereccedilos IP de 32-bit bull Endereccedilos da camada de rede
bull Usados para levar o datagrama ateacute a rede de destino (lembre-se da definiccedilatildeo de rede IP)
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 e ARP 5
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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(a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG(b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal
bull Endereccedilamento MAC eacute ldquoflatrdquo =gt portabilidade bull 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
Endereccedilos de LAN (mais)
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Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de Bdado 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
lt IP address MAC address TTLgtbull TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute
esquecido (tipicamente 20 min)
ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de resoluccedilatildeo de endereccedilos) 5
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bull A que enviar um datagrama para B e o endereccedilo MAS de B natildeo estaacute na tabela ARP de A
bull A faz broadcast de pacote de consulta ARB contendo o endereccedilo IP de Bbull end MAC de destino = FF-FF-FF-FF-FF-FFbull todas as maacutequinas na LAN recebem a consulta ARP
bull B recebe o pacote ARP responde para A com seu endereccedilo MAC (de B)bull Quadro enviado para o end MAC de A (unicast)
bull A faz um cache (salva) o par de endereccedilos IP para MAC em sua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo se torne antiga (expirada) soft state informaccedilatildeo que expira (eacute descartada) sem atualizaccedilatildeo
bull ARP eacute ldquoplug-and-playrdquobull Noacutes criam suas tabelas ARP sem intervenccedilatildeo do administrador da rede
Protocolo ARP Mesma LAN (network)
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A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS
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Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo bull Barato R$20 por 100Mbpsbull Primeira tecnologia de LAN largamente usadabull Mais simples e mais barata que LANs com token e ATMbull Velocidade crescente 10Mbps ndash 10Gbps
esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf
Ethernet
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bull Topologia de bus popular em meados dos anos 90bull Agora a topologia em estrela prevalecebull Opccedilotildees de conexatildeo hub ou switch (mais adiante)
Topologia em estrela 5
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Adaptador do transmissor encapsula o datagrama IP (ou outro pacote de protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
Preacircmbulobull 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte com padratildeo 10101011bull usado para sincronizar as taxas de reloacutegio do transmissor e do receptor
Estrutura do quadro Ethernet
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bull Endereccedilos 6 bytesbull Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de destino coincidente ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa o dado no quadro para o protocolo da camada de rede
bull Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP mas outros podem ser suportados tais como Novell IPX e AppleTalk)
bull CRC verificado no receptor se um erro eacute detectado o quadro eacute simplesmente descartado
Estrutura do quadro Ethernet 5
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bull Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o receptor bull 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
lacunasbull Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCPbull Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas
Serviccedilo natildeo confiaacutevel sem conexatildeo
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bull 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
Ethernet usa CSMACD 5
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1 Adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro2 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 transmite3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo sua
missatildeo com esse quadro estaacute cumprida4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta e
envia um jam signal
5 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
Algoritmo CSMACD da Ethernet
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bull Taxa de 10100 Mbps chamado mais tarde de ldquofast ethernetrdquobull T significa ldquoTwisted Pairrdquo (par de fios tranccedilados de cobre) bull Noacutes se conectam a um hub ldquotopologia em estrelardquo 100 m eacute a distacircncia maacutexima
entre os noacutes e o hub
10BaseT e 100BaseT 5
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Hubs satildeo essencialmente repetidores de camada fiacutesicabull Bits que chegam de um enlace se propagam para todos os outros enlacesbull Com a mesma taxabull Natildeo possuem armazenagem de quadrosbull Natildeo haacute CSMACD no hub adaptadores detectam colisotildeesbull Provecirc funcionalidade de gerenciamento de rede
Hubs
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bull Usada em 10BaseTbull Cada bit possui uma transiccedilatildeobull Permite que os reloacutegios nos noacutes de transmissatildeo e de recepccedilatildeo possam sincronizar
um com o outrobull Natildeo eacute necessaacuterio reloacutegio global centralizado entre os noacutes
bull Ei isso eacute coisa de camada fiacutesica
Codificaccedilatildeo Manchester
Codificaccedilatildeo Manchester 5
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bull Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeobull Permite enlaces ponto-a-ponto e canais de muacuteltiplo acesso
compartilhados bull No modo compartilhado o CSMACD eacute usado exige pequenas distacircncias
entre os noacutes para ser eficiente bull Usa hubs chamados aqui de Distribuidores com Armazenagem ldquoBuffered
Distributorsrdquobull Full-Duplex a 1 Gbps para enlaces ponto-a-pontobull 10 Gbps agora
Gigabit Ethernet
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A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS
5
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bull Hub de backbone interconecta segmentos de LANbull Estende a distacircncia maacutexima entre os noacutesbull Mas domiacutenios de colisatildeo individuais tornam-se um uacutenico e grande domiacutenio
de colisatildeobull Natildeo pode interconectar 10BaseT e 100BaseT
Interconexatildeo com hubs
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bull 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 segmentobull Transparente
bull Hospedeiros satildeo inconscientes da presenccedila dos switchesbull Plug-and-play self-learning (auto-aprendizado)
bull Switches natildeo precisam ser configurados
Switch 5
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bull Como determinar para qual segmento da LAN encaminhar o quadrobull Parece um problema de roteamento
Encaminhamento
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bull Um switch possui uma tabela de switchbull Entrada na tabela do switch
bull (endereccedilo MAC interface marca de tempo)bull Entradas expiradas na tabela satildeo decartadas (TTL pode ser 60 min)
bull Switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de suas interfacesbull Quando recebe um quadro o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento da LAN que chegabull Registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela
Self learning (auto-aprendizado) 5
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bull Ambos satildeo dispositivos store-and-forwardbull Roteadores dispositivos de camada de rede (examinam cabeccedilalhos da
camada de rede)bull Switches satildeo dispositivos da camada de enlace
bull Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam algoritmos de roteamento
bull Switches mantecircm tabelas de switch implementam filtragem algoritmos de aprendizagem
Switches vs roteadores
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hubs roteadores switches
isolaccedilatildeo detraacutefego
natildeo sim sim
plug amp play sim natildeo sim
roteamentooacutetimo
natildeo sim natildeo
cutthrough
sim natildeo sim
Resumo comparaccedilatildeo 5
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A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS
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bull Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace de broadcastbull Sem Media Access Controlbull Natildeo necessita de endereccedilamento MAC expliacutecitobull 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)
Controle de enlace de dados ponto-a-ponto 5
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bull Enquadramento de pacote encapsulamento do datagrama da camada de rede no quadro da camada de enlace bull Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolo de rede
(natildeo apenas o IP) ao mesmo tempo
bull Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeobull Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo de bit no campo
de dadosbull Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo)bull Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do enlace para a
camada de redebull Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos terminais do
enlace podem aprender e configurar o endereccedilo de rede dos outros
PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]
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bull Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de errosbull Natildeo haacute controle de fluxobull Aceita entregas fora de ordembull Natildeo haacute necessidade de suportar enlaces multiponto (ex polling)
Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeo dosdados satildeo todos relegados para as camadas mais altas
PPP natildeo requisitos 5
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bull Flag delimitador (enquadramento)bull Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura)bull Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacuteltiplos campos de controlebull Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o conteuacutedo do quadro
deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)
PPP formato do quadro
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bull info dados da camada superior sendo transportadosbull CRC verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de erros
PPP formato dos dados 5
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bull Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de dados deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt01111110gtbull P Se for recebido o padratildeo lt01111110gt satildeo dados ou eacute flag
bull Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte extra com o padratildeo lt 01111101gt (escape) antes de cada byte com o padratildeo de flag lt 01111110gt nos dados
bull Receptor bull Um byte 01111101 seguido de 01111110 em seguida descarta o primeiro e continua a recepccedilatildeo de dadosbull Uacutenico byte 01111110 entatildeo eacute um flag
Byte stuffing
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byte com o padratildeodo flag nos dados a enviar
byte com o padratildeo de escape acrescentado nos dados transmitidos seguido por um byte com padratildeo de flag
Byte stuffing 5
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Antes de trocar dados da camada de rede os parceiros da camada de enlace devembull A configurar o enlace PPP (tamanho maacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo)bull Aprenderconfigurar as informaccedilotildees da camada de rede
bull Para o IP transportar mensagens do protocolo de controle IP (IPCP) (campo de protocolo 8021) para configuraraprender os endereccedilos IP
PPP protocolo de controle de dados
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A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS
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Virtualizaccedilatildeo dos recursos uma poderosa abstraccedilatildeo em engenharia de sistemasbull Exemplos em computaccedilatildeo memoacuteria virtual dispositivos virtuais
bull Maacutequinas virtuais ex javabull IBM VM os dos anos 6070
bull Camada de abstraccedilotildees natildeo se apega a detalhes da camada mais baixa apenas trata com as camadas mais baixas abstratamente
Virtualizaccedilatildeo das redes
5
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1974 muacuteltiplas redes desconectadasbull ARPAnetbull redes de dados-sobre-cabobull rede de pacote por sateacutelite (Aloha)bull rede de pacotes por raacutedio
hellip diferentes embull convenccedilotildees de endereccedilamentobull formatos do pacotebull recuperaccedilatildeo de errosbull roteamento
Internet virtualizaccedilatildeo das redes 5
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Camada de rede da Internet (IP) bull Endereccedilamento internetwork
aparece como uma entidade uacutenica e uniforme escondendo a heterogeneidade das redes locais
bull Rede de redes
Gateway bullldquoembute pacotes da Internet no
formato de um pacote local ou os extrairdquo
bull Rota (no niacutevel de internetwork) para o proacuteximo gateway
Internet virtualizaccedilatildeo das redes
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O que eacute virtualizadobull Duas camadas de endereccedilamento Internet e rede localbull Nova camada (IP) torna tudo homogecircneo na camada da Internetbull Tecnologia da rede local em questatildeo
bull Cabobull Sateacutelitebull Modem telefocircnico de 56 Kbull Hoje ATM MPLS
bull hellip ldquoinvisiacutevelrdquo na camada da Internet Parece com uma tecnologia de camada de enlace para o IP
Arquitetura da Internet de Cerf amp Kahn 5
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bull ATM MPLS redes separadas em seus proacuteprios direitosbull Modelos de serviccedilo endereccedilamento roteamento diferentes da Internet
bull Vistos pela Internet como um enlace loacutegico conectando roteadores IPbull Assim como o dialup link eacute realmente parte de uma rede separada
(rede telefocircnica)
bull ATM MPLS de interesse teacutecnico em seu proacuteprio direito
ATM e MPLS
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bull Padratildeo dos anos 8090 para altas taxas de transmissatildeo (155 Mbps a 622 Mbps e mais altas) arquitetura de Broadband Integrated Service Digital Network (B-ISDN)
bull Objetivo transporte integrado de voz dados e imagens com foco nas redes puacuteblicas de comunicaccedilatildeo
bull Deve atender aos requisitos de tempoQoS para aplicaccedilotildees de voz e de viacutedeo (versus o serviccedilo de melhor esforccedilo da Internet)bull Telefonia de ldquoproacutexima geraccedilatildeordquo fundamentos teacutecnicos no mundo da telefoniabull Comutaccedilatildeo de pacotes (pacotes de tamanho fixo chamados ldquoceacutelulasrdquo) usando circuitos virtuais
Modo de transferecircncia assiacutencrono ATM 5
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bull Camada de adaptaccedilatildeo apenas na borda de uma rede ATMbull Segmentaccedilatildeo e remontagem dos dados bull Grosseiramente anaacuteloga agrave camada de transporte da Internet
bull Camada ATM camada de ldquorederdquobull Comutaccedilatildeo de ceacutelulas roteamento
bull Camada fiacutesica
Sistema final Sistema finalSwitch ATM Switch ATM
Arquitetura ATM
5
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Visatildeo transporte fim-a-fim ldquoATM de computador a computadorrdquobull ATM eacute uma tecnologia de redeRealidade usada para conectar roteadores IP de backbone bullldquoIP sobre ATMrdquobull ATM como uma camada de enlace comutada conectando roteadores IP
ATM camada de rede ou de enlace 5
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bull Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL) ldquoadaptardquo camadas superiores (aplicaccedilotildees IP ou nativas ATM) para a camada ATM abaixo
bull AAL presente apenas nos sistemas finais natildeo nos comutadores ATM (ldquoswitchesrdquo)
bull O segmento da camada AAL (campo de cabeccedilalhotrailer e de dados) satildeo fragmentados em muacuteltiplas ceacutelulas ATM bull Analogia segmento TCP em muitos pacotes IP
Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL)
Sistema final Sistema finalSwitch ATM Switch ATM
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Diferentes versotildees da camada AAL dependendo da classe de serviccedilo ATMbull AAL1 para serviccedilo CBR (taxa de bit constante) ex emulaccedilatildeo de circuitosbull AAL2 para serviccedilos VBR (taxa de bit variaacutevel) ex viacutedeo MPEG bull AAL5 para dados (ex datagramas IP)
AAL PDU
ceacutelula ATM
Dados de usuaacuterio
subcamadade convergecircncia
subcamadaSAR
Ceacutelula ATM
Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL) 5
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Serviccedilo transporte de ceacutelulas atraveacutes da rede ATM bull Anaacuteloga agrave camada de rede IPbull Serviccedilos muito diferentes da camada de rede IP
Arquiteturade rede
Internet
ATM
ATM
ATM
ATM
Modelo de serviccedilo
melhoresforccediloCBR
VBR
ABR
UBR
Banda
natildeo
taxaconstantetaxagarantidamiacutenimogarantidonatildeo
Perda
natildeo
sim
sim
natildeo
natildeo
Ordem
natildeo
sim
sim
sim
sim
Tempo
natildeo
sim
sim
natildeo
natildeo
Aviso decongestatildeo
natildeo (inferidopelas perdas)natildeo haacutecongestatildeonatildeo haacutecongestatildeosim
natildeo
Garantias
Camada ATM
5
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bull Transporte em VC ceacutelulas satildeo transportadas sobre VC da fonte ao destinobull Estabelecimento de conexatildeo necessaacuterio para cada chamada antes que o fluxo de dados possa ser iniciadobull Cada pacote transporta um identificador de VC (natildeo transporta o endereccedilo
do destino)bull Cada comutador com caminho entre a fonte e o destino manteacutem o ldquoestadordquo
para cada conexatildeo passantebull Recursos do enlace e do comutador (banda passante buffers) podem ser
alocados por VC para obter um comportamento semelhante a um circuito fiacutesico
bull VCs permanentes (PVCs)bull Conexotildees de longa duraccedilatildeo bull Tipicamente rota ldquopermanenterdquo entre roteadores IP
bull VCs comutados (SVC)bull Dinamicamente criados numa base por chamada
Camadas ATM circuitos virtuais 5
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bull Vantagens do uso de circuitos virtuais no ATMbull Iacutendices de QoS garantidos para conexotildees mapeadas em circuitos
virtuais (banda passante atraso variacircncia de atraso)
bull Problemas no uso de circuitos virtuaisbull O suporte de traacutefego datagrama eacute ineficientebull Um PVC entre cada par origemdestino natildeo tem boa escalabilidade
(N2 conexotildees satildeo necessaacuterias) bull SVC introduz latecircncia de estabelecimento de conexatildeo e atrasos de
processamento para conexotildees de curta duraccedilatildeo
ATM VCs
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bull Cabeccedilalho da ceacutelula ATM com 5 bytesbull Carga uacutetil com 48-bytes
bull Por quecirc carga uacutetil pequena -gt pequeno atraso de criaccedilatildeo de ceacutelula para voz digitalizada
bull Meio do caminho entre 32 e 64 (compromisso)
cabeccedilalhoda ceacutelula
formato daceacutelula
3o bit no campo PTvalor 1 indica uacuteltima ceacutelula (AAL-indicate bit)
Camada ATM ceacutelula ATM 5
copy 2005 by Pearson Education 5 - 72
bull VCI identificador de canal virtualbull Pode mudar de enlace para enlace atraveacutes da rede
bull PT tipo de carga uacutetil (ex ceacutelula RM versus ceacutelula de dados) bull CLP bit de prioridade de perda de ceacutelula
bull CLP = 1 implica ceacutelula de baixa prioridade pode ser descartada em caso de congestatildeo
bull HEC verificaccedilatildeo de erros no cabeccedilalhobull Verificaccedilatildeo ciacuteclica de erros
Cabeccedilalho da ceacutelula ATM
5
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A camada fiacutesica se compotildee de duas partes (subcamadas )bull Subcamada de convergecircncia de transmissatildeo (TCS) adapta a camada ATM
acima agrave subcamada fiacutesica abaixo (PMD)bull Subcamada dependente do meio depende do tipo de meio fiacutesico que estaacute
sendo empregado
Funccedilotildees da TCS bull Geraccedilatildeo do checksum do cabeccedilalho 8 bits CRC bull Delineamento de ceacutelulabull Com uma subcamada PMD natildeo estruturada transmite ceacutelulas vazias (ldquoidle cellsrdquo) quando natildeo haacute ceacutelulas de dados a enviar
Camada fiacutesica ATM 5
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Subcamada dependente do meio fiacutesico (PMD)bull SONETSDH estrutura de transmissatildeo de quadros (como um container
carregando bits) bull Sincronizaccedilatildeo de bits bull Particcedilotildees da banda passante (TDM) bull Vaacuterias velocidades OC1 = 5184 Mbps OC3 = 15552 Mbps OC12 = 62208 Mbps
bull T1T3 estrutura de transmissatildeo de quadros (velha hierarquia de telefonia 15 Mbps45 Mbps No Brasil usa-se a hierarquia europeacuteia E1E3 2 34 Mbps
bull Natildeo estruturada apenas ceacutelulas (ocupadasvazias)
Camada fiacutesica ATM
5
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Apenas IP claacutessicobull 3 ldquoredesrdquo (ex segmentos de
LAN)bull Endereccedilos MAC (8023) e IP
IP sobre ATM bull Substitui ldquorederdquo (ex segmento
de LAN) com a rede ATM bull Endereccedilos ATM endereccedilos IP
redeATM
EthernetLANs
EthernetLANs
IP-sobre-ATM 5
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bull No endereccedilo de origembull Camada IP encontra um mapeamento entre o endereccedilo IP e o endereccedilo
de destino ATM (usando ARP)bull Passa o datagrama para a camada de adaptaccedilatildeo AAL5bull AAL5 encapsula os dados segmenta em ceacutelulas e passa para a camada ATM
bull Rede ATM move a ceacutelula para o destino de acordo com o seu VC (circuito virtual)
bull No hospedeiro de destinobull AAL5 remonta o datagrama original a partir das ceacutelulas recebidas bull Se o CRC OK datagrama eacute passado ao IP
Viagem de um datagrama numa rede IP-sobre-ATM
5
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Questotildeesbull Datagramas IP em ATM AAL5 PDUsbull Dos endereccedilos IP aos endereccedilos ATM
bull Da mesma forma que de endereccedilos IP para endereccedilos MAC 8023
redeATM
EthernetLANs
IP-sobre-ATM 5
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bull Objetivo inicial aumentar a velocidade de encaminhamento IP usando labels de tamanho fixo (em vez de endereccedilo IP)bull Mesma ideacuteia do meacutetodo de circuito virtual (VC)bull Mas o datagrama IP ainda manteacutem o endereccedilo IP
Multiprotocol label switching (MPLS)
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copy 2005 by Pearson Education 5 - 79
bull Roteador faz a funccedilatildeo de comutador de roacutetulobull Pacotes encaminhados para interface de saiacuteda com base apenas no valor do
roacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP)bull Tabela de encaminhamento MPLS distinta das tabelas de encaminhamento IP
bull Protocolo de sinalizaccedilatildeo necessaacuterio para estabelecer o encaminhamentobull RSVP-TEbull Encaminhamento eacute possiacutevel por caminhos que o IP sozinho natildeo pode usar (ex roteamento de especificado pela origem)bull Use MPLS para engenharia de traacutefego
bull Deve coexistir com roteadores unicamente IP
Roteadores MPLS 5
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Tabelas de encaminhamento MPLS
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bull Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlacebull Detecccedilatildeo de erros correccedilatildeobull Compartilhando um canal broadcast acesso muacuteltiplobull Endereccedilamento da camada de enlace
bull Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de vaacuterias tecnologias da camada de enlacebull Ethernetbull LANS comutadasbull PPPbull Redes virtualizadas como uma camada de enlace ATM MPLS
Resumo
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A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS
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Trecircs tipos de enlacesbull Ponto-a-ponto (fio uacutenico ex PPP SLIP)bull Broadcast (fio ou meio
compartilhado)bull Ethernet tradicionalbull Upstream HFCbull 80211 LAN sem fio
Enlaces de acesso muacuteltiplo e protocolos
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bull Canal de comunicaccedilatildeo uacutenico e compartilhado bull Duas ou mais transmissotildees simultacircneas pelos noacutes interferecircncia
bull 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 proacutepro
canal bull Nenhum canal fora-de-banda para coordenaccedilatildeo
Protocolos de acesso muacuteltiplo 5
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Canal de broadcast de taxa R bps
1 Quando um noacute quer transmitir ele pode enviar a uma taxa R2 Quando M noacutes querem transmitir cada um envia a uma taxa meacutedia RM3 Totalmente descentralizada
bull Nenhum noacute especial para coordenar transmissotildeesbull Nenhuma sincronizaccedilatildeo de reloacutegios e compartimentos
4 Simples
Protocolo ideal de muacuteltiplo acesso
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Trecircs grandes classesbull Particionamento de canal
bull Divide o canal em pedaccedilos menores (compartimentos de tempo frequumlecircncia)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 nos seus turnos mas com mais volume para enviar podem usar
turnos mais longos
Protocolos MAC uma taxonomia 5
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TDMA acesso muacuteltiplo por divisatildeo temporalbull Acesso ao canal eacute feito por rdquoturnos bull Cada estaccedilatildeo controla um compartimento (ldquoslotrdquo) de tamanho fixo
(tamanho = tempo de transmissatildeo de pacote) em cada turno bull 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 TDMA
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FDMA acesso muacuteltiplo por divisatildeo de frequumlecircncia bull Oespectro do canal eacute dividido em bandas de frequumlecircnciabull Cada estaccedilatildeo recebe uma banda de frequumlecircnciabull Tempo de transmissatildeo natildeo usado nas bandas de frequumlecircncia eacute desperdiccedilado bull Exemplo rede local com 6 estaccedilotildees 1 3 4 tecircm pacotes as bandas de
frequumlecircncia 2 5 6 ficam vazias
bandas de frequumlecircncia
Protocolos MAC com particionamento de canal FDMA 5
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bull Quando o noacute tem um pacote a enviarbull Transmite com toda a taxa do canal Rbull 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 ALOHAbull CSMA e CSMACD
Protocolos de acesso aleatoacuterio
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CSMA escuta antes de transmitirbull Se o canal parece vazio transmite o pacotebull Se o canal estaacute ocupado adia a transmissatildeo bull Analogia humana natildeo interrompa os outros
CSMA Carrier Sense Multiple Access 5
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Colisotildees podem ocorrero atraso de propagaccedilatildeo implica que dois noacutes podem natildeo ouvir as transmissotildees do outro
Colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo do pacote eacute desperdiccedilado
Notepapel da distacircncia e do atraso de propagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo
arranjo espacial dos noacutes na rede
Colisotildees no CSMA
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CSMACD detecccedilatildeo de portadora deferecircncia como no CSMAbull Colisotildees detectadas num tempo mais curtobull 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
CSMACD (detecccedilatildeo de colisatildeo) 5
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Protocolos MAC com particionamento de canaisbull Compartilham o canal eficientemente quando a carga eacute alta e bem
distribuiacutedabull 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
Protocolos MAC de acesso aleatoacuteriobull Eficiente nas cargas baixas um uacutenico noacute pode usar todo o canalbull Cargas altas excesso de colisotildees
Protocolos de passagem de permissatildeoBuscam o melhor dos dois mundos
Protocolos MAC com passagem de permissatildeo
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Pollingbull Noacute mestre ldquoconvidardquo os escravos a transmitirem um de cada vezbull Problemas
bull Polling overhead bull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (mestre)
Token passingbull Controla um token passado de um noacute a outro sequumlencialmentebull Mensagem tokenbull Problemas
bull Token overhead bull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (token)
Protocolos MAC com passagem de permissatildeo 5
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bull 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 frequumlecircnciabull 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
Sumaacuterio dos protocolos MAC
5
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Camada de enlace ateacute agorabull Serviccedilos detecccedilatildeo de erroscorreccedilatildeo acesso muacuteltiplo
A seguir tecnologias de redes locais (LAN)bull Endereccedilamentobull Ethernetbull hubs pontes switchesbull PPP
Tecnologias de LAN 5
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A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS
5
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Endereccedilos IP de 32-bit bull Endereccedilos da camada de rede
bull Usados para levar o datagrama ateacute a rede de destino (lembre-se da definiccedilatildeo de rede IP)
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 e ARP 5
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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(a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG(b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal
bull Endereccedilamento MAC eacute ldquoflatrdquo =gt portabilidade bull 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
Endereccedilos de LAN (mais)
5
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Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de Bdado 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
lt IP address MAC address TTLgtbull TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute
esquecido (tipicamente 20 min)
ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de resoluccedilatildeo de endereccedilos) 5
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bull A que enviar um datagrama para B e o endereccedilo MAS de B natildeo estaacute na tabela ARP de A
bull A faz broadcast de pacote de consulta ARB contendo o endereccedilo IP de Bbull end MAC de destino = FF-FF-FF-FF-FF-FFbull todas as maacutequinas na LAN recebem a consulta ARP
bull B recebe o pacote ARP responde para A com seu endereccedilo MAC (de B)bull Quadro enviado para o end MAC de A (unicast)
bull A faz um cache (salva) o par de endereccedilos IP para MAC em sua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo se torne antiga (expirada) soft state informaccedilatildeo que expira (eacute descartada) sem atualizaccedilatildeo
bull ARP eacute ldquoplug-and-playrdquobull Noacutes criam suas tabelas ARP sem intervenccedilatildeo do administrador da rede
Protocolo ARP Mesma LAN (network)
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A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS
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Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo bull Barato R$20 por 100Mbpsbull Primeira tecnologia de LAN largamente usadabull Mais simples e mais barata que LANs com token e ATMbull Velocidade crescente 10Mbps ndash 10Gbps
esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf
Ethernet
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bull Topologia de bus popular em meados dos anos 90bull Agora a topologia em estrela prevalecebull Opccedilotildees de conexatildeo hub ou switch (mais adiante)
Topologia em estrela 5
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Adaptador do transmissor encapsula o datagrama IP (ou outro pacote de protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
Preacircmbulobull 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte com padratildeo 10101011bull usado para sincronizar as taxas de reloacutegio do transmissor e do receptor
Estrutura do quadro Ethernet
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bull Endereccedilos 6 bytesbull Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de destino coincidente ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa o dado no quadro para o protocolo da camada de rede
bull Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP mas outros podem ser suportados tais como Novell IPX e AppleTalk)
bull CRC verificado no receptor se um erro eacute detectado o quadro eacute simplesmente descartado
Estrutura do quadro Ethernet 5
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bull Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o receptor bull 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
lacunasbull Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCPbull Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas
Serviccedilo natildeo confiaacutevel sem conexatildeo
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bull 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
Ethernet usa CSMACD 5
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1 Adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro2 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 transmite3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo sua
missatildeo com esse quadro estaacute cumprida4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta e
envia um jam signal
5 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
Algoritmo CSMACD da Ethernet
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bull Taxa de 10100 Mbps chamado mais tarde de ldquofast ethernetrdquobull T significa ldquoTwisted Pairrdquo (par de fios tranccedilados de cobre) bull Noacutes se conectam a um hub ldquotopologia em estrelardquo 100 m eacute a distacircncia maacutexima
entre os noacutes e o hub
10BaseT e 100BaseT 5
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Hubs satildeo essencialmente repetidores de camada fiacutesicabull Bits que chegam de um enlace se propagam para todos os outros enlacesbull Com a mesma taxabull Natildeo possuem armazenagem de quadrosbull Natildeo haacute CSMACD no hub adaptadores detectam colisotildeesbull Provecirc funcionalidade de gerenciamento de rede
Hubs
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bull Usada em 10BaseTbull Cada bit possui uma transiccedilatildeobull Permite que os reloacutegios nos noacutes de transmissatildeo e de recepccedilatildeo possam sincronizar
um com o outrobull Natildeo eacute necessaacuterio reloacutegio global centralizado entre os noacutes
bull Ei isso eacute coisa de camada fiacutesica
Codificaccedilatildeo Manchester
Codificaccedilatildeo Manchester 5
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bull Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeobull Permite enlaces ponto-a-ponto e canais de muacuteltiplo acesso
compartilhados bull No modo compartilhado o CSMACD eacute usado exige pequenas distacircncias
entre os noacutes para ser eficiente bull Usa hubs chamados aqui de Distribuidores com Armazenagem ldquoBuffered
Distributorsrdquobull Full-Duplex a 1 Gbps para enlaces ponto-a-pontobull 10 Gbps agora
Gigabit Ethernet
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A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS
5
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bull Hub de backbone interconecta segmentos de LANbull Estende a distacircncia maacutexima entre os noacutesbull Mas domiacutenios de colisatildeo individuais tornam-se um uacutenico e grande domiacutenio
de colisatildeobull Natildeo pode interconectar 10BaseT e 100BaseT
Interconexatildeo com hubs
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bull 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 segmentobull Transparente
bull Hospedeiros satildeo inconscientes da presenccedila dos switchesbull Plug-and-play self-learning (auto-aprendizado)
bull Switches natildeo precisam ser configurados
Switch 5
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bull Como determinar para qual segmento da LAN encaminhar o quadrobull Parece um problema de roteamento
Encaminhamento
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bull Um switch possui uma tabela de switchbull Entrada na tabela do switch
bull (endereccedilo MAC interface marca de tempo)bull Entradas expiradas na tabela satildeo decartadas (TTL pode ser 60 min)
bull Switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de suas interfacesbull Quando recebe um quadro o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento da LAN que chegabull Registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela
Self learning (auto-aprendizado) 5
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bull Ambos satildeo dispositivos store-and-forwardbull Roteadores dispositivos de camada de rede (examinam cabeccedilalhos da
camada de rede)bull Switches satildeo dispositivos da camada de enlace
bull Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam algoritmos de roteamento
bull Switches mantecircm tabelas de switch implementam filtragem algoritmos de aprendizagem
Switches vs roteadores
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hubs roteadores switches
isolaccedilatildeo detraacutefego
natildeo sim sim
plug amp play sim natildeo sim
roteamentooacutetimo
natildeo sim natildeo
cutthrough
sim natildeo sim
Resumo comparaccedilatildeo 5
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A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS
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bull Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace de broadcastbull Sem Media Access Controlbull Natildeo necessita de endereccedilamento MAC expliacutecitobull 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)
Controle de enlace de dados ponto-a-ponto 5
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bull Enquadramento de pacote encapsulamento do datagrama da camada de rede no quadro da camada de enlace bull Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolo de rede
(natildeo apenas o IP) ao mesmo tempo
bull Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeobull Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo de bit no campo
de dadosbull Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo)bull Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do enlace para a
camada de redebull Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos terminais do
enlace podem aprender e configurar o endereccedilo de rede dos outros
PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]
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bull Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de errosbull Natildeo haacute controle de fluxobull Aceita entregas fora de ordembull Natildeo haacute necessidade de suportar enlaces multiponto (ex polling)
Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeo dosdados satildeo todos relegados para as camadas mais altas
PPP natildeo requisitos 5
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bull Flag delimitador (enquadramento)bull Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura)bull Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacuteltiplos campos de controlebull Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o conteuacutedo do quadro
deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)
PPP formato do quadro
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bull info dados da camada superior sendo transportadosbull CRC verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de erros
PPP formato dos dados 5
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bull Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de dados deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt01111110gtbull P Se for recebido o padratildeo lt01111110gt satildeo dados ou eacute flag
bull Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte extra com o padratildeo lt 01111101gt (escape) antes de cada byte com o padratildeo de flag lt 01111110gt nos dados
bull Receptor bull Um byte 01111101 seguido de 01111110 em seguida descarta o primeiro e continua a recepccedilatildeo de dadosbull Uacutenico byte 01111110 entatildeo eacute um flag
Byte stuffing
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byte com o padratildeodo flag nos dados a enviar
byte com o padratildeo de escape acrescentado nos dados transmitidos seguido por um byte com padratildeo de flag
Byte stuffing 5
