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Nossos objetivos: Entender os princípios por trás dos serviços da camada de enlace de dados: detecção e correção de erros compartilhamento de canal de broadcast : acesso múltiplo endereçamento da camada de enlace redes locais ( LANs ): Ethernet, VLANs - PowerPoint PPT Presentation
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5 Camada de Enlace 5-1
Capiacutetulo 5 A Camada de Enlace
Nossos objetivos Entender os princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da
camada de enlace de dados detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros compartilhamento de canal de broadcast acesso
muacuteltiplo endereccedilamento da camada de enlace redes locais (LANs) Ethernet VLANs
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlace
5 Camada de Enlace 5-2
Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e
serviccedilos52 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais
Endereccedilamento ARP
EthernetSwitchesVLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-3
Camada de Enlace Introduccedilatildeo
Terminologia hospedeiros e roteadores satildeo
noacutes canais de comunicaccedilatildeo que
conectam noacutes adjacentes ao longo de um caminho de comunicaccedilatildeo satildeo enlaces (links) enlaces com fio (cabeados) enlaces sem fio (natildeo
cabeados) LANs
Pacote da camada 2 eacute um quadro (frame) encapsula o datagramaa camada de enlace eacute
responsaacutevel por transferir os datagramas entre noacutes fisicamente adjacentes atraveacutes de um enlace
5 Camada de Enlace 5-4
Camada de Enlace Contexto um datagrama eacute transferido
por diferentes protocolos de enlace em diferentes enlaces Ex Ethernet no primeiro
enlace frame relay em enlaces intermediaacuterios e 80211 no uacuteltimo enlace
cada protocolo de enlace provecirc diferentes serviccedilos ex pode ou natildeo prover
transporte confiaacutevel de dados atraveacutes do enlace
Analogia com um sistema de transporte
Viagem de Princeton ateacute Lausanne taxi Princeton ateacute JFK aviatildeo JFK ateacute Genebra Trem Genebra ateacute
Lausanne turista = datagrama segmento de transporte =
enlace de comunicaccedilatildeo modo de transporte =
protocolo da camada de enlace agente de viagens = algoritmo
de roteamento
5 Camada de Enlace 5-5
Serviccedilos da Camada de Enlace enquadramento (delimitaccedilatildeo do quadro) e acesso ao
enlace encapsula datagrama num quadro adicionando
cabeccedilalho e cauda (trailer) implementa acesso ao canal se meio for
compartilhado lsquoendereccedilos fiacutesicos (MAC)rsquo satildeo usados nos cabeccedilalhos
dos quadros para identificar origem e destino de quadros em enlaces multipontobull Diferente do endereccedilo IP
entrega confiaacutevel entre noacutes adjacentes jaacute aprendemos como fazer isto (Capiacutetulo 3) raramente usada em canais com baixas taxas de
erro (fibra oacuteptica alguns tipos de pares tranccedilados) Canais sem fio altas taxas de erros
bull P para que confiabilidade na camada de enlace e fim-a-fim
5 Camada de Enlace 5-6
Serviccedilos da Camada de Enlace (mais) controle de Fluxo
compatibilizar taxas de produccedilatildeo e consumo de quadros entre remetentes e receptores
detecccedilatildeo de Erros erros satildeo causados por atenuaccedilatildeo do sinal e por
ruiacutedo receptor detecta presenccedila de erros
bull receptor sinaliza ao remetente para retransmissatildeo ou simplesmente descarta o quadro em erro
correccedilatildeo de Erros mecanismo que permite que o receptor localize e
corrija o(s) erro(s) sem precisar da retransmissatildeo half-duplex e full-duplex
com half duplex um noacute natildeo pode transmitir e receber pacotes ao mesmo tempo
5 Camada de Enlace 5-7
Onde a camada de enlace eacute implementada
em cada um dos hospedeiros camada de enlace
implementada no ldquoadaptadorrdquo (NIC ndash Network Interface Card) placa Ethernet placa 80211
chipset Ethernet implementa as camadas de
enlace e fiacutesica conecta ao barramento do
sistema hospedeiro combinaccedilatildeo de hardware
software e firmware
controlador
Transmissatildeofiacutesica
cpu memoacuteria
barramentodo hospedeiro(ex PCI)
placa de rede
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlace
enlacefiacutesica
5 Camada de Enlace 5-8
Comunicaccedilatildeo entre Adaptadores
lado transmissor Encapsula o datagrama
em um quadro Adiciona bits de
verificaccedilatildeo de erro transferecircncia confiaacutevel de dados controle de fluxo etc
lado receptor verifica erros transporte
confiaacutevel controle de fluxo etc
extrai o datagrama passa-o para o noacute receptor
Controla-dora
Controla-dora
transmissor receptor
datagrama datagrama
datagrama
quadro
5 Camada de Enlace 5-9
Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e
serviccedilos52 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais
Endereccedilamento ARP
EthernetSwitchesVLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-10
Detecccedilatildeo de ErrosEDC= bits de Detecccedilatildeo e Correccedilatildeo de Erros (redundacircncia)D = Dados protegidos por verificaccedilatildeo de erros podem incluir alguns campos do cabeccedilalho bull a detecccedilatildeo de erros natildeo eacute 100 confiaacutevel
bull protocolos podem deixar passar alguns erros mas eacute rarobull quanto maior for o campo EDC melhor seraacute a capacidade
de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
5 Camada de Enlace 5-11
Verificaccedilotildees de Paridade
Paridade de 1 BitDetecta erros em um uacutenico bit
Paridade BidimensionalDetecta e corrige erro em um uacutenico bit
5 Camada de Enlace 5-12
Soma de verificaccedilatildeo da Internet
Transmissor trata o conteuacutedo do
segmento como uma sequecircncia de inteiros de 16 bits
Soma de verificaccedilatildeo adiccedilatildeo (complemento de 1 da soma ) do conteuacutedo do segmento
transmissor coloca o valor do checksum no campo de checksum UDP
Receptor calcula a soma de
verificaccedilatildeo do segmento recebido
verifica se o resultado eacute igual ao valor do campo da soma de verificaccedilatildeo NAtildeO - erro detectado SIM - nenhum erro foi
detectado Mas ainda pode conter erros
Objetivo detectar ldquoerrosrdquo (ex bits trocados) no segmento transmitido (nota usado apenas na camada de transporte)
5 Camada de Enlace 5-13
Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica (CRC) codificaccedilatildeo para detecccedilatildeo de erro mais poderosa vecirc os bits de dados D como um nuacutemero binaacuterio eacute escolhido um polinocircmio Gerador (G) (=gt r+1 bits) objetivo escolher r bits CRC R de modo que
ltDRgt seja exatamente divisiacutevel por G (moacutedulo 2) receptor conhece G divide ltDRgt por G Caso o resto seja
diferente de zero detectado erro Pode detectar todos os erros em rajadas menores do que
r+1 bits Largamente usado na praacutetica (Ethernet 80211 WiFi ATM)
5 Camada de Enlace 5-14
Exemplo de CRCQueremos
D2r XOR R = nGde forma equivalente
D2r = nG XOR R de forma equivalente se dividirmos D2r
por G queremos o resto R que satisfaccedila
GDR
r2resto
101110000 10011001 101011 1010 1001 1100 1001 1010 1001 011
D G
R
r = 3
5 Camada de Enlace 5-15
Implementaccedilatildeo em Hardware
Aring
G=1001
D2r=101110000
5 Camada de Enlace 5-16
Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e
serviccedilos52 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais
Endereccedilamento ARP
EthernetSwitchesVLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-17
Enlaces e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
Dois tipos de enlaces Ponto-a-ponto
PPP para acesso discado
Conexatildeo entre switch Ethernet e hospedeiro
broadcast (cabo ou meio compartilhado) Ethernet tradicional Upstream HFC 80211 LAN sem fio Sateacutelite Etc
5 Camada de Enlace 5-18
Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
canal de comunicaccedilatildeo uacutenico de broadcast interferecircncia quando dois ou mais noacutes transmitem
simultaneamente colisatildeo se um noacute receber dois ou mais sinais ao mesmo
tempo
Protocolo de acesso muacuteltiplo algoritmo distribuiacutedo que determina como os noacutes
compartilham o canal isto eacute determina quando um noacute pode transmitir
comunicaccedilatildeo sobre o compartilhamento do canal deve usar o proacuteprio canal natildeo haacute canal fora da faixa para coordenar a transmissatildeo
5 Camada de Enlace 5-19
Protocolo Ideal de Acesso MuacuteltiploPara um canal de broadcast com taxa de R bps
1 Quando apenas um noacute tem dados para enviar esse noacute obteacutem uma vazatildeo de R bps
2 Quando M noacutes tecircm dados para enviar cada um desses noacutes poderaacute transmitir em meacutedia a uma taxa de RM bps
3 Completamente descentralizado nenhum noacute especial (mestre) para coordenar as
transmissotildees nenhuma sincronizaccedilatildeo de reloacutegios ou slots
4 Simples para que sua implementaccedilatildeo seja barata
5 Camada de Enlace 5-20
Taxonomia dos Protocolos MACTrecircs categorias gerais divisatildeo de Canal
divide o canal em pequenos ldquopedaccedilosrdquo (slotscompartimentos de tempo frequecircncia coacutedigo)
aloca pedaccedilo a um dado noacute para uso exclusivo deste acesso Aleatoacuterio
canal natildeo eacute dividido podem ocorrer colisotildees ldquorecuperaccedilatildeordquo das colisotildees
revezamento Noacutes se alternam em revezamento mas um noacute que
possui mais dados a transmitir pode demorar mais quando chegar a sua vez
5 Camada de Enlace 5-21
Protocolos MAC de divisatildeo de canal TDMA
TDMA Acesso Muacuteltiplo por Divisatildeo de Tempo acesso ao canal em ldquoturnos cada estaccedilatildeo recebe um comprimento fixo de
compartimento (comprimento = tempo de tx do pacote) em cada turno
compartimentos natildeo usados permanecem ociosos Exemplo LAN com 6 estaccedilotildees compartimentos 1 3 e 4
com pacotes compartimentos 2 5 e 6 ociosos
5 Camada de Enlace 5-22
Protocolos MAC de divisatildeo de canal FDMA
FDMA Acesso Muacuteltiplo por Divisatildeo de Frequecircncia espectro do canal dividido em bandas de frequecircncia a cada estaccedilatildeo eacute atribuiacuteda uma banda fixa de frequecircncia tempo de transmissatildeo natildeo usado nas bandas permanecem
ociosos exemplo LAN com 6 estaccedilotildees 134 com pacotes bandas
256 ociosas
Band
as d
e fre
quecircn
cia tempo
cabo FDM
5 Camada de Enlace 5-23
Protocolos de Acesso Aleatoacuterio Quando noacute tem um pacote para transmitir
transmite na taxa maacutexima Rnenhuma coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes
dois ou mais noacutes transmitindo ldquocolisatildeordquo O protocolo MAC de acesso aleatoacuterio
especifica como detectar colisotildeescomo se recuperar delas (atraveacutes de
retransmissotildees retardadas por exemplo) Exemplos de protocolos MAC de acesso
aleatoacuterioslotted ALOHAALOHACSMA CSMACD CSMACA
5 Camada de Enlace 5-24
Slotted ALOHA
Hipoacuteteses todos os quadros tecircm o
mesmo tamanho (L bits) tempo eacute dividido em slots
de tamanho igual tempo para transmitir 1 quadro (LR seg)
noacutes comeccedilam a transmitir quadros apenas no iniacutecio dos intervalos (slots)
noacutes satildeo sincronizados se 2 ou mais noacutes
transmitirem num slot todos os noacutes detectam a colisatildeo
Operaccedilatildeo quando o noacute obteacutem um novo
quadro ele espera ateacute o iniacutecio do proacuteximo slot e transmite o quadro inteiro
Se natildeo houver colisatildeo noacute poderaacute enviar um novo quadro no proacuteximo slot
caso haja uma colisatildeo (detectada antes do final do intervalo) noacute retransmite o quadro em cada intervalo subsequente com probabilidade p ateacute obter sucesso
5 Camada de Enlace 5-25
Slotted ALOHA
Vantagens uacutenico noacute ativo pode
transmitir continuamente na taxa maacutexima do canal
Altamente descentralizado apenas slots nos noacutes precisam estar sincronizados
simples
Desvantagens colisotildees slots
desperdiccedilados slots ociosos
(desperdiacutecio) noacutes podem ser capazes
de detectar colisotildees num tempo inferior ao da transmissatildeo do pacote
sincronizaccedilatildeo dos reloacutegios
5 Camada de Enlace 5-26
Eficiecircncia do Slotted Aloha
Assuma N noacutes com muitos quadros para enviar cada um transmite num slot com probabilidade p
probabilidade que noacute 1 tenha sucesso em um slot = p(1-p)N-1
probabilidade que qualquer noacute tenha sucesso = Np(1-p)N-
1
Para eficiecircncia maacutexima com N noacutes encontre p que maximiza Np(1-p)N-1
Para muitos noacutes faccedila limite para Np(1-p)N-1
quando N tende a infinito daacute
eficiecircncia maacutexima = 1e = 037
Eficiecircncia eacute a fraccedilatildeo de longo prazo de slots bem sucedidos quando haacute muitos noacutes cada um com muitos quadros para transmitir
Melhor caso canalusado para transmissotildees uacuteteis em apenas 37 do tempo
5 Camada de Enlace 5-27
ALOHA Puro (sem slots) Aloha puro (sem slots) mais simples sem sincronizaccedilatildeo Ao chegar um quadro no noacute
transmite imediatamente Probabilidade de colisatildeo aumenta
quadro enviado em t0 colide com outros quadros enviados em [t0-1t0+1]
5 Camada de Enlace 5-28
Eficiecircncia do Aloha puroP(sucesso por um dado noacute) = P(noacute transmita) P(nenhum outro noacute transmita em [t0-1t0] P(nenhum outro noacute transmita em [t0t0+1] = p (1-p)N-1 (1-p)N-1
= p (1-p)2(N-1)
hellip escolhendo o valor oacutetimo de p e deixando n -gt infinito
= 1(2e) = 018 Ainda pior do que o Slotted Aloha
5 Camada de Enlace 5-29
CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)
CSMA (Carrier Sense Multiple Access) Escuta antes de transmitir (detecccedilatildeo de portadora)
Se o canal estiver livre transmite todo o quadro
Se o canal estiver ocupado adia a transmissatildeo
Analogia humana natildeo interrompa outros
5 Camada de Enlace 5-30
Colisotildees no CSMA
colisotildees ainda podem aconteceratraso de propagaccedilatildeo significa que dois noacutes podem natildeo ouvira transmissatildeo do outro colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo eacute desperdiccedilado
Disposiccedilatildeo espacial dos noacutes
notapapel da distacircncia e atraso de propagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo
5 Camada de Enlace 5-31
CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)
CSMACD detecccedilatildeo da portadora adia a transmissatildeo como no CSMAAs colisotildees satildeo detectadas em pouco tempoTransmissotildees que sofreram colisotildees satildeo
abortadas reduzindo o desperdiacutecio do canal Detecccedilatildeo de colisotildees
Faacutecil em LANs cabeadas mede a potecircncia do sinal compara o sinal recebido com o transmitido
Difiacutecil em LANs sem fio o receptor eacute desligado durante a transmissatildeo
