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Capítulo 5 Redes de computadores e a Internet Redes de computadores e a Internet A camada de enlace e redes locais 5 © 2005 by Pearson Education 5 - 2 A camada de enlace 5.1 Introdução e serviços 5.2 Detecção e correção de erros 5.3 Protocolos de múltiplo acesso 5.4 Endereçamento da camada de enlace 5.5 Ethernet 5.6 Hubs e switches 5.7 PPP 5.8 Virtualização de enlace: ATM e MPLS 5 © 2005 by Pearson Education 5 - 3 Algumas terminologias: Hospedeiros e roteadores são nós Canais de comunicação que conectam nós adjacentes ao longo do caminho de comunicação são enlaces Enlaces com fio Enlaces sem fio LANs Pacote de camada-2 é um quadro, encapsula o datagrama Camada de enlace: introdução camada de enlace tem a responsabilidade de transferir um datagrama de um nó para o nó adjacente sobre um enlace. 5 © 2005 by Pearson Education 5 - 4 Datagrama transferido por protocolos de enlace diferentes sobre enlaces diferentes: ex.: Ethernet no primeiro enlace, quadro relay nos enlaces intermediários, 802.11 no último enlace. Cada protocolo de enlace provê serviços diferentes ex.: pode ou não prover transferência confiável sobre o enlace Analogia do transporte Viagem de Princeton até Lausanne Carro: Princeton até JFK Avião: JFK até Geneva Trem: Geneva até Lausanne Turista = datagrama Segmento de transporte = enlace de comunicação Modo de transporte = protocolo da camada de enlace Agente de viagem = algoritmo de roteamento A camada de enlace: contexto

Camada de enlace e redes locais capitulo 5

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Page 1: Camada de enlace e redes locais   capitulo 5

Capiacutetulo 5

Redes de computadores e a InternetRedes de computadores e a Internet

A camada de enlace e redes locais

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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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

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

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

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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

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

Page 2: Camada de enlace e redes locais   capitulo 5

5

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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

5

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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

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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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

5

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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

5

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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

5

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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

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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

5

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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

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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)

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

5

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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

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

5

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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

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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

5

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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

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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

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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

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

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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

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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

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

Page 3: Camada de enlace e redes locais   capitulo 5

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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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

5

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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

5

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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

5

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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)

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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

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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

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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

Page 4: Camada de enlace e redes locais   capitulo 5

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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

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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

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

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

Page 5: Camada de enlace e redes locais   capitulo 5

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

5

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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)

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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

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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

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

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

Page 6: Camada de enlace e redes locais   capitulo 5

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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)

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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

5

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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

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

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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

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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

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

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

Page 7: Camada de enlace e redes locais   capitulo 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)

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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

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

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

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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

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

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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

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

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

Page 8: Camada de enlace e redes locais   capitulo 5

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

5

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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

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

5

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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

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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

5

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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

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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

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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

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

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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

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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

Page 9: Camada de enlace e redes locais   capitulo 5

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

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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

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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

5

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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

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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

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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

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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

Page 10: Camada de enlace e redes locais   capitulo 5

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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

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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

5

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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

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

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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

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

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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

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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

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

Page 11: Camada de enlace e redes locais   capitulo 5

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 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

5

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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

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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

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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

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

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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

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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

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

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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

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

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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

Page 12: Camada de enlace e redes locais   capitulo 5

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

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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

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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

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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

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

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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

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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

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

Page 13: Camada de enlace e redes locais   capitulo 5

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

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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

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

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

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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

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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

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

Page 14: Camada de enlace e redes locais   capitulo 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

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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

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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

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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

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

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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

Page 15: Camada de enlace e redes locais   capitulo 5

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

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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

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

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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

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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

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

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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

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

Page 16: Camada de enlace e redes locais   capitulo 5

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

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

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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

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

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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

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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

Page 17: Camada de enlace e redes locais   capitulo 5

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

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

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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

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

Page 18: Camada de enlace e redes locais   capitulo 5

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

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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

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

Page 19: Camada de enlace e redes locais   capitulo 5

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

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

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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

Page 20: Camada de enlace e redes locais   capitulo 5

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

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

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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 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