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Antes de trocar dados da camada de rede os parceiros da camada de enlace devembull A configurar o enlace PPP (tamanho maacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo)bull Aprenderconfigurar as informaccedilotildees da camada de rede
bull Para o IP transportar mensagens do protocolo de controle IP (IPCP) (campo de protocolo 8021) para configuraraprender os endereccedilos IP
PPP protocolo de controle de dados
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A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS
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Virtualizaccedilatildeo dos recursos uma poderosa abstraccedilatildeo em engenharia de sistemasbull Exemplos em computaccedilatildeo memoacuteria virtual dispositivos virtuais
bull Maacutequinas virtuais ex javabull IBM VM os dos anos 6070
bull Camada de abstraccedilotildees natildeo se apega a detalhes da camada mais baixa apenas trata com as camadas mais baixas abstratamente
Virtualizaccedilatildeo das redes
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1974 muacuteltiplas redes desconectadasbull ARPAnetbull redes de dados-sobre-cabobull rede de pacote por sateacutelite (Aloha)bull rede de pacotes por raacutedio
hellip diferentes embull convenccedilotildees de endereccedilamentobull formatos do pacotebull recuperaccedilatildeo de errosbull roteamento
Internet virtualizaccedilatildeo das redes 5
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Camada de rede da Internet (IP) bull Endereccedilamento internetwork
aparece como uma entidade uacutenica e uniforme escondendo a heterogeneidade das redes locais
bull Rede de redes
Gateway bullldquoembute pacotes da Internet no
formato de um pacote local ou os extrairdquo
bull Rota (no niacutevel de internetwork) para o proacuteximo gateway
Internet virtualizaccedilatildeo das redes
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O que eacute virtualizadobull Duas camadas de endereccedilamento Internet e rede localbull Nova camada (IP) torna tudo homogecircneo na camada da Internetbull Tecnologia da rede local em questatildeo
bull Cabobull Sateacutelitebull Modem telefocircnico de 56 Kbull Hoje ATM MPLS
bull hellip ldquoinvisiacutevelrdquo na camada da Internet Parece com uma tecnologia de camada de enlace para o IP
Arquitetura da Internet de Cerf amp Kahn 5
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bull ATM MPLS redes separadas em seus proacuteprios direitosbull Modelos de serviccedilo endereccedilamento roteamento diferentes da Internet
bull Vistos pela Internet como um enlace loacutegico conectando roteadores IPbull Assim como o dialup link eacute realmente parte de uma rede separada
(rede telefocircnica)
bull ATM MPLS de interesse teacutecnico em seu proacuteprio direito
ATM e MPLS
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bull Padratildeo dos anos 8090 para altas taxas de transmissatildeo (155 Mbps a 622 Mbps e mais altas) arquitetura de Broadband Integrated Service Digital Network (B-ISDN)
bull Objetivo transporte integrado de voz dados e imagens com foco nas redes puacuteblicas de comunicaccedilatildeo
bull Deve atender aos requisitos de tempoQoS para aplicaccedilotildees de voz e de viacutedeo (versus o serviccedilo de melhor esforccedilo da Internet)bull Telefonia de ldquoproacutexima geraccedilatildeordquo fundamentos teacutecnicos no mundo da telefoniabull Comutaccedilatildeo de pacotes (pacotes de tamanho fixo chamados ldquoceacutelulasrdquo) usando circuitos virtuais
Modo de transferecircncia assiacutencrono ATM 5
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bull Camada de adaptaccedilatildeo apenas na borda de uma rede ATMbull Segmentaccedilatildeo e remontagem dos dados bull Grosseiramente anaacuteloga agrave camada de transporte da Internet
bull Camada ATM camada de ldquorederdquobull Comutaccedilatildeo de ceacutelulas roteamento
bull Camada fiacutesica
Sistema final Sistema finalSwitch ATM Switch ATM
Arquitetura ATM
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Visatildeo transporte fim-a-fim ldquoATM de computador a computadorrdquobull ATM eacute uma tecnologia de redeRealidade usada para conectar roteadores IP de backbone bullldquoIP sobre ATMrdquobull ATM como uma camada de enlace comutada conectando roteadores IP
ATM camada de rede ou de enlace 5
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bull Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL) ldquoadaptardquo camadas superiores (aplicaccedilotildees IP ou nativas ATM) para a camada ATM abaixo
bull AAL presente apenas nos sistemas finais natildeo nos comutadores ATM (ldquoswitchesrdquo)
bull O segmento da camada AAL (campo de cabeccedilalhotrailer e de dados) satildeo fragmentados em muacuteltiplas ceacutelulas ATM bull Analogia segmento TCP em muitos pacotes IP
Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL)
Sistema final Sistema finalSwitch ATM Switch ATM
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Diferentes versotildees da camada AAL dependendo da classe de serviccedilo ATMbull AAL1 para serviccedilo CBR (taxa de bit constante) ex emulaccedilatildeo de circuitosbull AAL2 para serviccedilos VBR (taxa de bit variaacutevel) ex viacutedeo MPEG bull AAL5 para dados (ex datagramas IP)
AAL PDU
ceacutelula ATM
Dados de usuaacuterio
subcamadade convergecircncia
subcamadaSAR
Ceacutelula ATM
Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL) 5
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Serviccedilo transporte de ceacutelulas atraveacutes da rede ATM bull Anaacuteloga agrave camada de rede IPbull Serviccedilos muito diferentes da camada de rede IP
Arquiteturade rede
Internet
ATM
ATM
ATM
ATM
Modelo de serviccedilo
melhoresforccediloCBR
VBR
ABR
UBR
Banda
natildeo
taxaconstantetaxagarantidamiacutenimogarantidonatildeo
Perda
natildeo
sim
sim
natildeo
natildeo
Ordem
natildeo
sim
sim
sim
sim
Tempo
natildeo
sim
sim
natildeo
natildeo
Aviso decongestatildeo
natildeo (inferidopelas perdas)natildeo haacutecongestatildeonatildeo haacutecongestatildeosim
natildeo
Garantias
Camada ATM
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bull Transporte em VC ceacutelulas satildeo transportadas sobre VC da fonte ao destinobull Estabelecimento de conexatildeo necessaacuterio para cada chamada antes que o fluxo de dados possa ser iniciadobull Cada pacote transporta um identificador de VC (natildeo transporta o endereccedilo
do destino)bull Cada comutador com caminho entre a fonte e o destino manteacutem o ldquoestadordquo
para cada conexatildeo passantebull Recursos do enlace e do comutador (banda passante buffers) podem ser
alocados por VC para obter um comportamento semelhante a um circuito fiacutesico
bull VCs permanentes (PVCs)bull Conexotildees de longa duraccedilatildeo bull Tipicamente rota ldquopermanenterdquo entre roteadores IP
bull VCs comutados (SVC)bull Dinamicamente criados numa base por chamada
Camadas ATM circuitos virtuais 5
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bull Vantagens do uso de circuitos virtuais no ATMbull Iacutendices de QoS garantidos para conexotildees mapeadas em circuitos
virtuais (banda passante atraso variacircncia de atraso)
bull Problemas no uso de circuitos virtuaisbull O suporte de traacutefego datagrama eacute ineficientebull Um PVC entre cada par origemdestino natildeo tem boa escalabilidade
(N2 conexotildees satildeo necessaacuterias) bull SVC introduz latecircncia de estabelecimento de conexatildeo e atrasos de
processamento para conexotildees de curta duraccedilatildeo
ATM VCs
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bull Cabeccedilalho da ceacutelula ATM com 5 bytesbull Carga uacutetil com 48-bytes
bull Por quecirc carga uacutetil pequena -gt pequeno atraso de criaccedilatildeo de ceacutelula para voz digitalizada
bull Meio do caminho entre 32 e 64 (compromisso)
cabeccedilalhoda ceacutelula
formato daceacutelula
3o bit no campo PTvalor 1 indica uacuteltima ceacutelula (AAL-indicate bit)
Camada ATM ceacutelula ATM 5
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bull VCI identificador de canal virtualbull Pode mudar de enlace para enlace atraveacutes da rede
bull PT tipo de carga uacutetil (ex ceacutelula RM versus ceacutelula de dados) bull CLP bit de prioridade de perda de ceacutelula
bull CLP = 1 implica ceacutelula de baixa prioridade pode ser descartada em caso de congestatildeo
bull HEC verificaccedilatildeo de erros no cabeccedilalhobull Verificaccedilatildeo ciacuteclica de erros
Cabeccedilalho da ceacutelula ATM
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A camada fiacutesica se compotildee de duas partes (subcamadas )bull Subcamada de convergecircncia de transmissatildeo (TCS) adapta a camada ATM
acima agrave subcamada fiacutesica abaixo (PMD)bull Subcamada dependente do meio depende do tipo de meio fiacutesico que estaacute
sendo empregado
Funccedilotildees da TCS bull Geraccedilatildeo do checksum do cabeccedilalho 8 bits CRC bull Delineamento de ceacutelulabull Com uma subcamada PMD natildeo estruturada transmite ceacutelulas vazias (ldquoidle cellsrdquo) quando natildeo haacute ceacutelulas de dados a enviar
Camada fiacutesica ATM 5
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Subcamada dependente do meio fiacutesico (PMD)bull SONETSDH estrutura de transmissatildeo de quadros (como um container
carregando bits) bull Sincronizaccedilatildeo de bits bull Particcedilotildees da banda passante (TDM) bull Vaacuterias velocidades OC1 = 5184 Mbps OC3 = 15552 Mbps OC12 = 62208 Mbps
bull T1T3 estrutura de transmissatildeo de quadros (velha hierarquia de telefonia 15 Mbps45 Mbps No Brasil usa-se a hierarquia europeacuteia E1E3 2 34 Mbps
bull Natildeo estruturada apenas ceacutelulas (ocupadasvazias)
Camada fiacutesica ATM
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Apenas IP claacutessicobull 3 ldquoredesrdquo (ex segmentos de
LAN)bull Endereccedilos MAC (8023) e IP
IP sobre ATM bull Substitui ldquorederdquo (ex segmento
de LAN) com a rede ATM bull Endereccedilos ATM endereccedilos IP
redeATM
EthernetLANs
EthernetLANs
IP-sobre-ATM 5
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bull No endereccedilo de origembull Camada IP encontra um mapeamento entre o endereccedilo IP e o endereccedilo
de destino ATM (usando ARP)bull Passa o datagrama para a camada de adaptaccedilatildeo AAL5bull AAL5 encapsula os dados segmenta em ceacutelulas e passa para a camada ATM
bull Rede ATM move a ceacutelula para o destino de acordo com o seu VC (circuito virtual)
bull No hospedeiro de destinobull AAL5 remonta o datagrama original a partir das ceacutelulas recebidas bull Se o CRC OK datagrama eacute passado ao IP
Viagem de um datagrama numa rede IP-sobre-ATM
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Questotildeesbull Datagramas IP em ATM AAL5 PDUsbull Dos endereccedilos IP aos endereccedilos ATM
bull Da mesma forma que de endereccedilos IP para endereccedilos MAC 8023
redeATM
EthernetLANs
IP-sobre-ATM 5
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bull Objetivo inicial aumentar a velocidade de encaminhamento IP usando labels de tamanho fixo (em vez de endereccedilo IP)bull Mesma ideacuteia do meacutetodo de circuito virtual (VC)bull Mas o datagrama IP ainda manteacutem o endereccedilo IP
Multiprotocol label switching (MPLS)
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bull Roteador faz a funccedilatildeo de comutador de roacutetulobull Pacotes encaminhados para interface de saiacuteda com base apenas no valor do
roacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP)bull Tabela de encaminhamento MPLS distinta das tabelas de encaminhamento IP
bull Protocolo de sinalizaccedilatildeo necessaacuterio para estabelecer o encaminhamentobull RSVP-TEbull Encaminhamento eacute possiacutevel por caminhos que o IP sozinho natildeo pode usar (ex roteamento de especificado pela origem)bull Use MPLS para engenharia de traacutefego
bull Deve coexistir com roteadores unicamente IP
Roteadores MPLS 5
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Tabelas de encaminhamento MPLS
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bull Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlacebull Detecccedilatildeo de erros correccedilatildeobull Compartilhando um canal broadcast acesso muacuteltiplobull Endereccedilamento da camada de enlace
bull Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de vaacuterias tecnologias da camada de enlacebull Ethernetbull LANS comutadasbull PPPbull Redes virtualizadas como uma camada de enlace ATM MPLS
Resumo
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Trecircs grandes classesbull Particionamento de canal
bull Divide o canal em pedaccedilos menores (compartimentos de tempo frequumlecircncia)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 nos seus turnos mas com mais volume para enviar podem usar
turnos mais longos
Protocolos MAC uma taxonomia 5
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TDMA acesso muacuteltiplo por divisatildeo temporalbull Acesso ao canal eacute feito por rdquoturnos bull Cada estaccedilatildeo controla um compartimento (ldquoslotrdquo) de tamanho fixo
(tamanho = tempo de transmissatildeo de pacote) em cada turno bull 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 TDMA
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FDMA acesso muacuteltiplo por divisatildeo de frequumlecircncia bull Oespectro do canal eacute dividido em bandas de frequumlecircnciabull Cada estaccedilatildeo recebe uma banda de frequumlecircnciabull Tempo de transmissatildeo natildeo usado nas bandas de frequumlecircncia eacute desperdiccedilado bull Exemplo rede local com 6 estaccedilotildees 1 3 4 tecircm pacotes as bandas de
frequumlecircncia 2 5 6 ficam vazias
bandas de frequumlecircncia
Protocolos MAC com particionamento de canal FDMA 5
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bull Quando o noacute tem um pacote a enviarbull Transmite com toda a taxa do canal Rbull 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 ALOHAbull CSMA e CSMACD
Protocolos de acesso aleatoacuterio
5
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CSMA escuta antes de transmitirbull Se o canal parece vazio transmite o pacotebull Se o canal estaacute ocupado adia a transmissatildeo bull Analogia humana natildeo interrompa os outros
CSMA Carrier Sense Multiple Access 5
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Colisotildees podem ocorrero atraso de propagaccedilatildeo implica que dois noacutes podem natildeo ouvir as transmissotildees do outro
Colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo do pacote eacute desperdiccedilado
Notepapel da distacircncia e do atraso de propagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo
arranjo espacial dos noacutes na rede
Colisotildees no CSMA
5
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CSMACD detecccedilatildeo de portadora deferecircncia como no CSMAbull Colisotildees detectadas num tempo mais curtobull 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
CSMACD (detecccedilatildeo de colisatildeo) 5
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Protocolos MAC com particionamento de canaisbull Compartilham o canal eficientemente quando a carga eacute alta e bem
distribuiacutedabull 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
Protocolos MAC de acesso aleatoacuteriobull Eficiente nas cargas baixas um uacutenico noacute pode usar todo o canalbull Cargas altas excesso de colisotildees
Protocolos de passagem de permissatildeoBuscam o melhor dos dois mundos
Protocolos MAC com passagem de permissatildeo
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Pollingbull Noacute mestre ldquoconvidardquo os escravos a transmitirem um de cada vezbull Problemas
bull Polling overhead bull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (mestre)
Token passingbull Controla um token passado de um noacute a outro sequumlencialmentebull Mensagem tokenbull Problemas
bull Token overhead bull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (token)
Protocolos MAC com passagem de permissatildeo 5
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bull 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 frequumlecircnciabull 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
Sumaacuterio dos protocolos MAC
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Camada de enlace ateacute agorabull Serviccedilos detecccedilatildeo de erroscorreccedilatildeo acesso muacuteltiplo
A seguir tecnologias de redes locais (LAN)bull Endereccedilamentobull Ethernetbull hubs pontes switchesbull PPP
Tecnologias de LAN 5
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A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS
5
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Endereccedilos IP de 32-bit bull Endereccedilos da camada de rede
bull Usados para levar o datagrama ateacute a rede de destino (lembre-se da definiccedilatildeo de rede IP)
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 e ARP 5
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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(a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG(b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal
bull Endereccedilamento MAC eacute ldquoflatrdquo =gt portabilidade bull 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
Endereccedilos de LAN (mais)
5
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Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de Bdado 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
lt IP address MAC address TTLgtbull TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute
esquecido (tipicamente 20 min)
ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de resoluccedilatildeo de endereccedilos) 5
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bull A que enviar um datagrama para B e o endereccedilo MAS de B natildeo estaacute na tabela ARP de A
bull A faz broadcast de pacote de consulta ARB contendo o endereccedilo IP de Bbull end MAC de destino = FF-FF-FF-FF-FF-FFbull todas as maacutequinas na LAN recebem a consulta ARP
bull B recebe o pacote ARP responde para A com seu endereccedilo MAC (de B)bull Quadro enviado para o end MAC de A (unicast)
bull A faz um cache (salva) o par de endereccedilos IP para MAC em sua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo se torne antiga (expirada) soft state informaccedilatildeo que expira (eacute descartada) sem atualizaccedilatildeo
bull ARP eacute ldquoplug-and-playrdquobull Noacutes criam suas tabelas ARP sem intervenccedilatildeo do administrador da rede
Protocolo ARP Mesma LAN (network)
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A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS
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Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo bull Barato R$20 por 100Mbpsbull Primeira tecnologia de LAN largamente usadabull Mais simples e mais barata que LANs com token e ATMbull Velocidade crescente 10Mbps ndash 10Gbps
esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf
Ethernet
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bull Topologia de bus popular em meados dos anos 90bull Agora a topologia em estrela prevalecebull Opccedilotildees de conexatildeo hub ou switch (mais adiante)
Topologia em estrela 5
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Adaptador do transmissor encapsula o datagrama IP (ou outro pacote de protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
Preacircmbulobull 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte com padratildeo 10101011bull usado para sincronizar as taxas de reloacutegio do transmissor e do receptor
Estrutura do quadro Ethernet
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bull Endereccedilos 6 bytesbull Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de destino coincidente ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa o dado no quadro para o protocolo da camada de rede
bull Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP mas outros podem ser suportados tais como Novell IPX e AppleTalk)
bull CRC verificado no receptor se um erro eacute detectado o quadro eacute simplesmente descartado
Estrutura do quadro Ethernet 5
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bull Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o receptor bull 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
lacunasbull Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCPbull Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas
Serviccedilo natildeo confiaacutevel sem conexatildeo
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bull 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
Ethernet usa CSMACD 5
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1 Adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro2 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 transmite3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo sua
missatildeo com esse quadro estaacute cumprida4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta e
envia um jam signal
5 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
Algoritmo CSMACD da Ethernet
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bull Taxa de 10100 Mbps chamado mais tarde de ldquofast ethernetrdquobull T significa ldquoTwisted Pairrdquo (par de fios tranccedilados de cobre) bull Noacutes se conectam a um hub ldquotopologia em estrelardquo 100 m eacute a distacircncia maacutexima
entre os noacutes e o hub
10BaseT e 100BaseT 5
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Hubs satildeo essencialmente repetidores de camada fiacutesicabull Bits que chegam de um enlace se propagam para todos os outros enlacesbull Com a mesma taxabull Natildeo possuem armazenagem de quadrosbull Natildeo haacute CSMACD no hub adaptadores detectam colisotildeesbull Provecirc funcionalidade de gerenciamento de rede
Hubs
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bull Usada em 10BaseTbull Cada bit possui uma transiccedilatildeobull Permite que os reloacutegios nos noacutes de transmissatildeo e de recepccedilatildeo possam sincronizar
um com o outrobull Natildeo eacute necessaacuterio reloacutegio global centralizado entre os noacutes
bull Ei isso eacute coisa de camada fiacutesica
Codificaccedilatildeo Manchester
Codificaccedilatildeo Manchester 5
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bull Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeobull Permite enlaces ponto-a-ponto e canais de muacuteltiplo acesso
compartilhados bull No modo compartilhado o CSMACD eacute usado exige pequenas distacircncias
entre os noacutes para ser eficiente bull Usa hubs chamados aqui de Distribuidores com Armazenagem ldquoBuffered
Distributorsrdquobull Full-Duplex a 1 Gbps para enlaces ponto-a-pontobull 10 Gbps agora
Gigabit Ethernet
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A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS
5
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bull Hub de backbone interconecta segmentos de LANbull Estende a distacircncia maacutexima entre os noacutesbull Mas domiacutenios de colisatildeo individuais tornam-se um uacutenico e grande domiacutenio
de colisatildeobull Natildeo pode interconectar 10BaseT e 100BaseT
Interconexatildeo com hubs
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bull 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 segmentobull Transparente
bull Hospedeiros satildeo inconscientes da presenccedila dos switchesbull Plug-and-play self-learning (auto-aprendizado)
bull Switches natildeo precisam ser configurados
Switch 5
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bull Como determinar para qual segmento da LAN encaminhar o quadrobull Parece um problema de roteamento
Encaminhamento
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bull Um switch possui uma tabela de switchbull Entrada na tabela do switch
bull (endereccedilo MAC interface marca de tempo)bull Entradas expiradas na tabela satildeo decartadas (TTL pode ser 60 min)
bull Switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de suas interfacesbull Quando recebe um quadro o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento da LAN que chegabull Registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela
Self learning (auto-aprendizado) 5
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bull Ambos satildeo dispositivos store-and-forwardbull Roteadores dispositivos de camada de rede (examinam cabeccedilalhos da
camada de rede)bull Switches satildeo dispositivos da camada de enlace
bull Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam algoritmos de roteamento
bull Switches mantecircm tabelas de switch implementam filtragem algoritmos de aprendizagem
Switches vs roteadores
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hubs roteadores switches
isolaccedilatildeo detraacutefego
natildeo sim sim
plug amp play sim natildeo sim
roteamentooacutetimo
natildeo sim natildeo
cutthrough
sim natildeo sim
Resumo comparaccedilatildeo 5
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A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS
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bull Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace de broadcastbull Sem Media Access Controlbull Natildeo necessita de endereccedilamento MAC expliacutecitobull 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)
Controle de enlace de dados ponto-a-ponto 5
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bull Enquadramento de pacote encapsulamento do datagrama da camada de rede no quadro da camada de enlace bull Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolo de rede
(natildeo apenas o IP) ao mesmo tempo
bull Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeobull Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo de bit no campo
de dadosbull Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo)bull Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do enlace para a
camada de redebull Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos terminais do
enlace podem aprender e configurar o endereccedilo de rede dos outros
PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]
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bull Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de errosbull Natildeo haacute controle de fluxobull Aceita entregas fora de ordembull Natildeo haacute necessidade de suportar enlaces multiponto (ex polling)
Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeo dosdados satildeo todos relegados para as camadas mais altas
PPP natildeo requisitos 5
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bull Flag delimitador (enquadramento)bull Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura)bull Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacuteltiplos campos de controlebull Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o conteuacutedo do quadro
deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)
PPP formato do quadro
5
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bull info dados da camada superior sendo transportadosbull CRC verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de erros
PPP formato dos dados 5
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bull Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de dados deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt01111110gtbull P Se for recebido o padratildeo lt01111110gt satildeo dados ou eacute flag
bull Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte extra com o padratildeo lt 01111101gt (escape) antes de cada byte com o padratildeo de flag lt 01111110gt nos dados
bull Receptor bull Um byte 01111101 seguido de 01111110 em seguida descarta o primeiro e continua a recepccedilatildeo de dadosbull Uacutenico byte 01111110 entatildeo eacute um flag
Byte stuffing
5
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byte com o padratildeodo flag nos dados a enviar
byte com o padratildeo de escape acrescentado nos dados transmitidos seguido por um byte com padratildeo de flag
Byte stuffing 5
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Antes de trocar dados da camada de rede os parceiros da camada de enlace devembull A configurar o enlace PPP (tamanho maacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo)bull Aprenderconfigurar as informaccedilotildees da camada de rede
bull Para o IP transportar mensagens do protocolo de controle IP (IPCP) (campo de protocolo 8021) para configuraraprender os endereccedilos IP
PPP protocolo de controle de dados
5
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A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS
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Virtualizaccedilatildeo dos recursos uma poderosa abstraccedilatildeo em engenharia de sistemasbull Exemplos em computaccedilatildeo memoacuteria virtual dispositivos virtuais
bull Maacutequinas virtuais ex javabull IBM VM os dos anos 6070
bull Camada de abstraccedilotildees natildeo se apega a detalhes da camada mais baixa apenas trata com as camadas mais baixas abstratamente
Virtualizaccedilatildeo das redes
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1974 muacuteltiplas redes desconectadasbull ARPAnetbull redes de dados-sobre-cabobull rede de pacote por sateacutelite (Aloha)bull rede de pacotes por raacutedio
hellip diferentes embull convenccedilotildees de endereccedilamentobull formatos do pacotebull recuperaccedilatildeo de errosbull roteamento
Internet virtualizaccedilatildeo das redes 5
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Camada de rede da Internet (IP) bull Endereccedilamento internetwork
aparece como uma entidade uacutenica e uniforme escondendo a heterogeneidade das redes locais
bull Rede de redes
Gateway bullldquoembute pacotes da Internet no
formato de um pacote local ou os extrairdquo
bull Rota (no niacutevel de internetwork) para o proacuteximo gateway
Internet virtualizaccedilatildeo das redes
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O que eacute virtualizadobull Duas camadas de endereccedilamento Internet e rede localbull Nova camada (IP) torna tudo homogecircneo na camada da Internetbull Tecnologia da rede local em questatildeo
bull Cabobull Sateacutelitebull Modem telefocircnico de 56 Kbull Hoje ATM MPLS
bull hellip ldquoinvisiacutevelrdquo na camada da Internet Parece com uma tecnologia de camada de enlace para o IP
Arquitetura da Internet de Cerf amp Kahn 5
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bull ATM MPLS redes separadas em seus proacuteprios direitosbull Modelos de serviccedilo endereccedilamento roteamento diferentes da Internet
bull Vistos pela Internet como um enlace loacutegico conectando roteadores IPbull Assim como o dialup link eacute realmente parte de uma rede separada
(rede telefocircnica)
bull ATM MPLS de interesse teacutecnico em seu proacuteprio direito
ATM e MPLS
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bull Padratildeo dos anos 8090 para altas taxas de transmissatildeo (155 Mbps a 622 Mbps e mais altas) arquitetura de Broadband Integrated Service Digital Network (B-ISDN)
bull Objetivo transporte integrado de voz dados e imagens com foco nas redes puacuteblicas de comunicaccedilatildeo
bull Deve atender aos requisitos de tempoQoS para aplicaccedilotildees de voz e de viacutedeo (versus o serviccedilo de melhor esforccedilo da Internet)bull Telefonia de ldquoproacutexima geraccedilatildeordquo fundamentos teacutecnicos no mundo da telefoniabull Comutaccedilatildeo de pacotes (pacotes de tamanho fixo chamados ldquoceacutelulasrdquo) usando circuitos virtuais
Modo de transferecircncia assiacutencrono ATM 5
copy 2005 by Pearson Education 5 - 64
bull Camada de adaptaccedilatildeo apenas na borda de uma rede ATMbull Segmentaccedilatildeo e remontagem dos dados bull Grosseiramente anaacuteloga agrave camada de transporte da Internet
bull Camada ATM camada de ldquorederdquobull Comutaccedilatildeo de ceacutelulas roteamento
bull Camada fiacutesica
Sistema final Sistema finalSwitch ATM Switch ATM
Arquitetura ATM
5
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Visatildeo transporte fim-a-fim ldquoATM de computador a computadorrdquobull ATM eacute uma tecnologia de redeRealidade usada para conectar roteadores IP de backbone bullldquoIP sobre ATMrdquobull ATM como uma camada de enlace comutada conectando roteadores IP
ATM camada de rede ou de enlace 5
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bull Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL) ldquoadaptardquo camadas superiores (aplicaccedilotildees IP ou nativas ATM) para a camada ATM abaixo
bull AAL presente apenas nos sistemas finais natildeo nos comutadores ATM (ldquoswitchesrdquo)
bull O segmento da camada AAL (campo de cabeccedilalhotrailer e de dados) satildeo fragmentados em muacuteltiplas ceacutelulas ATM bull Analogia segmento TCP em muitos pacotes IP
Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL)
Sistema final Sistema finalSwitch ATM Switch ATM
5
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Diferentes versotildees da camada AAL dependendo da classe de serviccedilo ATMbull AAL1 para serviccedilo CBR (taxa de bit constante) ex emulaccedilatildeo de circuitosbull AAL2 para serviccedilos VBR (taxa de bit variaacutevel) ex viacutedeo MPEG bull AAL5 para dados (ex datagramas IP)
AAL PDU
ceacutelula ATM
Dados de usuaacuterio
subcamadade convergecircncia
subcamadaSAR
Ceacutelula ATM
Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL) 5
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Serviccedilo transporte de ceacutelulas atraveacutes da rede ATM bull Anaacuteloga agrave camada de rede IPbull Serviccedilos muito diferentes da camada de rede IP
Arquiteturade rede
Internet
ATM
ATM
ATM
ATM
Modelo de serviccedilo
melhoresforccediloCBR
VBR
ABR
UBR
Banda
natildeo
taxaconstantetaxagarantidamiacutenimogarantidonatildeo
Perda
natildeo
sim
sim
natildeo
natildeo
Ordem
natildeo
sim
sim
sim
sim
Tempo
natildeo
sim
sim
natildeo
natildeo
Aviso decongestatildeo
natildeo (inferidopelas perdas)natildeo haacutecongestatildeonatildeo haacutecongestatildeosim
natildeo
Garantias
Camada ATM
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bull Transporte em VC ceacutelulas satildeo transportadas sobre VC da fonte ao destinobull Estabelecimento de conexatildeo necessaacuterio para cada chamada antes que o fluxo de dados possa ser iniciadobull Cada pacote transporta um identificador de VC (natildeo transporta o endereccedilo
do destino)bull Cada comutador com caminho entre a fonte e o destino manteacutem o ldquoestadordquo
para cada conexatildeo passantebull Recursos do enlace e do comutador (banda passante buffers) podem ser
alocados por VC para obter um comportamento semelhante a um circuito fiacutesico
bull VCs permanentes (PVCs)bull Conexotildees de longa duraccedilatildeo bull Tipicamente rota ldquopermanenterdquo entre roteadores IP
bull VCs comutados (SVC)bull Dinamicamente criados numa base por chamada
Camadas ATM circuitos virtuais 5
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bull Vantagens do uso de circuitos virtuais no ATMbull Iacutendices de QoS garantidos para conexotildees mapeadas em circuitos
virtuais (banda passante atraso variacircncia de atraso)
bull Problemas no uso de circuitos virtuaisbull O suporte de traacutefego datagrama eacute ineficientebull Um PVC entre cada par origemdestino natildeo tem boa escalabilidade
(N2 conexotildees satildeo necessaacuterias) bull SVC introduz latecircncia de estabelecimento de conexatildeo e atrasos de
processamento para conexotildees de curta duraccedilatildeo
ATM VCs
5
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bull Cabeccedilalho da ceacutelula ATM com 5 bytesbull Carga uacutetil com 48-bytes
bull Por quecirc carga uacutetil pequena -gt pequeno atraso de criaccedilatildeo de ceacutelula para voz digitalizada
bull Meio do caminho entre 32 e 64 (compromisso)
cabeccedilalhoda ceacutelula
formato daceacutelula
3o bit no campo PTvalor 1 indica uacuteltima ceacutelula (AAL-indicate bit)
Camada ATM ceacutelula ATM 5
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bull VCI identificador de canal virtualbull Pode mudar de enlace para enlace atraveacutes da rede
bull PT tipo de carga uacutetil (ex ceacutelula RM versus ceacutelula de dados) bull CLP bit de prioridade de perda de ceacutelula
bull CLP = 1 implica ceacutelula de baixa prioridade pode ser descartada em caso de congestatildeo
bull HEC verificaccedilatildeo de erros no cabeccedilalhobull Verificaccedilatildeo ciacuteclica de erros
Cabeccedilalho da ceacutelula ATM
5
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A camada fiacutesica se compotildee de duas partes (subcamadas )bull Subcamada de convergecircncia de transmissatildeo (TCS) adapta a camada ATM
acima agrave subcamada fiacutesica abaixo (PMD)bull Subcamada dependente do meio depende do tipo de meio fiacutesico que estaacute
sendo empregado
Funccedilotildees da TCS bull Geraccedilatildeo do checksum do cabeccedilalho 8 bits CRC bull Delineamento de ceacutelulabull Com uma subcamada PMD natildeo estruturada transmite ceacutelulas vazias (ldquoidle cellsrdquo) quando natildeo haacute ceacutelulas de dados a enviar
Camada fiacutesica ATM 5
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Subcamada dependente do meio fiacutesico (PMD)bull SONETSDH estrutura de transmissatildeo de quadros (como um container
carregando bits) bull Sincronizaccedilatildeo de bits bull Particcedilotildees da banda passante (TDM) bull Vaacuterias velocidades OC1 = 5184 Mbps OC3 = 15552 Mbps OC12 = 62208 Mbps
bull T1T3 estrutura de transmissatildeo de quadros (velha hierarquia de telefonia 15 Mbps45 Mbps No Brasil usa-se a hierarquia europeacuteia E1E3 2 34 Mbps
bull Natildeo estruturada apenas ceacutelulas (ocupadasvazias)
Camada fiacutesica ATM
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Apenas IP claacutessicobull 3 ldquoredesrdquo (ex segmentos de
LAN)bull Endereccedilos MAC (8023) e IP
IP sobre ATM bull Substitui ldquorederdquo (ex segmento
de LAN) com a rede ATM bull Endereccedilos ATM endereccedilos IP
redeATM
EthernetLANs
EthernetLANs
IP-sobre-ATM 5
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bull No endereccedilo de origembull Camada IP encontra um mapeamento entre o endereccedilo IP e o endereccedilo
de destino ATM (usando ARP)bull Passa o datagrama para a camada de adaptaccedilatildeo AAL5bull AAL5 encapsula os dados segmenta em ceacutelulas e passa para a camada ATM
bull Rede ATM move a ceacutelula para o destino de acordo com o seu VC (circuito virtual)
bull No hospedeiro de destinobull AAL5 remonta o datagrama original a partir das ceacutelulas recebidas bull Se o CRC OK datagrama eacute passado ao IP
Viagem de um datagrama numa rede IP-sobre-ATM
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Questotildeesbull Datagramas IP em ATM AAL5 PDUsbull Dos endereccedilos IP aos endereccedilos ATM
bull Da mesma forma que de endereccedilos IP para endereccedilos MAC 8023
redeATM
EthernetLANs
IP-sobre-ATM 5
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bull Objetivo inicial aumentar a velocidade de encaminhamento IP usando labels de tamanho fixo (em vez de endereccedilo IP)bull Mesma ideacuteia do meacutetodo de circuito virtual (VC)bull Mas o datagrama IP ainda manteacutem o endereccedilo IP
Multiprotocol label switching (MPLS)
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bull Roteador faz a funccedilatildeo de comutador de roacutetulobull Pacotes encaminhados para interface de saiacuteda com base apenas no valor do
roacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP)bull Tabela de encaminhamento MPLS distinta das tabelas de encaminhamento IP
bull Protocolo de sinalizaccedilatildeo necessaacuterio para estabelecer o encaminhamentobull RSVP-TEbull Encaminhamento eacute possiacutevel por caminhos que o IP sozinho natildeo pode usar (ex roteamento de especificado pela origem)bull Use MPLS para engenharia de traacutefego
bull Deve coexistir com roteadores unicamente IP
Roteadores MPLS 5
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Tabelas de encaminhamento MPLS
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bull Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlacebull Detecccedilatildeo de erros correccedilatildeobull Compartilhando um canal broadcast acesso muacuteltiplobull Endereccedilamento da camada de enlace
bull Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de vaacuterias tecnologias da camada de enlacebull Ethernetbull LANS comutadasbull PPPbull Redes virtualizadas como uma camada de enlace ATM MPLS
Resumo