Analogia humana bate papo educado
5 Camada de Enlace 5-32
Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD
5 Camada de Enlace 5-33
Algoritmo CSMACD do Ethernet1 Adaptador recebe datagrama
da camada de rede e cria um quadro
2 Se o adaptador percebe que o canal estaacute ocioso comeccedila a transmitir o quadro Se percebe que o canal estaacute ocupado espera que o canal fique livre e transmite
3 Se o adaptador transmitir todo o quadro sem detectar outra transmissatildeo o adaptador concluiu a operaccedilatildeo com o quadro
4 Se o adaptador detectar outra transmissatildeo enquanto estiver transmitindo aborta e envia sinal de reforccedilo de colisatildeo de 48 bits
5 Apoacutes o aborto o adaptador entra na retirada (backoff) exponencial binaacuteria apoacutes a m-eacutesima colisatildeo o
adaptador escolhe um K aleatoriamente entre 012hellip2m-1 O adaptador espera K512 tempos de bit e retorna ao Passo 2
quanto mais colisotildees houver mas longos seratildeo os intervalos de retirada
5 Camada de Enlace 5-34
Eficiecircncia do CSMACD
tprop = atraso maacuteximo de prop entre 2 noacutes na LAN
ttrans = tempo para transmitir quadro de tamanho maacuteximo
Eficiecircncia vai para 1 agrave medida que tprop vai para 0ttrans vai para infinito
Muito melhor do que ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato
transprop tt 511eficiecircncia
5 Camada de Enlace 5-35
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoProtocolos MAC de divisatildeo de canal
Compartilha o canal eficientemente e de forma justa em altas cargas
Ineficiente em baixas cargas atraso no canal de acesso alocaccedilatildeo de 1N da largura de banda mesmo com apenas 1 noacute ativo
Protocolos MAC de acesso aleatoacuterioeficiente em baixas cargas um uacutenico noacute
pode utilizar completamente o canalAltas cargas overhead com colisotildees
Protocolos de revezamentoProcura oferecer o melhor dos dois mundos
5 Camada de Enlace 5-36
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoSeleccedilatildeo (Polling) Noacute mestre ldquoconvidardquo
noacutes escravos a transmitir em revezamento
Usado tipicamente com dispositivos escravo burros
Preocupaccedilotildees Overhead com as
consultas (polling) Latecircncia Ponto uacutenico de
falha (mestre)
mestre
escravos
poll
dados
dados
5 Camada de Enlace 5-37
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoPassagem de
permissatildeo (token) controla permissatildeo
passada de um noacute para o proacuteximo de forma sequencial
mensagem de passagem da permissatildeo
preocupaccedilotildees overhead com a
passagem de permissatildeo
latecircncia Ponto uacutenico de falha
(permissatildeo)
T
dados
(nada paramandar)
T
5 Camada de Enlace 5-38
Rede de acesso a cabo
Muacuteltiplos canais de difusatildeo downstream de 40Mbps Um uacutenico CMTS transmite para os diversos canais
Muacuteltiplos canais upstream de 30 Mbps Acesso muacuteltiplo todos os usuaacuterios disputam alguns slots
de tempo em canais upstream (outros satildeo preacute-alocados)
terminaccedilatildeo do cabo
CMTS
ISP
sistema de terminaccedilatildeo do cable modem
cablemodemsplitter
hellip
hellip
quadros Internet canais de TV e controle satildeo transmitidos downstream em frequecircncias diferentes
quadros Internet upstream e controle de TV satildeo transmitidos upstream em diferentes frequecircncias em slots de tempo
5 Camada de Enlace 5-39
Rede de acesso a cabo
DOCSIS espec da interface de serviccedilo de dados sobre cabo FDM sobre as frequecircncias dos canais up e downstream TDM upstream alguns slots satildeo alocados outros tecircm
disputabull quadro de mapeamento downstream aloca slots
upstreambull requisiccedilatildeo de slots upstream (e dados) satildeo transmitidos
atraveacutes de acesso aleatoacuterio (retirada binaacuteria) em slots selecionados
quadro de mapeamentop intervalo [t1 t2]
Residecircncias com cable modems
Canal downstream i
Canal Upstream j
t1 t2
Minislots alocados contendo quadros de dadosupstream do cable modem
Minislots contendo quadrosde requisiccedilatildeo de minislots
cable headend
CMTS
5 Camada de Enlace 5-40
Resumo dos protocolos MAC divisatildeo do canal por tempo frequecircncia ou
coacutedigoDivisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequecircncia
acesso aleatoacuterio (dinacircmico) ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDescutar a portadora faacutecil em algumas
tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)
CSMACD usado na EthernetCSMACA usado no 80211
RevezamentoSeleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto
central passagem de permissotildeesBluetooth FDDI Token Ring
5 Camada de Enlace 5-41
Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e
serviccedilos52 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais
Endereccedilamento ARP
EthernetSwitchesVLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-42
Endereccedilos MAC e ARP Endereccedilo IP de 32 bits
endereccedilos da camada de rede para a interface usado pelo repasse da camada 3 (rede)
Endereccedilo MAC (ou LAN ou fiacutesico ou Ethernet) Funccedilatildeo usado lsquolocalmentersquo para levar o quadro de
uma interface ateacute outra interface conectada fisicamente (na mesma rede no sentido do endereccedilamento IP)
Endereccedilo MAC de 48 bits (para a maioria das redes) gravado na ROM do adaptador ou configurado por software
Ex 1A-2F-BB-76-09-ADnotaccedilatildeo hexadecimal (base 16)
(cada ldquonuacutemerordquo representa 4 bits)
5 Camada de Enlace 5-43
Endereccedilos MAC e ARPcada adaptador na LAN possui um endereccedilo MAC uacutenico
Endereccedilo de Broadcast =FF-FF-FF-FF-FF-FF
= adaptador
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN(cabeada ousem fio)
5 Camada de Enlace 5-44
Endereccedilo MAC (cont) Alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC gerenciada pelo IEEE Um fabricante compra uma parte do espaccedilo de
endereccedilos (para garantir unicidade) Analogia (a) endereccedilo MAC como nuacutemero do CPF (b) endereccedilo IP como endereccedilo postal (CEP) endereccedilo MAC tem estrutura linear =gt
portabilidadePode mover um cartatildeo LAN de uma LAN para
outra endereccedilo IP hieraacuterquico NAtildeO eacute portaacutetil (requer IP
moacutevel)Depende da subrede IP agrave qual o noacute estaacute
conectado
5 Camada de Enlace 5-45
ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de Resoluccedilatildeo de Endereccedilos)
Cada noacute IP (Host Roteador) de uma LAN possui tabela ARP
Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN
lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt TTL (Time To Live) tempo
a partir do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute esquecido (valor tiacutepico de 20 min)
Pergunta como obter oendereccedilo MAC de B a partir do endereccedilo IP de B
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53 LAN
237196723
237196778
237196714
237196788
5 Camada de Enlace 5-46
Protocolo ARP mesma LAN (rede) A deseja enviar datagrama
para B e o endereccedilo MAC de B natildeo estaacute na tabela ARP
A difunde o pacote de solicitaccedilatildeo ARP que conteacutem o endereccedilo IP de B Endereccedilo MAC destino =
FF-FF-FF-FF-FF-FF todas as maacutequinas na
LAN recebem a consulta do ARP
B recebe o pacote ARP responde a A com o seu (de B) endereccedilo MAC Quadro enviado para o
endereccedilo MAC (unicast) de A
Uma cache (salva) o par de endereccedilos IP-para-MAC na sua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo fique antiquada (expire) lsquosoft statersquo informaccedilatildeo que expira (vai embora) a menos que seja renovada
ARP eacute ldquoplug-and-playrdquo os noacutes criam suas tabelas ARP sem a intervenccedilatildeo do administrador
da rede
5 Camada de Enlace 5-47
Endereccedilamento repassando para outra LAN encaminhamento envio de datagrama de A para B via R
foco no endereccedilamento ndash nas camadas IP (datagrama) e MAC (quadro)
assume que A conhece o endereccedilo IP de B assume que A conhece o endereccedilo IP do proacuteximo roteador
R (como) assume que A conhece o endereccedilo MAC de R (como)
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
5 Camada de Enlace 5-48
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IPEthPhy
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
A cria datagrama IP com IP origem A destino B A cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC
de R como destino quadro conteacutem o datagrama IP de A-para-B
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55 MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
5 Camada de Enlace 5-49
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IPEthPhy
quadro enviado de A para R
IPEthPhy
quadro recebido em R datagrama removido passado para o IP
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55 MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
5 Camada de Enlace 5-50
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
R repassa o datagrama com origem IP A destino B R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC
de B como destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9B MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
IPEthPhy
5 Camada de Enlace 5-51
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
R repassa o datagrama com origem IP A destino B R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC
de B como destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9B MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
IPEthPhy
5 Camada de Enlace 5-52
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
R repassa o datagrama com origem IP A destino B R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC
de B como destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9B MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
5 Camada de Enlace 5-53
Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e
serviccedilos52 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais
Endereccedilamento ARP
EthernetSwitchesVLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-54
Ethernet Muitiacutessimo difundida porque
Muito barata R$50 para placas 101001000Mbps A mais antiga das tecnologias de rede local (meados da
deacutecada de 70) Mais simples e menos cara que redes usando ficha ou
ATM Acompanhou o aumento de velocidade 10 Mbps ndash 10
Gbps
Rascunho de Metcalfe sobre o Ethernet
5 Camada de Enlace 5-55
Ethernet topologia fiacutesica barramento popular ateacute meados dos anos 90
Todos os noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo (podem colidir um com o outro)
estrela prevalecircncia hoje Comutador (switch) ativo no centro Cada porta roda o protocolo Ethernet separadamente (os
noacutes natildeo colidem uns com os outros)
barramento cabo coaxial
switch
estrela
5 Camada de Enlace 5-56
Estrutura do Quadro EthernetAdaptador remetente encapsula datagrama IP (ou pacote
de outro protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
preacircmbulo 7 bytes com o padratildeo 10101010 seguidos por um byte
com o padratildeo 10101011 usado para sincronizar receptor ao reloacutegio do
remetente (reloacutegios nunca satildeo exatos eacute muito provaacutevel que exista algum desvio entre eles)
5 Camada de Enlace 5-57
Estrutura de Quadro Ethernet (cont)
Endereccedilos 6 bytes para cada endereccedilo MAC se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo destino igual
ao seu ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede
caso contraacuterio o adaptador descarta o quadro Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior
usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)
CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado
5 Camada de Enlace 5-58
Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo sem conexatildeo natildeo haacute estabelecimento de
conexatildeo (saudaccedilatildeo) entre os adaptadores transmissor e receptor
Natildeo confiaacutevel o adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador transmissordados em quadros descartados satildeo
recuperados apenas se o transmissor usar transferecircncia confiaacutevel em camadas mais altas (ex TCP) caso contraacuterio os dados estaratildeo perdidos
Protocolo MAC do Ethernet CSMACD com retirada binaacuteria
5 Camada de Enlace 5-59
Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
diversos padrotildees Ethernet diferentes tecircm em comum o protocolo MAC e o formato do
quadro diferentes velocidades 2Mbps 10Mbps 100Mbps
1Gbps 10Gbps diferentes meios da camada fiacutesica fibra cabo
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
protocolo MACe formato do quadro
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)
5 Camada de Enlace 5-60
10Base5
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-61
10Base2
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-62
10BaseT
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-63
Conector RJ 45
5 Camada de Enlace 5-64
100Base-TX
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-65 10
Wireless Backhaul
Carrier Ethernet Access Expansion
Voice gateway
VoiceVideoTelephony
HD TVTVoD VoD
Video Source
Gaming BusinessBackup ERP
Internet Video Source
BusinessBroadband
E-Line andE-LAN service
GlobalNationalCarrierEthernet
GlobalNationalCarrierEthernet
SmallMedium Business
Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet
AccessCarrierEthernet
AccessCarrierEthernet
ResidentialTriple-Play
FTTx DSLAM Cable Modem
Broadbandmobile datavideo
Bringing vastly extended scalability for business and residential users
ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing
5 Camada de Enlace 5-66
Carrier Ethernet Defined
bull Carrier Ethernet is a ubiquitous standardized carrier-class SERVICE defined by five attributes that distinguish Carrier Ethernet from familiar LAN based Ethernet
bull It brings the compelling business benefit of the Ethernet cost model to achieve significant savings
Carrier Ethernet
bull Scalability
bull Standardized Services
bull Service Management
bull Quality of Service
bull Reliability
Carrier Ethernet Attributes
httpwwwmetroethernetforumorg
5 Camada de Enlace 5-67
Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e
serviccedilos52 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais
Endereccedilamento ARP
EthernetSwitchesVLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-68
Comutador (switch) Ethernet Dispositivo da camada de enlace tecircm papel
ativo armazena e retransmite quadros Ethernetexamina o cabeccedilalho do quadro e
seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento
transparentehospedeiros ignoram a presenccedila dos
switches plug-and-play self-learning (autodidatas)
os comutadores natildeo necessitam ser configurados
5 Camada de Enlace 5-69
Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas hospedeiros tecircm conexatildeo
direta e dedicada para o switch
os switches armazenam quadros
o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplex cada link eacute o seu proacuteprio
domiacutenio de colisatildeo comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-
para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch com seis interfaces(123456)
1 2 345
6
5 Camada de Enlace 5-70
Tabela de repasse do switch P como eacute que o switch sabe que
Arsquo eacute alcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel a partir da interface 5
R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutem (endereccedilo MAC do hospedeiro
interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)
parece uma tabela de repasse P como satildeo criadas e mantidas as
entradas na tabela de comutaccedilatildeo haacute algo como um protocolo de
roteamento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch with six interfaces(123456)
1 2 345
6
5 Camada de Enlace 5-71
switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfaces quando um quadro eacute
recebido o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada
registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo
Switch autoaprendizagemA
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
5 Camada de Enlace 5-725 Camada de Enlace
Switch filtragemrepasse de quadrosQuando o quadro eacute recebido em um comutador
registra o link de entrada endereccedilo MAC do hospedeiro transmissor
indexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo MAC do destino
if entrada encontrada para o destinothen
if dest estiver no segmento de onde veio o quadro then descarta o quadro
else repassa o quadro na interface indicada else usa inundaccedilatildeo
Repassa o quadro para todas as demais interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido
5 Camada de Enlace 5-73
Exemplo de auto aprendizagem e repasse
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo destino do quadro Arsquo
com localizaccedilatildeo desconhecida inundaccedilatildeo
Arsquo A
local do destino A conhecido
Arsquo 4 60
transmissatildeo seletiva
5 Camada de Enlace 5-74
Interligaccedilatildeo de comutadores
Podemos interligar comutadores (switches)
AB
P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe que deve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3
R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenico comutador)
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
5 Camada de Enlace 5-75
Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde
para C
P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4
AB
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
12
5 Camada de Enlace 5-76
Rede institucional
Para redeexterna
roteador
Subrede IP
Servidor de mensagens
Servidor web
5 Camada de Enlace 5-77
Comutadores x Roteadores
ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa roteadores dispositivos da
camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)
comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace
ambos possuem tabelas de repasse roteadores obteacutem
tabelas usando alg de roteamento endereccedilos IP
comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
redeenlacefiacutesica
enlacefiacutesica
switch
datagrama
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
quadro
quadro
quadrodatagrama
5 Camada de Enlace 5-78
Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e
serviccedilos52 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais
Endereccedilamento ARP
EthernetSwitchesVLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-79
Siacutentese um dia na vida de um pedido web jornada completa atravessando toda a pilha de
protocolos aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
colocando tudo junto siacutentese objetivo identificar revisar entender os
protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web
cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom
5 Camada de Enlace 5-80
Um dia na vida cenaacuterio
rede da Comcast68800013
rede do Google64233160019 64233169105
servidor web
Servidor DNS
rede da escola68802024
paacutegina web
navegador
5 Camada de Enlace 5-81
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPDHCP
quadro Ethernet difundido (dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador que executa o servidor DHCP Ethernet demultiplexado para IP demultiplexado para UDP e demultiplexado paraDHCP
o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilo do primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP Solicitaccedilatildeo DHCP encapsulada em UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023 Ethernet
5 Camada de Enlace 5-82
roteador(roda DHCP)
servidor DHCP prepara ACK DHCP contendo endereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiro roteador nome e endereccedilo IP do servidor DNS
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
encapsulamento no servidor DHCP quadro repassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente
Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador
cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
5 Camada de Enlace 5-83
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
consulta DNS criada encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviar quadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP
consulta ARP difundida recebida pelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccedilo MAC da interface do roteador
o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiro roteador podendo agora enviar o quadro contendo a consulta DNS
ARP query
EthPhy
ARP
ARP
ARP reply
antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
5 Camada de Enlace 5-84
roteador(roda DHCP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
datagrama IP conteacutem consulta DNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador
datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelos protocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS
demultiplexado pelo servidor DNS
servidor DNS responde ao cliente com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
rede da Comcast68800013
servidor DNSDNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
Um dia na vidahellip usando DNS
5 Camada de Enlace 5-85
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
para enviar pedido HTTP cliente primeiro abre um socket TCP para o servidor web segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web
conexatildeo TCP estabelecida64233169105servidor web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCPIPEthPhy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)
5 Camada de Enlace 5-86
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
solicitaccedilatildeo HTTP enviada para o socket TCP datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhado para wwwgooglecom
datagrama IP com a resposta HTTP eacute encaminhado de volta para o cliente
64233169105servidor web
HTTPTCPIPEthPhy
servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTPHTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
paacutegina web finalmente() apresentada
5 Camada de Enlace 5-87
Capiacutetulo 5 Resumo
princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dados detecccedilatildeo correccedilatildeo de erros compartilhamento de canal de difusatildeo acesso
muacuteltiplo endereccedilamento da camada de enlace
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlace Ethernet LANs comutadas VLANs redes virtualizadas como camada de enlace MPLS
siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web
5 Camada de Enlace 5-2
Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e
serviccedilos52 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais
Endereccedilamento ARP
EthernetSwitchesVLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-3
Camada de Enlace Introduccedilatildeo
Terminologia hospedeiros e roteadores satildeo
noacutes canais de comunicaccedilatildeo que
conectam noacutes adjacentes ao longo de um caminho de comunicaccedilatildeo satildeo enlaces (links) enlaces com fio (cabeados) enlaces sem fio (natildeo
cabeados) LANs
Pacote da camada 2 eacute um quadro (frame) encapsula o datagramaa camada de enlace eacute
responsaacutevel por transferir os datagramas entre noacutes fisicamente adjacentes atraveacutes de um enlace
5 Camada de Enlace 5-4
Camada de Enlace Contexto um datagrama eacute transferido
por diferentes protocolos de enlace em diferentes enlaces Ex Ethernet no primeiro
enlace frame relay em enlaces intermediaacuterios e 80211 no uacuteltimo enlace
cada protocolo de enlace provecirc diferentes serviccedilos ex pode ou natildeo prover
transporte confiaacutevel de dados atraveacutes do enlace
Analogia com um sistema de transporte
Viagem de Princeton ateacute Lausanne taxi Princeton ateacute JFK aviatildeo JFK ateacute Genebra Trem Genebra ateacute
Lausanne turista = datagrama segmento de transporte =
enlace de comunicaccedilatildeo modo de transporte =
protocolo da camada de enlace agente de viagens = algoritmo
de roteamento
5 Camada de Enlace 5-5
Serviccedilos da Camada de Enlace enquadramento (delimitaccedilatildeo do quadro) e acesso ao
enlace encapsula datagrama num quadro adicionando
cabeccedilalho e cauda (trailer) implementa acesso ao canal se meio for
compartilhado lsquoendereccedilos fiacutesicos (MAC)rsquo satildeo usados nos cabeccedilalhos
dos quadros para identificar origem e destino de quadros em enlaces multipontobull Diferente do endereccedilo IP
entrega confiaacutevel entre noacutes adjacentes jaacute aprendemos como fazer isto (Capiacutetulo 3) raramente usada em canais com baixas taxas de
erro (fibra oacuteptica alguns tipos de pares tranccedilados) Canais sem fio altas taxas de erros
bull P para que confiabilidade na camada de enlace e fim-a-fim
5 Camada de Enlace 5-6
Serviccedilos da Camada de Enlace (mais) controle de Fluxo
compatibilizar taxas de produccedilatildeo e consumo de quadros entre remetentes e receptores
detecccedilatildeo de Erros erros satildeo causados por atenuaccedilatildeo do sinal e por
ruiacutedo receptor detecta presenccedila de erros
bull receptor sinaliza ao remetente para retransmissatildeo ou simplesmente descarta o quadro em erro
correccedilatildeo de Erros mecanismo que permite que o receptor localize e
corrija o(s) erro(s) sem precisar da retransmissatildeo half-duplex e full-duplex
com half duplex um noacute natildeo pode transmitir e receber pacotes ao mesmo tempo
5 Camada de Enlace 5-7
Onde a camada de enlace eacute implementada
em cada um dos hospedeiros camada de enlace
implementada no ldquoadaptadorrdquo (NIC ndash Network Interface Card) placa Ethernet placa 80211
chipset Ethernet implementa as camadas de
enlace e fiacutesica conecta ao barramento do
sistema hospedeiro combinaccedilatildeo de hardware
software e firmware
controlador
Transmissatildeofiacutesica
cpu memoacuteria
barramentodo hospedeiro(ex PCI)
placa de rede
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlace
enlacefiacutesica
5 Camada de Enlace 5-8
Comunicaccedilatildeo entre Adaptadores
lado transmissor Encapsula o datagrama
em um quadro Adiciona bits de
verificaccedilatildeo de erro transferecircncia confiaacutevel de dados controle de fluxo etc
lado receptor verifica erros transporte
confiaacutevel controle de fluxo etc
extrai o datagrama passa-o para o noacute receptor
Controla-dora
Controla-dora
transmissor receptor
datagrama datagrama
datagrama
quadro
5 Camada de Enlace 5-9
Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e
serviccedilos52 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais
Endereccedilamento ARP
EthernetSwitchesVLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-10
Detecccedilatildeo de ErrosEDC= bits de Detecccedilatildeo e Correccedilatildeo de Erros (redundacircncia)D = Dados protegidos por verificaccedilatildeo de erros podem incluir alguns campos do cabeccedilalho bull a detecccedilatildeo de erros natildeo eacute 100 confiaacutevel
bull protocolos podem deixar passar alguns erros mas eacute rarobull quanto maior for o campo EDC melhor seraacute a capacidade
de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
5 Camada de Enlace 5-11
Verificaccedilotildees de Paridade
Paridade de 1 BitDetecta erros em um uacutenico bit
Paridade BidimensionalDetecta e corrige erro em um uacutenico bit
5 Camada de Enlace 5-12
Soma de verificaccedilatildeo da Internet
Transmissor trata o conteuacutedo do
segmento como uma sequecircncia de inteiros de 16 bits
Soma de verificaccedilatildeo adiccedilatildeo (complemento de 1 da soma ) do conteuacutedo do segmento
transmissor coloca o valor do checksum no campo de checksum UDP
Receptor calcula a soma de
verificaccedilatildeo do segmento recebido
verifica se o resultado eacute igual ao valor do campo da soma de verificaccedilatildeo NAtildeO - erro detectado SIM - nenhum erro foi
detectado Mas ainda pode conter erros
Objetivo detectar ldquoerrosrdquo (ex bits trocados) no segmento transmitido (nota usado apenas na camada de transporte)
5 Camada de Enlace 5-13
Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica (CRC) codificaccedilatildeo para detecccedilatildeo de erro mais poderosa vecirc os bits de dados D como um nuacutemero binaacuterio eacute escolhido um polinocircmio Gerador (G) (=gt r+1 bits) objetivo escolher r bits CRC R de modo que
ltDRgt seja exatamente divisiacutevel por G (moacutedulo 2) receptor conhece G divide ltDRgt por G Caso o resto seja
diferente de zero detectado erro Pode detectar todos os erros em rajadas menores do que
r+1 bits Largamente usado na praacutetica (Ethernet 80211 WiFi ATM)
5 Camada de Enlace 5-14
Exemplo de CRCQueremos
D2r XOR R = nGde forma equivalente
D2r = nG XOR R de forma equivalente se dividirmos D2r
por G queremos o resto R que satisfaccedila
GDR
r2resto
101110000 10011001 101011 1010 1001 1100 1001 1010 1001 011
D G
R
r = 3
5 Camada de Enlace 5-15
Implementaccedilatildeo em Hardware
Aring
G=1001
D2r=101110000
5 Camada de Enlace 5-16
Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e
serviccedilos52 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais
Endereccedilamento ARP
EthernetSwitchesVLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-17
Enlaces e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
Dois tipos de enlaces Ponto-a-ponto
PPP para acesso discado
Conexatildeo entre switch Ethernet e hospedeiro
broadcast (cabo ou meio compartilhado) Ethernet tradicional Upstream HFC 80211 LAN sem fio Sateacutelite Etc
5 Camada de Enlace 5-18
Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
canal de comunicaccedilatildeo uacutenico de broadcast interferecircncia quando dois ou mais noacutes transmitem