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CSMA escuta antes de transmitirbull Se o canal parece vazio transmite o pacotebull Se o canal estaacute ocupado adia a transmissatildeo bull Analogia humana natildeo interrompa os outros
CSMA Carrier Sense Multiple Access 5
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Colisotildees podem ocorrero atraso de propagaccedilatildeo implica que dois noacutes podem natildeo ouvir as transmissotildees do outro
Colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo do pacote eacute desperdiccedilado
Notepapel da distacircncia e do atraso de propagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo
arranjo espacial dos noacutes na rede
Colisotildees no CSMA
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CSMACD detecccedilatildeo de portadora deferecircncia como no CSMAbull Colisotildees detectadas num tempo mais curtobull 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
CSMACD (detecccedilatildeo de colisatildeo) 5
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Protocolos MAC com particionamento de canaisbull Compartilham o canal eficientemente quando a carga eacute alta e bem
distribuiacutedabull 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
Protocolos MAC de acesso aleatoacuteriobull Eficiente nas cargas baixas um uacutenico noacute pode usar todo o canalbull Cargas altas excesso de colisotildees
Protocolos de passagem de permissatildeoBuscam o melhor dos dois mundos
Protocolos MAC com passagem de permissatildeo
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Pollingbull Noacute mestre ldquoconvidardquo os escravos a transmitirem um de cada vezbull Problemas
bull Polling overhead bull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (mestre)
Token passingbull Controla um token passado de um noacute a outro sequumlencialmentebull Mensagem tokenbull Problemas
bull Token overhead bull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (token)
Protocolos MAC com passagem de permissatildeo 5
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bull 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 frequumlecircnciabull 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
Sumaacuterio dos protocolos MAC
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Camada de enlace ateacute agorabull Serviccedilos detecccedilatildeo de erroscorreccedilatildeo acesso muacuteltiplo
A seguir tecnologias de redes locais (LAN)bull Endereccedilamentobull Ethernetbull hubs pontes switchesbull PPP
Tecnologias de LAN 5
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A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS
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Endereccedilos IP de 32-bit bull Endereccedilos da camada de rede
bull Usados para levar o datagrama ateacute a rede de destino (lembre-se da definiccedilatildeo de rede IP)
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 e ARP 5
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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(a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG(b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal
bull Endereccedilamento MAC eacute ldquoflatrdquo =gt portabilidade bull 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
Endereccedilos de LAN (mais)
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Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de Bdado 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
lt IP address MAC address TTLgtbull TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute
esquecido (tipicamente 20 min)
ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de resoluccedilatildeo de endereccedilos) 5
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bull A que enviar um datagrama para B e o endereccedilo MAS de B natildeo estaacute na tabela ARP de A
bull A faz broadcast de pacote de consulta ARB contendo o endereccedilo IP de Bbull end MAC de destino = FF-FF-FF-FF-FF-FFbull todas as maacutequinas na LAN recebem a consulta ARP
bull B recebe o pacote ARP responde para A com seu endereccedilo MAC (de B)bull Quadro enviado para o end MAC de A (unicast)
bull A faz um cache (salva) o par de endereccedilos IP para MAC em sua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo se torne antiga (expirada) soft state informaccedilatildeo que expira (eacute descartada) sem atualizaccedilatildeo
bull ARP eacute ldquoplug-and-playrdquobull Noacutes criam suas tabelas ARP sem intervenccedilatildeo do administrador da rede
Protocolo ARP Mesma LAN (network)
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A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS
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Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo bull Barato R$20 por 100Mbpsbull Primeira tecnologia de LAN largamente usadabull Mais simples e mais barata que LANs com token e ATMbull Velocidade crescente 10Mbps ndash 10Gbps
esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf
Ethernet
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bull Topologia de bus popular em meados dos anos 90bull Agora a topologia em estrela prevalecebull Opccedilotildees de conexatildeo hub ou switch (mais adiante)
Topologia em estrela 5
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Adaptador do transmissor encapsula o datagrama IP (ou outro pacote de protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
Preacircmbulobull 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte com padratildeo 10101011bull usado para sincronizar as taxas de reloacutegio do transmissor e do receptor
Estrutura do quadro Ethernet
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bull Endereccedilos 6 bytesbull Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de destino coincidente ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa o dado no quadro para o protocolo da camada de rede
bull Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP mas outros podem ser suportados tais como Novell IPX e AppleTalk)
bull CRC verificado no receptor se um erro eacute detectado o quadro eacute simplesmente descartado
Estrutura do quadro Ethernet 5
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bull Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o receptor bull 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
lacunasbull Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCPbull Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas
Serviccedilo natildeo confiaacutevel sem conexatildeo
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bull 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
Ethernet usa CSMACD 5
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1 Adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro2 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 transmite3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo sua
missatildeo com esse quadro estaacute cumprida4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta e
envia um jam signal
5 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
Algoritmo CSMACD da Ethernet
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bull Taxa de 10100 Mbps chamado mais tarde de ldquofast ethernetrdquobull T significa ldquoTwisted Pairrdquo (par de fios tranccedilados de cobre) bull Noacutes se conectam a um hub ldquotopologia em estrelardquo 100 m eacute a distacircncia maacutexima
entre os noacutes e o hub
10BaseT e 100BaseT 5
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Hubs satildeo essencialmente repetidores de camada fiacutesicabull Bits que chegam de um enlace se propagam para todos os outros enlacesbull Com a mesma taxabull Natildeo possuem armazenagem de quadrosbull Natildeo haacute CSMACD no hub adaptadores detectam colisotildeesbull Provecirc funcionalidade de gerenciamento de rede
Hubs
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bull Usada em 10BaseTbull Cada bit possui uma transiccedilatildeobull Permite que os reloacutegios nos noacutes de transmissatildeo e de recepccedilatildeo possam sincronizar
um com o outrobull Natildeo eacute necessaacuterio reloacutegio global centralizado entre os noacutes
bull Ei isso eacute coisa de camada fiacutesica
Codificaccedilatildeo Manchester
Codificaccedilatildeo Manchester 5
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bull Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeobull Permite enlaces ponto-a-ponto e canais de muacuteltiplo acesso
compartilhados bull No modo compartilhado o CSMACD eacute usado exige pequenas distacircncias
entre os noacutes para ser eficiente bull Usa hubs chamados aqui de Distribuidores com Armazenagem ldquoBuffered
Distributorsrdquobull Full-Duplex a 1 Gbps para enlaces ponto-a-pontobull 10 Gbps agora
Gigabit Ethernet
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A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS
5
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bull Hub de backbone interconecta segmentos de LANbull Estende a distacircncia maacutexima entre os noacutesbull Mas domiacutenios de colisatildeo individuais tornam-se um uacutenico e grande domiacutenio
de colisatildeobull Natildeo pode interconectar 10BaseT e 100BaseT
Interconexatildeo com hubs
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bull 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 segmentobull Transparente
bull Hospedeiros satildeo inconscientes da presenccedila dos switchesbull Plug-and-play self-learning (auto-aprendizado)
bull Switches natildeo precisam ser configurados
Switch 5
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bull Como determinar para qual segmento da LAN encaminhar o quadrobull Parece um problema de roteamento
Encaminhamento
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bull Um switch possui uma tabela de switchbull Entrada na tabela do switch
bull (endereccedilo MAC interface marca de tempo)bull Entradas expiradas na tabela satildeo decartadas (TTL pode ser 60 min)
bull Switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de suas interfacesbull Quando recebe um quadro o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento da LAN que chegabull Registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela
Self learning (auto-aprendizado) 5
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bull Ambos satildeo dispositivos store-and-forwardbull Roteadores dispositivos de camada de rede (examinam cabeccedilalhos da
camada de rede)bull Switches satildeo dispositivos da camada de enlace
bull Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam algoritmos de roteamento
bull Switches mantecircm tabelas de switch implementam filtragem algoritmos de aprendizagem
Switches vs roteadores
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hubs roteadores switches
isolaccedilatildeo detraacutefego
natildeo sim sim
plug amp play sim natildeo sim
roteamentooacutetimo
natildeo sim natildeo
cutthrough
sim natildeo sim
Resumo comparaccedilatildeo 5
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A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS
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bull Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace de broadcastbull Sem Media Access Controlbull Natildeo necessita de endereccedilamento MAC expliacutecitobull 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)
Controle de enlace de dados ponto-a-ponto 5
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bull Enquadramento de pacote encapsulamento do datagrama da camada de rede no quadro da camada de enlace bull Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolo de rede
(natildeo apenas o IP) ao mesmo tempo
bull Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeobull Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo de bit no campo
de dadosbull Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo)bull Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do enlace para a
camada de redebull Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos terminais do
enlace podem aprender e configurar o endereccedilo de rede dos outros
PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]
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bull Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de errosbull Natildeo haacute controle de fluxobull Aceita entregas fora de ordembull Natildeo haacute necessidade de suportar enlaces multiponto (ex polling)
Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeo dosdados satildeo todos relegados para as camadas mais altas
PPP natildeo requisitos 5
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bull Flag delimitador (enquadramento)bull Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura)bull Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacuteltiplos campos de controlebull Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o conteuacutedo do quadro
deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)
PPP formato do quadro
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bull info dados da camada superior sendo transportadosbull CRC verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de erros
PPP formato dos dados 5
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bull Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de dados deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt01111110gtbull P Se for recebido o padratildeo lt01111110gt satildeo dados ou eacute flag
bull Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte extra com o padratildeo lt 01111101gt (escape) antes de cada byte com o padratildeo de flag lt 01111110gt nos dados
bull Receptor bull Um byte 01111101 seguido de 01111110 em seguida descarta o primeiro e continua a recepccedilatildeo de dadosbull Uacutenico byte 01111110 entatildeo eacute um flag
Byte stuffing
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byte com o padratildeodo flag nos dados a enviar
byte com o padratildeo de escape acrescentado nos dados transmitidos seguido por um byte com padratildeo de flag
Byte stuffing 5
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Antes de trocar dados da camada de rede os parceiros da camada de enlace devembull A configurar o enlace PPP (tamanho maacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo)bull Aprenderconfigurar as informaccedilotildees da camada de rede
bull Para o IP transportar mensagens do protocolo de controle IP (IPCP) (campo de protocolo 8021) para configuraraprender os endereccedilos IP
PPP protocolo de controle de dados
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A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS
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Virtualizaccedilatildeo dos recursos uma poderosa abstraccedilatildeo em engenharia de sistemasbull Exemplos em computaccedilatildeo memoacuteria virtual dispositivos virtuais
bull Maacutequinas virtuais ex javabull IBM VM os dos anos 6070
bull Camada de abstraccedilotildees natildeo se apega a detalhes da camada mais baixa apenas trata com as camadas mais baixas abstratamente
Virtualizaccedilatildeo das redes
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copy 2005 by Pearson Education 5 - 59
1974 muacuteltiplas redes desconectadasbull ARPAnetbull redes de dados-sobre-cabobull rede de pacote por sateacutelite (Aloha)bull rede de pacotes por raacutedio
hellip diferentes embull convenccedilotildees de endereccedilamentobull formatos do pacotebull recuperaccedilatildeo de errosbull roteamento
Internet virtualizaccedilatildeo das redes 5
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Camada de rede da Internet (IP) bull Endereccedilamento internetwork
aparece como uma entidade uacutenica e uniforme escondendo a heterogeneidade das redes locais
bull Rede de redes
Gateway bullldquoembute pacotes da Internet no
formato de um pacote local ou os extrairdquo
bull Rota (no niacutevel de internetwork) para o proacuteximo gateway
Internet virtualizaccedilatildeo das redes
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O que eacute virtualizadobull Duas camadas de endereccedilamento Internet e rede localbull Nova camada (IP) torna tudo homogecircneo na camada da Internetbull Tecnologia da rede local em questatildeo
bull Cabobull Sateacutelitebull Modem telefocircnico de 56 Kbull Hoje ATM MPLS
bull hellip ldquoinvisiacutevelrdquo na camada da Internet Parece com uma tecnologia de camada de enlace para o IP
Arquitetura da Internet de Cerf amp Kahn 5
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bull ATM MPLS redes separadas em seus proacuteprios direitosbull Modelos de serviccedilo endereccedilamento roteamento diferentes da Internet
bull Vistos pela Internet como um enlace loacutegico conectando roteadores IPbull Assim como o dialup link eacute realmente parte de uma rede separada
(rede telefocircnica)
bull ATM MPLS de interesse teacutecnico em seu proacuteprio direito
ATM e MPLS
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bull Padratildeo dos anos 8090 para altas taxas de transmissatildeo (155 Mbps a 622 Mbps e mais altas) arquitetura de Broadband Integrated Service Digital Network (B-ISDN)
bull Objetivo transporte integrado de voz dados e imagens com foco nas redes puacuteblicas de comunicaccedilatildeo
bull Deve atender aos requisitos de tempoQoS para aplicaccedilotildees de voz e de viacutedeo (versus o serviccedilo de melhor esforccedilo da Internet)bull Telefonia de ldquoproacutexima geraccedilatildeordquo fundamentos teacutecnicos no mundo da telefoniabull Comutaccedilatildeo de pacotes (pacotes de tamanho fixo chamados ldquoceacutelulasrdquo) usando circuitos virtuais
Modo de transferecircncia assiacutencrono ATM 5
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bull Camada de adaptaccedilatildeo apenas na borda de uma rede ATMbull Segmentaccedilatildeo e remontagem dos dados bull Grosseiramente anaacuteloga agrave camada de transporte da Internet
bull Camada ATM camada de ldquorederdquobull Comutaccedilatildeo de ceacutelulas roteamento
bull Camada fiacutesica
Sistema final Sistema finalSwitch ATM Switch ATM
Arquitetura ATM
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copy 2005 by Pearson Education 5 - 65
Visatildeo transporte fim-a-fim ldquoATM de computador a computadorrdquobull ATM eacute uma tecnologia de redeRealidade usada para conectar roteadores IP de backbone bullldquoIP sobre ATMrdquobull ATM como uma camada de enlace comutada conectando roteadores IP
ATM camada de rede ou de enlace 5
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bull Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL) ldquoadaptardquo camadas superiores (aplicaccedilotildees IP ou nativas ATM) para a camada ATM abaixo
bull AAL presente apenas nos sistemas finais natildeo nos comutadores ATM (ldquoswitchesrdquo)
bull O segmento da camada AAL (campo de cabeccedilalhotrailer e de dados) satildeo fragmentados em muacuteltiplas ceacutelulas ATM bull Analogia segmento TCP em muitos pacotes IP
Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL)
Sistema final Sistema finalSwitch ATM Switch ATM
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Diferentes versotildees da camada AAL dependendo da classe de serviccedilo ATMbull AAL1 para serviccedilo CBR (taxa de bit constante) ex emulaccedilatildeo de circuitosbull AAL2 para serviccedilos VBR (taxa de bit variaacutevel) ex viacutedeo MPEG bull AAL5 para dados (ex datagramas IP)
AAL PDU
ceacutelula ATM
Dados de usuaacuterio
subcamadade convergecircncia
subcamadaSAR
Ceacutelula ATM
Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL) 5
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Serviccedilo transporte de ceacutelulas atraveacutes da rede ATM bull Anaacuteloga agrave camada de rede IPbull Serviccedilos muito diferentes da camada de rede IP
Arquiteturade rede
Internet
ATM
ATM
ATM
ATM
Modelo de serviccedilo
melhoresforccediloCBR
VBR
ABR
UBR
Banda
natildeo
taxaconstantetaxagarantidamiacutenimogarantidonatildeo
Perda
natildeo
sim
sim
natildeo
natildeo
Ordem
natildeo
sim
sim
sim
sim
Tempo
natildeo
sim
sim
natildeo
natildeo
Aviso decongestatildeo
natildeo (inferidopelas perdas)natildeo haacutecongestatildeonatildeo haacutecongestatildeosim
natildeo
Garantias
Camada ATM
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bull Transporte em VC ceacutelulas satildeo transportadas sobre VC da fonte ao destinobull Estabelecimento de conexatildeo necessaacuterio para cada chamada antes que o fluxo de dados possa ser iniciadobull Cada pacote transporta um identificador de VC (natildeo transporta o endereccedilo
do destino)bull Cada comutador com caminho entre a fonte e o destino manteacutem o ldquoestadordquo
para cada conexatildeo passantebull Recursos do enlace e do comutador (banda passante buffers) podem ser
alocados por VC para obter um comportamento semelhante a um circuito fiacutesico
bull VCs permanentes (PVCs)bull Conexotildees de longa duraccedilatildeo bull Tipicamente rota ldquopermanenterdquo entre roteadores IP
bull VCs comutados (SVC)bull Dinamicamente criados numa base por chamada
Camadas ATM circuitos virtuais 5
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bull Vantagens do uso de circuitos virtuais no ATMbull Iacutendices de QoS garantidos para conexotildees mapeadas em circuitos
virtuais (banda passante atraso variacircncia de atraso)
bull Problemas no uso de circuitos virtuaisbull O suporte de traacutefego datagrama eacute ineficientebull Um PVC entre cada par origemdestino natildeo tem boa escalabilidade
(N2 conexotildees satildeo necessaacuterias) bull SVC introduz latecircncia de estabelecimento de conexatildeo e atrasos de
processamento para conexotildees de curta duraccedilatildeo
ATM VCs
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bull Cabeccedilalho da ceacutelula ATM com 5 bytesbull Carga uacutetil com 48-bytes
bull Por quecirc carga uacutetil pequena -gt pequeno atraso de criaccedilatildeo de ceacutelula para voz digitalizada
bull Meio do caminho entre 32 e 64 (compromisso)
cabeccedilalhoda ceacutelula
formato daceacutelula
3o bit no campo PTvalor 1 indica uacuteltima ceacutelula (AAL-indicate bit)
Camada ATM ceacutelula ATM 5
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bull VCI identificador de canal virtualbull Pode mudar de enlace para enlace atraveacutes da rede
bull PT tipo de carga uacutetil (ex ceacutelula RM versus ceacutelula de dados) bull CLP bit de prioridade de perda de ceacutelula
bull CLP = 1 implica ceacutelula de baixa prioridade pode ser descartada em caso de congestatildeo
bull HEC verificaccedilatildeo de erros no cabeccedilalhobull Verificaccedilatildeo ciacuteclica de erros
Cabeccedilalho da ceacutelula ATM
5
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A camada fiacutesica se compotildee de duas partes (subcamadas )bull Subcamada de convergecircncia de transmissatildeo (TCS) adapta a camada ATM
acima agrave subcamada fiacutesica abaixo (PMD)bull Subcamada dependente do meio depende do tipo de meio fiacutesico que estaacute
sendo empregado
Funccedilotildees da TCS bull Geraccedilatildeo do checksum do cabeccedilalho 8 bits CRC bull Delineamento de ceacutelulabull Com uma subcamada PMD natildeo estruturada transmite ceacutelulas vazias (ldquoidle cellsrdquo) quando natildeo haacute ceacutelulas de dados a enviar
Camada fiacutesica ATM 5
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Subcamada dependente do meio fiacutesico (PMD)bull SONETSDH estrutura de transmissatildeo de quadros (como um container
carregando bits) bull Sincronizaccedilatildeo de bits bull Particcedilotildees da banda passante (TDM) bull Vaacuterias velocidades OC1 = 5184 Mbps OC3 = 15552 Mbps OC12 = 62208 Mbps
bull T1T3 estrutura de transmissatildeo de quadros (velha hierarquia de telefonia 15 Mbps45 Mbps No Brasil usa-se a hierarquia europeacuteia E1E3 2 34 Mbps
bull Natildeo estruturada apenas ceacutelulas (ocupadasvazias)
Camada fiacutesica ATM
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Apenas IP claacutessicobull 3 ldquoredesrdquo (ex segmentos de
LAN)bull Endereccedilos MAC (8023) e IP
IP sobre ATM bull Substitui ldquorederdquo (ex segmento
de LAN) com a rede ATM bull Endereccedilos ATM endereccedilos IP
redeATM
EthernetLANs
EthernetLANs
IP-sobre-ATM 5
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bull No endereccedilo de origembull Camada IP encontra um mapeamento entre o endereccedilo IP e o endereccedilo
de destino ATM (usando ARP)bull Passa o datagrama para a camada de adaptaccedilatildeo AAL5bull AAL5 encapsula os dados segmenta em ceacutelulas e passa para a camada ATM
bull Rede ATM move a ceacutelula para o destino de acordo com o seu VC (circuito virtual)
bull No hospedeiro de destinobull AAL5 remonta o datagrama original a partir das ceacutelulas recebidas bull Se o CRC OK datagrama eacute passado ao IP
Viagem de um datagrama numa rede IP-sobre-ATM
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Questotildeesbull Datagramas IP em ATM AAL5 PDUsbull Dos endereccedilos IP aos endereccedilos ATM
bull Da mesma forma que de endereccedilos IP para endereccedilos MAC 8023
redeATM
EthernetLANs
IP-sobre-ATM 5
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bull Objetivo inicial aumentar a velocidade de encaminhamento IP usando labels de tamanho fixo (em vez de endereccedilo IP)bull Mesma ideacuteia do meacutetodo de circuito virtual (VC)bull Mas o datagrama IP ainda manteacutem o endereccedilo IP
Multiprotocol label switching (MPLS)
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bull Roteador faz a funccedilatildeo de comutador de roacutetulobull Pacotes encaminhados para interface de saiacuteda com base apenas no valor do
roacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP)bull Tabela de encaminhamento MPLS distinta das tabelas de encaminhamento IP
bull Protocolo de sinalizaccedilatildeo necessaacuterio para estabelecer o encaminhamentobull RSVP-TEbull Encaminhamento eacute possiacutevel por caminhos que o IP sozinho natildeo pode usar (ex roteamento de especificado pela origem)bull Use MPLS para engenharia de traacutefego
bull Deve coexistir com roteadores unicamente IP
Roteadores MPLS 5
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Tabelas de encaminhamento MPLS
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bull Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlacebull Detecccedilatildeo de erros correccedilatildeobull Compartilhando um canal broadcast acesso muacuteltiplobull Endereccedilamento da camada de enlace
bull Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de vaacuterias tecnologias da camada de enlacebull Ethernetbull LANS comutadasbull PPPbull Redes virtualizadas como uma camada de enlace ATM MPLS
Resumo
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Pollingbull Noacute mestre ldquoconvidardquo os escravos a transmitirem um de cada vezbull Problemas
bull Polling overhead bull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (mestre)
Token passingbull Controla um token passado de um noacute a outro sequumlencialmentebull Mensagem tokenbull Problemas
bull Token overhead bull Latecircnciabull Ponto uacutenico de falha (token)
Protocolos MAC com passagem de permissatildeo 5
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bull 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 frequumlecircnciabull 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
Sumaacuterio dos protocolos MAC
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Camada de enlace ateacute agorabull Serviccedilos detecccedilatildeo de erroscorreccedilatildeo acesso muacuteltiplo
A seguir tecnologias de redes locais (LAN)bull Endereccedilamentobull Ethernetbull hubs pontes switchesbull PPP
Tecnologias de LAN 5
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A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS
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Endereccedilos IP de 32-bit bull Endereccedilos da camada de rede
bull Usados para levar o datagrama ateacute a rede de destino (lembre-se da definiccedilatildeo de rede IP)
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 e ARP 5
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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(a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG(b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal
bull Endereccedilamento MAC eacute ldquoflatrdquo =gt portabilidade bull 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
Endereccedilos de LAN (mais)
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Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de Bdado 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
lt IP address MAC address TTLgtbull TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute
esquecido (tipicamente 20 min)
ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de resoluccedilatildeo de endereccedilos) 5
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bull A que enviar um datagrama para B e o endereccedilo MAS de B natildeo estaacute na tabela ARP de A
bull A faz broadcast de pacote de consulta ARB contendo o endereccedilo IP de Bbull end MAC de destino = FF-FF-FF-FF-FF-FFbull todas as maacutequinas na LAN recebem a consulta ARP
bull B recebe o pacote ARP responde para A com seu endereccedilo MAC (de B)bull Quadro enviado para o end MAC de A (unicast)
bull A faz um cache (salva) o par de endereccedilos IP para MAC em sua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo se torne antiga (expirada) soft state informaccedilatildeo que expira (eacute descartada) sem atualizaccedilatildeo
bull ARP eacute ldquoplug-and-playrdquobull Noacutes criam suas tabelas ARP sem intervenccedilatildeo do administrador da rede
Protocolo ARP Mesma LAN (network)
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A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS
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Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo bull Barato R$20 por 100Mbpsbull Primeira tecnologia de LAN largamente usadabull Mais simples e mais barata que LANs com token e ATMbull Velocidade crescente 10Mbps ndash 10Gbps
esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf
Ethernet
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bull Topologia de bus popular em meados dos anos 90bull Agora a topologia em estrela prevalecebull Opccedilotildees de conexatildeo hub ou switch (mais adiante)
Topologia em estrela 5
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Adaptador do transmissor encapsula o datagrama IP (ou outro pacote de protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
Preacircmbulobull 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte com padratildeo 10101011bull usado para sincronizar as taxas de reloacutegio do transmissor e do receptor
Estrutura do quadro Ethernet
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bull Endereccedilos 6 bytesbull Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de destino coincidente ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa o dado no quadro para o protocolo da camada de rede
bull Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP mas outros podem ser suportados tais como Novell IPX e AppleTalk)
bull CRC verificado no receptor se um erro eacute detectado o quadro eacute simplesmente descartado
Estrutura do quadro Ethernet 5
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bull Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o receptor bull 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
lacunasbull Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCPbull Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas
Serviccedilo natildeo confiaacutevel sem conexatildeo
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bull 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
Ethernet usa CSMACD 5
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1 Adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro2 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 transmite3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo sua
missatildeo com esse quadro estaacute cumprida4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta e
envia um jam signal
5 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
Algoritmo CSMACD da Ethernet
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bull Taxa de 10100 Mbps chamado mais tarde de ldquofast ethernetrdquobull T significa ldquoTwisted Pairrdquo (par de fios tranccedilados de cobre) bull Noacutes se conectam a um hub ldquotopologia em estrelardquo 100 m eacute a distacircncia maacutexima
entre os noacutes e o hub
10BaseT e 100BaseT 5
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Hubs satildeo essencialmente repetidores de camada fiacutesicabull Bits que chegam de um enlace se propagam para todos os outros enlacesbull Com a mesma taxabull Natildeo possuem armazenagem de quadrosbull Natildeo haacute CSMACD no hub adaptadores detectam colisotildeesbull Provecirc funcionalidade de gerenciamento de rede
Hubs
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bull Usada em 10BaseTbull Cada bit possui uma transiccedilatildeobull Permite que os reloacutegios nos noacutes de transmissatildeo e de recepccedilatildeo possam sincronizar
um com o outrobull Natildeo eacute necessaacuterio reloacutegio global centralizado entre os noacutes
bull Ei isso eacute coisa de camada fiacutesica
Codificaccedilatildeo Manchester
Codificaccedilatildeo Manchester 5
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bull Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeobull Permite enlaces ponto-a-ponto e canais de muacuteltiplo acesso
compartilhados bull No modo compartilhado o CSMACD eacute usado exige pequenas distacircncias
entre os noacutes para ser eficiente bull Usa hubs chamados aqui de Distribuidores com Armazenagem ldquoBuffered
Distributorsrdquobull Full-Duplex a 1 Gbps para enlaces ponto-a-pontobull 10 Gbps agora
Gigabit Ethernet
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A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS
5
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bull Hub de backbone interconecta segmentos de LANbull Estende a distacircncia maacutexima entre os noacutesbull Mas domiacutenios de colisatildeo individuais tornam-se um uacutenico e grande domiacutenio
de colisatildeobull Natildeo pode interconectar 10BaseT e 100BaseT
Interconexatildeo com hubs
5
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bull 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 segmentobull Transparente
bull Hospedeiros satildeo inconscientes da presenccedila dos switchesbull Plug-and-play self-learning (auto-aprendizado)
bull Switches natildeo precisam ser configurados
Switch 5
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bull Como determinar para qual segmento da LAN encaminhar o quadrobull Parece um problema de roteamento
Encaminhamento
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bull Um switch possui uma tabela de switchbull Entrada na tabela do switch
bull (endereccedilo MAC interface marca de tempo)bull Entradas expiradas na tabela satildeo decartadas (TTL pode ser 60 min)
bull Switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de suas interfacesbull Quando recebe um quadro o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento da LAN que chegabull Registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela
Self learning (auto-aprendizado) 5
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bull Ambos satildeo dispositivos store-and-forwardbull Roteadores dispositivos de camada de rede (examinam cabeccedilalhos da
camada de rede)bull Switches satildeo dispositivos da camada de enlace
bull Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam algoritmos de roteamento
bull Switches mantecircm tabelas de switch implementam filtragem algoritmos de aprendizagem
Switches vs roteadores
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hubs roteadores switches
isolaccedilatildeo detraacutefego
natildeo sim sim
plug amp play sim natildeo sim
roteamentooacutetimo
natildeo sim natildeo
cutthrough
sim natildeo sim
Resumo comparaccedilatildeo 5
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A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS
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bull Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace de broadcastbull Sem Media Access Controlbull Natildeo necessita de endereccedilamento MAC expliacutecitobull 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)
Controle de enlace de dados ponto-a-ponto 5
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bull Enquadramento de pacote encapsulamento do datagrama da camada de rede no quadro da camada de enlace bull Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolo de rede
(natildeo apenas o IP) ao mesmo tempo
bull Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeobull Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo de bit no campo
de dadosbull Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo)bull Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do enlace para a
camada de redebull Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos terminais do
enlace podem aprender e configurar o endereccedilo de rede dos outros
PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]
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bull Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de errosbull Natildeo haacute controle de fluxobull Aceita entregas fora de ordembull Natildeo haacute necessidade de suportar enlaces multiponto (ex polling)
Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeo dosdados satildeo todos relegados para as camadas mais altas
PPP natildeo requisitos 5
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bull Flag delimitador (enquadramento)bull Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura)bull Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacuteltiplos campos de controlebull Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o conteuacutedo do quadro
deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)
PPP formato do quadro
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copy 2005 by Pearson Education 5 - 53
bull info dados da camada superior sendo transportadosbull CRC verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de erros
PPP formato dos dados 5
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bull Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de dados deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt01111110gtbull P Se for recebido o padratildeo lt01111110gt satildeo dados ou eacute flag
bull Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte extra com o padratildeo lt 01111101gt (escape) antes de cada byte com o padratildeo de flag lt 01111110gt nos dados
bull Receptor bull Um byte 01111101 seguido de 01111110 em seguida descarta o primeiro e continua a recepccedilatildeo de dadosbull Uacutenico byte 01111110 entatildeo eacute um flag
Byte stuffing
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byte com o padratildeodo flag nos dados a enviar
byte com o padratildeo de escape acrescentado nos dados transmitidos seguido por um byte com padratildeo de flag
Byte stuffing 5
copy 2005 by Pearson Education 5 - 56
Antes de trocar dados da camada de rede os parceiros da camada de enlace devembull A configurar o enlace PPP (tamanho maacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo)bull Aprenderconfigurar as informaccedilotildees da camada de rede
bull Para o IP transportar mensagens do protocolo de controle IP (IPCP) (campo de protocolo 8021) para configuraraprender os endereccedilos IP
PPP protocolo de controle de dados
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A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS
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Virtualizaccedilatildeo dos recursos uma poderosa abstraccedilatildeo em engenharia de sistemasbull Exemplos em computaccedilatildeo memoacuteria virtual dispositivos virtuais
bull Maacutequinas virtuais ex javabull IBM VM os dos anos 6070
bull Camada de abstraccedilotildees natildeo se apega a detalhes da camada mais baixa apenas trata com as camadas mais baixas abstratamente
Virtualizaccedilatildeo das redes
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copy 2005 by Pearson Education 5 - 59
1974 muacuteltiplas redes desconectadasbull ARPAnetbull redes de dados-sobre-cabobull rede de pacote por sateacutelite (Aloha)bull rede de pacotes por raacutedio
hellip diferentes embull convenccedilotildees de endereccedilamentobull formatos do pacotebull recuperaccedilatildeo de errosbull roteamento
Internet virtualizaccedilatildeo das redes 5
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Camada de rede da Internet (IP) bull Endereccedilamento internetwork
aparece como uma entidade uacutenica e uniforme escondendo a heterogeneidade das redes locais
bull Rede de redes
Gateway bullldquoembute pacotes da Internet no
formato de um pacote local ou os extrairdquo
bull Rota (no niacutevel de internetwork) para o proacuteximo gateway
Internet virtualizaccedilatildeo das redes
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O que eacute virtualizadobull Duas camadas de endereccedilamento Internet e rede localbull Nova camada (IP) torna tudo homogecircneo na camada da Internetbull Tecnologia da rede local em questatildeo
bull Cabobull Sateacutelitebull Modem telefocircnico de 56 Kbull Hoje ATM MPLS
bull hellip ldquoinvisiacutevelrdquo na camada da Internet Parece com uma tecnologia de camada de enlace para o IP
Arquitetura da Internet de Cerf amp Kahn 5
copy 2005 by Pearson Education 5 - 62
bull ATM MPLS redes separadas em seus proacuteprios direitosbull Modelos de serviccedilo endereccedilamento roteamento diferentes da Internet
bull Vistos pela Internet como um enlace loacutegico conectando roteadores IPbull Assim como o dialup link eacute realmente parte de uma rede separada
(rede telefocircnica)
bull ATM MPLS de interesse teacutecnico em seu proacuteprio direito
ATM e MPLS
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bull Padratildeo dos anos 8090 para altas taxas de transmissatildeo (155 Mbps a 622 Mbps e mais altas) arquitetura de Broadband Integrated Service Digital Network (B-ISDN)
bull Objetivo transporte integrado de voz dados e imagens com foco nas redes puacuteblicas de comunicaccedilatildeo
bull Deve atender aos requisitos de tempoQoS para aplicaccedilotildees de voz e de viacutedeo (versus o serviccedilo de melhor esforccedilo da Internet)bull Telefonia de ldquoproacutexima geraccedilatildeordquo fundamentos teacutecnicos no mundo da telefoniabull Comutaccedilatildeo de pacotes (pacotes de tamanho fixo chamados ldquoceacutelulasrdquo) usando circuitos virtuais
Modo de transferecircncia assiacutencrono ATM 5
copy 2005 by Pearson Education 5 - 64
bull Camada de adaptaccedilatildeo apenas na borda de uma rede ATMbull Segmentaccedilatildeo e remontagem dos dados bull Grosseiramente anaacuteloga agrave camada de transporte da Internet
bull Camada ATM camada de ldquorederdquobull Comutaccedilatildeo de ceacutelulas roteamento
bull Camada fiacutesica
Sistema final Sistema finalSwitch ATM Switch ATM
Arquitetura ATM
5
copy 2005 by Pearson Education 5 - 65
Visatildeo transporte fim-a-fim ldquoATM de computador a computadorrdquobull ATM eacute uma tecnologia de redeRealidade usada para conectar roteadores IP de backbone bullldquoIP sobre ATMrdquobull ATM como uma camada de enlace comutada conectando roteadores IP
ATM camada de rede ou de enlace 5
copy 2005 by Pearson Education 5 - 66
bull Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL) ldquoadaptardquo camadas superiores (aplicaccedilotildees IP ou nativas ATM) para a camada ATM abaixo
bull AAL presente apenas nos sistemas finais natildeo nos comutadores ATM (ldquoswitchesrdquo)
bull O segmento da camada AAL (campo de cabeccedilalhotrailer e de dados) satildeo fragmentados em muacuteltiplas ceacutelulas ATM bull Analogia segmento TCP em muitos pacotes IP
Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL)
Sistema final Sistema finalSwitch ATM Switch ATM
5
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Diferentes versotildees da camada AAL dependendo da classe de serviccedilo ATMbull AAL1 para serviccedilo CBR (taxa de bit constante) ex emulaccedilatildeo de circuitosbull AAL2 para serviccedilos VBR (taxa de bit variaacutevel) ex viacutedeo MPEG bull AAL5 para dados (ex datagramas IP)
AAL PDU
ceacutelula ATM
Dados de usuaacuterio
subcamadade convergecircncia
subcamadaSAR
Ceacutelula ATM
Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL) 5
copy 2005 by Pearson Education 5 - 68
Serviccedilo transporte de ceacutelulas atraveacutes da rede ATM bull Anaacuteloga agrave camada de rede IPbull Serviccedilos muito diferentes da camada de rede IP
Arquiteturade rede
Internet
ATM
ATM
ATM
ATM
Modelo de serviccedilo
melhoresforccediloCBR
VBR
ABR
UBR
Banda
natildeo
taxaconstantetaxagarantidamiacutenimogarantidonatildeo
Perda
natildeo
sim
sim
natildeo
natildeo
Ordem
natildeo
sim
sim
sim
sim
Tempo
natildeo
sim
sim
natildeo
natildeo
Aviso decongestatildeo
natildeo (inferidopelas perdas)natildeo haacutecongestatildeonatildeo haacutecongestatildeosim
natildeo
Garantias
Camada ATM
5
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bull Transporte em VC ceacutelulas satildeo transportadas sobre VC da fonte ao destinobull Estabelecimento de conexatildeo necessaacuterio para cada chamada antes que o fluxo de dados possa ser iniciadobull Cada pacote transporta um identificador de VC (natildeo transporta o endereccedilo
do destino)bull Cada comutador com caminho entre a fonte e o destino manteacutem o ldquoestadordquo
para cada conexatildeo passantebull Recursos do enlace e do comutador (banda passante buffers) podem ser
alocados por VC para obter um comportamento semelhante a um circuito fiacutesico
bull VCs permanentes (PVCs)bull Conexotildees de longa duraccedilatildeo bull Tipicamente rota ldquopermanenterdquo entre roteadores IP
bull VCs comutados (SVC)bull Dinamicamente criados numa base por chamada
Camadas ATM circuitos virtuais 5
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bull Vantagens do uso de circuitos virtuais no ATMbull Iacutendices de QoS garantidos para conexotildees mapeadas em circuitos
virtuais (banda passante atraso variacircncia de atraso)
bull Problemas no uso de circuitos virtuaisbull O suporte de traacutefego datagrama eacute ineficientebull Um PVC entre cada par origemdestino natildeo tem boa escalabilidade
(N2 conexotildees satildeo necessaacuterias) bull SVC introduz latecircncia de estabelecimento de conexatildeo e atrasos de
processamento para conexotildees de curta duraccedilatildeo
ATM VCs
5
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bull Cabeccedilalho da ceacutelula ATM com 5 bytesbull Carga uacutetil com 48-bytes
bull Por quecirc carga uacutetil pequena -gt pequeno atraso de criaccedilatildeo de ceacutelula para voz digitalizada
bull Meio do caminho entre 32 e 64 (compromisso)
cabeccedilalhoda ceacutelula
formato daceacutelula
3o bit no campo PTvalor 1 indica uacuteltima ceacutelula (AAL-indicate bit)
Camada ATM ceacutelula ATM 5
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bull VCI identificador de canal virtualbull Pode mudar de enlace para enlace atraveacutes da rede
bull PT tipo de carga uacutetil (ex ceacutelula RM versus ceacutelula de dados) bull CLP bit de prioridade de perda de ceacutelula
bull CLP = 1 implica ceacutelula de baixa prioridade pode ser descartada em caso de congestatildeo
bull HEC verificaccedilatildeo de erros no cabeccedilalhobull Verificaccedilatildeo ciacuteclica de erros
Cabeccedilalho da ceacutelula ATM
5
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A camada fiacutesica se compotildee de duas partes (subcamadas )bull Subcamada de convergecircncia de transmissatildeo (TCS) adapta a camada ATM
acima agrave subcamada fiacutesica abaixo (PMD)bull Subcamada dependente do meio depende do tipo de meio fiacutesico que estaacute
sendo empregado
Funccedilotildees da TCS bull Geraccedilatildeo do checksum do cabeccedilalho 8 bits CRC bull Delineamento de ceacutelulabull Com uma subcamada PMD natildeo estruturada transmite ceacutelulas vazias (ldquoidle cellsrdquo) quando natildeo haacute ceacutelulas de dados a enviar
Camada fiacutesica ATM 5
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Subcamada dependente do meio fiacutesico (PMD)bull SONETSDH estrutura de transmissatildeo de quadros (como um container
carregando bits) bull Sincronizaccedilatildeo de bits bull Particcedilotildees da banda passante (TDM) bull Vaacuterias velocidades OC1 = 5184 Mbps OC3 = 15552 Mbps OC12 = 62208 Mbps
bull T1T3 estrutura de transmissatildeo de quadros (velha hierarquia de telefonia 15 Mbps45 Mbps No Brasil usa-se a hierarquia europeacuteia E1E3 2 34 Mbps
bull Natildeo estruturada apenas ceacutelulas (ocupadasvazias)
Camada fiacutesica ATM
5
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Apenas IP claacutessicobull 3 ldquoredesrdquo (ex segmentos de
LAN)bull Endereccedilos MAC (8023) e IP
IP sobre ATM bull Substitui ldquorederdquo (ex segmento
de LAN) com a rede ATM bull Endereccedilos ATM endereccedilos IP
redeATM
EthernetLANs
EthernetLANs
IP-sobre-ATM 5
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bull No endereccedilo de origembull Camada IP encontra um mapeamento entre o endereccedilo IP e o endereccedilo
de destino ATM (usando ARP)bull Passa o datagrama para a camada de adaptaccedilatildeo AAL5bull AAL5 encapsula os dados segmenta em ceacutelulas e passa para a camada ATM
bull Rede ATM move a ceacutelula para o destino de acordo com o seu VC (circuito virtual)
bull No hospedeiro de destinobull AAL5 remonta o datagrama original a partir das ceacutelulas recebidas bull Se o CRC OK datagrama eacute passado ao IP
Viagem de um datagrama numa rede IP-sobre-ATM
5
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Questotildeesbull Datagramas IP em ATM AAL5 PDUsbull Dos endereccedilos IP aos endereccedilos ATM
bull Da mesma forma que de endereccedilos IP para endereccedilos MAC 8023
redeATM
EthernetLANs
IP-sobre-ATM 5
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bull Objetivo inicial aumentar a velocidade de encaminhamento IP usando labels de tamanho fixo (em vez de endereccedilo IP)bull Mesma ideacuteia do meacutetodo de circuito virtual (VC)bull Mas o datagrama IP ainda manteacutem o endereccedilo IP
Multiprotocol label switching (MPLS)
5
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bull Roteador faz a funccedilatildeo de comutador de roacutetulobull Pacotes encaminhados para interface de saiacuteda com base apenas no valor do
roacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP)bull Tabela de encaminhamento MPLS distinta das tabelas de encaminhamento IP
bull Protocolo de sinalizaccedilatildeo necessaacuterio para estabelecer o encaminhamentobull RSVP-TEbull Encaminhamento eacute possiacutevel por caminhos que o IP sozinho natildeo pode usar (ex roteamento de especificado pela origem)bull Use MPLS para engenharia de traacutefego
bull Deve coexistir com roteadores unicamente IP
Roteadores MPLS 5
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Tabelas de encaminhamento MPLS
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bull Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlacebull Detecccedilatildeo de erros correccedilatildeobull Compartilhando um canal broadcast acesso muacuteltiplobull Endereccedilamento da camada de enlace
bull Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de vaacuterias tecnologias da camada de enlacebull Ethernetbull LANS comutadasbull PPPbull Redes virtualizadas como uma camada de enlace ATM MPLS
Resumo
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Endereccedilos IP de 32-bit bull Endereccedilos da camada de rede
bull Usados para levar o datagrama ateacute a rede de destino (lembre-se da definiccedilatildeo de rede IP)
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 e ARP 5
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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(a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG(b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal
bull Endereccedilamento MAC eacute ldquoflatrdquo =gt portabilidade bull 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
Endereccedilos de LAN (mais)
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Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de Bdado 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
lt IP address MAC address TTLgtbull TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute
esquecido (tipicamente 20 min)
ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de resoluccedilatildeo de endereccedilos) 5
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bull A que enviar um datagrama para B e o endereccedilo MAS de B natildeo estaacute na tabela ARP de A
bull A faz broadcast de pacote de consulta ARB contendo o endereccedilo IP de Bbull end MAC de destino = FF-FF-FF-FF-FF-FFbull todas as maacutequinas na LAN recebem a consulta ARP
bull B recebe o pacote ARP responde para A com seu endereccedilo MAC (de B)bull Quadro enviado para o end MAC de A (unicast)
bull A faz um cache (salva) o par de endereccedilos IP para MAC em sua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo se torne antiga (expirada) soft state informaccedilatildeo que expira (eacute descartada) sem atualizaccedilatildeo
bull ARP eacute ldquoplug-and-playrdquobull Noacutes criam suas tabelas ARP sem intervenccedilatildeo do administrador da rede
Protocolo ARP Mesma LAN (network)
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A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS
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Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo bull Barato R$20 por 100Mbpsbull Primeira tecnologia de LAN largamente usadabull Mais simples e mais barata que LANs com token e ATMbull Velocidade crescente 10Mbps ndash 10Gbps
esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf
Ethernet
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bull Topologia de bus popular em meados dos anos 90bull Agora a topologia em estrela prevalecebull Opccedilotildees de conexatildeo hub ou switch (mais adiante)
Topologia em estrela 5
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Adaptador do transmissor encapsula o datagrama IP (ou outro pacote de protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
Preacircmbulobull 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte com padratildeo 10101011bull usado para sincronizar as taxas de reloacutegio do transmissor e do receptor
Estrutura do quadro Ethernet
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bull Endereccedilos 6 bytesbull Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de destino coincidente ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa o dado no quadro para o protocolo da camada de rede
bull Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP mas outros podem ser suportados tais como Novell IPX e AppleTalk)
bull CRC verificado no receptor se um erro eacute detectado o quadro eacute simplesmente descartado
Estrutura do quadro Ethernet 5
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bull Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o receptor bull 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
lacunasbull Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCPbull Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas
Serviccedilo natildeo confiaacutevel sem conexatildeo
5
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bull 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
Ethernet usa CSMACD 5
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1 Adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro2 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 transmite3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo sua
missatildeo com esse quadro estaacute cumprida4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta e
envia um jam signal
5 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
Algoritmo CSMACD da Ethernet
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bull Taxa de 10100 Mbps chamado mais tarde de ldquofast ethernetrdquobull T significa ldquoTwisted Pairrdquo (par de fios tranccedilados de cobre) bull Noacutes se conectam a um hub ldquotopologia em estrelardquo 100 m eacute a distacircncia maacutexima
entre os noacutes e o hub
10BaseT e 100BaseT 5
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Hubs satildeo essencialmente repetidores de camada fiacutesicabull Bits que chegam de um enlace se propagam para todos os outros enlacesbull Com a mesma taxabull Natildeo possuem armazenagem de quadrosbull Natildeo haacute CSMACD no hub adaptadores detectam colisotildeesbull Provecirc funcionalidade de gerenciamento de rede
Hubs
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bull Usada em 10BaseTbull Cada bit possui uma transiccedilatildeobull Permite que os reloacutegios nos noacutes de transmissatildeo e de recepccedilatildeo possam sincronizar
um com o outrobull Natildeo eacute necessaacuterio reloacutegio global centralizado entre os noacutes
bull Ei isso eacute coisa de camada fiacutesica
Codificaccedilatildeo Manchester
Codificaccedilatildeo Manchester 5
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bull Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeobull Permite enlaces ponto-a-ponto e canais de muacuteltiplo acesso
compartilhados bull No modo compartilhado o CSMACD eacute usado exige pequenas distacircncias
entre os noacutes para ser eficiente bull Usa hubs chamados aqui de Distribuidores com Armazenagem ldquoBuffered
Distributorsrdquobull Full-Duplex a 1 Gbps para enlaces ponto-a-pontobull 10 Gbps agora
Gigabit Ethernet
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A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS
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bull Hub de backbone interconecta segmentos de LANbull Estende a distacircncia maacutexima entre os noacutesbull Mas domiacutenios de colisatildeo individuais tornam-se um uacutenico e grande domiacutenio
de colisatildeobull Natildeo pode interconectar 10BaseT e 100BaseT
Interconexatildeo com hubs
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bull 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 segmentobull Transparente
bull Hospedeiros satildeo inconscientes da presenccedila dos switchesbull Plug-and-play self-learning (auto-aprendizado)
bull Switches natildeo precisam ser configurados
Switch 5
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bull Como determinar para qual segmento da LAN encaminhar o quadrobull Parece um problema de roteamento
Encaminhamento
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bull Um switch possui uma tabela de switchbull Entrada na tabela do switch
bull (endereccedilo MAC interface marca de tempo)bull Entradas expiradas na tabela satildeo decartadas (TTL pode ser 60 min)
bull Switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de suas interfacesbull Quando recebe um quadro o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento da LAN que chegabull Registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela
Self learning (auto-aprendizado) 5
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bull Ambos satildeo dispositivos store-and-forwardbull Roteadores dispositivos de camada de rede (examinam cabeccedilalhos da
camada de rede)bull Switches satildeo dispositivos da camada de enlace
bull Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam algoritmos de roteamento
bull Switches mantecircm tabelas de switch implementam filtragem algoritmos de aprendizagem
Switches vs roteadores
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hubs roteadores switches
isolaccedilatildeo detraacutefego
natildeo sim sim
plug amp play sim natildeo sim
roteamentooacutetimo
natildeo sim natildeo
cutthrough
sim natildeo sim
Resumo comparaccedilatildeo 5
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A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS
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copy 2005 by Pearson Education 5 - 49
bull Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace de broadcastbull Sem Media Access Controlbull Natildeo necessita de endereccedilamento MAC expliacutecitobull 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)
Controle de enlace de dados ponto-a-ponto 5
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bull Enquadramento de pacote encapsulamento do datagrama da camada de rede no quadro da camada de enlace bull Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolo de rede
(natildeo apenas o IP) ao mesmo tempo
bull Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeobull Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo de bit no campo
de dadosbull Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo)bull Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do enlace para a
camada de redebull Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos terminais do
enlace podem aprender e configurar o endereccedilo de rede dos outros
PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]
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bull Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de errosbull Natildeo haacute controle de fluxobull Aceita entregas fora de ordembull Natildeo haacute necessidade de suportar enlaces multiponto (ex polling)
Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeo dosdados satildeo todos relegados para as camadas mais altas
PPP natildeo requisitos 5
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bull Flag delimitador (enquadramento)bull Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura)bull Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacuteltiplos campos de controlebull Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o conteuacutedo do quadro
deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)
PPP formato do quadro
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bull info dados da camada superior sendo transportadosbull CRC verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de erros
PPP formato dos dados 5
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bull Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de dados deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt01111110gtbull P Se for recebido o padratildeo lt01111110gt satildeo dados ou eacute flag
bull Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte extra com o padratildeo lt 01111101gt (escape) antes de cada byte com o padratildeo de flag lt 01111110gt nos dados
bull Receptor bull Um byte 01111101 seguido de 01111110 em seguida descarta o primeiro e continua a recepccedilatildeo de dadosbull Uacutenico byte 01111110 entatildeo eacute um flag
Byte stuffing
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byte com o padratildeodo flag nos dados a enviar
byte com o padratildeo de escape acrescentado nos dados transmitidos seguido por um byte com padratildeo de flag
Byte stuffing 5
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Antes de trocar dados da camada de rede os parceiros da camada de enlace devembull A configurar o enlace PPP (tamanho maacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo)bull Aprenderconfigurar as informaccedilotildees da camada de rede
bull Para o IP transportar mensagens do protocolo de controle IP (IPCP) (campo de protocolo 8021) para configuraraprender os endereccedilos IP
PPP protocolo de controle de dados
5
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A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS
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Virtualizaccedilatildeo dos recursos uma poderosa abstraccedilatildeo em engenharia de sistemasbull Exemplos em computaccedilatildeo memoacuteria virtual dispositivos virtuais
bull Maacutequinas virtuais ex javabull IBM VM os dos anos 6070
bull Camada de abstraccedilotildees natildeo se apega a detalhes da camada mais baixa apenas trata com as camadas mais baixas abstratamente
Virtualizaccedilatildeo das redes
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1974 muacuteltiplas redes desconectadasbull ARPAnetbull redes de dados-sobre-cabobull rede de pacote por sateacutelite (Aloha)bull rede de pacotes por raacutedio
hellip diferentes embull convenccedilotildees de endereccedilamentobull formatos do pacotebull recuperaccedilatildeo de errosbull roteamento
Internet virtualizaccedilatildeo das redes 5
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Camada de rede da Internet (IP) bull Endereccedilamento internetwork
aparece como uma entidade uacutenica e uniforme escondendo a heterogeneidade das redes locais
bull Rede de redes
Gateway bullldquoembute pacotes da Internet no
formato de um pacote local ou os extrairdquo
bull Rota (no niacutevel de internetwork) para o proacuteximo gateway
Internet virtualizaccedilatildeo das redes
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O que eacute virtualizadobull Duas camadas de endereccedilamento Internet e rede localbull Nova camada (IP) torna tudo homogecircneo na camada da Internetbull Tecnologia da rede local em questatildeo
bull Cabobull Sateacutelitebull Modem telefocircnico de 56 Kbull Hoje ATM MPLS
bull hellip ldquoinvisiacutevelrdquo na camada da Internet Parece com uma tecnologia de camada de enlace para o IP
Arquitetura da Internet de Cerf amp Kahn 5
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bull ATM MPLS redes separadas em seus proacuteprios direitosbull Modelos de serviccedilo endereccedilamento roteamento diferentes da Internet
bull Vistos pela Internet como um enlace loacutegico conectando roteadores IPbull Assim como o dialup link eacute realmente parte de uma rede separada
(rede telefocircnica)
bull ATM MPLS de interesse teacutecnico em seu proacuteprio direito
ATM e MPLS
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bull Padratildeo dos anos 8090 para altas taxas de transmissatildeo (155 Mbps a 622 Mbps e mais altas) arquitetura de Broadband Integrated Service Digital Network (B-ISDN)
bull Objetivo transporte integrado de voz dados e imagens com foco nas redes puacuteblicas de comunicaccedilatildeo
bull Deve atender aos requisitos de tempoQoS para aplicaccedilotildees de voz e de viacutedeo (versus o serviccedilo de melhor esforccedilo da Internet)bull Telefonia de ldquoproacutexima geraccedilatildeordquo fundamentos teacutecnicos no mundo da telefoniabull Comutaccedilatildeo de pacotes (pacotes de tamanho fixo chamados ldquoceacutelulasrdquo) usando circuitos virtuais
Modo de transferecircncia assiacutencrono ATM 5
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bull Camada de adaptaccedilatildeo apenas na borda de uma rede ATMbull Segmentaccedilatildeo e remontagem dos dados bull Grosseiramente anaacuteloga agrave camada de transporte da Internet
bull Camada ATM camada de ldquorederdquobull Comutaccedilatildeo de ceacutelulas roteamento
bull Camada fiacutesica
Sistema final Sistema finalSwitch ATM Switch ATM
Arquitetura ATM
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Visatildeo transporte fim-a-fim ldquoATM de computador a computadorrdquobull ATM eacute uma tecnologia de redeRealidade usada para conectar roteadores IP de backbone bullldquoIP sobre ATMrdquobull ATM como uma camada de enlace comutada conectando roteadores IP
ATM camada de rede ou de enlace 5
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bull Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL) ldquoadaptardquo camadas superiores (aplicaccedilotildees IP ou nativas ATM) para a camada ATM abaixo
bull AAL presente apenas nos sistemas finais natildeo nos comutadores ATM (ldquoswitchesrdquo)
bull O segmento da camada AAL (campo de cabeccedilalhotrailer e de dados) satildeo fragmentados em muacuteltiplas ceacutelulas ATM bull Analogia segmento TCP em muitos pacotes IP
Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL)
Sistema final Sistema finalSwitch ATM Switch ATM
5
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Diferentes versotildees da camada AAL dependendo da classe de serviccedilo ATMbull AAL1 para serviccedilo CBR (taxa de bit constante) ex emulaccedilatildeo de circuitosbull AAL2 para serviccedilos VBR (taxa de bit variaacutevel) ex viacutedeo MPEG bull AAL5 para dados (ex datagramas IP)
AAL PDU
ceacutelula ATM
Dados de usuaacuterio
subcamadade convergecircncia
subcamadaSAR
Ceacutelula ATM
Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL) 5
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Serviccedilo transporte de ceacutelulas atraveacutes da rede ATM bull Anaacuteloga agrave camada de rede IPbull Serviccedilos muito diferentes da camada de rede IP
Arquiteturade rede
Internet
ATM
ATM
ATM
ATM
Modelo de serviccedilo
melhoresforccediloCBR
VBR
ABR
UBR
Banda
natildeo
taxaconstantetaxagarantidamiacutenimogarantidonatildeo
Perda
natildeo
sim
sim
natildeo
natildeo
Ordem
natildeo
sim
sim
sim
sim
Tempo
natildeo
sim
sim
natildeo
natildeo
Aviso decongestatildeo
natildeo (inferidopelas perdas)natildeo haacutecongestatildeonatildeo haacutecongestatildeosim
natildeo
Garantias
Camada ATM
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bull Transporte em VC ceacutelulas satildeo transportadas sobre VC da fonte ao destinobull Estabelecimento de conexatildeo necessaacuterio para cada chamada antes que o fluxo de dados possa ser iniciadobull Cada pacote transporta um identificador de VC (natildeo transporta o endereccedilo
do destino)bull Cada comutador com caminho entre a fonte e o destino manteacutem o ldquoestadordquo
para cada conexatildeo passantebull Recursos do enlace e do comutador (banda passante buffers) podem ser
alocados por VC para obter um comportamento semelhante a um circuito fiacutesico
bull VCs permanentes (PVCs)bull Conexotildees de longa duraccedilatildeo bull Tipicamente rota ldquopermanenterdquo entre roteadores IP
bull VCs comutados (SVC)bull Dinamicamente criados numa base por chamada
Camadas ATM circuitos virtuais 5
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bull Vantagens do uso de circuitos virtuais no ATMbull Iacutendices de QoS garantidos para conexotildees mapeadas em circuitos
virtuais (banda passante atraso variacircncia de atraso)
bull Problemas no uso de circuitos virtuaisbull O suporte de traacutefego datagrama eacute ineficientebull Um PVC entre cada par origemdestino natildeo tem boa escalabilidade
(N2 conexotildees satildeo necessaacuterias) bull SVC introduz latecircncia de estabelecimento de conexatildeo e atrasos de
processamento para conexotildees de curta duraccedilatildeo
ATM VCs
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bull Cabeccedilalho da ceacutelula ATM com 5 bytesbull Carga uacutetil com 48-bytes
bull Por quecirc carga uacutetil pequena -gt pequeno atraso de criaccedilatildeo de ceacutelula para voz digitalizada
bull Meio do caminho entre 32 e 64 (compromisso)
cabeccedilalhoda ceacutelula
formato daceacutelula
3o bit no campo PTvalor 1 indica uacuteltima ceacutelula (AAL-indicate bit)
Camada ATM ceacutelula ATM 5
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bull VCI identificador de canal virtualbull Pode mudar de enlace para enlace atraveacutes da rede
bull PT tipo de carga uacutetil (ex ceacutelula RM versus ceacutelula de dados) bull CLP bit de prioridade de perda de ceacutelula
bull CLP = 1 implica ceacutelula de baixa prioridade pode ser descartada em caso de congestatildeo
bull HEC verificaccedilatildeo de erros no cabeccedilalhobull Verificaccedilatildeo ciacuteclica de erros
Cabeccedilalho da ceacutelula ATM
5
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A camada fiacutesica se compotildee de duas partes (subcamadas )bull Subcamada de convergecircncia de transmissatildeo (TCS) adapta a camada ATM
acima agrave subcamada fiacutesica abaixo (PMD)bull Subcamada dependente do meio depende do tipo de meio fiacutesico que estaacute
sendo empregado
Funccedilotildees da TCS bull Geraccedilatildeo do checksum do cabeccedilalho 8 bits CRC bull Delineamento de ceacutelulabull Com uma subcamada PMD natildeo estruturada transmite ceacutelulas vazias (ldquoidle cellsrdquo) quando natildeo haacute ceacutelulas de dados a enviar
Camada fiacutesica ATM 5
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Subcamada dependente do meio fiacutesico (PMD)bull SONETSDH estrutura de transmissatildeo de quadros (como um container
carregando bits) bull Sincronizaccedilatildeo de bits bull Particcedilotildees da banda passante (TDM) bull Vaacuterias velocidades OC1 = 5184 Mbps OC3 = 15552 Mbps OC12 = 62208 Mbps
bull T1T3 estrutura de transmissatildeo de quadros (velha hierarquia de telefonia 15 Mbps45 Mbps No Brasil usa-se a hierarquia europeacuteia E1E3 2 34 Mbps
bull Natildeo estruturada apenas ceacutelulas (ocupadasvazias)
Camada fiacutesica ATM
5
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Apenas IP claacutessicobull 3 ldquoredesrdquo (ex segmentos de
LAN)bull Endereccedilos MAC (8023) e IP
IP sobre ATM bull Substitui ldquorederdquo (ex segmento
de LAN) com a rede ATM bull Endereccedilos ATM endereccedilos IP
redeATM
EthernetLANs
EthernetLANs
IP-sobre-ATM 5
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bull No endereccedilo de origembull Camada IP encontra um mapeamento entre o endereccedilo IP e o endereccedilo
de destino ATM (usando ARP)bull Passa o datagrama para a camada de adaptaccedilatildeo AAL5bull AAL5 encapsula os dados segmenta em ceacutelulas e passa para a camada ATM
bull Rede ATM move a ceacutelula para o destino de acordo com o seu VC (circuito virtual)
bull No hospedeiro de destinobull AAL5 remonta o datagrama original a partir das ceacutelulas recebidas bull Se o CRC OK datagrama eacute passado ao IP
Viagem de um datagrama numa rede IP-sobre-ATM
5
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Questotildeesbull Datagramas IP em ATM AAL5 PDUsbull Dos endereccedilos IP aos endereccedilos ATM
bull Da mesma forma que de endereccedilos IP para endereccedilos MAC 8023
redeATM
EthernetLANs
IP-sobre-ATM 5
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bull Objetivo inicial aumentar a velocidade de encaminhamento IP usando labels de tamanho fixo (em vez de endereccedilo IP)bull Mesma ideacuteia do meacutetodo de circuito virtual (VC)bull Mas o datagrama IP ainda manteacutem o endereccedilo IP
Multiprotocol label switching (MPLS)
5
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bull Roteador faz a funccedilatildeo de comutador de roacutetulobull Pacotes encaminhados para interface de saiacuteda com base apenas no valor do
roacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP)bull Tabela de encaminhamento MPLS distinta das tabelas de encaminhamento IP
bull Protocolo de sinalizaccedilatildeo necessaacuterio para estabelecer o encaminhamentobull RSVP-TEbull Encaminhamento eacute possiacutevel por caminhos que o IP sozinho natildeo pode usar (ex roteamento de especificado pela origem)bull Use MPLS para engenharia de traacutefego
bull Deve coexistir com roteadores unicamente IP
Roteadores MPLS 5
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Tabelas de encaminhamento MPLS
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bull Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlacebull Detecccedilatildeo de erros correccedilatildeobull Compartilhando um canal broadcast acesso muacuteltiplobull Endereccedilamento da camada de enlace
bull Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de vaacuterias tecnologias da camada de enlacebull Ethernetbull LANS comutadasbull PPPbull Redes virtualizadas como uma camada de enlace ATM MPLS
Resumo
5
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A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS
5
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Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo bull Barato R$20 por 100Mbpsbull Primeira tecnologia de LAN largamente usadabull Mais simples e mais barata que LANs com token e ATMbull Velocidade crescente 10Mbps ndash 10Gbps
esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf
Ethernet
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bull Topologia de bus popular em meados dos anos 90bull Agora a topologia em estrela prevalecebull Opccedilotildees de conexatildeo hub ou switch (mais adiante)
Topologia em estrela 5
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Adaptador do transmissor encapsula o datagrama IP (ou outro pacote de protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
Preacircmbulobull 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte com padratildeo 10101011bull usado para sincronizar as taxas de reloacutegio do transmissor e do receptor
Estrutura do quadro Ethernet
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bull Endereccedilos 6 bytesbull Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de destino coincidente ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa o dado no quadro para o protocolo da camada de rede
bull Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP mas outros podem ser suportados tais como Novell IPX e AppleTalk)
bull CRC verificado no receptor se um erro eacute detectado o quadro eacute simplesmente descartado
Estrutura do quadro Ethernet 5
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bull Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o receptor bull 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
lacunasbull Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCPbull Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas
Serviccedilo natildeo confiaacutevel sem conexatildeo
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bull 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
Ethernet usa CSMACD 5
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1 Adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro2 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 transmite3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo sua
missatildeo com esse quadro estaacute cumprida4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta e
envia um jam signal
5 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
Algoritmo CSMACD da Ethernet
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bull Taxa de 10100 Mbps chamado mais tarde de ldquofast ethernetrdquobull T significa ldquoTwisted Pairrdquo (par de fios tranccedilados de cobre) bull Noacutes se conectam a um hub ldquotopologia em estrelardquo 100 m eacute a distacircncia maacutexima
entre os noacutes e o hub
10BaseT e 100BaseT 5
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Hubs satildeo essencialmente repetidores de camada fiacutesicabull Bits que chegam de um enlace se propagam para todos os outros enlacesbull Com a mesma taxabull Natildeo possuem armazenagem de quadrosbull Natildeo haacute CSMACD no hub adaptadores detectam colisotildeesbull Provecirc funcionalidade de gerenciamento de rede
Hubs
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bull Usada em 10BaseTbull Cada bit possui uma transiccedilatildeobull Permite que os reloacutegios nos noacutes de transmissatildeo e de recepccedilatildeo possam sincronizar
um com o outrobull Natildeo eacute necessaacuterio reloacutegio global centralizado entre os noacutes
bull Ei isso eacute coisa de camada fiacutesica
Codificaccedilatildeo Manchester
Codificaccedilatildeo Manchester 5
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bull Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeobull Permite enlaces ponto-a-ponto e canais de muacuteltiplo acesso
compartilhados bull No modo compartilhado o CSMACD eacute usado exige pequenas distacircncias
entre os noacutes para ser eficiente bull Usa hubs chamados aqui de Distribuidores com Armazenagem ldquoBuffered
Distributorsrdquobull Full-Duplex a 1 Gbps para enlaces ponto-a-pontobull 10 Gbps agora
Gigabit Ethernet
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A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS
5
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bull Hub de backbone interconecta segmentos de LANbull Estende a distacircncia maacutexima entre os noacutesbull Mas domiacutenios de colisatildeo individuais tornam-se um uacutenico e grande domiacutenio
de colisatildeobull Natildeo pode interconectar 10BaseT e 100BaseT
Interconexatildeo com hubs
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bull 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 segmentobull Transparente
bull Hospedeiros satildeo inconscientes da presenccedila dos switchesbull Plug-and-play self-learning (auto-aprendizado)
bull Switches natildeo precisam ser configurados
Switch 5
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bull Como determinar para qual segmento da LAN encaminhar o quadrobull Parece um problema de roteamento
Encaminhamento
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bull Um switch possui uma tabela de switchbull Entrada na tabela do switch
bull (endereccedilo MAC interface marca de tempo)bull Entradas expiradas na tabela satildeo decartadas (TTL pode ser 60 min)
bull Switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de suas interfacesbull Quando recebe um quadro o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento da LAN que chegabull Registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela
Self learning (auto-aprendizado) 5