simultaneamente colisatildeo se um noacute receber dois ou mais sinais ao mesmo
tempo
Protocolo de acesso muacuteltiplo algoritmo distribuiacutedo que determina como os noacutes
compartilham o canal isto eacute determina quando um noacute pode transmitir
comunicaccedilatildeo sobre o compartilhamento do canal deve usar o proacuteprio canal natildeo haacute canal fora da faixa para coordenar a transmissatildeo
5 Camada de Enlace 5-19
Protocolo Ideal de Acesso MuacuteltiploPara um canal de broadcast com taxa de R bps
1 Quando apenas um noacute tem dados para enviar esse noacute obteacutem uma vazatildeo de R bps
2 Quando M noacutes tecircm dados para enviar cada um desses noacutes poderaacute transmitir em meacutedia a uma taxa de RM bps
3 Completamente descentralizado nenhum noacute especial (mestre) para coordenar as
transmissotildees nenhuma sincronizaccedilatildeo de reloacutegios ou slots
4 Simples para que sua implementaccedilatildeo seja barata
5 Camada de Enlace 5-20
Taxonomia dos Protocolos MACTrecircs categorias gerais divisatildeo de Canal
divide o canal em pequenos ldquopedaccedilosrdquo (slotscompartimentos de tempo frequecircncia coacutedigo)
aloca pedaccedilo a um dado noacute para uso exclusivo deste acesso Aleatoacuterio
canal natildeo eacute dividido podem ocorrer colisotildees ldquorecuperaccedilatildeordquo das colisotildees
revezamento Noacutes se alternam em revezamento mas um noacute que
possui mais dados a transmitir pode demorar mais quando chegar a sua vez
5 Camada de Enlace 5-21
Protocolos MAC de divisatildeo de canal TDMA
TDMA Acesso Muacuteltiplo por Divisatildeo de Tempo acesso ao canal em ldquoturnos cada estaccedilatildeo recebe um comprimento fixo de
compartimento (comprimento = tempo de tx do pacote) em cada turno
compartimentos natildeo usados permanecem ociosos Exemplo LAN com 6 estaccedilotildees compartimentos 1 3 e 4
com pacotes compartimentos 2 5 e 6 ociosos
5 Camada de Enlace 5-22
Protocolos MAC de divisatildeo de canal FDMA
FDMA Acesso Muacuteltiplo por Divisatildeo de Frequecircncia espectro do canal dividido em bandas de frequecircncia a cada estaccedilatildeo eacute atribuiacuteda uma banda fixa de frequecircncia tempo de transmissatildeo natildeo usado nas bandas permanecem
ociosos exemplo LAN com 6 estaccedilotildees 134 com pacotes bandas
256 ociosas
Band
as d
e fre
quecircn
cia tempo
cabo FDM
5 Camada de Enlace 5-23
Protocolos de Acesso Aleatoacuterio Quando noacute tem um pacote para transmitir
transmite na taxa maacutexima Rnenhuma coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes
dois ou mais noacutes transmitindo ldquocolisatildeordquo O protocolo MAC de acesso aleatoacuterio
especifica como detectar colisotildeescomo se recuperar delas (atraveacutes de
retransmissotildees retardadas por exemplo) Exemplos de protocolos MAC de acesso
aleatoacuterioslotted ALOHAALOHACSMA CSMACD CSMACA
5 Camada de Enlace 5-24
Slotted ALOHA
Hipoacuteteses todos os quadros tecircm o
mesmo tamanho (L bits) tempo eacute dividido em slots
de tamanho igual tempo para transmitir 1 quadro (LR seg)
noacutes comeccedilam a transmitir quadros apenas no iniacutecio dos intervalos (slots)
noacutes satildeo sincronizados se 2 ou mais noacutes
transmitirem num slot todos os noacutes detectam a colisatildeo
Operaccedilatildeo quando o noacute obteacutem um novo
quadro ele espera ateacute o iniacutecio do proacuteximo slot e transmite o quadro inteiro
Se natildeo houver colisatildeo noacute poderaacute enviar um novo quadro no proacuteximo slot
caso haja uma colisatildeo (detectada antes do final do intervalo) noacute retransmite o quadro em cada intervalo subsequente com probabilidade p ateacute obter sucesso
5 Camada de Enlace 5-25
Slotted ALOHA
Vantagens uacutenico noacute ativo pode
transmitir continuamente na taxa maacutexima do canal
Altamente descentralizado apenas slots nos noacutes precisam estar sincronizados
simples
Desvantagens colisotildees slots
desperdiccedilados slots ociosos
(desperdiacutecio) noacutes podem ser capazes
de detectar colisotildees num tempo inferior ao da transmissatildeo do pacote
sincronizaccedilatildeo dos reloacutegios
5 Camada de Enlace 5-26
Eficiecircncia do Slotted Aloha
Assuma N noacutes com muitos quadros para enviar cada um transmite num slot com probabilidade p
probabilidade que noacute 1 tenha sucesso em um slot = p(1-p)N-1
probabilidade que qualquer noacute tenha sucesso = Np(1-p)N-
1
Para eficiecircncia maacutexima com N noacutes encontre p que maximiza Np(1-p)N-1
Para muitos noacutes faccedila limite para Np(1-p)N-1
quando N tende a infinito daacute
eficiecircncia maacutexima = 1e = 037
Eficiecircncia eacute a fraccedilatildeo de longo prazo de slots bem sucedidos quando haacute muitos noacutes cada um com muitos quadros para transmitir
Melhor caso canalusado para transmissotildees uacuteteis em apenas 37 do tempo
5 Camada de Enlace 5-27
ALOHA Puro (sem slots) Aloha puro (sem slots) mais simples sem sincronizaccedilatildeo Ao chegar um quadro no noacute
transmite imediatamente Probabilidade de colisatildeo aumenta
quadro enviado em t0 colide com outros quadros enviados em [t0-1t0+1]
5 Camada de Enlace 5-28
Eficiecircncia do Aloha puroP(sucesso por um dado noacute) = P(noacute transmita) P(nenhum outro noacute transmita em [t0-1t0] P(nenhum outro noacute transmita em [t0t0+1] = p (1-p)N-1 (1-p)N-1
= p (1-p)2(N-1)
hellip escolhendo o valor oacutetimo de p e deixando n -gt infinito
= 1(2e) = 018 Ainda pior do que o Slotted Aloha
5 Camada de Enlace 5-29
CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)
CSMA (Carrier Sense Multiple Access) Escuta antes de transmitir (detecccedilatildeo de portadora)
Se o canal estiver livre transmite todo o quadro
Se o canal estiver ocupado adia a transmissatildeo
Analogia humana natildeo interrompa outros
5 Camada de Enlace 5-30
Colisotildees no CSMA
colisotildees ainda podem aconteceratraso de propagaccedilatildeo significa que dois noacutes podem natildeo ouvira transmissatildeo do outro colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo eacute desperdiccedilado
Disposiccedilatildeo espacial dos noacutes
notapapel da distacircncia e atraso de propagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo
5 Camada de Enlace 5-31
CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)
CSMACD detecccedilatildeo da portadora adia a transmissatildeo como no CSMAAs colisotildees satildeo detectadas em pouco tempoTransmissotildees que sofreram colisotildees satildeo
abortadas reduzindo o desperdiacutecio do canal Detecccedilatildeo de colisotildees
Faacutecil em LANs cabeadas mede a potecircncia do sinal compara o sinal recebido com o transmitido
Difiacutecil em LANs sem fio o receptor eacute desligado durante a transmissatildeo
Analogia humana bate papo educado
5 Camada de Enlace 5-32
Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD
5 Camada de Enlace 5-33
Algoritmo CSMACD do Ethernet1 Adaptador recebe datagrama
da camada de rede e cria um quadro
2 Se o adaptador percebe que o canal estaacute ocioso comeccedila a transmitir o quadro Se percebe que o canal estaacute ocupado espera que o canal fique livre e transmite
3 Se o adaptador transmitir todo o quadro sem detectar outra transmissatildeo o adaptador concluiu a operaccedilatildeo com o quadro
4 Se o adaptador detectar outra transmissatildeo enquanto estiver transmitindo aborta e envia sinal de reforccedilo de colisatildeo de 48 bits
5 Apoacutes o aborto o adaptador entra na retirada (backoff) exponencial binaacuteria apoacutes a m-eacutesima colisatildeo o
adaptador escolhe um K aleatoriamente entre 012hellip2m-1 O adaptador espera K512 tempos de bit e retorna ao Passo 2
quanto mais colisotildees houver mas longos seratildeo os intervalos de retirada
5 Camada de Enlace 5-34
Eficiecircncia do CSMACD
tprop = atraso maacuteximo de prop entre 2 noacutes na LAN
ttrans = tempo para transmitir quadro de tamanho maacuteximo
Eficiecircncia vai para 1 agrave medida que tprop vai para 0ttrans vai para infinito
Muito melhor do que ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato
transprop tt 511eficiecircncia
5 Camada de Enlace 5-35
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoProtocolos MAC de divisatildeo de canal
Compartilha o canal eficientemente e de forma justa em altas cargas
Ineficiente em baixas cargas atraso no canal de acesso alocaccedilatildeo de 1N da largura de banda mesmo com apenas 1 noacute ativo
Protocolos MAC de acesso aleatoacuterioeficiente em baixas cargas um uacutenico noacute
pode utilizar completamente o canalAltas cargas overhead com colisotildees
Protocolos de revezamentoProcura oferecer o melhor dos dois mundos
5 Camada de Enlace 5-36
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoSeleccedilatildeo (Polling) Noacute mestre ldquoconvidardquo
noacutes escravos a transmitir em revezamento
Usado tipicamente com dispositivos escravo burros
Preocupaccedilotildees Overhead com as
consultas (polling) Latecircncia Ponto uacutenico de
falha (mestre)
mestre
escravos
poll
dados
dados
5 Camada de Enlace 5-37
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoPassagem de
permissatildeo (token) controla permissatildeo
passada de um noacute para o proacuteximo de forma sequencial
mensagem de passagem da permissatildeo
preocupaccedilotildees overhead com a
passagem de permissatildeo
latecircncia Ponto uacutenico de falha
(permissatildeo)
T
dados
(nada paramandar)
T
5 Camada de Enlace 5-38
Rede de acesso a cabo
Muacuteltiplos canais de difusatildeo downstream de 40Mbps Um uacutenico CMTS transmite para os diversos canais
Muacuteltiplos canais upstream de 30 Mbps Acesso muacuteltiplo todos os usuaacuterios disputam alguns slots
de tempo em canais upstream (outros satildeo preacute-alocados)
terminaccedilatildeo do cabo
CMTS
ISP
sistema de terminaccedilatildeo do cable modem
cablemodemsplitter
hellip
hellip
quadros Internet canais de TV e controle satildeo transmitidos downstream em frequecircncias diferentes
quadros Internet upstream e controle de TV satildeo transmitidos upstream em diferentes frequecircncias em slots de tempo
5 Camada de Enlace 5-39
Rede de acesso a cabo
DOCSIS espec da interface de serviccedilo de dados sobre cabo FDM sobre as frequecircncias dos canais up e downstream TDM upstream alguns slots satildeo alocados outros tecircm
disputabull quadro de mapeamento downstream aloca slots
upstreambull requisiccedilatildeo de slots upstream (e dados) satildeo transmitidos
atraveacutes de acesso aleatoacuterio (retirada binaacuteria) em slots selecionados
quadro de mapeamentop intervalo [t1 t2]
Residecircncias com cable modems
Canal downstream i
Canal Upstream j
t1 t2
Minislots alocados contendo quadros de dadosupstream do cable modem
Minislots contendo quadrosde requisiccedilatildeo de minislots
cable headend
CMTS
5 Camada de Enlace 5-40
Resumo dos protocolos MAC divisatildeo do canal por tempo frequecircncia ou
coacutedigoDivisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequecircncia
acesso aleatoacuterio (dinacircmico) ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDescutar a portadora faacutecil em algumas
tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)
CSMACD usado na EthernetCSMACA usado no 80211
RevezamentoSeleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto
central passagem de permissotildeesBluetooth FDDI Token Ring
5 Camada de Enlace 5-41
Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e
serviccedilos52 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais
Endereccedilamento ARP
EthernetSwitchesVLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-42
Endereccedilos MAC e ARP Endereccedilo IP de 32 bits
endereccedilos da camada de rede para a interface usado pelo repasse da camada 3 (rede)
Endereccedilo MAC (ou LAN ou fiacutesico ou Ethernet) Funccedilatildeo usado lsquolocalmentersquo para levar o quadro de
uma interface ateacute outra interface conectada fisicamente (na mesma rede no sentido do endereccedilamento IP)
Endereccedilo MAC de 48 bits (para a maioria das redes) gravado na ROM do adaptador ou configurado por software
Ex 1A-2F-BB-76-09-ADnotaccedilatildeo hexadecimal (base 16)
(cada ldquonuacutemerordquo representa 4 bits)
5 Camada de Enlace 5-43
Endereccedilos MAC e ARPcada adaptador na LAN possui um endereccedilo MAC uacutenico
Endereccedilo de Broadcast =FF-FF-FF-FF-FF-FF
= adaptador
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN(cabeada ousem fio)
5 Camada de Enlace 5-44
Endereccedilo MAC (cont) Alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC gerenciada pelo IEEE Um fabricante compra uma parte do espaccedilo de
endereccedilos (para garantir unicidade) Analogia (a) endereccedilo MAC como nuacutemero do CPF (b) endereccedilo IP como endereccedilo postal (CEP) endereccedilo MAC tem estrutura linear =gt
portabilidadePode mover um cartatildeo LAN de uma LAN para
outra endereccedilo IP hieraacuterquico NAtildeO eacute portaacutetil (requer IP
moacutevel)Depende da subrede IP agrave qual o noacute estaacute
conectado
5 Camada de Enlace 5-45
ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de Resoluccedilatildeo de Endereccedilos)
Cada noacute IP (Host Roteador) de uma LAN possui tabela ARP
Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN
lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt TTL (Time To Live) tempo
a partir do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute esquecido (valor tiacutepico de 20 min)
Pergunta como obter oendereccedilo MAC de B a partir do endereccedilo IP de B
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53 LAN
237196723
237196778
237196714
237196788
5 Camada de Enlace 5-46
Protocolo ARP mesma LAN (rede) A deseja enviar datagrama
para B e o endereccedilo MAC de B natildeo estaacute na tabela ARP
A difunde o pacote de solicitaccedilatildeo ARP que conteacutem o endereccedilo IP de B Endereccedilo MAC destino =
FF-FF-FF-FF-FF-FF todas as maacutequinas na
LAN recebem a consulta do ARP
B recebe o pacote ARP responde a A com o seu (de B) endereccedilo MAC Quadro enviado para o
endereccedilo MAC (unicast) de A
Uma cache (salva) o par de endereccedilos IP-para-MAC na sua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo fique antiquada (expire) lsquosoft statersquo informaccedilatildeo que expira (vai embora) a menos que seja renovada
ARP eacute ldquoplug-and-playrdquo os noacutes criam suas tabelas ARP sem a intervenccedilatildeo do administrador
da rede
5 Camada de Enlace 5-47
Endereccedilamento repassando para outra LAN encaminhamento envio de datagrama de A para B via R
foco no endereccedilamento ndash nas camadas IP (datagrama) e MAC (quadro)
assume que A conhece o endereccedilo IP de B assume que A conhece o endereccedilo IP do proacuteximo roteador
R (como) assume que A conhece o endereccedilo MAC de R (como)
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
5 Camada de Enlace 5-48
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IPEthPhy
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
A cria datagrama IP com IP origem A destino B A cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC
de R como destino quadro conteacutem o datagrama IP de A-para-B
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55 MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
5 Camada de Enlace 5-49
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IPEthPhy
quadro enviado de A para R
IPEthPhy
quadro recebido em R datagrama removido passado para o IP
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55 MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
5 Camada de Enlace 5-50
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
R repassa o datagrama com origem IP A destino B R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC
de B como destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9B MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
IPEthPhy
5 Camada de Enlace 5-51
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
R repassa o datagrama com origem IP A destino B R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC
de B como destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9B MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
IPEthPhy
5 Camada de Enlace 5-52
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
R repassa o datagrama com origem IP A destino B R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC
de B como destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9B MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
5 Camada de Enlace 5-53
Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e
serviccedilos52 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais
Endereccedilamento ARP
EthernetSwitchesVLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-54
Ethernet Muitiacutessimo difundida porque
Muito barata R$50 para placas 101001000Mbps A mais antiga das tecnologias de rede local (meados da
deacutecada de 70) Mais simples e menos cara que redes usando ficha ou
ATM Acompanhou o aumento de velocidade 10 Mbps ndash 10
Gbps
Rascunho de Metcalfe sobre o Ethernet
5 Camada de Enlace 5-55
Ethernet topologia fiacutesica barramento popular ateacute meados dos anos 90
Todos os noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo (podem colidir um com o outro)
estrela prevalecircncia hoje Comutador (switch) ativo no centro Cada porta roda o protocolo Ethernet separadamente (os
noacutes natildeo colidem uns com os outros)
barramento cabo coaxial
switch
estrela
5 Camada de Enlace 5-56
Estrutura do Quadro EthernetAdaptador remetente encapsula datagrama IP (ou pacote
de outro protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
preacircmbulo 7 bytes com o padratildeo 10101010 seguidos por um byte
com o padratildeo 10101011 usado para sincronizar receptor ao reloacutegio do
remetente (reloacutegios nunca satildeo exatos eacute muito provaacutevel que exista algum desvio entre eles)
5 Camada de Enlace 5-57
Estrutura de Quadro Ethernet (cont)
Endereccedilos 6 bytes para cada endereccedilo MAC se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo destino igual
ao seu ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede
caso contraacuterio o adaptador descarta o quadro Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior
usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)
CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado
5 Camada de Enlace 5-58
Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo sem conexatildeo natildeo haacute estabelecimento de
conexatildeo (saudaccedilatildeo) entre os adaptadores transmissor e receptor
Natildeo confiaacutevel o adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador transmissordados em quadros descartados satildeo
recuperados apenas se o transmissor usar transferecircncia confiaacutevel em camadas mais altas (ex TCP) caso contraacuterio os dados estaratildeo perdidos
Protocolo MAC do Ethernet CSMACD com retirada binaacuteria
5 Camada de Enlace 5-59
Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
diversos padrotildees Ethernet diferentes tecircm em comum o protocolo MAC e o formato do
quadro diferentes velocidades 2Mbps 10Mbps 100Mbps
1Gbps 10Gbps diferentes meios da camada fiacutesica fibra cabo
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
protocolo MACe formato do quadro
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)
5 Camada de Enlace 5-60
10Base5
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-61
10Base2
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-62
10BaseT
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-63
Conector RJ 45
5 Camada de Enlace 5-64
100Base-TX
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-65 10
Wireless Backhaul
Carrier Ethernet Access Expansion
Voice gateway
VoiceVideoTelephony
HD TVTVoD VoD
Video Source
Gaming BusinessBackup ERP
Internet Video Source
BusinessBroadband
E-Line andE-LAN service
GlobalNationalCarrierEthernet
GlobalNationalCarrierEthernet
SmallMedium Business
Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet
AccessCarrierEthernet
AccessCarrierEthernet
ResidentialTriple-Play
FTTx DSLAM Cable Modem
Broadbandmobile datavideo
Bringing vastly extended scalability for business and residential users
ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing
5 Camada de Enlace 5-66
Carrier Ethernet Defined
bull Carrier Ethernet is a ubiquitous standardized carrier-class SERVICE defined by five attributes that distinguish Carrier Ethernet from familiar LAN based Ethernet
bull It brings the compelling business benefit of the Ethernet cost model to achieve significant savings
Carrier Ethernet
bull Scalability
bull Standardized Services
bull Service Management
bull Quality of Service
bull Reliability
Carrier Ethernet Attributes
httpwwwmetroethernetforumorg
5 Camada de Enlace 5-67
Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e
serviccedilos52 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais
Endereccedilamento ARP
EthernetSwitchesVLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-68
Comutador (switch) Ethernet Dispositivo da camada de enlace tecircm papel
ativo armazena e retransmite quadros Ethernetexamina o cabeccedilalho do quadro e
seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento
transparentehospedeiros ignoram a presenccedila dos
switches plug-and-play self-learning (autodidatas)
os comutadores natildeo necessitam ser configurados
5 Camada de Enlace 5-69
Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas hospedeiros tecircm conexatildeo
direta e dedicada para o switch
os switches armazenam quadros
o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplex cada link eacute o seu proacuteprio
domiacutenio de colisatildeo comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-
para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch com seis interfaces(123456)
1 2 345
6
5 Camada de Enlace 5-70
Tabela de repasse do switch P como eacute que o switch sabe que
Arsquo eacute alcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel a partir da interface 5
R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutem (endereccedilo MAC do hospedeiro
interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)
parece uma tabela de repasse P como satildeo criadas e mantidas as
entradas na tabela de comutaccedilatildeo haacute algo como um protocolo de
roteamento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch with six interfaces(123456)
1 2 345
6
5 Camada de Enlace 5-71
switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfaces quando um quadro eacute
recebido o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada
registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo
Switch autoaprendizagemA
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
5 Camada de Enlace 5-725 Camada de Enlace
Switch filtragemrepasse de quadrosQuando o quadro eacute recebido em um comutador
registra o link de entrada endereccedilo MAC do hospedeiro transmissor
indexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo MAC do destino
if entrada encontrada para o destinothen
if dest estiver no segmento de onde veio o quadro then descarta o quadro
else repassa o quadro na interface indicada else usa inundaccedilatildeo
Repassa o quadro para todas as demais interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido
5 Camada de Enlace 5-73
Exemplo de auto aprendizagem e repasse
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo destino do quadro Arsquo
com localizaccedilatildeo desconhecida inundaccedilatildeo
Arsquo A
local do destino A conhecido
Arsquo 4 60
transmissatildeo seletiva
5 Camada de Enlace 5-74
Interligaccedilatildeo de comutadores
Podemos interligar comutadores (switches)
AB
P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe que deve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3
R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenico comutador)
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
5 Camada de Enlace 5-75
Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde
para C
P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4
AB
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
12
5 Camada de Enlace 5-76
Rede institucional
Para redeexterna
roteador
Subrede IP
Servidor de mensagens
Servidor web
5 Camada de Enlace 5-77
Comutadores x Roteadores
ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa roteadores dispositivos da
camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)
comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace
ambos possuem tabelas de repasse roteadores obteacutem
tabelas usando alg de roteamento endereccedilos IP
comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
redeenlacefiacutesica
enlacefiacutesica
switch
datagrama
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
quadro
quadro
quadrodatagrama
5 Camada de Enlace 5-78
Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e
serviccedilos52 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais
Endereccedilamento ARP
EthernetSwitchesVLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-79
Siacutentese um dia na vida de um pedido web jornada completa atravessando toda a pilha de
protocolos aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
colocando tudo junto siacutentese objetivo identificar revisar entender os
protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web
cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom
5 Camada de Enlace 5-80
Um dia na vida cenaacuterio
rede da Comcast68800013
rede do Google64233160019 64233169105
servidor web
Servidor DNS
rede da escola68802024
paacutegina web
navegador
5 Camada de Enlace 5-81
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPDHCP
quadro Ethernet difundido (dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador que executa o servidor DHCP Ethernet demultiplexado para IP demultiplexado para UDP e demultiplexado paraDHCP
o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilo do primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP Solicitaccedilatildeo DHCP encapsulada em UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023 Ethernet
5 Camada de Enlace 5-82
roteador(roda DHCP)
servidor DHCP prepara ACK DHCP contendo endereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiro roteador nome e endereccedilo IP do servidor DNS
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
encapsulamento no servidor DHCP quadro repassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente
Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador
cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
5 Camada de Enlace 5-83
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
consulta DNS criada encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviar quadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP
consulta ARP difundida recebida pelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccedilo MAC da interface do roteador
o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiro roteador podendo agora enviar o quadro contendo a consulta DNS
ARP query
EthPhy
ARP
ARP
ARP reply
antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
5 Camada de Enlace 5-84
roteador(roda DHCP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
datagrama IP conteacutem consulta DNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador
datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelos protocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS
demultiplexado pelo servidor DNS
servidor DNS responde ao cliente com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
rede da Comcast68800013
servidor DNSDNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
Um dia na vidahellip usando DNS
5 Camada de Enlace 5-85
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
para enviar pedido HTTP cliente primeiro abre um socket TCP para o servidor web segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web
conexatildeo TCP estabelecida64233169105servidor web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCPIPEthPhy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)
5 Camada de Enlace 5-86
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
solicitaccedilatildeo HTTP enviada para o socket TCP datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhado para wwwgooglecom
datagrama IP com a resposta HTTP eacute encaminhado de volta para o cliente
64233169105servidor web
HTTPTCPIPEthPhy
servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTPHTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
paacutegina web finalmente() apresentada
5 Camada de Enlace 5-87
Capiacutetulo 5 Resumo
princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dados detecccedilatildeo correccedilatildeo de erros compartilhamento de canal de difusatildeo acesso
muacuteltiplo endereccedilamento da camada de enlace
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlace Ethernet LANs comutadas VLANs redes virtualizadas como camada de enlace MPLS
siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web
5 Camada de Enlace 5-3
Camada de Enlace Introduccedilatildeo
Terminologia hospedeiros e roteadores satildeo
noacutes canais de comunicaccedilatildeo que
conectam noacutes adjacentes ao longo de um caminho de comunicaccedilatildeo satildeo enlaces (links) enlaces com fio (cabeados) enlaces sem fio (natildeo
cabeados) LANs
Pacote da camada 2 eacute um quadro (frame) encapsula o datagramaa camada de enlace eacute