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bull Ambos satildeo dispositivos store-and-forwardbull Roteadores dispositivos de camada de rede (examinam cabeccedilalhos da
camada de rede)bull Switches satildeo dispositivos da camada de enlace
bull Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam algoritmos de roteamento
bull Switches mantecircm tabelas de switch implementam filtragem algoritmos de aprendizagem
Switches vs roteadores
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hubs roteadores switches
isolaccedilatildeo detraacutefego
natildeo sim sim
plug amp play sim natildeo sim
roteamentooacutetimo
natildeo sim natildeo
cutthrough
sim natildeo sim
Resumo comparaccedilatildeo 5
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A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS
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bull Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace de broadcastbull Sem Media Access Controlbull Natildeo necessita de endereccedilamento MAC expliacutecitobull 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)
Controle de enlace de dados ponto-a-ponto 5
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bull Enquadramento de pacote encapsulamento do datagrama da camada de rede no quadro da camada de enlace bull Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolo de rede
(natildeo apenas o IP) ao mesmo tempo
bull Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeobull Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo de bit no campo
de dadosbull Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo)bull Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do enlace para a
camada de redebull Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos terminais do
enlace podem aprender e configurar o endereccedilo de rede dos outros
PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]
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bull Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de errosbull Natildeo haacute controle de fluxobull Aceita entregas fora de ordembull Natildeo haacute necessidade de suportar enlaces multiponto (ex polling)
Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeo dosdados satildeo todos relegados para as camadas mais altas
PPP natildeo requisitos 5
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bull Flag delimitador (enquadramento)bull Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura)bull Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacuteltiplos campos de controlebull Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o conteuacutedo do quadro
deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)
PPP formato do quadro
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bull info dados da camada superior sendo transportadosbull CRC verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de erros
PPP formato dos dados 5
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bull Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de dados deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt01111110gtbull P Se for recebido o padratildeo lt01111110gt satildeo dados ou eacute flag
bull Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte extra com o padratildeo lt 01111101gt (escape) antes de cada byte com o padratildeo de flag lt 01111110gt nos dados
bull Receptor bull Um byte 01111101 seguido de 01111110 em seguida descarta o primeiro e continua a recepccedilatildeo de dadosbull Uacutenico byte 01111110 entatildeo eacute um flag
Byte stuffing
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byte com o padratildeodo flag nos dados a enviar
byte com o padratildeo de escape acrescentado nos dados transmitidos seguido por um byte com padratildeo de flag
Byte stuffing 5
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Antes de trocar dados da camada de rede os parceiros da camada de enlace devembull A configurar o enlace PPP (tamanho maacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo)bull Aprenderconfigurar as informaccedilotildees da camada de rede
bull Para o IP transportar mensagens do protocolo de controle IP (IPCP) (campo de protocolo 8021) para configuraraprender os endereccedilos IP
PPP protocolo de controle de dados
5
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A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS
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Virtualizaccedilatildeo dos recursos uma poderosa abstraccedilatildeo em engenharia de sistemasbull Exemplos em computaccedilatildeo memoacuteria virtual dispositivos virtuais
bull Maacutequinas virtuais ex javabull IBM VM os dos anos 6070
bull Camada de abstraccedilotildees natildeo se apega a detalhes da camada mais baixa apenas trata com as camadas mais baixas abstratamente
Virtualizaccedilatildeo das redes
5
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1974 muacuteltiplas redes desconectadasbull ARPAnetbull redes de dados-sobre-cabobull rede de pacote por sateacutelite (Aloha)bull rede de pacotes por raacutedio
hellip diferentes embull convenccedilotildees de endereccedilamentobull formatos do pacotebull recuperaccedilatildeo de errosbull roteamento
Internet virtualizaccedilatildeo das redes 5
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Camada de rede da Internet (IP) bull Endereccedilamento internetwork
aparece como uma entidade uacutenica e uniforme escondendo a heterogeneidade das redes locais
bull Rede de redes
Gateway bullldquoembute pacotes da Internet no
formato de um pacote local ou os extrairdquo
bull Rota (no niacutevel de internetwork) para o proacuteximo gateway
Internet virtualizaccedilatildeo das redes
5
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O que eacute virtualizadobull Duas camadas de endereccedilamento Internet e rede localbull Nova camada (IP) torna tudo homogecircneo na camada da Internetbull Tecnologia da rede local em questatildeo
bull Cabobull Sateacutelitebull Modem telefocircnico de 56 Kbull Hoje ATM MPLS
bull hellip ldquoinvisiacutevelrdquo na camada da Internet Parece com uma tecnologia de camada de enlace para o IP
Arquitetura da Internet de Cerf amp Kahn 5
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bull ATM MPLS redes separadas em seus proacuteprios direitosbull Modelos de serviccedilo endereccedilamento roteamento diferentes da Internet
bull Vistos pela Internet como um enlace loacutegico conectando roteadores IPbull Assim como o dialup link eacute realmente parte de uma rede separada
(rede telefocircnica)
bull ATM MPLS de interesse teacutecnico em seu proacuteprio direito
ATM e MPLS
5
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bull Padratildeo dos anos 8090 para altas taxas de transmissatildeo (155 Mbps a 622 Mbps e mais altas) arquitetura de Broadband Integrated Service Digital Network (B-ISDN)
bull Objetivo transporte integrado de voz dados e imagens com foco nas redes puacuteblicas de comunicaccedilatildeo
bull Deve atender aos requisitos de tempoQoS para aplicaccedilotildees de voz e de viacutedeo (versus o serviccedilo de melhor esforccedilo da Internet)bull Telefonia de ldquoproacutexima geraccedilatildeordquo fundamentos teacutecnicos no mundo da telefoniabull Comutaccedilatildeo de pacotes (pacotes de tamanho fixo chamados ldquoceacutelulasrdquo) usando circuitos virtuais
Modo de transferecircncia assiacutencrono ATM 5
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bull Camada de adaptaccedilatildeo apenas na borda de uma rede ATMbull Segmentaccedilatildeo e remontagem dos dados bull Grosseiramente anaacuteloga agrave camada de transporte da Internet
bull Camada ATM camada de ldquorederdquobull Comutaccedilatildeo de ceacutelulas roteamento
bull Camada fiacutesica
Sistema final Sistema finalSwitch ATM Switch ATM
Arquitetura ATM
5
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Visatildeo transporte fim-a-fim ldquoATM de computador a computadorrdquobull ATM eacute uma tecnologia de redeRealidade usada para conectar roteadores IP de backbone bullldquoIP sobre ATMrdquobull ATM como uma camada de enlace comutada conectando roteadores IP
ATM camada de rede ou de enlace 5
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bull Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL) ldquoadaptardquo camadas superiores (aplicaccedilotildees IP ou nativas ATM) para a camada ATM abaixo
bull AAL presente apenas nos sistemas finais natildeo nos comutadores ATM (ldquoswitchesrdquo)
bull O segmento da camada AAL (campo de cabeccedilalhotrailer e de dados) satildeo fragmentados em muacuteltiplas ceacutelulas ATM bull Analogia segmento TCP em muitos pacotes IP
Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL)
Sistema final Sistema finalSwitch ATM Switch ATM
5
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Diferentes versotildees da camada AAL dependendo da classe de serviccedilo ATMbull AAL1 para serviccedilo CBR (taxa de bit constante) ex emulaccedilatildeo de circuitosbull AAL2 para serviccedilos VBR (taxa de bit variaacutevel) ex viacutedeo MPEG bull AAL5 para dados (ex datagramas IP)
AAL PDU
ceacutelula ATM
Dados de usuaacuterio
subcamadade convergecircncia
subcamadaSAR
Ceacutelula ATM
Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL) 5
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Serviccedilo transporte de ceacutelulas atraveacutes da rede ATM bull Anaacuteloga agrave camada de rede IPbull Serviccedilos muito diferentes da camada de rede IP
Arquiteturade rede
Internet
ATM
ATM
ATM
ATM
Modelo de serviccedilo
melhoresforccediloCBR
VBR
ABR
UBR
Banda
natildeo
taxaconstantetaxagarantidamiacutenimogarantidonatildeo
Perda
natildeo
sim
sim
natildeo
natildeo
Ordem
natildeo
sim
sim
sim
sim
Tempo
natildeo
sim
sim
natildeo
natildeo
Aviso decongestatildeo
natildeo (inferidopelas perdas)natildeo haacutecongestatildeonatildeo haacutecongestatildeosim
natildeo
Garantias
Camada ATM
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bull Transporte em VC ceacutelulas satildeo transportadas sobre VC da fonte ao destinobull Estabelecimento de conexatildeo necessaacuterio para cada chamada antes que o fluxo de dados possa ser iniciadobull Cada pacote transporta um identificador de VC (natildeo transporta o endereccedilo
do destino)bull Cada comutador com caminho entre a fonte e o destino manteacutem o ldquoestadordquo
para cada conexatildeo passantebull Recursos do enlace e do comutador (banda passante buffers) podem ser
alocados por VC para obter um comportamento semelhante a um circuito fiacutesico
bull VCs permanentes (PVCs)bull Conexotildees de longa duraccedilatildeo bull Tipicamente rota ldquopermanenterdquo entre roteadores IP
bull VCs comutados (SVC)bull Dinamicamente criados numa base por chamada
Camadas ATM circuitos virtuais 5
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bull Vantagens do uso de circuitos virtuais no ATMbull Iacutendices de QoS garantidos para conexotildees mapeadas em circuitos
virtuais (banda passante atraso variacircncia de atraso)
bull Problemas no uso de circuitos virtuaisbull O suporte de traacutefego datagrama eacute ineficientebull Um PVC entre cada par origemdestino natildeo tem boa escalabilidade
(N2 conexotildees satildeo necessaacuterias) bull SVC introduz latecircncia de estabelecimento de conexatildeo e atrasos de
processamento para conexotildees de curta duraccedilatildeo
ATM VCs
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bull Cabeccedilalho da ceacutelula ATM com 5 bytesbull Carga uacutetil com 48-bytes
bull Por quecirc carga uacutetil pequena -gt pequeno atraso de criaccedilatildeo de ceacutelula para voz digitalizada
bull Meio do caminho entre 32 e 64 (compromisso)
cabeccedilalhoda ceacutelula
formato daceacutelula
3o bit no campo PTvalor 1 indica uacuteltima ceacutelula (AAL-indicate bit)
Camada ATM ceacutelula ATM 5
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bull VCI identificador de canal virtualbull Pode mudar de enlace para enlace atraveacutes da rede
bull PT tipo de carga uacutetil (ex ceacutelula RM versus ceacutelula de dados) bull CLP bit de prioridade de perda de ceacutelula
bull CLP = 1 implica ceacutelula de baixa prioridade pode ser descartada em caso de congestatildeo
bull HEC verificaccedilatildeo de erros no cabeccedilalhobull Verificaccedilatildeo ciacuteclica de erros
Cabeccedilalho da ceacutelula ATM
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A camada fiacutesica se compotildee de duas partes (subcamadas )bull Subcamada de convergecircncia de transmissatildeo (TCS) adapta a camada ATM
acima agrave subcamada fiacutesica abaixo (PMD)bull Subcamada dependente do meio depende do tipo de meio fiacutesico que estaacute
sendo empregado
Funccedilotildees da TCS bull Geraccedilatildeo do checksum do cabeccedilalho 8 bits CRC bull Delineamento de ceacutelulabull Com uma subcamada PMD natildeo estruturada transmite ceacutelulas vazias (ldquoidle cellsrdquo) quando natildeo haacute ceacutelulas de dados a enviar
Camada fiacutesica ATM 5
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Subcamada dependente do meio fiacutesico (PMD)bull SONETSDH estrutura de transmissatildeo de quadros (como um container
carregando bits) bull Sincronizaccedilatildeo de bits bull Particcedilotildees da banda passante (TDM) bull Vaacuterias velocidades OC1 = 5184 Mbps OC3 = 15552 Mbps OC12 = 62208 Mbps
bull T1T3 estrutura de transmissatildeo de quadros (velha hierarquia de telefonia 15 Mbps45 Mbps No Brasil usa-se a hierarquia europeacuteia E1E3 2 34 Mbps
bull Natildeo estruturada apenas ceacutelulas (ocupadasvazias)
Camada fiacutesica ATM
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Apenas IP claacutessicobull 3 ldquoredesrdquo (ex segmentos de
LAN)bull Endereccedilos MAC (8023) e IP
IP sobre ATM bull Substitui ldquorederdquo (ex segmento
de LAN) com a rede ATM bull Endereccedilos ATM endereccedilos IP
redeATM
EthernetLANs
EthernetLANs
IP-sobre-ATM 5
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bull No endereccedilo de origembull Camada IP encontra um mapeamento entre o endereccedilo IP e o endereccedilo
de destino ATM (usando ARP)bull Passa o datagrama para a camada de adaptaccedilatildeo AAL5bull AAL5 encapsula os dados segmenta em ceacutelulas e passa para a camada ATM
bull Rede ATM move a ceacutelula para o destino de acordo com o seu VC (circuito virtual)
bull No hospedeiro de destinobull AAL5 remonta o datagrama original a partir das ceacutelulas recebidas bull Se o CRC OK datagrama eacute passado ao IP
Viagem de um datagrama numa rede IP-sobre-ATM
5
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Questotildeesbull Datagramas IP em ATM AAL5 PDUsbull Dos endereccedilos IP aos endereccedilos ATM
bull Da mesma forma que de endereccedilos IP para endereccedilos MAC 8023
redeATM
EthernetLANs
IP-sobre-ATM 5
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bull Objetivo inicial aumentar a velocidade de encaminhamento IP usando labels de tamanho fixo (em vez de endereccedilo IP)bull Mesma ideacuteia do meacutetodo de circuito virtual (VC)bull Mas o datagrama IP ainda manteacutem o endereccedilo IP
Multiprotocol label switching (MPLS)
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bull Roteador faz a funccedilatildeo de comutador de roacutetulobull Pacotes encaminhados para interface de saiacuteda com base apenas no valor do
roacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP)bull Tabela de encaminhamento MPLS distinta das tabelas de encaminhamento IP
bull Protocolo de sinalizaccedilatildeo necessaacuterio para estabelecer o encaminhamentobull RSVP-TEbull Encaminhamento eacute possiacutevel por caminhos que o IP sozinho natildeo pode usar (ex roteamento de especificado pela origem)bull Use MPLS para engenharia de traacutefego
bull Deve coexistir com roteadores unicamente IP
Roteadores MPLS 5
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Tabelas de encaminhamento MPLS
5
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bull Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlacebull Detecccedilatildeo de erros correccedilatildeobull Compartilhando um canal broadcast acesso muacuteltiplobull Endereccedilamento da camada de enlace
bull Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de vaacuterias tecnologias da camada de enlacebull Ethernetbull LANS comutadasbull PPPbull Redes virtualizadas como uma camada de enlace ATM MPLS
Resumo
5
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bull Endereccedilos 6 bytesbull Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de destino coincidente ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa o dado no quadro para o protocolo da camada de rede
bull Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP mas outros podem ser suportados tais como Novell IPX e AppleTalk)
bull CRC verificado no receptor se um erro eacute detectado o quadro eacute simplesmente descartado
Estrutura do quadro Ethernet 5
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bull Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o receptor bull 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
lacunasbull Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCPbull Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas
Serviccedilo natildeo confiaacutevel sem conexatildeo
5
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bull 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
Ethernet usa CSMACD 5
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1 Adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro2 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 transmite3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo sua
missatildeo com esse quadro estaacute cumprida4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta e
envia um jam signal
5 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
Algoritmo CSMACD da Ethernet
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bull Taxa de 10100 Mbps chamado mais tarde de ldquofast ethernetrdquobull T significa ldquoTwisted Pairrdquo (par de fios tranccedilados de cobre) bull Noacutes se conectam a um hub ldquotopologia em estrelardquo 100 m eacute a distacircncia maacutexima
entre os noacutes e o hub
10BaseT e 100BaseT 5
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Hubs satildeo essencialmente repetidores de camada fiacutesicabull Bits que chegam de um enlace se propagam para todos os outros enlacesbull Com a mesma taxabull Natildeo possuem armazenagem de quadrosbull Natildeo haacute CSMACD no hub adaptadores detectam colisotildeesbull Provecirc funcionalidade de gerenciamento de rede
Hubs
5
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bull Usada em 10BaseTbull Cada bit possui uma transiccedilatildeobull Permite que os reloacutegios nos noacutes de transmissatildeo e de recepccedilatildeo possam sincronizar
um com o outrobull Natildeo eacute necessaacuterio reloacutegio global centralizado entre os noacutes
bull Ei isso eacute coisa de camada fiacutesica
Codificaccedilatildeo Manchester
Codificaccedilatildeo Manchester 5
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bull Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeobull Permite enlaces ponto-a-ponto e canais de muacuteltiplo acesso
compartilhados bull No modo compartilhado o CSMACD eacute usado exige pequenas distacircncias
entre os noacutes para ser eficiente bull Usa hubs chamados aqui de Distribuidores com Armazenagem ldquoBuffered
Distributorsrdquobull Full-Duplex a 1 Gbps para enlaces ponto-a-pontobull 10 Gbps agora
Gigabit Ethernet
5
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A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS
5
copy 2005 by Pearson Education 5 - 42
bull Hub de backbone interconecta segmentos de LANbull Estende a distacircncia maacutexima entre os noacutesbull Mas domiacutenios de colisatildeo individuais tornam-se um uacutenico e grande domiacutenio
de colisatildeobull Natildeo pode interconectar 10BaseT e 100BaseT
Interconexatildeo com hubs
5
copy 2005 by Pearson Education 5 - 43
bull 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 segmentobull Transparente
bull Hospedeiros satildeo inconscientes da presenccedila dos switchesbull Plug-and-play self-learning (auto-aprendizado)
bull Switches natildeo precisam ser configurados
Switch 5
copy 2005 by Pearson Education 5 - 44
bull Como determinar para qual segmento da LAN encaminhar o quadrobull Parece um problema de roteamento
Encaminhamento
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bull Um switch possui uma tabela de switchbull Entrada na tabela do switch
bull (endereccedilo MAC interface marca de tempo)bull Entradas expiradas na tabela satildeo decartadas (TTL pode ser 60 min)
bull Switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de suas interfacesbull Quando recebe um quadro o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento da LAN que chegabull Registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela
Self learning (auto-aprendizado) 5
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bull Ambos satildeo dispositivos store-and-forwardbull Roteadores dispositivos de camada de rede (examinam cabeccedilalhos da
camada de rede)bull Switches satildeo dispositivos da camada de enlace
bull Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam algoritmos de roteamento
bull Switches mantecircm tabelas de switch implementam filtragem algoritmos de aprendizagem
Switches vs roteadores
5
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hubs roteadores switches
isolaccedilatildeo detraacutefego
natildeo sim sim
plug amp play sim natildeo sim
roteamentooacutetimo
natildeo sim natildeo
cutthrough
sim natildeo sim
Resumo comparaccedilatildeo 5
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A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS
5
copy 2005 by Pearson Education 5 - 49
bull Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace de broadcastbull Sem Media Access Controlbull Natildeo necessita de endereccedilamento MAC expliacutecitobull 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)
Controle de enlace de dados ponto-a-ponto 5
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bull Enquadramento de pacote encapsulamento do datagrama da camada de rede no quadro da camada de enlace bull Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolo de rede
(natildeo apenas o IP) ao mesmo tempo
bull Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeobull Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo de bit no campo
de dadosbull Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo)bull Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do enlace para a
camada de redebull Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos terminais do
enlace podem aprender e configurar o endereccedilo de rede dos outros
PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]
5
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bull Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de errosbull Natildeo haacute controle de fluxobull Aceita entregas fora de ordembull Natildeo haacute necessidade de suportar enlaces multiponto (ex polling)
Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeo dosdados satildeo todos relegados para as camadas mais altas
PPP natildeo requisitos 5
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bull Flag delimitador (enquadramento)bull Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura)bull Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacuteltiplos campos de controlebull Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o conteuacutedo do quadro
deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)
PPP formato do quadro
5
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bull info dados da camada superior sendo transportadosbull CRC verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de erros
PPP formato dos dados 5
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bull Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de dados deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt01111110gtbull P Se for recebido o padratildeo lt01111110gt satildeo dados ou eacute flag
bull Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte extra com o padratildeo lt 01111101gt (escape) antes de cada byte com o padratildeo de flag lt 01111110gt nos dados
bull Receptor bull Um byte 01111101 seguido de 01111110 em seguida descarta o primeiro e continua a recepccedilatildeo de dadosbull Uacutenico byte 01111110 entatildeo eacute um flag
Byte stuffing
5
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byte com o padratildeodo flag nos dados a enviar
byte com o padratildeo de escape acrescentado nos dados transmitidos seguido por um byte com padratildeo de flag
Byte stuffing 5
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Antes de trocar dados da camada de rede os parceiros da camada de enlace devembull A configurar o enlace PPP (tamanho maacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo)bull Aprenderconfigurar as informaccedilotildees da camada de rede
bull Para o IP transportar mensagens do protocolo de controle IP (IPCP) (campo de protocolo 8021) para configuraraprender os endereccedilos IP
PPP protocolo de controle de dados
5
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A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS
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Virtualizaccedilatildeo dos recursos uma poderosa abstraccedilatildeo em engenharia de sistemasbull Exemplos em computaccedilatildeo memoacuteria virtual dispositivos virtuais
bull Maacutequinas virtuais ex javabull IBM VM os dos anos 6070
bull Camada de abstraccedilotildees natildeo se apega a detalhes da camada mais baixa apenas trata com as camadas mais baixas abstratamente
Virtualizaccedilatildeo das redes
5
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1974 muacuteltiplas redes desconectadasbull ARPAnetbull redes de dados-sobre-cabobull rede de pacote por sateacutelite (Aloha)bull rede de pacotes por raacutedio
hellip diferentes embull convenccedilotildees de endereccedilamentobull formatos do pacotebull recuperaccedilatildeo de errosbull roteamento
Internet virtualizaccedilatildeo das redes 5
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Camada de rede da Internet (IP) bull Endereccedilamento internetwork
aparece como uma entidade uacutenica e uniforme escondendo a heterogeneidade das redes locais
bull Rede de redes
Gateway bullldquoembute pacotes da Internet no
formato de um pacote local ou os extrairdquo
bull Rota (no niacutevel de internetwork) para o proacuteximo gateway
Internet virtualizaccedilatildeo das redes
5
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O que eacute virtualizadobull Duas camadas de endereccedilamento Internet e rede localbull Nova camada (IP) torna tudo homogecircneo na camada da Internetbull Tecnologia da rede local em questatildeo
bull Cabobull Sateacutelitebull Modem telefocircnico de 56 Kbull Hoje ATM MPLS
bull hellip ldquoinvisiacutevelrdquo na camada da Internet Parece com uma tecnologia de camada de enlace para o IP
Arquitetura da Internet de Cerf amp Kahn 5
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bull ATM MPLS redes separadas em seus proacuteprios direitosbull Modelos de serviccedilo endereccedilamento roteamento diferentes da Internet
bull Vistos pela Internet como um enlace loacutegico conectando roteadores IPbull Assim como o dialup link eacute realmente parte de uma rede separada
(rede telefocircnica)
bull ATM MPLS de interesse teacutecnico em seu proacuteprio direito
ATM e MPLS
5
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bull Padratildeo dos anos 8090 para altas taxas de transmissatildeo (155 Mbps a 622 Mbps e mais altas) arquitetura de Broadband Integrated Service Digital Network (B-ISDN)
bull Objetivo transporte integrado de voz dados e imagens com foco nas redes puacuteblicas de comunicaccedilatildeo
bull Deve atender aos requisitos de tempoQoS para aplicaccedilotildees de voz e de viacutedeo (versus o serviccedilo de melhor esforccedilo da Internet)bull Telefonia de ldquoproacutexima geraccedilatildeordquo fundamentos teacutecnicos no mundo da telefoniabull Comutaccedilatildeo de pacotes (pacotes de tamanho fixo chamados ldquoceacutelulasrdquo) usando circuitos virtuais
Modo de transferecircncia assiacutencrono ATM 5
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bull Camada de adaptaccedilatildeo apenas na borda de uma rede ATMbull Segmentaccedilatildeo e remontagem dos dados bull Grosseiramente anaacuteloga agrave camada de transporte da Internet
bull Camada ATM camada de ldquorederdquobull Comutaccedilatildeo de ceacutelulas roteamento
bull Camada fiacutesica
Sistema final Sistema finalSwitch ATM Switch ATM
Arquitetura ATM
5
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Visatildeo transporte fim-a-fim ldquoATM de computador a computadorrdquobull ATM eacute uma tecnologia de redeRealidade usada para conectar roteadores IP de backbone bullldquoIP sobre ATMrdquobull ATM como uma camada de enlace comutada conectando roteadores IP
ATM camada de rede ou de enlace 5
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bull Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL) ldquoadaptardquo camadas superiores (aplicaccedilotildees IP ou nativas ATM) para a camada ATM abaixo
bull AAL presente apenas nos sistemas finais natildeo nos comutadores ATM (ldquoswitchesrdquo)
bull O segmento da camada AAL (campo de cabeccedilalhotrailer e de dados) satildeo fragmentados em muacuteltiplas ceacutelulas ATM bull Analogia segmento TCP em muitos pacotes IP
Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL)
Sistema final Sistema finalSwitch ATM Switch ATM
5
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Diferentes versotildees da camada AAL dependendo da classe de serviccedilo ATMbull AAL1 para serviccedilo CBR (taxa de bit constante) ex emulaccedilatildeo de circuitosbull AAL2 para serviccedilos VBR (taxa de bit variaacutevel) ex viacutedeo MPEG bull AAL5 para dados (ex datagramas IP)
AAL PDU
ceacutelula ATM
Dados de usuaacuterio
subcamadade convergecircncia
subcamadaSAR
Ceacutelula ATM
Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL) 5
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Serviccedilo transporte de ceacutelulas atraveacutes da rede ATM bull Anaacuteloga agrave camada de rede IPbull Serviccedilos muito diferentes da camada de rede IP
Arquiteturade rede
Internet
ATM
ATM
ATM
ATM
Modelo de serviccedilo
melhoresforccediloCBR
VBR
ABR
UBR
Banda
natildeo
taxaconstantetaxagarantidamiacutenimogarantidonatildeo
Perda
natildeo
sim
sim
natildeo
natildeo
Ordem
natildeo
sim
sim
sim
sim
Tempo
natildeo
sim
sim
natildeo
natildeo
Aviso decongestatildeo
natildeo (inferidopelas perdas)natildeo haacutecongestatildeonatildeo haacutecongestatildeosim
natildeo
Garantias
Camada ATM
5
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bull Transporte em VC ceacutelulas satildeo transportadas sobre VC da fonte ao destinobull Estabelecimento de conexatildeo necessaacuterio para cada chamada antes que o fluxo de dados possa ser iniciadobull Cada pacote transporta um identificador de VC (natildeo transporta o endereccedilo
do destino)bull Cada comutador com caminho entre a fonte e o destino manteacutem o ldquoestadordquo
para cada conexatildeo passantebull Recursos do enlace e do comutador (banda passante buffers) podem ser
alocados por VC para obter um comportamento semelhante a um circuito fiacutesico
bull VCs permanentes (PVCs)bull Conexotildees de longa duraccedilatildeo bull Tipicamente rota ldquopermanenterdquo entre roteadores IP
bull VCs comutados (SVC)bull Dinamicamente criados numa base por chamada
Camadas ATM circuitos virtuais 5
copy 2005 by Pearson Education 5 - 70
bull Vantagens do uso de circuitos virtuais no ATMbull Iacutendices de QoS garantidos para conexotildees mapeadas em circuitos
virtuais (banda passante atraso variacircncia de atraso)
bull Problemas no uso de circuitos virtuaisbull O suporte de traacutefego datagrama eacute ineficientebull Um PVC entre cada par origemdestino natildeo tem boa escalabilidade
(N2 conexotildees satildeo necessaacuterias) bull SVC introduz latecircncia de estabelecimento de conexatildeo e atrasos de
processamento para conexotildees de curta duraccedilatildeo
ATM VCs
5
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bull Cabeccedilalho da ceacutelula ATM com 5 bytesbull Carga uacutetil com 48-bytes
bull Por quecirc carga uacutetil pequena -gt pequeno atraso de criaccedilatildeo de ceacutelula para voz digitalizada
bull Meio do caminho entre 32 e 64 (compromisso)
cabeccedilalhoda ceacutelula
formato daceacutelula
3o bit no campo PTvalor 1 indica uacuteltima ceacutelula (AAL-indicate bit)
Camada ATM ceacutelula ATM 5
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bull VCI identificador de canal virtualbull Pode mudar de enlace para enlace atraveacutes da rede
bull PT tipo de carga uacutetil (ex ceacutelula RM versus ceacutelula de dados) bull CLP bit de prioridade de perda de ceacutelula
bull CLP = 1 implica ceacutelula de baixa prioridade pode ser descartada em caso de congestatildeo
bull HEC verificaccedilatildeo de erros no cabeccedilalhobull Verificaccedilatildeo ciacuteclica de erros
Cabeccedilalho da ceacutelula ATM
5
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A camada fiacutesica se compotildee de duas partes (subcamadas )bull Subcamada de convergecircncia de transmissatildeo (TCS) adapta a camada ATM
acima agrave subcamada fiacutesica abaixo (PMD)bull Subcamada dependente do meio depende do tipo de meio fiacutesico que estaacute
sendo empregado
Funccedilotildees da TCS bull Geraccedilatildeo do checksum do cabeccedilalho 8 bits CRC bull Delineamento de ceacutelulabull Com uma subcamada PMD natildeo estruturada transmite ceacutelulas vazias (ldquoidle cellsrdquo) quando natildeo haacute ceacutelulas de dados a enviar
Camada fiacutesica ATM 5
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Subcamada dependente do meio fiacutesico (PMD)bull SONETSDH estrutura de transmissatildeo de quadros (como um container
carregando bits) bull Sincronizaccedilatildeo de bits bull Particcedilotildees da banda passante (TDM) bull Vaacuterias velocidades OC1 = 5184 Mbps OC3 = 15552 Mbps OC12 = 62208 Mbps
bull T1T3 estrutura de transmissatildeo de quadros (velha hierarquia de telefonia 15 Mbps45 Mbps No Brasil usa-se a hierarquia europeacuteia E1E3 2 34 Mbps
bull Natildeo estruturada apenas ceacutelulas (ocupadasvazias)
Camada fiacutesica ATM
5
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Apenas IP claacutessicobull 3 ldquoredesrdquo (ex segmentos de
LAN)bull Endereccedilos MAC (8023) e IP
IP sobre ATM bull Substitui ldquorederdquo (ex segmento
de LAN) com a rede ATM bull Endereccedilos ATM endereccedilos IP
redeATM
EthernetLANs
EthernetLANs
IP-sobre-ATM 5
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bull No endereccedilo de origembull Camada IP encontra um mapeamento entre o endereccedilo IP e o endereccedilo
de destino ATM (usando ARP)bull Passa o datagrama para a camada de adaptaccedilatildeo AAL5bull AAL5 encapsula os dados segmenta em ceacutelulas e passa para a camada ATM
bull Rede ATM move a ceacutelula para o destino de acordo com o seu VC (circuito virtual)
bull No hospedeiro de destinobull AAL5 remonta o datagrama original a partir das ceacutelulas recebidas bull Se o CRC OK datagrama eacute passado ao IP
Viagem de um datagrama numa rede IP-sobre-ATM
5
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Questotildeesbull Datagramas IP em ATM AAL5 PDUsbull Dos endereccedilos IP aos endereccedilos ATM
bull Da mesma forma que de endereccedilos IP para endereccedilos MAC 8023
redeATM
EthernetLANs
IP-sobre-ATM 5
copy 2005 by Pearson Education 5 - 78
bull Objetivo inicial aumentar a velocidade de encaminhamento IP usando labels de tamanho fixo (em vez de endereccedilo IP)bull Mesma ideacuteia do meacutetodo de circuito virtual (VC)bull Mas o datagrama IP ainda manteacutem o endereccedilo IP
Multiprotocol label switching (MPLS)
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bull Roteador faz a funccedilatildeo de comutador de roacutetulobull Pacotes encaminhados para interface de saiacuteda com base apenas no valor do
roacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP)bull Tabela de encaminhamento MPLS distinta das tabelas de encaminhamento IP
bull Protocolo de sinalizaccedilatildeo necessaacuterio para estabelecer o encaminhamentobull RSVP-TEbull Encaminhamento eacute possiacutevel por caminhos que o IP sozinho natildeo pode usar (ex roteamento de especificado pela origem)bull Use MPLS para engenharia de traacutefego
bull Deve coexistir com roteadores unicamente IP
Roteadores MPLS 5
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Tabelas de encaminhamento MPLS
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bull Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlacebull Detecccedilatildeo de erros correccedilatildeobull Compartilhando um canal broadcast acesso muacuteltiplobull Endereccedilamento da camada de enlace
bull Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de vaacuterias tecnologias da camada de enlacebull Ethernetbull LANS comutadasbull PPPbull Redes virtualizadas como uma camada de enlace ATM MPLS
Resumo
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bull Taxa de 10100 Mbps chamado mais tarde de ldquofast ethernetrdquobull T significa ldquoTwisted Pairrdquo (par de fios tranccedilados de cobre) bull Noacutes se conectam a um hub ldquotopologia em estrelardquo 100 m eacute a distacircncia maacutexima
entre os noacutes e o hub
10BaseT e 100BaseT 5
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Hubs satildeo essencialmente repetidores de camada fiacutesicabull Bits que chegam de um enlace se propagam para todos os outros enlacesbull Com a mesma taxabull Natildeo possuem armazenagem de quadrosbull Natildeo haacute CSMACD no hub adaptadores detectam colisotildeesbull Provecirc funcionalidade de gerenciamento de rede
Hubs
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bull Usada em 10BaseTbull Cada bit possui uma transiccedilatildeobull Permite que os reloacutegios nos noacutes de transmissatildeo e de recepccedilatildeo possam sincronizar
um com o outrobull Natildeo eacute necessaacuterio reloacutegio global centralizado entre os noacutes
bull Ei isso eacute coisa de camada fiacutesica
Codificaccedilatildeo Manchester
Codificaccedilatildeo Manchester 5
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bull Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeobull Permite enlaces ponto-a-ponto e canais de muacuteltiplo acesso
compartilhados bull No modo compartilhado o CSMACD eacute usado exige pequenas distacircncias
entre os noacutes para ser eficiente bull Usa hubs chamados aqui de Distribuidores com Armazenagem ldquoBuffered
Distributorsrdquobull Full-Duplex a 1 Gbps para enlaces ponto-a-pontobull 10 Gbps agora
Gigabit Ethernet
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A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS
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bull Hub de backbone interconecta segmentos de LANbull Estende a distacircncia maacutexima entre os noacutesbull Mas domiacutenios de colisatildeo individuais tornam-se um uacutenico e grande domiacutenio
de colisatildeobull Natildeo pode interconectar 10BaseT e 100BaseT
Interconexatildeo com hubs
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bull 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 segmentobull Transparente
bull Hospedeiros satildeo inconscientes da presenccedila dos switchesbull Plug-and-play self-learning (auto-aprendizado)
bull Switches natildeo precisam ser configurados
Switch 5
copy 2005 by Pearson Education 5 - 44
bull Como determinar para qual segmento da LAN encaminhar o quadrobull Parece um problema de roteamento
Encaminhamento
5
copy 2005 by Pearson Education 5 - 45
bull Um switch possui uma tabela de switchbull Entrada na tabela do switch
bull (endereccedilo MAC interface marca de tempo)bull Entradas expiradas na tabela satildeo decartadas (TTL pode ser 60 min)
bull Switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de suas interfacesbull Quando recebe um quadro o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento da LAN que chegabull Registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela
Self learning (auto-aprendizado) 5
copy 2005 by Pearson Education 5 - 46
bull Ambos satildeo dispositivos store-and-forwardbull Roteadores dispositivos de camada de rede (examinam cabeccedilalhos da
camada de rede)bull Switches satildeo dispositivos da camada de enlace
bull Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam algoritmos de roteamento
bull Switches mantecircm tabelas de switch implementam filtragem algoritmos de aprendizagem
Switches vs roteadores
5
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hubs roteadores switches
isolaccedilatildeo detraacutefego
natildeo sim sim
plug amp play sim natildeo sim
roteamentooacutetimo
natildeo sim natildeo
cutthrough
sim natildeo sim
Resumo comparaccedilatildeo 5
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A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS
5
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bull Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace de broadcastbull Sem Media Access Controlbull Natildeo necessita de endereccedilamento MAC expliacutecitobull 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)
Controle de enlace de dados ponto-a-ponto 5
copy 2005 by Pearson Education 5 - 50
bull Enquadramento de pacote encapsulamento do datagrama da camada de rede no quadro da camada de enlace bull Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolo de rede
(natildeo apenas o IP) ao mesmo tempo
bull Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeobull Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo de bit no campo
de dadosbull Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo)bull Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do enlace para a
camada de redebull Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos terminais do
enlace podem aprender e configurar o endereccedilo de rede dos outros
PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]
5
copy 2005 by Pearson Education 5 - 51
bull Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de errosbull Natildeo haacute controle de fluxobull Aceita entregas fora de ordembull Natildeo haacute necessidade de suportar enlaces multiponto (ex polling)
Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeo dosdados satildeo todos relegados para as camadas mais altas
PPP natildeo requisitos 5
copy 2005 by Pearson Education 5 - 52
bull Flag delimitador (enquadramento)bull Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura)bull Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacuteltiplos campos de controlebull Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o conteuacutedo do quadro
deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)
PPP formato do quadro
5
copy 2005 by Pearson Education 5 - 53
bull info dados da camada superior sendo transportadosbull CRC verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de erros
PPP formato dos dados 5
copy 2005 by Pearson Education 5 - 54
bull Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de dados deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt01111110gtbull P Se for recebido o padratildeo lt01111110gt satildeo dados ou eacute flag
bull Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte extra com o padratildeo lt 01111101gt (escape) antes de cada byte com o padratildeo de flag lt 01111110gt nos dados
bull Receptor bull Um byte 01111101 seguido de 01111110 em seguida descarta o primeiro e continua a recepccedilatildeo de dadosbull Uacutenico byte 01111110 entatildeo eacute um flag
Byte stuffing
5
copy 2005 by Pearson Education 5 - 55
byte com o padratildeodo flag nos dados a enviar
byte com o padratildeo de escape acrescentado nos dados transmitidos seguido por um byte com padratildeo de flag
Byte stuffing 5
copy 2005 by Pearson Education 5 - 56
Antes de trocar dados da camada de rede os parceiros da camada de enlace devembull A configurar o enlace PPP (tamanho maacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo)bull Aprenderconfigurar as informaccedilotildees da camada de rede
bull Para o IP transportar mensagens do protocolo de controle IP (IPCP) (campo de protocolo 8021) para configuraraprender os endereccedilos IP
PPP protocolo de controle de dados
5
copy 2005 by Pearson Education 5 - 57
A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS
5
copy 2005 by Pearson Education 5 - 58
Virtualizaccedilatildeo dos recursos uma poderosa abstraccedilatildeo em engenharia de sistemasbull Exemplos em computaccedilatildeo memoacuteria virtual dispositivos virtuais
bull Maacutequinas virtuais ex javabull IBM VM os dos anos 6070
bull Camada de abstraccedilotildees natildeo se apega a detalhes da camada mais baixa apenas trata com as camadas mais baixas abstratamente
Virtualizaccedilatildeo das redes
5
copy 2005 by Pearson Education 5 - 59
1974 muacuteltiplas redes desconectadasbull ARPAnetbull redes de dados-sobre-cabobull rede de pacote por sateacutelite (Aloha)bull rede de pacotes por raacutedio
hellip diferentes embull convenccedilotildees de endereccedilamentobull formatos do pacotebull recuperaccedilatildeo de errosbull roteamento
Internet virtualizaccedilatildeo das redes 5
copy 2005 by Pearson Education 5 - 60
Camada de rede da Internet (IP) bull Endereccedilamento internetwork
aparece como uma entidade uacutenica e uniforme escondendo a heterogeneidade das redes locais
bull Rede de redes
Gateway bullldquoembute pacotes da Internet no
formato de um pacote local ou os extrairdquo
bull Rota (no niacutevel de internetwork) para o proacuteximo gateway
Internet virtualizaccedilatildeo das redes
5
copy 2005 by Pearson Education 5 - 61
O que eacute virtualizadobull Duas camadas de endereccedilamento Internet e rede localbull Nova camada (IP) torna tudo homogecircneo na camada da Internetbull Tecnologia da rede local em questatildeo
bull Cabobull Sateacutelitebull Modem telefocircnico de 56 Kbull Hoje ATM MPLS
bull hellip ldquoinvisiacutevelrdquo na camada da Internet Parece com uma tecnologia de camada de enlace para o IP
Arquitetura da Internet de Cerf amp Kahn 5
copy 2005 by Pearson Education 5 - 62
bull ATM MPLS redes separadas em seus proacuteprios direitosbull Modelos de serviccedilo endereccedilamento roteamento diferentes da Internet
bull Vistos pela Internet como um enlace loacutegico conectando roteadores IPbull Assim como o dialup link eacute realmente parte de uma rede separada
(rede telefocircnica)
bull ATM MPLS de interesse teacutecnico em seu proacuteprio direito
ATM e MPLS
5
copy 2005 by Pearson Education 5 - 63
bull Padratildeo dos anos 8090 para altas taxas de transmissatildeo (155 Mbps a 622 Mbps e mais altas) arquitetura de Broadband Integrated Service Digital Network (B-ISDN)
bull Objetivo transporte integrado de voz dados e imagens com foco nas redes puacuteblicas de comunicaccedilatildeo
bull Deve atender aos requisitos de tempoQoS para aplicaccedilotildees de voz e de viacutedeo (versus o serviccedilo de melhor esforccedilo da Internet)bull Telefonia de ldquoproacutexima geraccedilatildeordquo fundamentos teacutecnicos no mundo da telefoniabull Comutaccedilatildeo de pacotes (pacotes de tamanho fixo chamados ldquoceacutelulasrdquo) usando circuitos virtuais
Modo de transferecircncia assiacutencrono ATM 5
copy 2005 by Pearson Education 5 - 64
bull Camada de adaptaccedilatildeo apenas na borda de uma rede ATMbull Segmentaccedilatildeo e remontagem dos dados bull Grosseiramente anaacuteloga agrave camada de transporte da Internet
bull Camada ATM camada de ldquorederdquobull Comutaccedilatildeo de ceacutelulas roteamento
bull Camada fiacutesica
Sistema final Sistema finalSwitch ATM Switch ATM
Arquitetura ATM
5
copy 2005 by Pearson Education 5 - 65
Visatildeo transporte fim-a-fim ldquoATM de computador a computadorrdquobull ATM eacute uma tecnologia de redeRealidade usada para conectar roteadores IP de backbone bullldquoIP sobre ATMrdquobull ATM como uma camada de enlace comutada conectando roteadores IP
ATM camada de rede ou de enlace 5
copy 2005 by Pearson Education 5 - 66
bull Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL) ldquoadaptardquo camadas superiores (aplicaccedilotildees IP ou nativas ATM) para a camada ATM abaixo
bull AAL presente apenas nos sistemas finais natildeo nos comutadores ATM (ldquoswitchesrdquo)
bull O segmento da camada AAL (campo de cabeccedilalhotrailer e de dados) satildeo fragmentados em muacuteltiplas ceacutelulas ATM bull Analogia segmento TCP em muitos pacotes IP
Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL)
Sistema final Sistema finalSwitch ATM Switch ATM
5
copy 2005 by Pearson Education 5 - 67
Diferentes versotildees da camada AAL dependendo da classe de serviccedilo ATMbull AAL1 para serviccedilo CBR (taxa de bit constante) ex emulaccedilatildeo de circuitosbull AAL2 para serviccedilos VBR (taxa de bit variaacutevel) ex viacutedeo MPEG bull AAL5 para dados (ex datagramas IP)
AAL PDU
ceacutelula ATM
Dados de usuaacuterio
subcamadade convergecircncia
subcamadaSAR
Ceacutelula ATM
Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL) 5
copy 2005 by Pearson Education 5 - 68
Serviccedilo transporte de ceacutelulas atraveacutes da rede ATM bull Anaacuteloga agrave camada de rede IPbull Serviccedilos muito diferentes da camada de rede IP
Arquiteturade rede
Internet
ATM
ATM
ATM
ATM
Modelo de serviccedilo
melhoresforccediloCBR
VBR
ABR
UBR
Banda
natildeo
taxaconstantetaxagarantidamiacutenimogarantidonatildeo
Perda
natildeo
sim
sim
natildeo
natildeo
Ordem
natildeo
sim
sim
sim
sim
Tempo
natildeo
sim
sim
natildeo
natildeo
Aviso decongestatildeo
natildeo (inferidopelas perdas)natildeo haacutecongestatildeonatildeo haacutecongestatildeosim
natildeo
Garantias
Camada ATM
5
copy 2005 by Pearson Education 5 - 69
bull Transporte em VC ceacutelulas satildeo transportadas sobre VC da fonte ao destinobull Estabelecimento de conexatildeo necessaacuterio para cada chamada antes que o fluxo de dados possa ser iniciadobull Cada pacote transporta um identificador de VC (natildeo transporta o endereccedilo
do destino)bull Cada comutador com caminho entre a fonte e o destino manteacutem o ldquoestadordquo
para cada conexatildeo passantebull Recursos do enlace e do comutador (banda passante buffers) podem ser
alocados por VC para obter um comportamento semelhante a um circuito fiacutesico
bull VCs permanentes (PVCs)bull Conexotildees de longa duraccedilatildeo bull Tipicamente rota ldquopermanenterdquo entre roteadores IP
bull VCs comutados (SVC)bull Dinamicamente criados numa base por chamada
Camadas ATM circuitos virtuais 5
copy 2005 by Pearson Education 5 - 70
bull Vantagens do uso de circuitos virtuais no ATMbull Iacutendices de QoS garantidos para conexotildees mapeadas em circuitos
virtuais (banda passante atraso variacircncia de atraso)
bull Problemas no uso de circuitos virtuaisbull O suporte de traacutefego datagrama eacute ineficientebull Um PVC entre cada par origemdestino natildeo tem boa escalabilidade
(N2 conexotildees satildeo necessaacuterias) bull SVC introduz latecircncia de estabelecimento de conexatildeo e atrasos de
processamento para conexotildees de curta duraccedilatildeo
ATM VCs
5
copy 2005 by Pearson Education 5 - 71
bull Cabeccedilalho da ceacutelula ATM com 5 bytesbull Carga uacutetil com 48-bytes
bull Por quecirc carga uacutetil pequena -gt pequeno atraso de criaccedilatildeo de ceacutelula para voz digitalizada
bull Meio do caminho entre 32 e 64 (compromisso)
cabeccedilalhoda ceacutelula
formato daceacutelula
3o bit no campo PTvalor 1 indica uacuteltima ceacutelula (AAL-indicate bit)
Camada ATM ceacutelula ATM 5
copy 2005 by Pearson Education 5 - 72
bull VCI identificador de canal virtualbull Pode mudar de enlace para enlace atraveacutes da rede
bull PT tipo de carga uacutetil (ex ceacutelula RM versus ceacutelula de dados) bull CLP bit de prioridade de perda de ceacutelula
bull CLP = 1 implica ceacutelula de baixa prioridade pode ser descartada em caso de congestatildeo
bull HEC verificaccedilatildeo de erros no cabeccedilalhobull Verificaccedilatildeo ciacuteclica de erros
Cabeccedilalho da ceacutelula ATM
5
copy 2005 by Pearson Education 5 - 73
A camada fiacutesica se compotildee de duas partes (subcamadas )bull Subcamada de convergecircncia de transmissatildeo (TCS) adapta a camada ATM
acima agrave subcamada fiacutesica abaixo (PMD)bull Subcamada dependente do meio depende do tipo de meio fiacutesico que estaacute
sendo empregado
Funccedilotildees da TCS bull Geraccedilatildeo do checksum do cabeccedilalho 8 bits CRC bull Delineamento de ceacutelulabull Com uma subcamada PMD natildeo estruturada transmite ceacutelulas vazias (ldquoidle cellsrdquo) quando natildeo haacute ceacutelulas de dados a enviar
Camada fiacutesica ATM 5
copy 2005 by Pearson Education 5 - 74
Subcamada dependente do meio fiacutesico (PMD)bull SONETSDH estrutura de transmissatildeo de quadros (como um container
carregando bits) bull Sincronizaccedilatildeo de bits bull Particcedilotildees da banda passante (TDM) bull Vaacuterias velocidades OC1 = 5184 Mbps OC3 = 15552 Mbps OC12 = 62208 Mbps
bull T1T3 estrutura de transmissatildeo de quadros (velha hierarquia de telefonia 15 Mbps45 Mbps No Brasil usa-se a hierarquia europeacuteia E1E3 2 34 Mbps
bull Natildeo estruturada apenas ceacutelulas (ocupadasvazias)
Camada fiacutesica ATM
5
copy 2005 by Pearson Education 5 - 75
Apenas IP claacutessicobull 3 ldquoredesrdquo (ex segmentos de
LAN)bull Endereccedilos MAC (8023) e IP
IP sobre ATM bull Substitui ldquorederdquo (ex segmento
de LAN) com a rede ATM bull Endereccedilos ATM endereccedilos IP
redeATM
EthernetLANs
EthernetLANs
IP-sobre-ATM 5
copy 2005 by Pearson Education 5 - 76
bull No endereccedilo de origembull Camada IP encontra um mapeamento entre o endereccedilo IP e o endereccedilo
de destino ATM (usando ARP)bull Passa o datagrama para a camada de adaptaccedilatildeo AAL5bull AAL5 encapsula os dados segmenta em ceacutelulas e passa para a camada ATM
bull Rede ATM move a ceacutelula para o destino de acordo com o seu VC (circuito virtual)
bull No hospedeiro de destinobull AAL5 remonta o datagrama original a partir das ceacutelulas recebidas bull Se o CRC OK datagrama eacute passado ao IP
Viagem de um datagrama numa rede IP-sobre-ATM
5
copy 2005 by Pearson Education 5 - 77
Questotildeesbull Datagramas IP em ATM AAL5 PDUsbull Dos endereccedilos IP aos endereccedilos ATM
bull Da mesma forma que de endereccedilos IP para endereccedilos MAC 8023
redeATM
EthernetLANs
IP-sobre-ATM 5
copy 2005 by Pearson Education 5 - 78
bull Objetivo inicial aumentar a velocidade de encaminhamento IP usando labels de tamanho fixo (em vez de endereccedilo IP)bull Mesma ideacuteia do meacutetodo de circuito virtual (VC)bull Mas o datagrama IP ainda manteacutem o endereccedilo IP
Multiprotocol label switching (MPLS)
5
copy 2005 by Pearson Education 5 - 79
bull Roteador faz a funccedilatildeo de comutador de roacutetulobull Pacotes encaminhados para interface de saiacuteda com base apenas no valor do
roacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP)bull Tabela de encaminhamento MPLS distinta das tabelas de encaminhamento IP
bull Protocolo de sinalizaccedilatildeo necessaacuterio para estabelecer o encaminhamentobull RSVP-TEbull Encaminhamento eacute possiacutevel por caminhos que o IP sozinho natildeo pode usar (ex roteamento de especificado pela origem)bull Use MPLS para engenharia de traacutefego
bull Deve coexistir com roteadores unicamente IP
Roteadores MPLS 5
copy 2005 by Pearson Education 5 - 80
Tabelas de encaminhamento MPLS
5
copy 2005 by Pearson Education 5 - 81
bull Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlacebull Detecccedilatildeo de erros correccedilatildeobull Compartilhando um canal broadcast acesso muacuteltiplobull Endereccedilamento da camada de enlace
bull Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de vaacuterias tecnologias da camada de enlacebull Ethernetbull LANS comutadasbull PPPbull Redes virtualizadas como uma camada de enlace ATM MPLS
Resumo
5
copy 2005 by Pearson Education 5 - 41
A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS
5
copy 2005 by Pearson Education 5 - 42
bull Hub de backbone interconecta segmentos de LANbull Estende a distacircncia maacutexima entre os noacutesbull Mas domiacutenios de colisatildeo individuais tornam-se um uacutenico e grande domiacutenio
de colisatildeobull Natildeo pode interconectar 10BaseT e 100BaseT
Interconexatildeo com hubs
5
copy 2005 by Pearson Education 5 - 43
bull 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 segmentobull Transparente
bull Hospedeiros satildeo inconscientes da presenccedila dos switchesbull Plug-and-play self-learning (auto-aprendizado)
bull Switches natildeo precisam ser configurados
Switch 5
copy 2005 by Pearson Education 5 - 44
bull Como determinar para qual segmento da LAN encaminhar o quadrobull Parece um problema de roteamento
Encaminhamento
5
copy 2005 by Pearson Education 5 - 45
bull Um switch possui uma tabela de switchbull Entrada na tabela do switch
bull (endereccedilo MAC interface marca de tempo)bull Entradas expiradas na tabela satildeo decartadas (TTL pode ser 60 min)
bull Switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de suas interfacesbull Quando recebe um quadro o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento da LAN que chegabull Registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela
Self learning (auto-aprendizado) 5
copy 2005 by Pearson Education 5 - 46
bull Ambos satildeo dispositivos store-and-forwardbull Roteadores dispositivos de camada de rede (examinam cabeccedilalhos da
camada de rede)bull Switches satildeo dispositivos da camada de enlace
bull Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam algoritmos de roteamento
bull Switches mantecircm tabelas de switch implementam filtragem algoritmos de aprendizagem
Switches vs roteadores
5
copy 2005 by Pearson Education 5 - 47
hubs roteadores switches
isolaccedilatildeo detraacutefego
natildeo sim sim
plug amp play sim natildeo sim
roteamentooacutetimo
natildeo sim natildeo
cutthrough
sim natildeo sim
Resumo comparaccedilatildeo 5
copy 2005 by Pearson Education 5 - 48
A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS
5
copy 2005 by Pearson Education 5 - 49
bull Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace de broadcastbull Sem Media Access Controlbull Natildeo necessita de endereccedilamento MAC expliacutecitobull 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)
Controle de enlace de dados ponto-a-ponto 5
copy 2005 by Pearson Education 5 - 50
bull Enquadramento de pacote encapsulamento do datagrama da camada de rede no quadro da camada de enlace bull Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolo de rede
(natildeo apenas o IP) ao mesmo tempo
bull Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeobull Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo de bit no campo
de dadosbull Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo)bull Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do enlace para a
camada de redebull Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos terminais do
enlace podem aprender e configurar o endereccedilo de rede dos outros
PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]
5
copy 2005 by Pearson Education 5 - 51
bull Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de errosbull Natildeo haacute controle de fluxobull Aceita entregas fora de ordembull Natildeo haacute necessidade de suportar enlaces multiponto (ex polling)
Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeo dosdados satildeo todos relegados para as camadas mais altas
PPP natildeo requisitos 5
copy 2005 by Pearson Education 5 - 52
bull Flag delimitador (enquadramento)bull Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura)bull Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacuteltiplos campos de controlebull Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o conteuacutedo do quadro
deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)
PPP formato do quadro
5
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bull info dados da camada superior sendo transportadosbull CRC verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de erros
PPP formato dos dados 5
copy 2005 by Pearson Education 5 - 54
bull Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de dados deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt01111110gtbull P Se for recebido o padratildeo lt01111110gt satildeo dados ou eacute flag
bull Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte extra com o padratildeo lt 01111101gt (escape) antes de cada byte com o padratildeo de flag lt 01111110gt nos dados
bull Receptor bull Um byte 01111101 seguido de 01111110 em seguida descarta o primeiro e continua a recepccedilatildeo de dadosbull Uacutenico byte 01111110 entatildeo eacute um flag
Byte stuffing
5
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byte com o padratildeodo flag nos dados a enviar
byte com o padratildeo de escape acrescentado nos dados transmitidos seguido por um byte com padratildeo de flag
Byte stuffing 5
copy 2005 by Pearson Education 5 - 56
Antes de trocar dados da camada de rede os parceiros da camada de enlace devembull A configurar o enlace PPP (tamanho maacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo)bull Aprenderconfigurar as informaccedilotildees da camada de rede
bull Para o IP transportar mensagens do protocolo de controle IP (IPCP) (campo de protocolo 8021) para configuraraprender os endereccedilos IP
PPP protocolo de controle de dados
5
copy 2005 by Pearson Education 5 - 57
A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS
5
copy 2005 by Pearson Education 5 - 58
Virtualizaccedilatildeo dos recursos uma poderosa abstraccedilatildeo em engenharia de sistemasbull Exemplos em computaccedilatildeo memoacuteria virtual dispositivos virtuais
bull Maacutequinas virtuais ex javabull IBM VM os dos anos 6070
bull Camada de abstraccedilotildees natildeo se apega a detalhes da camada mais baixa apenas trata com as camadas mais baixas abstratamente
Virtualizaccedilatildeo das redes
5
copy 2005 by Pearson Education 5 - 59
1974 muacuteltiplas redes desconectadasbull ARPAnetbull redes de dados-sobre-cabobull rede de pacote por sateacutelite (Aloha)bull rede de pacotes por raacutedio
hellip diferentes embull convenccedilotildees de endereccedilamentobull formatos do pacotebull recuperaccedilatildeo de errosbull roteamento
Internet virtualizaccedilatildeo das redes 5
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Camada de rede da Internet (IP) bull Endereccedilamento internetwork
aparece como uma entidade uacutenica e uniforme escondendo a heterogeneidade das redes locais
bull Rede de redes
Gateway bullldquoembute pacotes da Internet no
formato de um pacote local ou os extrairdquo
bull Rota (no niacutevel de internetwork) para o proacuteximo gateway
Internet virtualizaccedilatildeo das redes
5
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O que eacute virtualizadobull Duas camadas de endereccedilamento Internet e rede localbull Nova camada (IP) torna tudo homogecircneo na camada da Internetbull Tecnologia da rede local em questatildeo
bull Cabobull Sateacutelitebull Modem telefocircnico de 56 Kbull Hoje ATM MPLS
bull hellip ldquoinvisiacutevelrdquo na camada da Internet Parece com uma tecnologia de camada de enlace para o IP
Arquitetura da Internet de Cerf amp Kahn 5
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bull ATM MPLS redes separadas em seus proacuteprios direitosbull Modelos de serviccedilo endereccedilamento roteamento diferentes da Internet
bull Vistos pela Internet como um enlace loacutegico conectando roteadores IPbull Assim como o dialup link eacute realmente parte de uma rede separada
(rede telefocircnica)
bull ATM MPLS de interesse teacutecnico em seu proacuteprio direito
ATM e MPLS
5
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bull Padratildeo dos anos 8090 para altas taxas de transmissatildeo (155 Mbps a 622 Mbps e mais altas) arquitetura de Broadband Integrated Service Digital Network (B-ISDN)
bull Objetivo transporte integrado de voz dados e imagens com foco nas redes puacuteblicas de comunicaccedilatildeo
bull Deve atender aos requisitos de tempoQoS para aplicaccedilotildees de voz e de viacutedeo (versus o serviccedilo de melhor esforccedilo da Internet)bull Telefonia de ldquoproacutexima geraccedilatildeordquo fundamentos teacutecnicos no mundo da telefoniabull Comutaccedilatildeo de pacotes (pacotes de tamanho fixo chamados ldquoceacutelulasrdquo) usando circuitos virtuais
Modo de transferecircncia assiacutencrono ATM 5
copy 2005 by Pearson Education 5 - 64
bull Camada de adaptaccedilatildeo apenas na borda de uma rede ATMbull Segmentaccedilatildeo e remontagem dos dados bull Grosseiramente anaacuteloga agrave camada de transporte da Internet
bull Camada ATM camada de ldquorederdquobull Comutaccedilatildeo de ceacutelulas roteamento
bull Camada fiacutesica
Sistema final Sistema finalSwitch ATM Switch ATM
Arquitetura ATM
5
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Visatildeo transporte fim-a-fim ldquoATM de computador a computadorrdquobull ATM eacute uma tecnologia de redeRealidade usada para conectar roteadores IP de backbone bullldquoIP sobre ATMrdquobull ATM como uma camada de enlace comutada conectando roteadores IP
ATM camada de rede ou de enlace 5
copy 2005 by Pearson Education 5 - 66
bull Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL) ldquoadaptardquo camadas superiores (aplicaccedilotildees IP ou nativas ATM) para a camada ATM abaixo
bull AAL presente apenas nos sistemas finais natildeo nos comutadores ATM (ldquoswitchesrdquo)
bull O segmento da camada AAL (campo de cabeccedilalhotrailer e de dados) satildeo fragmentados em muacuteltiplas ceacutelulas ATM bull Analogia segmento TCP em muitos pacotes IP
Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL)
Sistema final Sistema finalSwitch ATM Switch ATM
5
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Diferentes versotildees da camada AAL dependendo da classe de serviccedilo ATMbull AAL1 para serviccedilo CBR (taxa de bit constante) ex emulaccedilatildeo de circuitosbull AAL2 para serviccedilos VBR (taxa de bit variaacutevel) ex viacutedeo MPEG bull AAL5 para dados (ex datagramas IP)
AAL PDU
ceacutelula ATM
Dados de usuaacuterio
subcamadade convergecircncia
subcamadaSAR
Ceacutelula ATM
Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL) 5
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Serviccedilo transporte de ceacutelulas atraveacutes da rede ATM bull Anaacuteloga agrave camada de rede IPbull Serviccedilos muito diferentes da camada de rede IP
Arquiteturade rede
Internet
ATM
ATM
ATM
ATM
Modelo de serviccedilo
melhoresforccediloCBR
VBR
ABR
UBR
Banda
natildeo
taxaconstantetaxagarantidamiacutenimogarantidonatildeo
Perda
natildeo
sim
sim
natildeo
natildeo
Ordem
natildeo
sim
sim
sim
sim
Tempo
natildeo
sim
sim
natildeo
natildeo
Aviso decongestatildeo
natildeo (inferidopelas perdas)natildeo haacutecongestatildeonatildeo haacutecongestatildeosim
natildeo
Garantias
Camada ATM
5
copy 2005 by Pearson Education 5 - 69
bull Transporte em VC ceacutelulas satildeo transportadas sobre VC da fonte ao destinobull Estabelecimento de conexatildeo necessaacuterio para cada chamada antes que o fluxo de dados possa ser iniciadobull Cada pacote transporta um identificador de VC (natildeo transporta o endereccedilo
do destino)bull Cada comutador com caminho entre a fonte e o destino manteacutem o ldquoestadordquo
para cada conexatildeo passantebull Recursos do enlace e do comutador (banda passante buffers) podem ser
alocados por VC para obter um comportamento semelhante a um circuito fiacutesico
bull VCs permanentes (PVCs)bull Conexotildees de longa duraccedilatildeo bull Tipicamente rota ldquopermanenterdquo entre roteadores IP
bull VCs comutados (SVC)bull Dinamicamente criados numa base por chamada
Camadas ATM circuitos virtuais 5
copy 2005 by Pearson Education 5 - 70
bull Vantagens do uso de circuitos virtuais no ATMbull Iacutendices de QoS garantidos para conexotildees mapeadas em circuitos
virtuais (banda passante atraso variacircncia de atraso)
bull Problemas no uso de circuitos virtuaisbull O suporte de traacutefego datagrama eacute ineficientebull Um PVC entre cada par origemdestino natildeo tem boa escalabilidade
(N2 conexotildees satildeo necessaacuterias) bull SVC introduz latecircncia de estabelecimento de conexatildeo e atrasos de
processamento para conexotildees de curta duraccedilatildeo
ATM VCs
5
copy 2005 by Pearson Education 5 - 71
bull Cabeccedilalho da ceacutelula ATM com 5 bytesbull Carga uacutetil com 48-bytes
bull Por quecirc carga uacutetil pequena -gt pequeno atraso de criaccedilatildeo de ceacutelula para voz digitalizada
bull Meio do caminho entre 32 e 64 (compromisso)
cabeccedilalhoda ceacutelula
formato daceacutelula
3o bit no campo PTvalor 1 indica uacuteltima ceacutelula (AAL-indicate bit)
Camada ATM ceacutelula ATM 5
copy 2005 by Pearson Education 5 - 72
bull VCI identificador de canal virtualbull Pode mudar de enlace para enlace atraveacutes da rede
bull PT tipo de carga uacutetil (ex ceacutelula RM versus ceacutelula de dados) bull CLP bit de prioridade de perda de ceacutelula
bull CLP = 1 implica ceacutelula de baixa prioridade pode ser descartada em caso de congestatildeo
bull HEC verificaccedilatildeo de erros no cabeccedilalhobull Verificaccedilatildeo ciacuteclica de erros
Cabeccedilalho da ceacutelula ATM
5
copy 2005 by Pearson Education 5 - 73
A camada fiacutesica se compotildee de duas partes (subcamadas )bull Subcamada de convergecircncia de transmissatildeo (TCS) adapta a camada ATM
acima agrave subcamada fiacutesica abaixo (PMD)bull Subcamada dependente do meio depende do tipo de meio fiacutesico que estaacute
sendo empregado
Funccedilotildees da TCS bull Geraccedilatildeo do checksum do cabeccedilalho 8 bits CRC bull Delineamento de ceacutelulabull Com uma subcamada PMD natildeo estruturada transmite ceacutelulas vazias (ldquoidle cellsrdquo) quando natildeo haacute ceacutelulas de dados a enviar
Camada fiacutesica ATM 5
copy 2005 by Pearson Education 5 - 74
Subcamada dependente do meio fiacutesico (PMD)bull SONETSDH estrutura de transmissatildeo de quadros (como um container
carregando bits) bull Sincronizaccedilatildeo de bits bull Particcedilotildees da banda passante (TDM) bull Vaacuterias velocidades OC1 = 5184 Mbps OC3 = 15552 Mbps OC12 = 62208 Mbps
bull T1T3 estrutura de transmissatildeo de quadros (velha hierarquia de telefonia 15 Mbps45 Mbps No Brasil usa-se a hierarquia europeacuteia E1E3 2 34 Mbps
bull Natildeo estruturada apenas ceacutelulas (ocupadasvazias)
Camada fiacutesica ATM
5
copy 2005 by Pearson Education 5 - 75
Apenas IP claacutessicobull 3 ldquoredesrdquo (ex segmentos de
LAN)bull Endereccedilos MAC (8023) e IP
IP sobre ATM bull Substitui ldquorederdquo (ex segmento
de LAN) com a rede ATM bull Endereccedilos ATM endereccedilos IP
redeATM
EthernetLANs
EthernetLANs
IP-sobre-ATM 5
copy 2005 by Pearson Education 5 - 76
bull No endereccedilo de origembull Camada IP encontra um mapeamento entre o endereccedilo IP e o endereccedilo
de destino ATM (usando ARP)bull Passa o datagrama para a camada de adaptaccedilatildeo AAL5bull AAL5 encapsula os dados segmenta em ceacutelulas e passa para a camada ATM
bull Rede ATM move a ceacutelula para o destino de acordo com o seu VC (circuito virtual)
bull No hospedeiro de destinobull AAL5 remonta o datagrama original a partir das ceacutelulas recebidas bull Se o CRC OK datagrama eacute passado ao IP
Viagem de um datagrama numa rede IP-sobre-ATM
5
copy 2005 by Pearson Education 5 - 77
Questotildeesbull Datagramas IP em ATM AAL5 PDUsbull Dos endereccedilos IP aos endereccedilos ATM
bull Da mesma forma que de endereccedilos IP para endereccedilos MAC 8023
redeATM
EthernetLANs
IP-sobre-ATM 5
copy 2005 by Pearson Education 5 - 78
bull Objetivo inicial aumentar a velocidade de encaminhamento IP usando labels de tamanho fixo (em vez de endereccedilo IP)bull Mesma ideacuteia do meacutetodo de circuito virtual (VC)bull Mas o datagrama IP ainda manteacutem o endereccedilo IP
Multiprotocol label switching (MPLS)
5
copy 2005 by Pearson Education 5 - 79
bull Roteador faz a funccedilatildeo de comutador de roacutetulobull Pacotes encaminhados para interface de saiacuteda com base apenas no valor do
roacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP)bull Tabela de encaminhamento MPLS distinta das tabelas de encaminhamento IP
bull Protocolo de sinalizaccedilatildeo necessaacuterio para estabelecer o encaminhamentobull RSVP-TEbull Encaminhamento eacute possiacutevel por caminhos que o IP sozinho natildeo pode usar (ex roteamento de especificado pela origem)bull Use MPLS para engenharia de traacutefego
bull Deve coexistir com roteadores unicamente IP
Roteadores MPLS 5
copy 2005 by Pearson Education 5 - 80
Tabelas de encaminhamento MPLS
5
copy 2005 by Pearson Education 5 - 81
bull Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlacebull Detecccedilatildeo de erros correccedilatildeobull Compartilhando um canal broadcast acesso muacuteltiplobull Endereccedilamento da camada de enlace
bull Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de vaacuterias tecnologias da camada de enlacebull Ethernetbull LANS comutadasbull PPPbull Redes virtualizadas como uma camada de enlace ATM MPLS
Resumo
5
copy 2005 by Pearson Education 5 - 45
bull Um switch possui uma tabela de switchbull Entrada na tabela do switch
bull (endereccedilo MAC interface marca de tempo)bull Entradas expiradas na tabela satildeo decartadas (TTL pode ser 60 min)
bull Switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de suas interfacesbull Quando recebe um quadro o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento da LAN que chegabull Registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela
Self learning (auto-aprendizado) 5
copy 2005 by Pearson Education 5 - 46
bull Ambos satildeo dispositivos store-and-forwardbull Roteadores dispositivos de camada de rede (examinam cabeccedilalhos da
camada de rede)bull Switches satildeo dispositivos da camada de enlace
bull Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam algoritmos de roteamento
bull Switches mantecircm tabelas de switch implementam filtragem algoritmos de aprendizagem
Switches vs roteadores
5
copy 2005 by Pearson Education 5 - 47
hubs roteadores switches
isolaccedilatildeo detraacutefego
natildeo sim sim
plug amp play sim natildeo sim
roteamentooacutetimo
natildeo sim natildeo
cutthrough
sim natildeo sim
Resumo comparaccedilatildeo 5
copy 2005 by Pearson Education 5 - 48
A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS
5
copy 2005 by Pearson Education 5 - 49
bull Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace de broadcastbull Sem Media Access Controlbull Natildeo necessita de endereccedilamento MAC expliacutecitobull 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)
Controle de enlace de dados ponto-a-ponto 5
copy 2005 by Pearson Education 5 - 50
bull Enquadramento de pacote encapsulamento do datagrama da camada de rede no quadro da camada de enlace bull Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolo de rede
(natildeo apenas o IP) ao mesmo tempo
bull Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeobull Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo de bit no campo
de dadosbull Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo)bull Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do enlace para a
camada de redebull Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos terminais do
enlace podem aprender e configurar o endereccedilo de rede dos outros
PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]
5
copy 2005 by Pearson Education 5 - 51
bull Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de errosbull Natildeo haacute controle de fluxobull Aceita entregas fora de ordembull Natildeo haacute necessidade de suportar enlaces multiponto (ex polling)
Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeo dosdados satildeo todos relegados para as camadas mais altas
PPP natildeo requisitos 5
copy 2005 by Pearson Education 5 - 52
bull Flag delimitador (enquadramento)bull Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura)bull Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacuteltiplos campos de controlebull Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o conteuacutedo do quadro
deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)
PPP formato do quadro
5
copy 2005 by Pearson Education 5 - 53
bull info dados da camada superior sendo transportadosbull CRC verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de erros
PPP formato dos dados 5
copy 2005 by Pearson Education 5 - 54
bull Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de dados deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt01111110gtbull P Se for recebido o padratildeo lt01111110gt satildeo dados ou eacute flag
bull Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte extra com o padratildeo lt 01111101gt (escape) antes de cada byte com o padratildeo de flag lt 01111110gt nos dados
bull Receptor bull Um byte 01111101 seguido de 01111110 em seguida descarta o primeiro e continua a recepccedilatildeo de dadosbull Uacutenico byte 01111110 entatildeo eacute um flag
Byte stuffing
5
copy 2005 by Pearson Education 5 - 55
byte com o padratildeodo flag nos dados a enviar
byte com o padratildeo de escape acrescentado nos dados transmitidos seguido por um byte com padratildeo de flag
Byte stuffing 5
copy 2005 by Pearson Education 5 - 56
Antes de trocar dados da camada de rede os parceiros da camada de enlace devembull A configurar o enlace PPP (tamanho maacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo)bull Aprenderconfigurar as informaccedilotildees da camada de rede
bull Para o IP transportar mensagens do protocolo de controle IP (IPCP) (campo de protocolo 8021) para configuraraprender os endereccedilos IP
PPP protocolo de controle de dados
5
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A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS
5
copy 2005 by Pearson Education 5 - 58
Virtualizaccedilatildeo dos recursos uma poderosa abstraccedilatildeo em engenharia de sistemasbull Exemplos em computaccedilatildeo memoacuteria virtual dispositivos virtuais
bull Maacutequinas virtuais ex javabull IBM VM os dos anos 6070
bull Camada de abstraccedilotildees natildeo se apega a detalhes da camada mais baixa apenas trata com as camadas mais baixas abstratamente
Virtualizaccedilatildeo das redes
5
copy 2005 by Pearson Education 5 - 59
1974 muacuteltiplas redes desconectadasbull ARPAnetbull redes de dados-sobre-cabobull rede de pacote por sateacutelite (Aloha)bull rede de pacotes por raacutedio
hellip diferentes embull convenccedilotildees de endereccedilamentobull formatos do pacotebull recuperaccedilatildeo de errosbull roteamento
Internet virtualizaccedilatildeo das redes 5
copy 2005 by Pearson Education 5 - 60
Camada de rede da Internet (IP) bull Endereccedilamento internetwork
aparece como uma entidade uacutenica e uniforme escondendo a heterogeneidade das redes locais
bull Rede de redes
Gateway bullldquoembute pacotes da Internet no
formato de um pacote local ou os extrairdquo
bull Rota (no niacutevel de internetwork) para o proacuteximo gateway
Internet virtualizaccedilatildeo das redes
5
copy 2005 by Pearson Education 5 - 61
O que eacute virtualizadobull Duas camadas de endereccedilamento Internet e rede localbull Nova camada (IP) torna tudo homogecircneo na camada da Internetbull Tecnologia da rede local em questatildeo
bull Cabobull Sateacutelitebull Modem telefocircnico de 56 Kbull Hoje ATM MPLS
bull hellip ldquoinvisiacutevelrdquo na camada da Internet Parece com uma tecnologia de camada de enlace para o IP
Arquitetura da Internet de Cerf amp Kahn 5
copy 2005 by Pearson Education 5 - 62
bull ATM MPLS redes separadas em seus proacuteprios direitosbull Modelos de serviccedilo endereccedilamento roteamento diferentes da Internet
bull Vistos pela Internet como um enlace loacutegico conectando roteadores IPbull Assim como o dialup link eacute realmente parte de uma rede separada
(rede telefocircnica)
bull ATM MPLS de interesse teacutecnico em seu proacuteprio direito
ATM e MPLS
5
copy 2005 by Pearson Education 5 - 63
bull Padratildeo dos anos 8090 para altas taxas de transmissatildeo (155 Mbps a 622 Mbps e mais altas) arquitetura de Broadband Integrated Service Digital Network (B-ISDN)
bull Objetivo transporte integrado de voz dados e imagens com foco nas redes puacuteblicas de comunicaccedilatildeo
bull Deve atender aos requisitos de tempoQoS para aplicaccedilotildees de voz e de viacutedeo (versus o serviccedilo de melhor esforccedilo da Internet)bull Telefonia de ldquoproacutexima geraccedilatildeordquo fundamentos teacutecnicos no mundo da telefoniabull Comutaccedilatildeo de pacotes (pacotes de tamanho fixo chamados ldquoceacutelulasrdquo) usando circuitos virtuais
Modo de transferecircncia assiacutencrono ATM 5
copy 2005 by Pearson Education 5 - 64