responsaacutevel por transferir os datagramas entre noacutes fisicamente adjacentes atraveacutes de um enlace
5 Camada de Enlace 5-4
Camada de Enlace Contexto um datagrama eacute transferido
por diferentes protocolos de enlace em diferentes enlaces Ex Ethernet no primeiro
enlace frame relay em enlaces intermediaacuterios e 80211 no uacuteltimo enlace
cada protocolo de enlace provecirc diferentes serviccedilos ex pode ou natildeo prover
transporte confiaacutevel de dados atraveacutes do enlace
Analogia com um sistema de transporte
Viagem de Princeton ateacute Lausanne taxi Princeton ateacute JFK aviatildeo JFK ateacute Genebra Trem Genebra ateacute
Lausanne turista = datagrama segmento de transporte =
enlace de comunicaccedilatildeo modo de transporte =
protocolo da camada de enlace agente de viagens = algoritmo
de roteamento
5 Camada de Enlace 5-5
Serviccedilos da Camada de Enlace enquadramento (delimitaccedilatildeo do quadro) e acesso ao
enlace encapsula datagrama num quadro adicionando
cabeccedilalho e cauda (trailer) implementa acesso ao canal se meio for
compartilhado lsquoendereccedilos fiacutesicos (MAC)rsquo satildeo usados nos cabeccedilalhos
dos quadros para identificar origem e destino de quadros em enlaces multipontobull Diferente do endereccedilo IP
entrega confiaacutevel entre noacutes adjacentes jaacute aprendemos como fazer isto (Capiacutetulo 3) raramente usada em canais com baixas taxas de
erro (fibra oacuteptica alguns tipos de pares tranccedilados) Canais sem fio altas taxas de erros
bull P para que confiabilidade na camada de enlace e fim-a-fim
5 Camada de Enlace 5-6
Serviccedilos da Camada de Enlace (mais) controle de Fluxo
compatibilizar taxas de produccedilatildeo e consumo de quadros entre remetentes e receptores
detecccedilatildeo de Erros erros satildeo causados por atenuaccedilatildeo do sinal e por
ruiacutedo receptor detecta presenccedila de erros
bull receptor sinaliza ao remetente para retransmissatildeo ou simplesmente descarta o quadro em erro
correccedilatildeo de Erros mecanismo que permite que o receptor localize e
corrija o(s) erro(s) sem precisar da retransmissatildeo half-duplex e full-duplex
com half duplex um noacute natildeo pode transmitir e receber pacotes ao mesmo tempo
5 Camada de Enlace 5-7
Onde a camada de enlace eacute implementada
em cada um dos hospedeiros camada de enlace
implementada no ldquoadaptadorrdquo (NIC ndash Network Interface Card) placa Ethernet placa 80211
chipset Ethernet implementa as camadas de
enlace e fiacutesica conecta ao barramento do
sistema hospedeiro combinaccedilatildeo de hardware
software e firmware
controlador
Transmissatildeofiacutesica
cpu memoacuteria
barramentodo hospedeiro(ex PCI)
placa de rede
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlace
enlacefiacutesica
5 Camada de Enlace 5-8
Comunicaccedilatildeo entre Adaptadores
lado transmissor Encapsula o datagrama
em um quadro Adiciona bits de
verificaccedilatildeo de erro transferecircncia confiaacutevel de dados controle de fluxo etc
lado receptor verifica erros transporte
confiaacutevel controle de fluxo etc
extrai o datagrama passa-o para o noacute receptor
Controla-dora
Controla-dora
transmissor receptor
datagrama datagrama
datagrama
quadro
5 Camada de Enlace 5-9
Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e
serviccedilos52 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais
Endereccedilamento ARP
EthernetSwitchesVLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-10
Detecccedilatildeo de ErrosEDC= bits de Detecccedilatildeo e Correccedilatildeo de Erros (redundacircncia)D = Dados protegidos por verificaccedilatildeo de erros podem incluir alguns campos do cabeccedilalho bull a detecccedilatildeo de erros natildeo eacute 100 confiaacutevel
bull protocolos podem deixar passar alguns erros mas eacute rarobull quanto maior for o campo EDC melhor seraacute a capacidade
de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
5 Camada de Enlace 5-11
Verificaccedilotildees de Paridade
Paridade de 1 BitDetecta erros em um uacutenico bit
Paridade BidimensionalDetecta e corrige erro em um uacutenico bit
5 Camada de Enlace 5-12
Soma de verificaccedilatildeo da Internet
Transmissor trata o conteuacutedo do
segmento como uma sequecircncia de inteiros de 16 bits
Soma de verificaccedilatildeo adiccedilatildeo (complemento de 1 da soma ) do conteuacutedo do segmento
transmissor coloca o valor do checksum no campo de checksum UDP
Receptor calcula a soma de
verificaccedilatildeo do segmento recebido
verifica se o resultado eacute igual ao valor do campo da soma de verificaccedilatildeo NAtildeO - erro detectado SIM - nenhum erro foi
detectado Mas ainda pode conter erros
Objetivo detectar ldquoerrosrdquo (ex bits trocados) no segmento transmitido (nota usado apenas na camada de transporte)
5 Camada de Enlace 5-13
Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica (CRC) codificaccedilatildeo para detecccedilatildeo de erro mais poderosa vecirc os bits de dados D como um nuacutemero binaacuterio eacute escolhido um polinocircmio Gerador (G) (=gt r+1 bits) objetivo escolher r bits CRC R de modo que
ltDRgt seja exatamente divisiacutevel por G (moacutedulo 2) receptor conhece G divide ltDRgt por G Caso o resto seja
diferente de zero detectado erro Pode detectar todos os erros em rajadas menores do que
r+1 bits Largamente usado na praacutetica (Ethernet 80211 WiFi ATM)
5 Camada de Enlace 5-14
Exemplo de CRCQueremos
D2r XOR R = nGde forma equivalente
D2r = nG XOR R de forma equivalente se dividirmos D2r
por G queremos o resto R que satisfaccedila
GDR
r2resto
101110000 10011001 101011 1010 1001 1100 1001 1010 1001 011
D G
R
r = 3
5 Camada de Enlace 5-15
Implementaccedilatildeo em Hardware
Aring
G=1001
D2r=101110000
5 Camada de Enlace 5-16
Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e
serviccedilos52 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais
Endereccedilamento ARP
EthernetSwitchesVLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-17
Enlaces e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
Dois tipos de enlaces Ponto-a-ponto
PPP para acesso discado
Conexatildeo entre switch Ethernet e hospedeiro
broadcast (cabo ou meio compartilhado) Ethernet tradicional Upstream HFC 80211 LAN sem fio Sateacutelite Etc
5 Camada de Enlace 5-18
Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
canal de comunicaccedilatildeo uacutenico de broadcast interferecircncia quando dois ou mais noacutes transmitem
simultaneamente colisatildeo se um noacute receber dois ou mais sinais ao mesmo
tempo
Protocolo de acesso muacuteltiplo algoritmo distribuiacutedo que determina como os noacutes
compartilham o canal isto eacute determina quando um noacute pode transmitir
comunicaccedilatildeo sobre o compartilhamento do canal deve usar o proacuteprio canal natildeo haacute canal fora da faixa para coordenar a transmissatildeo
5 Camada de Enlace 5-19
Protocolo Ideal de Acesso MuacuteltiploPara um canal de broadcast com taxa de R bps
1 Quando apenas um noacute tem dados para enviar esse noacute obteacutem uma vazatildeo de R bps
2 Quando M noacutes tecircm dados para enviar cada um desses noacutes poderaacute transmitir em meacutedia a uma taxa de RM bps
3 Completamente descentralizado nenhum noacute especial (mestre) para coordenar as
transmissotildees nenhuma sincronizaccedilatildeo de reloacutegios ou slots
4 Simples para que sua implementaccedilatildeo seja barata
5 Camada de Enlace 5-20
Taxonomia dos Protocolos MACTrecircs categorias gerais divisatildeo de Canal
divide o canal em pequenos ldquopedaccedilosrdquo (slotscompartimentos de tempo frequecircncia coacutedigo)
aloca pedaccedilo a um dado noacute para uso exclusivo deste acesso Aleatoacuterio
canal natildeo eacute dividido podem ocorrer colisotildees ldquorecuperaccedilatildeordquo das colisotildees
revezamento Noacutes se alternam em revezamento mas um noacute que
possui mais dados a transmitir pode demorar mais quando chegar a sua vez
5 Camada de Enlace 5-21
Protocolos MAC de divisatildeo de canal TDMA
TDMA Acesso Muacuteltiplo por Divisatildeo de Tempo acesso ao canal em ldquoturnos cada estaccedilatildeo recebe um comprimento fixo de
compartimento (comprimento = tempo de tx do pacote) em cada turno
compartimentos natildeo usados permanecem ociosos Exemplo LAN com 6 estaccedilotildees compartimentos 1 3 e 4
com pacotes compartimentos 2 5 e 6 ociosos
5 Camada de Enlace 5-22
Protocolos MAC de divisatildeo de canal FDMA
FDMA Acesso Muacuteltiplo por Divisatildeo de Frequecircncia espectro do canal dividido em bandas de frequecircncia a cada estaccedilatildeo eacute atribuiacuteda uma banda fixa de frequecircncia tempo de transmissatildeo natildeo usado nas bandas permanecem
ociosos exemplo LAN com 6 estaccedilotildees 134 com pacotes bandas
256 ociosas
Band
as d
e fre
quecircn
cia tempo
cabo FDM
5 Camada de Enlace 5-23
Protocolos de Acesso Aleatoacuterio Quando noacute tem um pacote para transmitir
transmite na taxa maacutexima Rnenhuma coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes
dois ou mais noacutes transmitindo ldquocolisatildeordquo O protocolo MAC de acesso aleatoacuterio
especifica como detectar colisotildeescomo se recuperar delas (atraveacutes de
retransmissotildees retardadas por exemplo) Exemplos de protocolos MAC de acesso
aleatoacuterioslotted ALOHAALOHACSMA CSMACD CSMACA
5 Camada de Enlace 5-24
Slotted ALOHA
Hipoacuteteses todos os quadros tecircm o
mesmo tamanho (L bits) tempo eacute dividido em slots
de tamanho igual tempo para transmitir 1 quadro (LR seg)
noacutes comeccedilam a transmitir quadros apenas no iniacutecio dos intervalos (slots)
noacutes satildeo sincronizados se 2 ou mais noacutes
transmitirem num slot todos os noacutes detectam a colisatildeo
Operaccedilatildeo quando o noacute obteacutem um novo
quadro ele espera ateacute o iniacutecio do proacuteximo slot e transmite o quadro inteiro
Se natildeo houver colisatildeo noacute poderaacute enviar um novo quadro no proacuteximo slot
caso haja uma colisatildeo (detectada antes do final do intervalo) noacute retransmite o quadro em cada intervalo subsequente com probabilidade p ateacute obter sucesso
5 Camada de Enlace 5-25
Slotted ALOHA
Vantagens uacutenico noacute ativo pode
transmitir continuamente na taxa maacutexima do canal
Altamente descentralizado apenas slots nos noacutes precisam estar sincronizados
simples
Desvantagens colisotildees slots
desperdiccedilados slots ociosos
(desperdiacutecio) noacutes podem ser capazes
de detectar colisotildees num tempo inferior ao da transmissatildeo do pacote
sincronizaccedilatildeo dos reloacutegios
5 Camada de Enlace 5-26
Eficiecircncia do Slotted Aloha
Assuma N noacutes com muitos quadros para enviar cada um transmite num slot com probabilidade p
probabilidade que noacute 1 tenha sucesso em um slot = p(1-p)N-1
probabilidade que qualquer noacute tenha sucesso = Np(1-p)N-
1
Para eficiecircncia maacutexima com N noacutes encontre p que maximiza Np(1-p)N-1
Para muitos noacutes faccedila limite para Np(1-p)N-1
quando N tende a infinito daacute
eficiecircncia maacutexima = 1e = 037
Eficiecircncia eacute a fraccedilatildeo de longo prazo de slots bem sucedidos quando haacute muitos noacutes cada um com muitos quadros para transmitir
Melhor caso canalusado para transmissotildees uacuteteis em apenas 37 do tempo
5 Camada de Enlace 5-27
ALOHA Puro (sem slots) Aloha puro (sem slots) mais simples sem sincronizaccedilatildeo Ao chegar um quadro no noacute
transmite imediatamente Probabilidade de colisatildeo aumenta
quadro enviado em t0 colide com outros quadros enviados em [t0-1t0+1]
5 Camada de Enlace 5-28
Eficiecircncia do Aloha puroP(sucesso por um dado noacute) = P(noacute transmita) P(nenhum outro noacute transmita em [t0-1t0] P(nenhum outro noacute transmita em [t0t0+1] = p (1-p)N-1 (1-p)N-1
= p (1-p)2(N-1)
hellip escolhendo o valor oacutetimo de p e deixando n -gt infinito
= 1(2e) = 018 Ainda pior do que o Slotted Aloha
5 Camada de Enlace 5-29
CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)
CSMA (Carrier Sense Multiple Access) Escuta antes de transmitir (detecccedilatildeo de portadora)
Se o canal estiver livre transmite todo o quadro
Se o canal estiver ocupado adia a transmissatildeo
Analogia humana natildeo interrompa outros
5 Camada de Enlace 5-30
Colisotildees no CSMA
colisotildees ainda podem aconteceratraso de propagaccedilatildeo significa que dois noacutes podem natildeo ouvira transmissatildeo do outro colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo eacute desperdiccedilado
Disposiccedilatildeo espacial dos noacutes
notapapel da distacircncia e atraso de propagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo
5 Camada de Enlace 5-31
CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)
CSMACD detecccedilatildeo da portadora adia a transmissatildeo como no CSMAAs colisotildees satildeo detectadas em pouco tempoTransmissotildees que sofreram colisotildees satildeo
abortadas reduzindo o desperdiacutecio do canal Detecccedilatildeo de colisotildees
Faacutecil em LANs cabeadas mede a potecircncia do sinal compara o sinal recebido com o transmitido
Difiacutecil em LANs sem fio o receptor eacute desligado durante a transmissatildeo
Analogia humana bate papo educado
5 Camada de Enlace 5-32
Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD
5 Camada de Enlace 5-33
Algoritmo CSMACD do Ethernet1 Adaptador recebe datagrama
da camada de rede e cria um quadro
2 Se o adaptador percebe que o canal estaacute ocioso comeccedila a transmitir o quadro Se percebe que o canal estaacute ocupado espera que o canal fique livre e transmite
3 Se o adaptador transmitir todo o quadro sem detectar outra transmissatildeo o adaptador concluiu a operaccedilatildeo com o quadro
4 Se o adaptador detectar outra transmissatildeo enquanto estiver transmitindo aborta e envia sinal de reforccedilo de colisatildeo de 48 bits
5 Apoacutes o aborto o adaptador entra na retirada (backoff) exponencial binaacuteria apoacutes a m-eacutesima colisatildeo o
adaptador escolhe um K aleatoriamente entre 012hellip2m-1 O adaptador espera K512 tempos de bit e retorna ao Passo 2
quanto mais colisotildees houver mas longos seratildeo os intervalos de retirada
5 Camada de Enlace 5-34
Eficiecircncia do CSMACD
tprop = atraso maacuteximo de prop entre 2 noacutes na LAN
ttrans = tempo para transmitir quadro de tamanho maacuteximo
Eficiecircncia vai para 1 agrave medida que tprop vai para 0ttrans vai para infinito
Muito melhor do que ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato
transprop tt 511eficiecircncia
5 Camada de Enlace 5-35
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoProtocolos MAC de divisatildeo de canal