bull Camada de adaptaccedilatildeo apenas na borda de uma rede ATMbull Segmentaccedilatildeo e remontagem dos dados bull Grosseiramente anaacuteloga agrave camada de transporte da Internet
bull Camada ATM camada de ldquorederdquobull Comutaccedilatildeo de ceacutelulas roteamento
bull Camada fiacutesica
Sistema final Sistema finalSwitch ATM Switch ATM
Arquitetura ATM
5
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Visatildeo transporte fim-a-fim ldquoATM de computador a computadorrdquobull ATM eacute uma tecnologia de redeRealidade usada para conectar roteadores IP de backbone bullldquoIP sobre ATMrdquobull ATM como uma camada de enlace comutada conectando roteadores IP
ATM camada de rede ou de enlace 5
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bull Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL) ldquoadaptardquo camadas superiores (aplicaccedilotildees IP ou nativas ATM) para a camada ATM abaixo
bull AAL presente apenas nos sistemas finais natildeo nos comutadores ATM (ldquoswitchesrdquo)
bull O segmento da camada AAL (campo de cabeccedilalhotrailer e de dados) satildeo fragmentados em muacuteltiplas ceacutelulas ATM bull Analogia segmento TCP em muitos pacotes IP
Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL)
Sistema final Sistema finalSwitch ATM Switch ATM
5
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Diferentes versotildees da camada AAL dependendo da classe de serviccedilo ATMbull AAL1 para serviccedilo CBR (taxa de bit constante) ex emulaccedilatildeo de circuitosbull AAL2 para serviccedilos VBR (taxa de bit variaacutevel) ex viacutedeo MPEG bull AAL5 para dados (ex datagramas IP)
AAL PDU
ceacutelula ATM
Dados de usuaacuterio
subcamadade convergecircncia
subcamadaSAR
Ceacutelula ATM
Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL) 5
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Serviccedilo transporte de ceacutelulas atraveacutes da rede ATM bull Anaacuteloga agrave camada de rede IPbull Serviccedilos muito diferentes da camada de rede IP
Arquiteturade rede
Internet
ATM
ATM
ATM
ATM
Modelo de serviccedilo
melhoresforccediloCBR
VBR
ABR
UBR
Banda
natildeo
taxaconstantetaxagarantidamiacutenimogarantidonatildeo
Perda
natildeo
sim
sim
natildeo
natildeo
Ordem
natildeo
sim
sim
sim
sim
Tempo
natildeo
sim
sim
natildeo
natildeo
Aviso decongestatildeo
natildeo (inferidopelas perdas)natildeo haacutecongestatildeonatildeo haacutecongestatildeosim
natildeo
Garantias
Camada ATM
5
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bull Transporte em VC ceacutelulas satildeo transportadas sobre VC da fonte ao destinobull Estabelecimento de conexatildeo necessaacuterio para cada chamada antes que o fluxo de dados possa ser iniciadobull Cada pacote transporta um identificador de VC (natildeo transporta o endereccedilo
do destino)bull Cada comutador com caminho entre a fonte e o destino manteacutem o ldquoestadordquo
para cada conexatildeo passantebull Recursos do enlace e do comutador (banda passante buffers) podem ser
alocados por VC para obter um comportamento semelhante a um circuito fiacutesico
bull VCs permanentes (PVCs)bull Conexotildees de longa duraccedilatildeo bull Tipicamente rota ldquopermanenterdquo entre roteadores IP
bull VCs comutados (SVC)bull Dinamicamente criados numa base por chamada
Camadas ATM circuitos virtuais 5
copy 2005 by Pearson Education 5 - 70
bull Vantagens do uso de circuitos virtuais no ATMbull Iacutendices de QoS garantidos para conexotildees mapeadas em circuitos
virtuais (banda passante atraso variacircncia de atraso)
bull Problemas no uso de circuitos virtuaisbull O suporte de traacutefego datagrama eacute ineficientebull Um PVC entre cada par origemdestino natildeo tem boa escalabilidade
(N2 conexotildees satildeo necessaacuterias) bull SVC introduz latecircncia de estabelecimento de conexatildeo e atrasos de
processamento para conexotildees de curta duraccedilatildeo
ATM VCs
5
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bull Cabeccedilalho da ceacutelula ATM com 5 bytesbull Carga uacutetil com 48-bytes
bull Por quecirc carga uacutetil pequena -gt pequeno atraso de criaccedilatildeo de ceacutelula para voz digitalizada
bull Meio do caminho entre 32 e 64 (compromisso)
cabeccedilalhoda ceacutelula
formato daceacutelula
3o bit no campo PTvalor 1 indica uacuteltima ceacutelula (AAL-indicate bit)
Camada ATM ceacutelula ATM 5
copy 2005 by Pearson Education 5 - 72
bull VCI identificador de canal virtualbull Pode mudar de enlace para enlace atraveacutes da rede
bull PT tipo de carga uacutetil (ex ceacutelula RM versus ceacutelula de dados) bull CLP bit de prioridade de perda de ceacutelula
bull CLP = 1 implica ceacutelula de baixa prioridade pode ser descartada em caso de congestatildeo
bull HEC verificaccedilatildeo de erros no cabeccedilalhobull Verificaccedilatildeo ciacuteclica de erros
Cabeccedilalho da ceacutelula ATM
5
copy 2005 by Pearson Education 5 - 73
A camada fiacutesica se compotildee de duas partes (subcamadas )bull Subcamada de convergecircncia de transmissatildeo (TCS) adapta a camada ATM
acima agrave subcamada fiacutesica abaixo (PMD)bull Subcamada dependente do meio depende do tipo de meio fiacutesico que estaacute
sendo empregado
Funccedilotildees da TCS bull Geraccedilatildeo do checksum do cabeccedilalho 8 bits CRC bull Delineamento de ceacutelulabull Com uma subcamada PMD natildeo estruturada transmite ceacutelulas vazias (ldquoidle cellsrdquo) quando natildeo haacute ceacutelulas de dados a enviar
Camada fiacutesica ATM 5
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Subcamada dependente do meio fiacutesico (PMD)bull SONETSDH estrutura de transmissatildeo de quadros (como um container
carregando bits) bull Sincronizaccedilatildeo de bits bull Particcedilotildees da banda passante (TDM) bull Vaacuterias velocidades OC1 = 5184 Mbps OC3 = 15552 Mbps OC12 = 62208 Mbps
bull T1T3 estrutura de transmissatildeo de quadros (velha hierarquia de telefonia 15 Mbps45 Mbps No Brasil usa-se a hierarquia europeacuteia E1E3 2 34 Mbps
bull Natildeo estruturada apenas ceacutelulas (ocupadasvazias)
Camada fiacutesica ATM
5
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Apenas IP claacutessicobull 3 ldquoredesrdquo (ex segmentos de
LAN)bull Endereccedilos MAC (8023) e IP
IP sobre ATM bull Substitui ldquorederdquo (ex segmento
de LAN) com a rede ATM bull Endereccedilos ATM endereccedilos IP
redeATM
EthernetLANs
EthernetLANs
IP-sobre-ATM 5
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bull No endereccedilo de origembull Camada IP encontra um mapeamento entre o endereccedilo IP e o endereccedilo
de destino ATM (usando ARP)bull Passa o datagrama para a camada de adaptaccedilatildeo AAL5bull AAL5 encapsula os dados segmenta em ceacutelulas e passa para a camada ATM
bull Rede ATM move a ceacutelula para o destino de acordo com o seu VC (circuito virtual)
bull No hospedeiro de destinobull AAL5 remonta o datagrama original a partir das ceacutelulas recebidas bull Se o CRC OK datagrama eacute passado ao IP
Viagem de um datagrama numa rede IP-sobre-ATM
5
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Questotildeesbull Datagramas IP em ATM AAL5 PDUsbull Dos endereccedilos IP aos endereccedilos ATM
bull Da mesma forma que de endereccedilos IP para endereccedilos MAC 8023
redeATM
EthernetLANs
IP-sobre-ATM 5
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bull Objetivo inicial aumentar a velocidade de encaminhamento IP usando labels de tamanho fixo (em vez de endereccedilo IP)bull Mesma ideacuteia do meacutetodo de circuito virtual (VC)bull Mas o datagrama IP ainda manteacutem o endereccedilo IP
Multiprotocol label switching (MPLS)
5
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bull Roteador faz a funccedilatildeo de comutador de roacutetulobull Pacotes encaminhados para interface de saiacuteda com base apenas no valor do
roacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP)bull Tabela de encaminhamento MPLS distinta das tabelas de encaminhamento IP
bull Protocolo de sinalizaccedilatildeo necessaacuterio para estabelecer o encaminhamentobull RSVP-TEbull Encaminhamento eacute possiacutevel por caminhos que o IP sozinho natildeo pode usar (ex roteamento de especificado pela origem)bull Use MPLS para engenharia de traacutefego
bull Deve coexistir com roteadores unicamente IP
Roteadores MPLS 5
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Tabelas de encaminhamento MPLS
5
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bull Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlacebull Detecccedilatildeo de erros correccedilatildeobull Compartilhando um canal broadcast acesso muacuteltiplobull Endereccedilamento da camada de enlace
bull Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de vaacuterias tecnologias da camada de enlacebull Ethernetbull LANS comutadasbull PPPbull Redes virtualizadas como uma camada de enlace ATM MPLS
Resumo
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bull Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace de broadcastbull Sem Media Access Controlbull Natildeo necessita de endereccedilamento MAC expliacutecitobull 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)
Controle de enlace de dados ponto-a-ponto 5
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bull Enquadramento de pacote encapsulamento do datagrama da camada de rede no quadro da camada de enlace bull Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolo de rede
(natildeo apenas o IP) ao mesmo tempo
bull Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeobull Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo de bit no campo
de dadosbull Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo)bull Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do enlace para a
camada de redebull Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos terminais do
enlace podem aprender e configurar o endereccedilo de rede dos outros
PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]
5
copy 2005 by Pearson Education 5 - 51
bull Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de errosbull Natildeo haacute controle de fluxobull Aceita entregas fora de ordembull Natildeo haacute necessidade de suportar enlaces multiponto (ex polling)
Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeo dosdados satildeo todos relegados para as camadas mais altas
PPP natildeo requisitos 5
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bull Flag delimitador (enquadramento)bull Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura)bull Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacuteltiplos campos de controlebull Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o conteuacutedo do quadro
deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)
PPP formato do quadro
5
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bull info dados da camada superior sendo transportadosbull CRC verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de erros
PPP formato dos dados 5
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bull Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de dados deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt01111110gtbull P Se for recebido o padratildeo lt01111110gt satildeo dados ou eacute flag
bull Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte extra com o padratildeo lt 01111101gt (escape) antes de cada byte com o padratildeo de flag lt 01111110gt nos dados
bull Receptor bull Um byte 01111101 seguido de 01111110 em seguida descarta o primeiro e continua a recepccedilatildeo de dadosbull Uacutenico byte 01111110 entatildeo eacute um flag
Byte stuffing
5
copy 2005 by Pearson Education 5 - 55
byte com o padratildeodo flag nos dados a enviar
byte com o padratildeo de escape acrescentado nos dados transmitidos seguido por um byte com padratildeo de flag
Byte stuffing 5
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Antes de trocar dados da camada de rede os parceiros da camada de enlace devembull A configurar o enlace PPP (tamanho maacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo)bull Aprenderconfigurar as informaccedilotildees da camada de rede
bull Para o IP transportar mensagens do protocolo de controle IP (IPCP) (campo de protocolo 8021) para configuraraprender os endereccedilos IP
PPP protocolo de controle de dados
5
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A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS
5
copy 2005 by Pearson Education 5 - 58
Virtualizaccedilatildeo dos recursos uma poderosa abstraccedilatildeo em engenharia de sistemasbull Exemplos em computaccedilatildeo memoacuteria virtual dispositivos virtuais
bull Maacutequinas virtuais ex javabull IBM VM os dos anos 6070
bull Camada de abstraccedilotildees natildeo se apega a detalhes da camada mais baixa apenas trata com as camadas mais baixas abstratamente
Virtualizaccedilatildeo das redes
5
copy 2005 by Pearson Education 5 - 59
1974 muacuteltiplas redes desconectadasbull ARPAnetbull redes de dados-sobre-cabobull rede de pacote por sateacutelite (Aloha)bull rede de pacotes por raacutedio
hellip diferentes embull convenccedilotildees de endereccedilamentobull formatos do pacotebull recuperaccedilatildeo de errosbull roteamento
Internet virtualizaccedilatildeo das redes 5
copy 2005 by Pearson Education 5 - 60
Camada de rede da Internet (IP) bull Endereccedilamento internetwork
aparece como uma entidade uacutenica e uniforme escondendo a heterogeneidade das redes locais
bull Rede de redes
Gateway bullldquoembute pacotes da Internet no
formato de um pacote local ou os extrairdquo
bull Rota (no niacutevel de internetwork) para o proacuteximo gateway
Internet virtualizaccedilatildeo das redes
5
copy 2005 by Pearson Education 5 - 61
O que eacute virtualizadobull Duas camadas de endereccedilamento Internet e rede localbull Nova camada (IP) torna tudo homogecircneo na camada da Internetbull Tecnologia da rede local em questatildeo
bull Cabobull Sateacutelitebull Modem telefocircnico de 56 Kbull Hoje ATM MPLS
bull hellip ldquoinvisiacutevelrdquo na camada da Internet Parece com uma tecnologia de camada de enlace para o IP
Arquitetura da Internet de Cerf amp Kahn 5
copy 2005 by Pearson Education 5 - 62
bull ATM MPLS redes separadas em seus proacuteprios direitosbull Modelos de serviccedilo endereccedilamento roteamento diferentes da Internet
bull Vistos pela Internet como um enlace loacutegico conectando roteadores IPbull Assim como o dialup link eacute realmente parte de uma rede separada
(rede telefocircnica)
bull ATM MPLS de interesse teacutecnico em seu proacuteprio direito
ATM e MPLS
5
copy 2005 by Pearson Education 5 - 63
bull Padratildeo dos anos 8090 para altas taxas de transmissatildeo (155 Mbps a 622 Mbps e mais altas) arquitetura de Broadband Integrated Service Digital Network (B-ISDN)
bull Objetivo transporte integrado de voz dados e imagens com foco nas redes puacuteblicas de comunicaccedilatildeo
bull Deve atender aos requisitos de tempoQoS para aplicaccedilotildees de voz e de viacutedeo (versus o serviccedilo de melhor esforccedilo da Internet)bull Telefonia de ldquoproacutexima geraccedilatildeordquo fundamentos teacutecnicos no mundo da telefoniabull Comutaccedilatildeo de pacotes (pacotes de tamanho fixo chamados ldquoceacutelulasrdquo) usando circuitos virtuais
Modo de transferecircncia assiacutencrono ATM 5
copy 2005 by Pearson Education 5 - 64
bull Camada de adaptaccedilatildeo apenas na borda de uma rede ATMbull Segmentaccedilatildeo e remontagem dos dados bull Grosseiramente anaacuteloga agrave camada de transporte da Internet
bull Camada ATM camada de ldquorederdquobull Comutaccedilatildeo de ceacutelulas roteamento
bull Camada fiacutesica
Sistema final Sistema finalSwitch ATM Switch ATM
Arquitetura ATM
5
copy 2005 by Pearson Education 5 - 65
Visatildeo transporte fim-a-fim ldquoATM de computador a computadorrdquobull ATM eacute uma tecnologia de redeRealidade usada para conectar roteadores IP de backbone bullldquoIP sobre ATMrdquobull ATM como uma camada de enlace comutada conectando roteadores IP
ATM camada de rede ou de enlace 5
copy 2005 by Pearson Education 5 - 66
bull Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL) ldquoadaptardquo camadas superiores (aplicaccedilotildees IP ou nativas ATM) para a camada ATM abaixo
bull AAL presente apenas nos sistemas finais natildeo nos comutadores ATM (ldquoswitchesrdquo)
bull O segmento da camada AAL (campo de cabeccedilalhotrailer e de dados) satildeo fragmentados em muacuteltiplas ceacutelulas ATM bull Analogia segmento TCP em muitos pacotes IP
Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL)
Sistema final Sistema finalSwitch ATM Switch ATM
5
copy 2005 by Pearson Education 5 - 67
Diferentes versotildees da camada AAL dependendo da classe de serviccedilo ATMbull AAL1 para serviccedilo CBR (taxa de bit constante) ex emulaccedilatildeo de circuitosbull AAL2 para serviccedilos VBR (taxa de bit variaacutevel) ex viacutedeo MPEG bull AAL5 para dados (ex datagramas IP)
AAL PDU
ceacutelula ATM
Dados de usuaacuterio
subcamadade convergecircncia
subcamadaSAR
Ceacutelula ATM
Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL) 5
copy 2005 by Pearson Education 5 - 68
Serviccedilo transporte de ceacutelulas atraveacutes da rede ATM bull Anaacuteloga agrave camada de rede IPbull Serviccedilos muito diferentes da camada de rede IP
Arquiteturade rede
Internet
ATM
ATM
ATM
ATM
Modelo de serviccedilo
melhoresforccediloCBR
VBR
ABR
UBR
Banda
natildeo
taxaconstantetaxagarantidamiacutenimogarantidonatildeo
Perda
natildeo
sim
sim
natildeo
natildeo
Ordem
natildeo
sim
sim
sim
sim
Tempo
natildeo
sim
sim
natildeo
natildeo
Aviso decongestatildeo
natildeo (inferidopelas perdas)natildeo haacutecongestatildeonatildeo haacutecongestatildeosim
natildeo
Garantias
Camada ATM
5
copy 2005 by Pearson Education 5 - 69
bull Transporte em VC ceacutelulas satildeo transportadas sobre VC da fonte ao destinobull Estabelecimento de conexatildeo necessaacuterio para cada chamada antes que o fluxo de dados possa ser iniciadobull Cada pacote transporta um identificador de VC (natildeo transporta o endereccedilo
do destino)bull Cada comutador com caminho entre a fonte e o destino manteacutem o ldquoestadordquo
para cada conexatildeo passantebull Recursos do enlace e do comutador (banda passante buffers) podem ser
alocados por VC para obter um comportamento semelhante a um circuito fiacutesico
bull VCs permanentes (PVCs)bull Conexotildees de longa duraccedilatildeo bull Tipicamente rota ldquopermanenterdquo entre roteadores IP
bull VCs comutados (SVC)bull Dinamicamente criados numa base por chamada
Camadas ATM circuitos virtuais 5
copy 2005 by Pearson Education 5 - 70
bull Vantagens do uso de circuitos virtuais no ATMbull Iacutendices de QoS garantidos para conexotildees mapeadas em circuitos
virtuais (banda passante atraso variacircncia de atraso)
bull Problemas no uso de circuitos virtuaisbull O suporte de traacutefego datagrama eacute ineficientebull Um PVC entre cada par origemdestino natildeo tem boa escalabilidade
(N2 conexotildees satildeo necessaacuterias) bull SVC introduz latecircncia de estabelecimento de conexatildeo e atrasos de
processamento para conexotildees de curta duraccedilatildeo
ATM VCs
5
copy 2005 by Pearson Education 5 - 71
bull Cabeccedilalho da ceacutelula ATM com 5 bytesbull Carga uacutetil com 48-bytes
bull Por quecirc carga uacutetil pequena -gt pequeno atraso de criaccedilatildeo de ceacutelula para voz digitalizada
bull Meio do caminho entre 32 e 64 (compromisso)
cabeccedilalhoda ceacutelula
formato daceacutelula
3o bit no campo PTvalor 1 indica uacuteltima ceacutelula (AAL-indicate bit)
Camada ATM ceacutelula ATM 5
copy 2005 by Pearson Education 5 - 72
bull VCI identificador de canal virtualbull Pode mudar de enlace para enlace atraveacutes da rede
bull PT tipo de carga uacutetil (ex ceacutelula RM versus ceacutelula de dados) bull CLP bit de prioridade de perda de ceacutelula
bull CLP = 1 implica ceacutelula de baixa prioridade pode ser descartada em caso de congestatildeo
bull HEC verificaccedilatildeo de erros no cabeccedilalhobull Verificaccedilatildeo ciacuteclica de erros
Cabeccedilalho da ceacutelula ATM
5
copy 2005 by Pearson Education 5 - 73
A camada fiacutesica se compotildee de duas partes (subcamadas )bull Subcamada de convergecircncia de transmissatildeo (TCS) adapta a camada ATM
acima agrave subcamada fiacutesica abaixo (PMD)bull Subcamada dependente do meio depende do tipo de meio fiacutesico que estaacute
sendo empregado
Funccedilotildees da TCS bull Geraccedilatildeo do checksum do cabeccedilalho 8 bits CRC bull Delineamento de ceacutelulabull Com uma subcamada PMD natildeo estruturada transmite ceacutelulas vazias (ldquoidle cellsrdquo) quando natildeo haacute ceacutelulas de dados a enviar
Camada fiacutesica ATM 5
copy 2005 by Pearson Education 5 - 74
Subcamada dependente do meio fiacutesico (PMD)bull SONETSDH estrutura de transmissatildeo de quadros (como um container
carregando bits) bull Sincronizaccedilatildeo de bits bull Particcedilotildees da banda passante (TDM) bull Vaacuterias velocidades OC1 = 5184 Mbps OC3 = 15552 Mbps OC12 = 62208 Mbps
bull T1T3 estrutura de transmissatildeo de quadros (velha hierarquia de telefonia 15 Mbps45 Mbps No Brasil usa-se a hierarquia europeacuteia E1E3 2 34 Mbps
bull Natildeo estruturada apenas ceacutelulas (ocupadasvazias)
Camada fiacutesica ATM
5
copy 2005 by Pearson Education 5 - 75
Apenas IP claacutessicobull 3 ldquoredesrdquo (ex segmentos de
LAN)bull Endereccedilos MAC (8023) e IP
IP sobre ATM bull Substitui ldquorederdquo (ex segmento
de LAN) com a rede ATM bull Endereccedilos ATM endereccedilos IP
redeATM
EthernetLANs
EthernetLANs
IP-sobre-ATM 5
copy 2005 by Pearson Education 5 - 76
bull No endereccedilo de origembull Camada IP encontra um mapeamento entre o endereccedilo IP e o endereccedilo
de destino ATM (usando ARP)bull Passa o datagrama para a camada de adaptaccedilatildeo AAL5bull AAL5 encapsula os dados segmenta em ceacutelulas e passa para a camada ATM
bull Rede ATM move a ceacutelula para o destino de acordo com o seu VC (circuito virtual)
bull No hospedeiro de destinobull AAL5 remonta o datagrama original a partir das ceacutelulas recebidas bull Se o CRC OK datagrama eacute passado ao IP
Viagem de um datagrama numa rede IP-sobre-ATM
5
copy 2005 by Pearson Education 5 - 77
Questotildeesbull Datagramas IP em ATM AAL5 PDUsbull Dos endereccedilos IP aos endereccedilos ATM
bull Da mesma forma que de endereccedilos IP para endereccedilos MAC 8023
redeATM
EthernetLANs
IP-sobre-ATM 5
copy 2005 by Pearson Education 5 - 78
bull Objetivo inicial aumentar a velocidade de encaminhamento IP usando labels de tamanho fixo (em vez de endereccedilo IP)bull Mesma ideacuteia do meacutetodo de circuito virtual (VC)bull Mas o datagrama IP ainda manteacutem o endereccedilo IP
Multiprotocol label switching (MPLS)
5
copy 2005 by Pearson Education 5 - 79
bull Roteador faz a funccedilatildeo de comutador de roacutetulobull Pacotes encaminhados para interface de saiacuteda com base apenas no valor do
roacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP)bull Tabela de encaminhamento MPLS distinta das tabelas de encaminhamento IP
bull Protocolo de sinalizaccedilatildeo necessaacuterio para estabelecer o encaminhamentobull RSVP-TEbull Encaminhamento eacute possiacutevel por caminhos que o IP sozinho natildeo pode usar (ex roteamento de especificado pela origem)bull Use MPLS para engenharia de traacutefego
bull Deve coexistir com roteadores unicamente IP
Roteadores MPLS 5
copy 2005 by Pearson Education 5 - 80
Tabelas de encaminhamento MPLS
5
copy 2005 by Pearson Education 5 - 81
bull Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlacebull Detecccedilatildeo de erros correccedilatildeobull Compartilhando um canal broadcast acesso muacuteltiplobull Endereccedilamento da camada de enlace
bull Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de vaacuterias tecnologias da camada de enlacebull Ethernetbull LANS comutadasbull PPPbull Redes virtualizadas como uma camada de enlace ATM MPLS
Resumo
5
copy 2005 by Pearson Education 5 - 53
bull info dados da camada superior sendo transportadosbull CRC verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de erros
PPP formato dos dados 5
copy 2005 by Pearson Education 5 - 54
bull Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de dados deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt01111110gtbull P Se for recebido o padratildeo lt01111110gt satildeo dados ou eacute flag
bull Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte extra com o padratildeo lt 01111101gt (escape) antes de cada byte com o padratildeo de flag lt 01111110gt nos dados
bull Receptor bull Um byte 01111101 seguido de 01111110 em seguida descarta o primeiro e continua a recepccedilatildeo de dadosbull Uacutenico byte 01111110 entatildeo eacute um flag
Byte stuffing
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byte com o padratildeodo flag nos dados a enviar
byte com o padratildeo de escape acrescentado nos dados transmitidos seguido por um byte com padratildeo de flag
Byte stuffing 5
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Antes de trocar dados da camada de rede os parceiros da camada de enlace devembull A configurar o enlace PPP (tamanho maacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo)bull Aprenderconfigurar as informaccedilotildees da camada de rede
bull Para o IP transportar mensagens do protocolo de controle IP (IPCP) (campo de protocolo 8021) para configuraraprender os endereccedilos IP
PPP protocolo de controle de dados
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A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS
5
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Virtualizaccedilatildeo dos recursos uma poderosa abstraccedilatildeo em engenharia de sistemasbull Exemplos em computaccedilatildeo memoacuteria virtual dispositivos virtuais
bull Maacutequinas virtuais ex javabull IBM VM os dos anos 6070
bull Camada de abstraccedilotildees natildeo se apega a detalhes da camada mais baixa apenas trata com as camadas mais baixas abstratamente
Virtualizaccedilatildeo das redes
5
copy 2005 by Pearson Education 5 - 59
1974 muacuteltiplas redes desconectadasbull ARPAnetbull redes de dados-sobre-cabobull rede de pacote por sateacutelite (Aloha)bull rede de pacotes por raacutedio
hellip diferentes embull convenccedilotildees de endereccedilamentobull formatos do pacotebull recuperaccedilatildeo de errosbull roteamento
Internet virtualizaccedilatildeo das redes 5
copy 2005 by Pearson Education 5 - 60
Camada de rede da Internet (IP) bull Endereccedilamento internetwork
aparece como uma entidade uacutenica e uniforme escondendo a heterogeneidade das redes locais
bull Rede de redes
Gateway bullldquoembute pacotes da Internet no
formato de um pacote local ou os extrairdquo
bull Rota (no niacutevel de internetwork) para o proacuteximo gateway
Internet virtualizaccedilatildeo das redes
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copy 2005 by Pearson Education 5 - 61
O que eacute virtualizadobull Duas camadas de endereccedilamento Internet e rede localbull Nova camada (IP) torna tudo homogecircneo na camada da Internetbull Tecnologia da rede local em questatildeo
bull Cabobull Sateacutelitebull Modem telefocircnico de 56 Kbull Hoje ATM MPLS
bull hellip ldquoinvisiacutevelrdquo na camada da Internet Parece com uma tecnologia de camada de enlace para o IP
Arquitetura da Internet de Cerf amp Kahn 5
copy 2005 by Pearson Education 5 - 62
bull ATM MPLS redes separadas em seus proacuteprios direitosbull Modelos de serviccedilo endereccedilamento roteamento diferentes da Internet
bull Vistos pela Internet como um enlace loacutegico conectando roteadores IPbull Assim como o dialup link eacute realmente parte de uma rede separada
(rede telefocircnica)
bull ATM MPLS de interesse teacutecnico em seu proacuteprio direito
ATM e MPLS
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bull Padratildeo dos anos 8090 para altas taxas de transmissatildeo (155 Mbps a 622 Mbps e mais altas) arquitetura de Broadband Integrated Service Digital Network (B-ISDN)
bull Objetivo transporte integrado de voz dados e imagens com foco nas redes puacuteblicas de comunicaccedilatildeo
bull Deve atender aos requisitos de tempoQoS para aplicaccedilotildees de voz e de viacutedeo (versus o serviccedilo de melhor esforccedilo da Internet)bull Telefonia de ldquoproacutexima geraccedilatildeordquo fundamentos teacutecnicos no mundo da telefoniabull Comutaccedilatildeo de pacotes (pacotes de tamanho fixo chamados ldquoceacutelulasrdquo) usando circuitos virtuais
Modo de transferecircncia assiacutencrono ATM 5
copy 2005 by Pearson Education 5 - 64
bull Camada de adaptaccedilatildeo apenas na borda de uma rede ATMbull Segmentaccedilatildeo e remontagem dos dados bull Grosseiramente anaacuteloga agrave camada de transporte da Internet
bull Camada ATM camada de ldquorederdquobull Comutaccedilatildeo de ceacutelulas roteamento
bull Camada fiacutesica
Sistema final Sistema finalSwitch ATM Switch ATM
Arquitetura ATM
5
copy 2005 by Pearson Education 5 - 65
Visatildeo transporte fim-a-fim ldquoATM de computador a computadorrdquobull ATM eacute uma tecnologia de redeRealidade usada para conectar roteadores IP de backbone bullldquoIP sobre ATMrdquobull ATM como uma camada de enlace comutada conectando roteadores IP
ATM camada de rede ou de enlace 5
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bull Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL) ldquoadaptardquo camadas superiores (aplicaccedilotildees IP ou nativas ATM) para a camada ATM abaixo
bull AAL presente apenas nos sistemas finais natildeo nos comutadores ATM (ldquoswitchesrdquo)
bull O segmento da camada AAL (campo de cabeccedilalhotrailer e de dados) satildeo fragmentados em muacuteltiplas ceacutelulas ATM bull Analogia segmento TCP em muitos pacotes IP
Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL)
Sistema final Sistema finalSwitch ATM Switch ATM
5
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Diferentes versotildees da camada AAL dependendo da classe de serviccedilo ATMbull AAL1 para serviccedilo CBR (taxa de bit constante) ex emulaccedilatildeo de circuitosbull AAL2 para serviccedilos VBR (taxa de bit variaacutevel) ex viacutedeo MPEG bull AAL5 para dados (ex datagramas IP)
AAL PDU
ceacutelula ATM
Dados de usuaacuterio
subcamadade convergecircncia
subcamadaSAR
Ceacutelula ATM
Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL) 5
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Serviccedilo transporte de ceacutelulas atraveacutes da rede ATM bull Anaacuteloga agrave camada de rede IPbull Serviccedilos muito diferentes da camada de rede IP
Arquiteturade rede
Internet
ATM
ATM
ATM
ATM
Modelo de serviccedilo
melhoresforccediloCBR
VBR
ABR
UBR
Banda
natildeo
taxaconstantetaxagarantidamiacutenimogarantidonatildeo
Perda
natildeo
sim
sim
natildeo
natildeo
Ordem
natildeo
sim
sim
sim
sim
Tempo
natildeo
sim
sim
natildeo
natildeo
Aviso decongestatildeo
natildeo (inferidopelas perdas)natildeo haacutecongestatildeonatildeo haacutecongestatildeosim
natildeo
Garantias
Camada ATM
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copy 2005 by Pearson Education 5 - 69
bull Transporte em VC ceacutelulas satildeo transportadas sobre VC da fonte ao destinobull Estabelecimento de conexatildeo necessaacuterio para cada chamada antes que o fluxo de dados possa ser iniciadobull Cada pacote transporta um identificador de VC (natildeo transporta o endereccedilo
do destino)bull Cada comutador com caminho entre a fonte e o destino manteacutem o ldquoestadordquo
para cada conexatildeo passantebull Recursos do enlace e do comutador (banda passante buffers) podem ser
alocados por VC para obter um comportamento semelhante a um circuito fiacutesico
bull VCs permanentes (PVCs)bull Conexotildees de longa duraccedilatildeo bull Tipicamente rota ldquopermanenterdquo entre roteadores IP
bull VCs comutados (SVC)bull Dinamicamente criados numa base por chamada
Camadas ATM circuitos virtuais 5
copy 2005 by Pearson Education 5 - 70
bull Vantagens do uso de circuitos virtuais no ATMbull Iacutendices de QoS garantidos para conexotildees mapeadas em circuitos
virtuais (banda passante atraso variacircncia de atraso)
bull Problemas no uso de circuitos virtuaisbull O suporte de traacutefego datagrama eacute ineficientebull Um PVC entre cada par origemdestino natildeo tem boa escalabilidade
(N2 conexotildees satildeo necessaacuterias) bull SVC introduz latecircncia de estabelecimento de conexatildeo e atrasos de
processamento para conexotildees de curta duraccedilatildeo
ATM VCs
5
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bull Cabeccedilalho da ceacutelula ATM com 5 bytesbull Carga uacutetil com 48-bytes
bull Por quecirc carga uacutetil pequena -gt pequeno atraso de criaccedilatildeo de ceacutelula para voz digitalizada
bull Meio do caminho entre 32 e 64 (compromisso)
cabeccedilalhoda ceacutelula
formato daceacutelula
3o bit no campo PTvalor 1 indica uacuteltima ceacutelula (AAL-indicate bit)
Camada ATM ceacutelula ATM 5
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bull VCI identificador de canal virtualbull Pode mudar de enlace para enlace atraveacutes da rede
bull PT tipo de carga uacutetil (ex ceacutelula RM versus ceacutelula de dados) bull CLP bit de prioridade de perda de ceacutelula
bull CLP = 1 implica ceacutelula de baixa prioridade pode ser descartada em caso de congestatildeo
bull HEC verificaccedilatildeo de erros no cabeccedilalhobull Verificaccedilatildeo ciacuteclica de erros
Cabeccedilalho da ceacutelula ATM
5
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A camada fiacutesica se compotildee de duas partes (subcamadas )bull Subcamada de convergecircncia de transmissatildeo (TCS) adapta a camada ATM
acima agrave subcamada fiacutesica abaixo (PMD)bull Subcamada dependente do meio depende do tipo de meio fiacutesico que estaacute
sendo empregado
Funccedilotildees da TCS bull Geraccedilatildeo do checksum do cabeccedilalho 8 bits CRC bull Delineamento de ceacutelulabull Com uma subcamada PMD natildeo estruturada transmite ceacutelulas vazias (ldquoidle cellsrdquo) quando natildeo haacute ceacutelulas de dados a enviar
Camada fiacutesica ATM 5
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Subcamada dependente do meio fiacutesico (PMD)bull SONETSDH estrutura de transmissatildeo de quadros (como um container
carregando bits) bull Sincronizaccedilatildeo de bits bull Particcedilotildees da banda passante (TDM) bull Vaacuterias velocidades OC1 = 5184 Mbps OC3 = 15552 Mbps OC12 = 62208 Mbps
bull T1T3 estrutura de transmissatildeo de quadros (velha hierarquia de telefonia 15 Mbps45 Mbps No Brasil usa-se a hierarquia europeacuteia E1E3 2 34 Mbps
bull Natildeo estruturada apenas ceacutelulas (ocupadasvazias)
Camada fiacutesica ATM
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Apenas IP claacutessicobull 3 ldquoredesrdquo (ex segmentos de
LAN)bull Endereccedilos MAC (8023) e IP
IP sobre ATM bull Substitui ldquorederdquo (ex segmento
de LAN) com a rede ATM bull Endereccedilos ATM endereccedilos IP
redeATM
EthernetLANs
EthernetLANs
IP-sobre-ATM 5
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bull No endereccedilo de origembull Camada IP encontra um mapeamento entre o endereccedilo IP e o endereccedilo
de destino ATM (usando ARP)bull Passa o datagrama para a camada de adaptaccedilatildeo AAL5bull AAL5 encapsula os dados segmenta em ceacutelulas e passa para a camada ATM
bull Rede ATM move a ceacutelula para o destino de acordo com o seu VC (circuito virtual)
bull No hospedeiro de destinobull AAL5 remonta o datagrama original a partir das ceacutelulas recebidas bull Se o CRC OK datagrama eacute passado ao IP
Viagem de um datagrama numa rede IP-sobre-ATM
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Questotildeesbull Datagramas IP em ATM AAL5 PDUsbull Dos endereccedilos IP aos endereccedilos ATM
bull Da mesma forma que de endereccedilos IP para endereccedilos MAC 8023
redeATM
EthernetLANs
IP-sobre-ATM 5
copy 2005 by Pearson Education 5 - 78
bull Objetivo inicial aumentar a velocidade de encaminhamento IP usando labels de tamanho fixo (em vez de endereccedilo IP)bull Mesma ideacuteia do meacutetodo de circuito virtual (VC)bull Mas o datagrama IP ainda manteacutem o endereccedilo IP
Multiprotocol label switching (MPLS)
5
copy 2005 by Pearson Education 5 - 79
bull Roteador faz a funccedilatildeo de comutador de roacutetulobull Pacotes encaminhados para interface de saiacuteda com base apenas no valor do
roacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP)bull Tabela de encaminhamento MPLS distinta das tabelas de encaminhamento IP
bull Protocolo de sinalizaccedilatildeo necessaacuterio para estabelecer o encaminhamentobull RSVP-TEbull Encaminhamento eacute possiacutevel por caminhos que o IP sozinho natildeo pode usar (ex roteamento de especificado pela origem)bull Use MPLS para engenharia de traacutefego
bull Deve coexistir com roteadores unicamente IP
Roteadores MPLS 5
copy 2005 by Pearson Education 5 - 80
Tabelas de encaminhamento MPLS
5
copy 2005 by Pearson Education 5 - 81
bull Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlacebull Detecccedilatildeo de erros correccedilatildeobull Compartilhando um canal broadcast acesso muacuteltiplobull Endereccedilamento da camada de enlace
bull Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de vaacuterias tecnologias da camada de enlacebull Ethernetbull LANS comutadasbull PPPbull Redes virtualizadas como uma camada de enlace ATM MPLS
Resumo
5
copy 2005 by Pearson Education 5 - 57
A camada de enlace
bull 51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
bull 52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
bull 53 Protocolos de muacuteltiplo acesso
bull 54 Endereccedilamento da camada de enlace
bull 55 Ethernet
bull 56 Hubs e switches
bull 57 PPP
bull 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS
5
copy 2005 by Pearson Education 5 - 58
Virtualizaccedilatildeo dos recursos uma poderosa abstraccedilatildeo em engenharia de sistemasbull Exemplos em computaccedilatildeo memoacuteria virtual dispositivos virtuais
bull Maacutequinas virtuais ex javabull IBM VM os dos anos 6070
bull Camada de abstraccedilotildees natildeo se apega a detalhes da camada mais baixa apenas trata com as camadas mais baixas abstratamente
Virtualizaccedilatildeo das redes
5
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1974 muacuteltiplas redes desconectadasbull ARPAnetbull redes de dados-sobre-cabobull rede de pacote por sateacutelite (Aloha)bull rede de pacotes por raacutedio
hellip diferentes embull convenccedilotildees de endereccedilamentobull formatos do pacotebull recuperaccedilatildeo de errosbull roteamento
Internet virtualizaccedilatildeo das redes 5
copy 2005 by Pearson Education 5 - 60
Camada de rede da Internet (IP) bull Endereccedilamento internetwork
aparece como uma entidade uacutenica e uniforme escondendo a heterogeneidade das redes locais
bull Rede de redes
Gateway bullldquoembute pacotes da Internet no
formato de um pacote local ou os extrairdquo
bull Rota (no niacutevel de internetwork) para o proacuteximo gateway
Internet virtualizaccedilatildeo das redes
5
copy 2005 by Pearson Education 5 - 61
O que eacute virtualizadobull Duas camadas de endereccedilamento Internet e rede localbull Nova camada (IP) torna tudo homogecircneo na camada da Internetbull Tecnologia da rede local em questatildeo
bull Cabobull Sateacutelitebull Modem telefocircnico de 56 Kbull Hoje ATM MPLS
bull hellip ldquoinvisiacutevelrdquo na camada da Internet Parece com uma tecnologia de camada de enlace para o IP
Arquitetura da Internet de Cerf amp Kahn 5
copy 2005 by Pearson Education 5 - 62
bull ATM MPLS redes separadas em seus proacuteprios direitosbull Modelos de serviccedilo endereccedilamento roteamento diferentes da Internet
bull Vistos pela Internet como um enlace loacutegico conectando roteadores IPbull Assim como o dialup link eacute realmente parte de uma rede separada
(rede telefocircnica)
bull ATM MPLS de interesse teacutecnico em seu proacuteprio direito
ATM e MPLS
5
copy 2005 by Pearson Education 5 - 63
bull Padratildeo dos anos 8090 para altas taxas de transmissatildeo (155 Mbps a 622 Mbps e mais altas) arquitetura de Broadband Integrated Service Digital Network (B-ISDN)
bull Objetivo transporte integrado de voz dados e imagens com foco nas redes puacuteblicas de comunicaccedilatildeo
bull Deve atender aos requisitos de tempoQoS para aplicaccedilotildees de voz e de viacutedeo (versus o serviccedilo de melhor esforccedilo da Internet)bull Telefonia de ldquoproacutexima geraccedilatildeordquo fundamentos teacutecnicos no mundo da telefoniabull Comutaccedilatildeo de pacotes (pacotes de tamanho fixo chamados ldquoceacutelulasrdquo) usando circuitos virtuais