Compartilha o canal eficientemente e de forma justa em altas cargas
Ineficiente em baixas cargas atraso no canal de acesso alocaccedilatildeo de 1N da largura de banda mesmo com apenas 1 noacute ativo
Protocolos MAC de acesso aleatoacuterioeficiente em baixas cargas um uacutenico noacute
pode utilizar completamente o canalAltas cargas overhead com colisotildees
Protocolos de revezamentoProcura oferecer o melhor dos dois mundos
5 Camada de Enlace 5-36
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoSeleccedilatildeo (Polling) Noacute mestre ldquoconvidardquo
noacutes escravos a transmitir em revezamento
Usado tipicamente com dispositivos escravo burros
Preocupaccedilotildees Overhead com as
consultas (polling) Latecircncia Ponto uacutenico de
falha (mestre)
mestre
escravos
poll
dados
dados
5 Camada de Enlace 5-37
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoPassagem de
permissatildeo (token) controla permissatildeo
passada de um noacute para o proacuteximo de forma sequencial
mensagem de passagem da permissatildeo
preocupaccedilotildees overhead com a
passagem de permissatildeo
latecircncia Ponto uacutenico de falha
(permissatildeo)
T
dados
(nada paramandar)
T
5 Camada de Enlace 5-38
Rede de acesso a cabo
Muacuteltiplos canais de difusatildeo downstream de 40Mbps Um uacutenico CMTS transmite para os diversos canais
Muacuteltiplos canais upstream de 30 Mbps Acesso muacuteltiplo todos os usuaacuterios disputam alguns slots
de tempo em canais upstream (outros satildeo preacute-alocados)
terminaccedilatildeo do cabo
CMTS
ISP
sistema de terminaccedilatildeo do cable modem
cablemodemsplitter
hellip
hellip
quadros Internet canais de TV e controle satildeo transmitidos downstream em frequecircncias diferentes
quadros Internet upstream e controle de TV satildeo transmitidos upstream em diferentes frequecircncias em slots de tempo
5 Camada de Enlace 5-39
Rede de acesso a cabo
DOCSIS espec da interface de serviccedilo de dados sobre cabo FDM sobre as frequecircncias dos canais up e downstream TDM upstream alguns slots satildeo alocados outros tecircm
disputabull quadro de mapeamento downstream aloca slots
upstreambull requisiccedilatildeo de slots upstream (e dados) satildeo transmitidos
atraveacutes de acesso aleatoacuterio (retirada binaacuteria) em slots selecionados
quadro de mapeamentop intervalo [t1 t2]
Residecircncias com cable modems
Canal downstream i
Canal Upstream j
t1 t2
Minislots alocados contendo quadros de dadosupstream do cable modem
Minislots contendo quadrosde requisiccedilatildeo de minislots
cable headend
CMTS
5 Camada de Enlace 5-40
Resumo dos protocolos MAC divisatildeo do canal por tempo frequecircncia ou
coacutedigoDivisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequecircncia
acesso aleatoacuterio (dinacircmico) ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDescutar a portadora faacutecil em algumas
tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)
CSMACD usado na EthernetCSMACA usado no 80211
RevezamentoSeleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto
central passagem de permissotildeesBluetooth FDDI Token Ring
5 Camada de Enlace 5-41
Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e
serviccedilos52 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais
Endereccedilamento ARP
EthernetSwitchesVLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-42
Endereccedilos MAC e ARP Endereccedilo IP de 32 bits
endereccedilos da camada de rede para a interface usado pelo repasse da camada 3 (rede)
Endereccedilo MAC (ou LAN ou fiacutesico ou Ethernet) Funccedilatildeo usado lsquolocalmentersquo para levar o quadro de
uma interface ateacute outra interface conectada fisicamente (na mesma rede no sentido do endereccedilamento IP)
Endereccedilo MAC de 48 bits (para a maioria das redes) gravado na ROM do adaptador ou configurado por software
Ex 1A-2F-BB-76-09-ADnotaccedilatildeo hexadecimal (base 16)
(cada ldquonuacutemerordquo representa 4 bits)
5 Camada de Enlace 5-43
Endereccedilos MAC e ARPcada adaptador na LAN possui um endereccedilo MAC uacutenico
Endereccedilo de Broadcast =FF-FF-FF-FF-FF-FF
= adaptador
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN(cabeada ousem fio)
5 Camada de Enlace 5-44
Endereccedilo MAC (cont) Alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC gerenciada pelo IEEE Um fabricante compra uma parte do espaccedilo de
endereccedilos (para garantir unicidade) Analogia (a) endereccedilo MAC como nuacutemero do CPF (b) endereccedilo IP como endereccedilo postal (CEP) endereccedilo MAC tem estrutura linear =gt
portabilidadePode mover um cartatildeo LAN de uma LAN para
outra endereccedilo IP hieraacuterquico NAtildeO eacute portaacutetil (requer IP
moacutevel)Depende da subrede IP agrave qual o noacute estaacute
conectado
5 Camada de Enlace 5-45
ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de Resoluccedilatildeo de Endereccedilos)
Cada noacute IP (Host Roteador) de uma LAN possui tabela ARP
Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN
lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt TTL (Time To Live) tempo
a partir do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute esquecido (valor tiacutepico de 20 min)
Pergunta como obter oendereccedilo MAC de B a partir do endereccedilo IP de B
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53 LAN
237196723
237196778
237196714
237196788
5 Camada de Enlace 5-46
Protocolo ARP mesma LAN (rede) A deseja enviar datagrama
para B e o endereccedilo MAC de B natildeo estaacute na tabela ARP
A difunde o pacote de solicitaccedilatildeo ARP que conteacutem o endereccedilo IP de B Endereccedilo MAC destino =
FF-FF-FF-FF-FF-FF todas as maacutequinas na
LAN recebem a consulta do ARP
B recebe o pacote ARP responde a A com o seu (de B) endereccedilo MAC Quadro enviado para o
endereccedilo MAC (unicast) de A
Uma cache (salva) o par de endereccedilos IP-para-MAC na sua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo fique antiquada (expire) lsquosoft statersquo informaccedilatildeo que expira (vai embora) a menos que seja renovada
ARP eacute ldquoplug-and-playrdquo os noacutes criam suas tabelas ARP sem a intervenccedilatildeo do administrador
da rede
5 Camada de Enlace 5-47
Endereccedilamento repassando para outra LAN encaminhamento envio de datagrama de A para B via R
foco no endereccedilamento ndash nas camadas IP (datagrama) e MAC (quadro)
assume que A conhece o endereccedilo IP de B assume que A conhece o endereccedilo IP do proacuteximo roteador
R (como) assume que A conhece o endereccedilo MAC de R (como)
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
5 Camada de Enlace 5-48
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IPEthPhy
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
A cria datagrama IP com IP origem A destino B A cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC
de R como destino quadro conteacutem o datagrama IP de A-para-B
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55 MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
5 Camada de Enlace 5-49
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IPEthPhy
quadro enviado de A para R
IPEthPhy
quadro recebido em R datagrama removido passado para o IP
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55 MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
5 Camada de Enlace 5-50
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
R repassa o datagrama com origem IP A destino B R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC
de B como destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9B MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
IPEthPhy
5 Camada de Enlace 5-51
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
R repassa o datagrama com origem IP A destino B R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC
de B como destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9B MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
IPEthPhy
5 Camada de Enlace 5-52
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
R repassa o datagrama com origem IP A destino B R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC
de B como destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9B MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
5 Camada de Enlace 5-53
Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e
serviccedilos52 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais
Endereccedilamento ARP
EthernetSwitchesVLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-54
Ethernet Muitiacutessimo difundida porque
Muito barata R$50 para placas 101001000Mbps A mais antiga das tecnologias de rede local (meados da
deacutecada de 70) Mais simples e menos cara que redes usando ficha ou
ATM Acompanhou o aumento de velocidade 10 Mbps ndash 10
Gbps
Rascunho de Metcalfe sobre o Ethernet
5 Camada de Enlace 5-55
Ethernet topologia fiacutesica barramento popular ateacute meados dos anos 90
Todos os noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo (podem colidir um com o outro)
estrela prevalecircncia hoje Comutador (switch) ativo no centro Cada porta roda o protocolo Ethernet separadamente (os
noacutes natildeo colidem uns com os outros)
barramento cabo coaxial
switch
estrela
5 Camada de Enlace 5-56
Estrutura do Quadro EthernetAdaptador remetente encapsula datagrama IP (ou pacote
de outro protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
preacircmbulo 7 bytes com o padratildeo 10101010 seguidos por um byte
com o padratildeo 10101011 usado para sincronizar receptor ao reloacutegio do
remetente (reloacutegios nunca satildeo exatos eacute muito provaacutevel que exista algum desvio entre eles)
5 Camada de Enlace 5-57
Estrutura de Quadro Ethernet (cont)
Endereccedilos 6 bytes para cada endereccedilo MAC se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo destino igual
ao seu ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede
caso contraacuterio o adaptador descarta o quadro Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior
usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)
CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado
5 Camada de Enlace 5-58
Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo sem conexatildeo natildeo haacute estabelecimento de
conexatildeo (saudaccedilatildeo) entre os adaptadores transmissor e receptor
Natildeo confiaacutevel o adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador transmissordados em quadros descartados satildeo
recuperados apenas se o transmissor usar transferecircncia confiaacutevel em camadas mais altas (ex TCP) caso contraacuterio os dados estaratildeo perdidos
Protocolo MAC do Ethernet CSMACD com retirada binaacuteria
5 Camada de Enlace 5-59
Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
diversos padrotildees Ethernet diferentes tecircm em comum o protocolo MAC e o formato do
quadro diferentes velocidades 2Mbps 10Mbps 100Mbps
1Gbps 10Gbps diferentes meios da camada fiacutesica fibra cabo
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
protocolo MACe formato do quadro
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)
5 Camada de Enlace 5-60
10Base5
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-61
10Base2
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-62
10BaseT
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-63
Conector RJ 45
5 Camada de Enlace 5-64
100Base-TX
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-65 10
Wireless Backhaul
Carrier Ethernet Access Expansion
Voice gateway
VoiceVideoTelephony
HD TVTVoD VoD
Video Source
Gaming BusinessBackup ERP
Internet Video Source
BusinessBroadband
E-Line andE-LAN service
GlobalNationalCarrierEthernet
GlobalNationalCarrierEthernet
SmallMedium Business
Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet
AccessCarrierEthernet
AccessCarrierEthernet
ResidentialTriple-Play
FTTx DSLAM Cable Modem
Broadbandmobile datavideo
Bringing vastly extended scalability for business and residential users
ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing
5 Camada de Enlace 5-66
Carrier Ethernet Defined
bull Carrier Ethernet is a ubiquitous standardized carrier-class SERVICE defined by five attributes that distinguish Carrier Ethernet from familiar LAN based Ethernet
bull It brings the compelling business benefit of the Ethernet cost model to achieve significant savings
Carrier Ethernet
bull Scalability
bull Standardized Services
bull Service Management
bull Quality of Service
bull Reliability
Carrier Ethernet Attributes
httpwwwmetroethernetforumorg
5 Camada de Enlace 5-67
Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e
serviccedilos52 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais
Endereccedilamento ARP
EthernetSwitchesVLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-68
Comutador (switch) Ethernet Dispositivo da camada de enlace tecircm papel
ativo armazena e retransmite quadros Ethernetexamina o cabeccedilalho do quadro e
seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento
transparentehospedeiros ignoram a presenccedila dos
switches plug-and-play self-learning (autodidatas)
os comutadores natildeo necessitam ser configurados
5 Camada de Enlace 5-69
Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas hospedeiros tecircm conexatildeo
direta e dedicada para o switch
os switches armazenam quadros
o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplex cada link eacute o seu proacuteprio
domiacutenio de colisatildeo comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-
para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch com seis interfaces(123456)
1 2 345
6
5 Camada de Enlace 5-70
Tabela de repasse do switch P como eacute que o switch sabe que
Arsquo eacute alcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel a partir da interface 5
R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutem (endereccedilo MAC do hospedeiro
interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)
parece uma tabela de repasse P como satildeo criadas e mantidas as
entradas na tabela de comutaccedilatildeo haacute algo como um protocolo de
roteamento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch with six interfaces(123456)
1 2 345
6
5 Camada de Enlace 5-71
switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfaces quando um quadro eacute
recebido o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada
registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo
Switch autoaprendizagemA
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
5 Camada de Enlace 5-725 Camada de Enlace
Switch filtragemrepasse de quadrosQuando o quadro eacute recebido em um comutador