Modo de transferecircncia assiacutencrono ATM 5
copy 2005 by Pearson Education 5 - 64
bull Camada de adaptaccedilatildeo apenas na borda de uma rede ATMbull Segmentaccedilatildeo e remontagem dos dados bull Grosseiramente anaacuteloga agrave camada de transporte da Internet
bull Camada ATM camada de ldquorederdquobull Comutaccedilatildeo de ceacutelulas roteamento
bull Camada fiacutesica
Sistema final Sistema finalSwitch ATM Switch ATM
Arquitetura ATM
5
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Visatildeo transporte fim-a-fim ldquoATM de computador a computadorrdquobull ATM eacute uma tecnologia de redeRealidade usada para conectar roteadores IP de backbone bullldquoIP sobre ATMrdquobull ATM como uma camada de enlace comutada conectando roteadores IP
ATM camada de rede ou de enlace 5
copy 2005 by Pearson Education 5 - 66
bull Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL) ldquoadaptardquo camadas superiores (aplicaccedilotildees IP ou nativas ATM) para a camada ATM abaixo
bull AAL presente apenas nos sistemas finais natildeo nos comutadores ATM (ldquoswitchesrdquo)
bull O segmento da camada AAL (campo de cabeccedilalhotrailer e de dados) satildeo fragmentados em muacuteltiplas ceacutelulas ATM bull Analogia segmento TCP em muitos pacotes IP
Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL)
Sistema final Sistema finalSwitch ATM Switch ATM
5
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Diferentes versotildees da camada AAL dependendo da classe de serviccedilo ATMbull AAL1 para serviccedilo CBR (taxa de bit constante) ex emulaccedilatildeo de circuitosbull AAL2 para serviccedilos VBR (taxa de bit variaacutevel) ex viacutedeo MPEG bull AAL5 para dados (ex datagramas IP)
AAL PDU
ceacutelula ATM
Dados de usuaacuterio
subcamadade convergecircncia
subcamadaSAR
Ceacutelula ATM
Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL) 5
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Serviccedilo transporte de ceacutelulas atraveacutes da rede ATM bull Anaacuteloga agrave camada de rede IPbull Serviccedilos muito diferentes da camada de rede IP
Arquiteturade rede
Internet
ATM
ATM
ATM
ATM
Modelo de serviccedilo
melhoresforccediloCBR
VBR
ABR
UBR
Banda
natildeo
taxaconstantetaxagarantidamiacutenimogarantidonatildeo
Perda
natildeo
sim
sim
natildeo
natildeo
Ordem
natildeo
sim
sim
sim
sim
Tempo
natildeo
sim
sim
natildeo
natildeo
Aviso decongestatildeo
natildeo (inferidopelas perdas)natildeo haacutecongestatildeonatildeo haacutecongestatildeosim
natildeo
Garantias
Camada ATM
5
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bull Transporte em VC ceacutelulas satildeo transportadas sobre VC da fonte ao destinobull Estabelecimento de conexatildeo necessaacuterio para cada chamada antes que o fluxo de dados possa ser iniciadobull Cada pacote transporta um identificador de VC (natildeo transporta o endereccedilo
do destino)bull Cada comutador com caminho entre a fonte e o destino manteacutem o ldquoestadordquo
para cada conexatildeo passantebull Recursos do enlace e do comutador (banda passante buffers) podem ser
alocados por VC para obter um comportamento semelhante a um circuito fiacutesico
bull VCs permanentes (PVCs)bull Conexotildees de longa duraccedilatildeo bull Tipicamente rota ldquopermanenterdquo entre roteadores IP
bull VCs comutados (SVC)bull Dinamicamente criados numa base por chamada
Camadas ATM circuitos virtuais 5
copy 2005 by Pearson Education 5 - 70
bull Vantagens do uso de circuitos virtuais no ATMbull Iacutendices de QoS garantidos para conexotildees mapeadas em circuitos
virtuais (banda passante atraso variacircncia de atraso)
bull Problemas no uso de circuitos virtuaisbull O suporte de traacutefego datagrama eacute ineficientebull Um PVC entre cada par origemdestino natildeo tem boa escalabilidade
(N2 conexotildees satildeo necessaacuterias) bull SVC introduz latecircncia de estabelecimento de conexatildeo e atrasos de
processamento para conexotildees de curta duraccedilatildeo
ATM VCs
5
copy 2005 by Pearson Education 5 - 71
bull Cabeccedilalho da ceacutelula ATM com 5 bytesbull Carga uacutetil com 48-bytes
bull Por quecirc carga uacutetil pequena -gt pequeno atraso de criaccedilatildeo de ceacutelula para voz digitalizada
bull Meio do caminho entre 32 e 64 (compromisso)
cabeccedilalhoda ceacutelula
formato daceacutelula
3o bit no campo PTvalor 1 indica uacuteltima ceacutelula (AAL-indicate bit)
Camada ATM ceacutelula ATM 5
copy 2005 by Pearson Education 5 - 72
bull VCI identificador de canal virtualbull Pode mudar de enlace para enlace atraveacutes da rede
bull PT tipo de carga uacutetil (ex ceacutelula RM versus ceacutelula de dados) bull CLP bit de prioridade de perda de ceacutelula
bull CLP = 1 implica ceacutelula de baixa prioridade pode ser descartada em caso de congestatildeo
bull HEC verificaccedilatildeo de erros no cabeccedilalhobull Verificaccedilatildeo ciacuteclica de erros
Cabeccedilalho da ceacutelula ATM
5
copy 2005 by Pearson Education 5 - 73
A camada fiacutesica se compotildee de duas partes (subcamadas )bull Subcamada de convergecircncia de transmissatildeo (TCS) adapta a camada ATM
acima agrave subcamada fiacutesica abaixo (PMD)bull Subcamada dependente do meio depende do tipo de meio fiacutesico que estaacute
sendo empregado
Funccedilotildees da TCS bull Geraccedilatildeo do checksum do cabeccedilalho 8 bits CRC bull Delineamento de ceacutelulabull Com uma subcamada PMD natildeo estruturada transmite ceacutelulas vazias (ldquoidle cellsrdquo) quando natildeo haacute ceacutelulas de dados a enviar
Camada fiacutesica ATM 5
copy 2005 by Pearson Education 5 - 74
Subcamada dependente do meio fiacutesico (PMD)bull SONETSDH estrutura de transmissatildeo de quadros (como um container
carregando bits) bull Sincronizaccedilatildeo de bits bull Particcedilotildees da banda passante (TDM) bull Vaacuterias velocidades OC1 = 5184 Mbps OC3 = 15552 Mbps OC12 = 62208 Mbps
bull T1T3 estrutura de transmissatildeo de quadros (velha hierarquia de telefonia 15 Mbps45 Mbps No Brasil usa-se a hierarquia europeacuteia E1E3 2 34 Mbps
bull Natildeo estruturada apenas ceacutelulas (ocupadasvazias)
Camada fiacutesica ATM
5
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Apenas IP claacutessicobull 3 ldquoredesrdquo (ex segmentos de
LAN)bull Endereccedilos MAC (8023) e IP
IP sobre ATM bull Substitui ldquorederdquo (ex segmento
de LAN) com a rede ATM bull Endereccedilos ATM endereccedilos IP
redeATM
EthernetLANs
EthernetLANs
IP-sobre-ATM 5
copy 2005 by Pearson Education 5 - 76
bull No endereccedilo de origembull Camada IP encontra um mapeamento entre o endereccedilo IP e o endereccedilo
de destino ATM (usando ARP)bull Passa o datagrama para a camada de adaptaccedilatildeo AAL5bull AAL5 encapsula os dados segmenta em ceacutelulas e passa para a camada ATM
bull Rede ATM move a ceacutelula para o destino de acordo com o seu VC (circuito virtual)
bull No hospedeiro de destinobull AAL5 remonta o datagrama original a partir das ceacutelulas recebidas bull Se o CRC OK datagrama eacute passado ao IP
Viagem de um datagrama numa rede IP-sobre-ATM
5
copy 2005 by Pearson Education 5 - 77
Questotildeesbull Datagramas IP em ATM AAL5 PDUsbull Dos endereccedilos IP aos endereccedilos ATM
bull Da mesma forma que de endereccedilos IP para endereccedilos MAC 8023
redeATM
EthernetLANs
IP-sobre-ATM 5
copy 2005 by Pearson Education 5 - 78
bull Objetivo inicial aumentar a velocidade de encaminhamento IP usando labels de tamanho fixo (em vez de endereccedilo IP)bull Mesma ideacuteia do meacutetodo de circuito virtual (VC)bull Mas o datagrama IP ainda manteacutem o endereccedilo IP
Multiprotocol label switching (MPLS)
5
copy 2005 by Pearson Education 5 - 79
bull Roteador faz a funccedilatildeo de comutador de roacutetulobull Pacotes encaminhados para interface de saiacuteda com base apenas no valor do
roacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP)bull Tabela de encaminhamento MPLS distinta das tabelas de encaminhamento IP
bull Protocolo de sinalizaccedilatildeo necessaacuterio para estabelecer o encaminhamentobull RSVP-TEbull Encaminhamento eacute possiacutevel por caminhos que o IP sozinho natildeo pode usar (ex roteamento de especificado pela origem)bull Use MPLS para engenharia de traacutefego
bull Deve coexistir com roteadores unicamente IP
Roteadores MPLS 5
copy 2005 by Pearson Education 5 - 80
Tabelas de encaminhamento MPLS
5
copy 2005 by Pearson Education 5 - 81
bull Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlacebull Detecccedilatildeo de erros correccedilatildeobull Compartilhando um canal broadcast acesso muacuteltiplobull Endereccedilamento da camada de enlace
bull Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de vaacuterias tecnologias da camada de enlacebull Ethernetbull LANS comutadasbull PPPbull Redes virtualizadas como uma camada de enlace ATM MPLS
Resumo
5
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O que eacute virtualizadobull Duas camadas de endereccedilamento Internet e rede localbull Nova camada (IP) torna tudo homogecircneo na camada da Internetbull Tecnologia da rede local em questatildeo
bull Cabobull Sateacutelitebull Modem telefocircnico de 56 Kbull Hoje ATM MPLS
bull hellip ldquoinvisiacutevelrdquo na camada da Internet Parece com uma tecnologia de camada de enlace para o IP
Arquitetura da Internet de Cerf amp Kahn 5
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bull ATM MPLS redes separadas em seus proacuteprios direitosbull Modelos de serviccedilo endereccedilamento roteamento diferentes da Internet
bull Vistos pela Internet como um enlace loacutegico conectando roteadores IPbull Assim como o dialup link eacute realmente parte de uma rede separada
(rede telefocircnica)
bull ATM MPLS de interesse teacutecnico em seu proacuteprio direito
ATM e MPLS
5
copy 2005 by Pearson Education 5 - 63
bull Padratildeo dos anos 8090 para altas taxas de transmissatildeo (155 Mbps a 622 Mbps e mais altas) arquitetura de Broadband Integrated Service Digital Network (B-ISDN)
bull Objetivo transporte integrado de voz dados e imagens com foco nas redes puacuteblicas de comunicaccedilatildeo
bull Deve atender aos requisitos de tempoQoS para aplicaccedilotildees de voz e de viacutedeo (versus o serviccedilo de melhor esforccedilo da Internet)bull Telefonia de ldquoproacutexima geraccedilatildeordquo fundamentos teacutecnicos no mundo da telefoniabull Comutaccedilatildeo de pacotes (pacotes de tamanho fixo chamados ldquoceacutelulasrdquo) usando circuitos virtuais
Modo de transferecircncia assiacutencrono ATM 5
copy 2005 by Pearson Education 5 - 64
bull Camada de adaptaccedilatildeo apenas na borda de uma rede ATMbull Segmentaccedilatildeo e remontagem dos dados bull Grosseiramente anaacuteloga agrave camada de transporte da Internet
bull Camada ATM camada de ldquorederdquobull Comutaccedilatildeo de ceacutelulas roteamento
bull Camada fiacutesica
Sistema final Sistema finalSwitch ATM Switch ATM
Arquitetura ATM
5
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Visatildeo transporte fim-a-fim ldquoATM de computador a computadorrdquobull ATM eacute uma tecnologia de redeRealidade usada para conectar roteadores IP de backbone bullldquoIP sobre ATMrdquobull ATM como uma camada de enlace comutada conectando roteadores IP
ATM camada de rede ou de enlace 5
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bull Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL) ldquoadaptardquo camadas superiores (aplicaccedilotildees IP ou nativas ATM) para a camada ATM abaixo
bull AAL presente apenas nos sistemas finais natildeo nos comutadores ATM (ldquoswitchesrdquo)
bull O segmento da camada AAL (campo de cabeccedilalhotrailer e de dados) satildeo fragmentados em muacuteltiplas ceacutelulas ATM bull Analogia segmento TCP em muitos pacotes IP
Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL)
Sistema final Sistema finalSwitch ATM Switch ATM
5
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Diferentes versotildees da camada AAL dependendo da classe de serviccedilo ATMbull AAL1 para serviccedilo CBR (taxa de bit constante) ex emulaccedilatildeo de circuitosbull AAL2 para serviccedilos VBR (taxa de bit variaacutevel) ex viacutedeo MPEG bull AAL5 para dados (ex datagramas IP)
AAL PDU
ceacutelula ATM
Dados de usuaacuterio
subcamadade convergecircncia
subcamadaSAR
Ceacutelula ATM
Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL) 5
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Serviccedilo transporte de ceacutelulas atraveacutes da rede ATM bull Anaacuteloga agrave camada de rede IPbull Serviccedilos muito diferentes da camada de rede IP
Arquiteturade rede
Internet
ATM
ATM
ATM
ATM
Modelo de serviccedilo
melhoresforccediloCBR
VBR
ABR
UBR
Banda
natildeo
taxaconstantetaxagarantidamiacutenimogarantidonatildeo
Perda
natildeo
sim
sim
natildeo
natildeo
Ordem
natildeo
sim
sim
sim
sim
Tempo
natildeo
sim
sim
natildeo
natildeo
Aviso decongestatildeo
natildeo (inferidopelas perdas)natildeo haacutecongestatildeonatildeo haacutecongestatildeosim
natildeo
Garantias
Camada ATM
5
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bull Transporte em VC ceacutelulas satildeo transportadas sobre VC da fonte ao destinobull Estabelecimento de conexatildeo necessaacuterio para cada chamada antes que o fluxo de dados possa ser iniciadobull Cada pacote transporta um identificador de VC (natildeo transporta o endereccedilo
do destino)bull Cada comutador com caminho entre a fonte e o destino manteacutem o ldquoestadordquo
para cada conexatildeo passantebull Recursos do enlace e do comutador (banda passante buffers) podem ser
alocados por VC para obter um comportamento semelhante a um circuito fiacutesico
bull VCs permanentes (PVCs)bull Conexotildees de longa duraccedilatildeo bull Tipicamente rota ldquopermanenterdquo entre roteadores IP
bull VCs comutados (SVC)bull Dinamicamente criados numa base por chamada
Camadas ATM circuitos virtuais 5
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bull Vantagens do uso de circuitos virtuais no ATMbull Iacutendices de QoS garantidos para conexotildees mapeadas em circuitos
virtuais (banda passante atraso variacircncia de atraso)
bull Problemas no uso de circuitos virtuaisbull O suporte de traacutefego datagrama eacute ineficientebull Um PVC entre cada par origemdestino natildeo tem boa escalabilidade
(N2 conexotildees satildeo necessaacuterias) bull SVC introduz latecircncia de estabelecimento de conexatildeo e atrasos de
processamento para conexotildees de curta duraccedilatildeo
ATM VCs
5
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bull Cabeccedilalho da ceacutelula ATM com 5 bytesbull Carga uacutetil com 48-bytes
bull Por quecirc carga uacutetil pequena -gt pequeno atraso de criaccedilatildeo de ceacutelula para voz digitalizada
bull Meio do caminho entre 32 e 64 (compromisso)
cabeccedilalhoda ceacutelula
formato daceacutelula
3o bit no campo PTvalor 1 indica uacuteltima ceacutelula (AAL-indicate bit)
Camada ATM ceacutelula ATM 5
copy 2005 by Pearson Education 5 - 72
bull VCI identificador de canal virtualbull Pode mudar de enlace para enlace atraveacutes da rede
bull PT tipo de carga uacutetil (ex ceacutelula RM versus ceacutelula de dados) bull CLP bit de prioridade de perda de ceacutelula
bull CLP = 1 implica ceacutelula de baixa prioridade pode ser descartada em caso de congestatildeo
bull HEC verificaccedilatildeo de erros no cabeccedilalhobull Verificaccedilatildeo ciacuteclica de erros
Cabeccedilalho da ceacutelula ATM
5
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A camada fiacutesica se compotildee de duas partes (subcamadas )bull Subcamada de convergecircncia de transmissatildeo (TCS) adapta a camada ATM
acima agrave subcamada fiacutesica abaixo (PMD)bull Subcamada dependente do meio depende do tipo de meio fiacutesico que estaacute
sendo empregado
Funccedilotildees da TCS bull Geraccedilatildeo do checksum do cabeccedilalho 8 bits CRC bull Delineamento de ceacutelulabull Com uma subcamada PMD natildeo estruturada transmite ceacutelulas vazias (ldquoidle cellsrdquo) quando natildeo haacute ceacutelulas de dados a enviar
Camada fiacutesica ATM 5
copy 2005 by Pearson Education 5 - 74
Subcamada dependente do meio fiacutesico (PMD)bull SONETSDH estrutura de transmissatildeo de quadros (como um container
carregando bits) bull Sincronizaccedilatildeo de bits bull Particcedilotildees da banda passante (TDM) bull Vaacuterias velocidades OC1 = 5184 Mbps OC3 = 15552 Mbps OC12 = 62208 Mbps
bull T1T3 estrutura de transmissatildeo de quadros (velha hierarquia de telefonia 15 Mbps45 Mbps No Brasil usa-se a hierarquia europeacuteia E1E3 2 34 Mbps
bull Natildeo estruturada apenas ceacutelulas (ocupadasvazias)
Camada fiacutesica ATM
5
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Apenas IP claacutessicobull 3 ldquoredesrdquo (ex segmentos de
LAN)bull Endereccedilos MAC (8023) e IP
IP sobre ATM bull Substitui ldquorederdquo (ex segmento
de LAN) com a rede ATM bull Endereccedilos ATM endereccedilos IP
redeATM
EthernetLANs
EthernetLANs
IP-sobre-ATM 5
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bull No endereccedilo de origembull Camada IP encontra um mapeamento entre o endereccedilo IP e o endereccedilo
de destino ATM (usando ARP)bull Passa o datagrama para a camada de adaptaccedilatildeo AAL5bull AAL5 encapsula os dados segmenta em ceacutelulas e passa para a camada ATM
bull Rede ATM move a ceacutelula para o destino de acordo com o seu VC (circuito virtual)
bull No hospedeiro de destinobull AAL5 remonta o datagrama original a partir das ceacutelulas recebidas bull Se o CRC OK datagrama eacute passado ao IP
Viagem de um datagrama numa rede IP-sobre-ATM
5
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Questotildeesbull Datagramas IP em ATM AAL5 PDUsbull Dos endereccedilos IP aos endereccedilos ATM
bull Da mesma forma que de endereccedilos IP para endereccedilos MAC 8023
redeATM
EthernetLANs
IP-sobre-ATM 5
copy 2005 by Pearson Education 5 - 78
bull Objetivo inicial aumentar a velocidade de encaminhamento IP usando labels de tamanho fixo (em vez de endereccedilo IP)bull Mesma ideacuteia do meacutetodo de circuito virtual (VC)bull Mas o datagrama IP ainda manteacutem o endereccedilo IP
Multiprotocol label switching (MPLS)
5
copy 2005 by Pearson Education 5 - 79
bull Roteador faz a funccedilatildeo de comutador de roacutetulobull Pacotes encaminhados para interface de saiacuteda com base apenas no valor do
roacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP)bull Tabela de encaminhamento MPLS distinta das tabelas de encaminhamento IP
bull Protocolo de sinalizaccedilatildeo necessaacuterio para estabelecer o encaminhamentobull RSVP-TEbull Encaminhamento eacute possiacutevel por caminhos que o IP sozinho natildeo pode usar (ex roteamento de especificado pela origem)bull Use MPLS para engenharia de traacutefego
bull Deve coexistir com roteadores unicamente IP
Roteadores MPLS 5
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Tabelas de encaminhamento MPLS
5
copy 2005 by Pearson Education 5 - 81
bull Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlacebull Detecccedilatildeo de erros correccedilatildeobull Compartilhando um canal broadcast acesso muacuteltiplobull Endereccedilamento da camada de enlace
bull Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de vaacuterias tecnologias da camada de enlacebull Ethernetbull LANS comutadasbull PPPbull Redes virtualizadas como uma camada de enlace ATM MPLS
Resumo
5
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Visatildeo transporte fim-a-fim ldquoATM de computador a computadorrdquobull ATM eacute uma tecnologia de redeRealidade usada para conectar roteadores IP de backbone bullldquoIP sobre ATMrdquobull ATM como uma camada de enlace comutada conectando roteadores IP
ATM camada de rede ou de enlace 5
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bull Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL) ldquoadaptardquo camadas superiores (aplicaccedilotildees IP ou nativas ATM) para a camada ATM abaixo
bull AAL presente apenas nos sistemas finais natildeo nos comutadores ATM (ldquoswitchesrdquo)
bull O segmento da camada AAL (campo de cabeccedilalhotrailer e de dados) satildeo fragmentados em muacuteltiplas ceacutelulas ATM bull Analogia segmento TCP em muitos pacotes IP
Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL)
Sistema final Sistema finalSwitch ATM Switch ATM
5
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Diferentes versotildees da camada AAL dependendo da classe de serviccedilo ATMbull AAL1 para serviccedilo CBR (taxa de bit constante) ex emulaccedilatildeo de circuitosbull AAL2 para serviccedilos VBR (taxa de bit variaacutevel) ex viacutedeo MPEG bull AAL5 para dados (ex datagramas IP)
AAL PDU
ceacutelula ATM
Dados de usuaacuterio
subcamadade convergecircncia
subcamadaSAR
Ceacutelula ATM
Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL) 5
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Serviccedilo transporte de ceacutelulas atraveacutes da rede ATM bull Anaacuteloga agrave camada de rede IPbull Serviccedilos muito diferentes da camada de rede IP
Arquiteturade rede
Internet
ATM
ATM
ATM
ATM
Modelo de serviccedilo
melhoresforccediloCBR
VBR
ABR
UBR
Banda
natildeo
taxaconstantetaxagarantidamiacutenimogarantidonatildeo
Perda
natildeo
sim
sim
natildeo
natildeo
Ordem
natildeo
sim
sim
sim
sim
Tempo
natildeo
sim
sim
natildeo
natildeo
Aviso decongestatildeo
natildeo (inferidopelas perdas)natildeo haacutecongestatildeonatildeo haacutecongestatildeosim
natildeo
Garantias
Camada ATM
5
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bull Transporte em VC ceacutelulas satildeo transportadas sobre VC da fonte ao destinobull Estabelecimento de conexatildeo necessaacuterio para cada chamada antes que o fluxo de dados possa ser iniciadobull Cada pacote transporta um identificador de VC (natildeo transporta o endereccedilo
do destino)bull Cada comutador com caminho entre a fonte e o destino manteacutem o ldquoestadordquo
para cada conexatildeo passantebull Recursos do enlace e do comutador (banda passante buffers) podem ser
alocados por VC para obter um comportamento semelhante a um circuito fiacutesico
bull VCs permanentes (PVCs)bull Conexotildees de longa duraccedilatildeo bull Tipicamente rota ldquopermanenterdquo entre roteadores IP
bull VCs comutados (SVC)bull Dinamicamente criados numa base por chamada
Camadas ATM circuitos virtuais 5
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bull Vantagens do uso de circuitos virtuais no ATMbull Iacutendices de QoS garantidos para conexotildees mapeadas em circuitos
virtuais (banda passante atraso variacircncia de atraso)
bull Problemas no uso de circuitos virtuaisbull O suporte de traacutefego datagrama eacute ineficientebull Um PVC entre cada par origemdestino natildeo tem boa escalabilidade
(N2 conexotildees satildeo necessaacuterias) bull SVC introduz latecircncia de estabelecimento de conexatildeo e atrasos de
processamento para conexotildees de curta duraccedilatildeo
ATM VCs
5
copy 2005 by Pearson Education 5 - 71
bull Cabeccedilalho da ceacutelula ATM com 5 bytesbull Carga uacutetil com 48-bytes
bull Por quecirc carga uacutetil pequena -gt pequeno atraso de criaccedilatildeo de ceacutelula para voz digitalizada
bull Meio do caminho entre 32 e 64 (compromisso)
cabeccedilalhoda ceacutelula
formato daceacutelula
3o bit no campo PTvalor 1 indica uacuteltima ceacutelula (AAL-indicate bit)
Camada ATM ceacutelula ATM 5
copy 2005 by Pearson Education 5 - 72
bull VCI identificador de canal virtualbull Pode mudar de enlace para enlace atraveacutes da rede
bull PT tipo de carga uacutetil (ex ceacutelula RM versus ceacutelula de dados) bull CLP bit de prioridade de perda de ceacutelula
bull CLP = 1 implica ceacutelula de baixa prioridade pode ser descartada em caso de congestatildeo
bull HEC verificaccedilatildeo de erros no cabeccedilalhobull Verificaccedilatildeo ciacuteclica de erros
Cabeccedilalho da ceacutelula ATM
5
copy 2005 by Pearson Education 5 - 73
A camada fiacutesica se compotildee de duas partes (subcamadas )bull Subcamada de convergecircncia de transmissatildeo (TCS) adapta a camada ATM
acima agrave subcamada fiacutesica abaixo (PMD)bull Subcamada dependente do meio depende do tipo de meio fiacutesico que estaacute
sendo empregado
Funccedilotildees da TCS bull Geraccedilatildeo do checksum do cabeccedilalho 8 bits CRC bull Delineamento de ceacutelulabull Com uma subcamada PMD natildeo estruturada transmite ceacutelulas vazias (ldquoidle cellsrdquo) quando natildeo haacute ceacutelulas de dados a enviar
Camada fiacutesica ATM 5
copy 2005 by Pearson Education 5 - 74
Subcamada dependente do meio fiacutesico (PMD)bull SONETSDH estrutura de transmissatildeo de quadros (como um container
carregando bits) bull Sincronizaccedilatildeo de bits bull Particcedilotildees da banda passante (TDM) bull Vaacuterias velocidades OC1 = 5184 Mbps OC3 = 15552 Mbps OC12 = 62208 Mbps
bull T1T3 estrutura de transmissatildeo de quadros (velha hierarquia de telefonia 15 Mbps45 Mbps No Brasil usa-se a hierarquia europeacuteia E1E3 2 34 Mbps
bull Natildeo estruturada apenas ceacutelulas (ocupadasvazias)
Camada fiacutesica ATM
5
copy 2005 by Pearson Education 5 - 75
Apenas IP claacutessicobull 3 ldquoredesrdquo (ex segmentos de
LAN)bull Endereccedilos MAC (8023) e IP
IP sobre ATM bull Substitui ldquorederdquo (ex segmento
de LAN) com a rede ATM bull Endereccedilos ATM endereccedilos IP
redeATM
EthernetLANs
EthernetLANs
IP-sobre-ATM 5
copy 2005 by Pearson Education 5 - 76
bull No endereccedilo de origembull Camada IP encontra um mapeamento entre o endereccedilo IP e o endereccedilo
de destino ATM (usando ARP)bull Passa o datagrama para a camada de adaptaccedilatildeo AAL5bull AAL5 encapsula os dados segmenta em ceacutelulas e passa para a camada ATM
bull Rede ATM move a ceacutelula para o destino de acordo com o seu VC (circuito virtual)
bull No hospedeiro de destinobull AAL5 remonta o datagrama original a partir das ceacutelulas recebidas bull Se o CRC OK datagrama eacute passado ao IP
Viagem de um datagrama numa rede IP-sobre-ATM
5
copy 2005 by Pearson Education 5 - 77
Questotildeesbull Datagramas IP em ATM AAL5 PDUsbull Dos endereccedilos IP aos endereccedilos ATM
bull Da mesma forma que de endereccedilos IP para endereccedilos MAC 8023
redeATM
EthernetLANs
IP-sobre-ATM 5
copy 2005 by Pearson Education 5 - 78
bull Objetivo inicial aumentar a velocidade de encaminhamento IP usando labels de tamanho fixo (em vez de endereccedilo IP)bull Mesma ideacuteia do meacutetodo de circuito virtual (VC)bull Mas o datagrama IP ainda manteacutem o endereccedilo IP
Multiprotocol label switching (MPLS)
5
copy 2005 by Pearson Education 5 - 79
bull Roteador faz a funccedilatildeo de comutador de roacutetulobull Pacotes encaminhados para interface de saiacuteda com base apenas no valor do
roacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP)bull Tabela de encaminhamento MPLS distinta das tabelas de encaminhamento IP
bull Protocolo de sinalizaccedilatildeo necessaacuterio para estabelecer o encaminhamentobull RSVP-TEbull Encaminhamento eacute possiacutevel por caminhos que o IP sozinho natildeo pode usar (ex roteamento de especificado pela origem)bull Use MPLS para engenharia de traacutefego
bull Deve coexistir com roteadores unicamente IP
Roteadores MPLS 5
copy 2005 by Pearson Education 5 - 80
Tabelas de encaminhamento MPLS
5
copy 2005 by Pearson Education 5 - 81
bull Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlacebull Detecccedilatildeo de erros correccedilatildeobull Compartilhando um canal broadcast acesso muacuteltiplobull Endereccedilamento da camada de enlace
bull Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de vaacuterias tecnologias da camada de enlacebull Ethernetbull LANS comutadasbull PPPbull Redes virtualizadas como uma camada de enlace ATM MPLS
Resumo
5
copy 2005 by Pearson Education 5 - 69
bull Transporte em VC ceacutelulas satildeo transportadas sobre VC da fonte ao destinobull Estabelecimento de conexatildeo necessaacuterio para cada chamada antes que o fluxo de dados possa ser iniciadobull Cada pacote transporta um identificador de VC (natildeo transporta o endereccedilo
do destino)bull Cada comutador com caminho entre a fonte e o destino manteacutem o ldquoestadordquo
para cada conexatildeo passantebull Recursos do enlace e do comutador (banda passante buffers) podem ser
alocados por VC para obter um comportamento semelhante a um circuito fiacutesico
bull VCs permanentes (PVCs)bull Conexotildees de longa duraccedilatildeo bull Tipicamente rota ldquopermanenterdquo entre roteadores IP
bull VCs comutados (SVC)bull Dinamicamente criados numa base por chamada
Camadas ATM circuitos virtuais 5
copy 2005 by Pearson Education 5 - 70
bull Vantagens do uso de circuitos virtuais no ATMbull Iacutendices de QoS garantidos para conexotildees mapeadas em circuitos
virtuais (banda passante atraso variacircncia de atraso)
bull Problemas no uso de circuitos virtuaisbull O suporte de traacutefego datagrama eacute ineficientebull Um PVC entre cada par origemdestino natildeo tem boa escalabilidade
(N2 conexotildees satildeo necessaacuterias) bull SVC introduz latecircncia de estabelecimento de conexatildeo e atrasos de
processamento para conexotildees de curta duraccedilatildeo
ATM VCs
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bull Cabeccedilalho da ceacutelula ATM com 5 bytesbull Carga uacutetil com 48-bytes
bull Por quecirc carga uacutetil pequena -gt pequeno atraso de criaccedilatildeo de ceacutelula para voz digitalizada
bull Meio do caminho entre 32 e 64 (compromisso)
cabeccedilalhoda ceacutelula
formato daceacutelula
3o bit no campo PTvalor 1 indica uacuteltima ceacutelula (AAL-indicate bit)
Camada ATM ceacutelula ATM 5
copy 2005 by Pearson Education 5 - 72
bull VCI identificador de canal virtualbull Pode mudar de enlace para enlace atraveacutes da rede
bull PT tipo de carga uacutetil (ex ceacutelula RM versus ceacutelula de dados) bull CLP bit de prioridade de perda de ceacutelula
bull CLP = 1 implica ceacutelula de baixa prioridade pode ser descartada em caso de congestatildeo
bull HEC verificaccedilatildeo de erros no cabeccedilalhobull Verificaccedilatildeo ciacuteclica de erros
Cabeccedilalho da ceacutelula ATM
5
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A camada fiacutesica se compotildee de duas partes (subcamadas )bull Subcamada de convergecircncia de transmissatildeo (TCS) adapta a camada ATM
acima agrave subcamada fiacutesica abaixo (PMD)bull Subcamada dependente do meio depende do tipo de meio fiacutesico que estaacute
sendo empregado
Funccedilotildees da TCS bull Geraccedilatildeo do checksum do cabeccedilalho 8 bits CRC bull Delineamento de ceacutelulabull Com uma subcamada PMD natildeo estruturada transmite ceacutelulas vazias (ldquoidle cellsrdquo) quando natildeo haacute ceacutelulas de dados a enviar
Camada fiacutesica ATM 5
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Subcamada dependente do meio fiacutesico (PMD)bull SONETSDH estrutura de transmissatildeo de quadros (como um container
carregando bits) bull Sincronizaccedilatildeo de bits bull Particcedilotildees da banda passante (TDM) bull Vaacuterias velocidades OC1 = 5184 Mbps OC3 = 15552 Mbps OC12 = 62208 Mbps
bull T1T3 estrutura de transmissatildeo de quadros (velha hierarquia de telefonia 15 Mbps45 Mbps No Brasil usa-se a hierarquia europeacuteia E1E3 2 34 Mbps
bull Natildeo estruturada apenas ceacutelulas (ocupadasvazias)
Camada fiacutesica ATM
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Apenas IP claacutessicobull 3 ldquoredesrdquo (ex segmentos de
LAN)bull Endereccedilos MAC (8023) e IP
IP sobre ATM bull Substitui ldquorederdquo (ex segmento
de LAN) com a rede ATM bull Endereccedilos ATM endereccedilos IP
redeATM
EthernetLANs
EthernetLANs
IP-sobre-ATM 5
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bull No endereccedilo de origembull Camada IP encontra um mapeamento entre o endereccedilo IP e o endereccedilo
de destino ATM (usando ARP)bull Passa o datagrama para a camada de adaptaccedilatildeo AAL5bull AAL5 encapsula os dados segmenta em ceacutelulas e passa para a camada ATM
bull Rede ATM move a ceacutelula para o destino de acordo com o seu VC (circuito virtual)
bull No hospedeiro de destinobull AAL5 remonta o datagrama original a partir das ceacutelulas recebidas bull Se o CRC OK datagrama eacute passado ao IP
Viagem de um datagrama numa rede IP-sobre-ATM
5
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Questotildeesbull Datagramas IP em ATM AAL5 PDUsbull Dos endereccedilos IP aos endereccedilos ATM
bull Da mesma forma que de endereccedilos IP para endereccedilos MAC 8023
redeATM
EthernetLANs
IP-sobre-ATM 5
copy 2005 by Pearson Education 5 - 78
bull Objetivo inicial aumentar a velocidade de encaminhamento IP usando labels de tamanho fixo (em vez de endereccedilo IP)bull Mesma ideacuteia do meacutetodo de circuito virtual (VC)bull Mas o datagrama IP ainda manteacutem o endereccedilo IP
Multiprotocol label switching (MPLS)
5
copy 2005 by Pearson Education 5 - 79
bull Roteador faz a funccedilatildeo de comutador de roacutetulobull Pacotes encaminhados para interface de saiacuteda com base apenas no valor do
roacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP)bull Tabela de encaminhamento MPLS distinta das tabelas de encaminhamento IP
bull Protocolo de sinalizaccedilatildeo necessaacuterio para estabelecer o encaminhamentobull RSVP-TEbull Encaminhamento eacute possiacutevel por caminhos que o IP sozinho natildeo pode usar (ex roteamento de especificado pela origem)bull Use MPLS para engenharia de traacutefego
bull Deve coexistir com roteadores unicamente IP
Roteadores MPLS 5
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Tabelas de encaminhamento MPLS
5
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bull Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlacebull Detecccedilatildeo de erros correccedilatildeobull Compartilhando um canal broadcast acesso muacuteltiplobull Endereccedilamento da camada de enlace
bull Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de vaacuterias tecnologias da camada de enlacebull Ethernetbull LANS comutadasbull PPPbull Redes virtualizadas como uma camada de enlace ATM MPLS
Resumo
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A camada fiacutesica se compotildee de duas partes (subcamadas )bull Subcamada de convergecircncia de transmissatildeo (TCS) adapta a camada ATM
acima agrave subcamada fiacutesica abaixo (PMD)bull Subcamada dependente do meio depende do tipo de meio fiacutesico que estaacute
sendo empregado
Funccedilotildees da TCS bull Geraccedilatildeo do checksum do cabeccedilalho 8 bits CRC bull Delineamento de ceacutelulabull Com uma subcamada PMD natildeo estruturada transmite ceacutelulas vazias (ldquoidle cellsrdquo) quando natildeo haacute ceacutelulas de dados a enviar
Camada fiacutesica ATM 5
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Subcamada dependente do meio fiacutesico (PMD)bull SONETSDH estrutura de transmissatildeo de quadros (como um container
carregando bits) bull Sincronizaccedilatildeo de bits bull Particcedilotildees da banda passante (TDM) bull Vaacuterias velocidades OC1 = 5184 Mbps OC3 = 15552 Mbps OC12 = 62208 Mbps
bull T1T3 estrutura de transmissatildeo de quadros (velha hierarquia de telefonia 15 Mbps45 Mbps No Brasil usa-se a hierarquia europeacuteia E1E3 2 34 Mbps
bull Natildeo estruturada apenas ceacutelulas (ocupadasvazias)
Camada fiacutesica ATM
5
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Apenas IP claacutessicobull 3 ldquoredesrdquo (ex segmentos de
LAN)bull Endereccedilos MAC (8023) e IP
IP sobre ATM bull Substitui ldquorederdquo (ex segmento
de LAN) com a rede ATM bull Endereccedilos ATM endereccedilos IP
redeATM
EthernetLANs
EthernetLANs
IP-sobre-ATM 5
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bull No endereccedilo de origembull Camada IP encontra um mapeamento entre o endereccedilo IP e o endereccedilo
de destino ATM (usando ARP)bull Passa o datagrama para a camada de adaptaccedilatildeo AAL5bull AAL5 encapsula os dados segmenta em ceacutelulas e passa para a camada ATM
bull Rede ATM move a ceacutelula para o destino de acordo com o seu VC (circuito virtual)
bull No hospedeiro de destinobull AAL5 remonta o datagrama original a partir das ceacutelulas recebidas bull Se o CRC OK datagrama eacute passado ao IP
Viagem de um datagrama numa rede IP-sobre-ATM
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Questotildeesbull Datagramas IP em ATM AAL5 PDUsbull Dos endereccedilos IP aos endereccedilos ATM
bull Da mesma forma que de endereccedilos IP para endereccedilos MAC 8023
redeATM
EthernetLANs
IP-sobre-ATM 5
copy 2005 by Pearson Education 5 - 78
bull Objetivo inicial aumentar a velocidade de encaminhamento IP usando labels de tamanho fixo (em vez de endereccedilo IP)bull Mesma ideacuteia do meacutetodo de circuito virtual (VC)bull Mas o datagrama IP ainda manteacutem o endereccedilo IP
Multiprotocol label switching (MPLS)
5
copy 2005 by Pearson Education 5 - 79
bull Roteador faz a funccedilatildeo de comutador de roacutetulobull Pacotes encaminhados para interface de saiacuteda com base apenas no valor do
roacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP)bull Tabela de encaminhamento MPLS distinta das tabelas de encaminhamento IP
bull Protocolo de sinalizaccedilatildeo necessaacuterio para estabelecer o encaminhamentobull RSVP-TEbull Encaminhamento eacute possiacutevel por caminhos que o IP sozinho natildeo pode usar (ex roteamento de especificado pela origem)bull Use MPLS para engenharia de traacutefego
bull Deve coexistir com roteadores unicamente IP
Roteadores MPLS 5
copy 2005 by Pearson Education 5 - 80
Tabelas de encaminhamento MPLS
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copy 2005 by Pearson Education 5 - 81
bull Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlacebull Detecccedilatildeo de erros correccedilatildeobull Compartilhando um canal broadcast acesso muacuteltiplobull Endereccedilamento da camada de enlace
bull Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de vaacuterias tecnologias da camada de enlacebull Ethernetbull LANS comutadasbull PPPbull Redes virtualizadas como uma camada de enlace ATM MPLS
Resumo
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Questotildeesbull Datagramas IP em ATM AAL5 PDUsbull Dos endereccedilos IP aos endereccedilos ATM
bull Da mesma forma que de endereccedilos IP para endereccedilos MAC 8023
redeATM
EthernetLANs
IP-sobre-ATM 5
copy 2005 by Pearson Education 5 - 78
bull Objetivo inicial aumentar a velocidade de encaminhamento IP usando labels de tamanho fixo (em vez de endereccedilo IP)bull Mesma ideacuteia do meacutetodo de circuito virtual (VC)bull Mas o datagrama IP ainda manteacutem o endereccedilo IP
Multiprotocol label switching (MPLS)
5
copy 2005 by Pearson Education 5 - 79
bull Roteador faz a funccedilatildeo de comutador de roacutetulobull Pacotes encaminhados para interface de saiacuteda com base apenas no valor do
roacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP)bull Tabela de encaminhamento MPLS distinta das tabelas de encaminhamento IP
bull Protocolo de sinalizaccedilatildeo necessaacuterio para estabelecer o encaminhamentobull RSVP-TEbull Encaminhamento eacute possiacutevel por caminhos que o IP sozinho natildeo pode usar (ex roteamento de especificado pela origem)bull Use MPLS para engenharia de traacutefego
bull Deve coexistir com roteadores unicamente IP
Roteadores MPLS 5
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Tabelas de encaminhamento MPLS
5
copy 2005 by Pearson Education 5 - 81
bull Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlacebull Detecccedilatildeo de erros correccedilatildeobull Compartilhando um canal broadcast acesso muacuteltiplobull Endereccedilamento da camada de enlace
bull Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de vaacuterias tecnologias da camada de enlacebull Ethernetbull LANS comutadasbull PPPbull Redes virtualizadas como uma camada de enlace ATM MPLS
Resumo
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bull Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlacebull Detecccedilatildeo de erros correccedilatildeobull Compartilhando um canal broadcast acesso muacuteltiplobull Endereccedilamento da camada de enlace
bull Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de vaacuterias tecnologias da camada de enlacebull Ethernetbull LANS comutadasbull PPPbull Redes virtualizadas como uma camada de enlace ATM MPLS
Resumo