registra o link de entrada endereccedilo MAC do hospedeiro transmissor
indexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo MAC do destino
if entrada encontrada para o destinothen
if dest estiver no segmento de onde veio o quadro then descarta o quadro
else repassa o quadro na interface indicada else usa inundaccedilatildeo
Repassa o quadro para todas as demais interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido
5 Camada de Enlace 5-73
Exemplo de auto aprendizagem e repasse
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo destino do quadro Arsquo
com localizaccedilatildeo desconhecida inundaccedilatildeo
Arsquo A
local do destino A conhecido
Arsquo 4 60
transmissatildeo seletiva
5 Camada de Enlace 5-74
Interligaccedilatildeo de comutadores
Podemos interligar comutadores (switches)
AB
P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe que deve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3
R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenico comutador)
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
5 Camada de Enlace 5-75
Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde
para C
P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4
AB
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
12
5 Camada de Enlace 5-76
Rede institucional
Para redeexterna
roteador
Subrede IP
Servidor de mensagens
Servidor web
5 Camada de Enlace 5-77
Comutadores x Roteadores
ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa roteadores dispositivos da
camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)
comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace
ambos possuem tabelas de repasse roteadores obteacutem
tabelas usando alg de roteamento endereccedilos IP
comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
redeenlacefiacutesica
enlacefiacutesica
switch
datagrama
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
quadro
quadro
quadrodatagrama
5 Camada de Enlace 5-78
Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e
serviccedilos52 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais
Endereccedilamento ARP
EthernetSwitchesVLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-79
Siacutentese um dia na vida de um pedido web jornada completa atravessando toda a pilha de
protocolos aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
colocando tudo junto siacutentese objetivo identificar revisar entender os
protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web
cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom
5 Camada de Enlace 5-80
Um dia na vida cenaacuterio
rede da Comcast68800013
rede do Google64233160019 64233169105
servidor web
Servidor DNS
rede da escola68802024
paacutegina web
navegador
5 Camada de Enlace 5-81
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPDHCP
quadro Ethernet difundido (dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador que executa o servidor DHCP Ethernet demultiplexado para IP demultiplexado para UDP e demultiplexado paraDHCP
o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilo do primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP Solicitaccedilatildeo DHCP encapsulada em UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023 Ethernet
5 Camada de Enlace 5-82
roteador(roda DHCP)
servidor DHCP prepara ACK DHCP contendo endereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiro roteador nome e endereccedilo IP do servidor DNS
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
encapsulamento no servidor DHCP quadro repassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente
Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador
cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
5 Camada de Enlace 5-83
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
consulta DNS criada encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviar quadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP
consulta ARP difundida recebida pelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccedilo MAC da interface do roteador
o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiro roteador podendo agora enviar o quadro contendo a consulta DNS
ARP query
EthPhy
ARP
ARP
ARP reply
antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
5 Camada de Enlace 5-84
roteador(roda DHCP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
datagrama IP conteacutem consulta DNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador
datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelos protocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS
demultiplexado pelo servidor DNS
servidor DNS responde ao cliente com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
rede da Comcast68800013
servidor DNSDNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
Um dia na vidahellip usando DNS
5 Camada de Enlace 5-85
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
para enviar pedido HTTP cliente primeiro abre um socket TCP para o servidor web segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web
conexatildeo TCP estabelecida64233169105servidor web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCPIPEthPhy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)
5 Camada de Enlace 5-86
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
solicitaccedilatildeo HTTP enviada para o socket TCP datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhado para wwwgooglecom
datagrama IP com a resposta HTTP eacute encaminhado de volta para o cliente
64233169105servidor web
HTTPTCPIPEthPhy
servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTPHTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
paacutegina web finalmente() apresentada
5 Camada de Enlace 5-87
Capiacutetulo 5 Resumo
princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dados detecccedilatildeo correccedilatildeo de erros compartilhamento de canal de difusatildeo acesso
muacuteltiplo endereccedilamento da camada de enlace
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlace Ethernet LANs comutadas VLANs redes virtualizadas como camada de enlace MPLS
siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web
5 Camada de Enlace 5-4
Camada de Enlace Contexto um datagrama eacute transferido
por diferentes protocolos de enlace em diferentes enlaces Ex Ethernet no primeiro
enlace frame relay em enlaces intermediaacuterios e 80211 no uacuteltimo enlace
cada protocolo de enlace provecirc diferentes serviccedilos ex pode ou natildeo prover
transporte confiaacutevel de dados atraveacutes do enlace
Analogia com um sistema de transporte
Viagem de Princeton ateacute Lausanne taxi Princeton ateacute JFK aviatildeo JFK ateacute Genebra Trem Genebra ateacute
Lausanne turista = datagrama segmento de transporte =
enlace de comunicaccedilatildeo modo de transporte =
protocolo da camada de enlace agente de viagens = algoritmo
de roteamento
5 Camada de Enlace 5-5
Serviccedilos da Camada de Enlace enquadramento (delimitaccedilatildeo do quadro) e acesso ao
enlace encapsula datagrama num quadro adicionando
cabeccedilalho e cauda (trailer) implementa acesso ao canal se meio for
compartilhado lsquoendereccedilos fiacutesicos (MAC)rsquo satildeo usados nos cabeccedilalhos
dos quadros para identificar origem e destino de quadros em enlaces multipontobull Diferente do endereccedilo IP
entrega confiaacutevel entre noacutes adjacentes jaacute aprendemos como fazer isto (Capiacutetulo 3) raramente usada em canais com baixas taxas de
erro (fibra oacuteptica alguns tipos de pares tranccedilados) Canais sem fio altas taxas de erros
bull P para que confiabilidade na camada de enlace e fim-a-fim
5 Camada de Enlace 5-6
Serviccedilos da Camada de Enlace (mais) controle de Fluxo
compatibilizar taxas de produccedilatildeo e consumo de quadros entre remetentes e receptores
detecccedilatildeo de Erros erros satildeo causados por atenuaccedilatildeo do sinal e por
ruiacutedo receptor detecta presenccedila de erros
bull receptor sinaliza ao remetente para retransmissatildeo ou simplesmente descarta o quadro em erro
correccedilatildeo de Erros mecanismo que permite que o receptor localize e
corrija o(s) erro(s) sem precisar da retransmissatildeo half-duplex e full-duplex
com half duplex um noacute natildeo pode transmitir e receber pacotes ao mesmo tempo
5 Camada de Enlace 5-7
Onde a camada de enlace eacute implementada
em cada um dos hospedeiros camada de enlace
implementada no ldquoadaptadorrdquo (NIC ndash Network Interface Card) placa Ethernet placa 80211
chipset Ethernet implementa as camadas de
enlace e fiacutesica conecta ao barramento do
sistema hospedeiro combinaccedilatildeo de hardware
software e firmware
controlador
Transmissatildeofiacutesica
cpu memoacuteria
barramentodo hospedeiro(ex PCI)
placa de rede
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlace
enlacefiacutesica
5 Camada de Enlace 5-8
Comunicaccedilatildeo entre Adaptadores
lado transmissor Encapsula o datagrama
em um quadro Adiciona bits de
verificaccedilatildeo de erro transferecircncia confiaacutevel de dados controle de fluxo etc
lado receptor verifica erros transporte
confiaacutevel controle de fluxo etc
extrai o datagrama passa-o para o noacute receptor
Controla-dora
Controla-dora
transmissor receptor
datagrama datagrama
datagrama
quadro
5 Camada de Enlace 5-9
Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e
serviccedilos52 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais
Endereccedilamento ARP
EthernetSwitchesVLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-10
Detecccedilatildeo de ErrosEDC= bits de Detecccedilatildeo e Correccedilatildeo de Erros (redundacircncia)D = Dados protegidos por verificaccedilatildeo de erros podem incluir alguns campos do cabeccedilalho bull a detecccedilatildeo de erros natildeo eacute 100 confiaacutevel
bull protocolos podem deixar passar alguns erros mas eacute rarobull quanto maior for o campo EDC melhor seraacute a capacidade
de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
5 Camada de Enlace 5-11
Verificaccedilotildees de Paridade
Paridade de 1 BitDetecta erros em um uacutenico bit
Paridade BidimensionalDetecta e corrige erro em um uacutenico bit
5 Camada de Enlace 5-12
Soma de verificaccedilatildeo da Internet
Transmissor trata o conteuacutedo do
segmento como uma sequecircncia de inteiros de 16 bits
Soma de verificaccedilatildeo adiccedilatildeo (complemento de 1 da soma ) do conteuacutedo do segmento
transmissor coloca o valor do checksum no campo de checksum UDP
Receptor calcula a soma de
verificaccedilatildeo do segmento recebido
verifica se o resultado eacute igual ao valor do campo da soma de verificaccedilatildeo NAtildeO - erro detectado SIM - nenhum erro foi
detectado Mas ainda pode conter erros
Objetivo detectar ldquoerrosrdquo (ex bits trocados) no segmento transmitido (nota usado apenas na camada de transporte)
5 Camada de Enlace 5-13
Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica (CRC) codificaccedilatildeo para detecccedilatildeo de erro mais poderosa vecirc os bits de dados D como um nuacutemero binaacuterio eacute escolhido um polinocircmio Gerador (G) (=gt r+1 bits) objetivo escolher r bits CRC R de modo que
ltDRgt seja exatamente divisiacutevel por G (moacutedulo 2) receptor conhece G divide ltDRgt por G Caso o resto seja
diferente de zero detectado erro Pode detectar todos os erros em rajadas menores do que
r+1 bits Largamente usado na praacutetica (Ethernet 80211 WiFi ATM)
5 Camada de Enlace 5-14
Exemplo de CRCQueremos
D2r XOR R = nGde forma equivalente
D2r = nG XOR R de forma equivalente se dividirmos D2r
por G queremos o resto R que satisfaccedila
GDR
r2resto
101110000 10011001 101011 1010 1001 1100 1001 1010 1001 011
D G
R
r = 3
5 Camada de Enlace 5-15
Implementaccedilatildeo em Hardware
Aring
G=1001
D2r=101110000
5 Camada de Enlace 5-16
Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e
serviccedilos52 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais
Endereccedilamento ARP
EthernetSwitchesVLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-17
Enlaces e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
Dois tipos de enlaces Ponto-a-ponto
PPP para acesso discado
Conexatildeo entre switch Ethernet e hospedeiro
broadcast (cabo ou meio compartilhado) Ethernet tradicional Upstream HFC 80211 LAN sem fio Sateacutelite Etc
5 Camada de Enlace 5-18
Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
canal de comunicaccedilatildeo uacutenico de broadcast interferecircncia quando dois ou mais noacutes transmitem
simultaneamente colisatildeo se um noacute receber dois ou mais sinais ao mesmo
tempo
Protocolo de acesso muacuteltiplo algoritmo distribuiacutedo que determina como os noacutes
compartilham o canal isto eacute determina quando um noacute pode transmitir
comunicaccedilatildeo sobre o compartilhamento do canal deve usar o proacuteprio canal natildeo haacute canal fora da faixa para coordenar a transmissatildeo
5 Camada de Enlace 5-19
Protocolo Ideal de Acesso MuacuteltiploPara um canal de broadcast com taxa de R bps
1 Quando apenas um noacute tem dados para enviar esse noacute obteacutem uma vazatildeo de R bps
2 Quando M noacutes tecircm dados para enviar cada um desses noacutes poderaacute transmitir em meacutedia a uma taxa de RM bps
3 Completamente descentralizado nenhum noacute especial (mestre) para coordenar as
transmissotildees nenhuma sincronizaccedilatildeo de reloacutegios ou slots
4 Simples para que sua implementaccedilatildeo seja barata
5 Camada de Enlace 5-20
Taxonomia dos Protocolos MACTrecircs categorias gerais divisatildeo de Canal
divide o canal em pequenos ldquopedaccedilosrdquo (slotscompartimentos de tempo frequecircncia coacutedigo)
aloca pedaccedilo a um dado noacute para uso exclusivo deste acesso Aleatoacuterio
canal natildeo eacute dividido podem ocorrer colisotildees ldquorecuperaccedilatildeordquo das colisotildees
revezamento Noacutes se alternam em revezamento mas um noacute que
possui mais dados a transmitir pode demorar mais quando chegar a sua vez
5 Camada de Enlace 5-21
Protocolos MAC de divisatildeo de canal TDMA
TDMA Acesso Muacuteltiplo por Divisatildeo de Tempo acesso ao canal em ldquoturnos cada estaccedilatildeo recebe um comprimento fixo de
compartimento (comprimento = tempo de tx do pacote) em cada turno
compartimentos natildeo usados permanecem ociosos Exemplo LAN com 6 estaccedilotildees compartimentos 1 3 e 4
com pacotes compartimentos 2 5 e 6 ociosos
5 Camada de Enlace 5-22
Protocolos MAC de divisatildeo de canal FDMA
FDMA Acesso Muacuteltiplo por Divisatildeo de Frequecircncia espectro do canal dividido em bandas de frequecircncia a cada estaccedilatildeo eacute atribuiacuteda uma banda fixa de frequecircncia tempo de transmissatildeo natildeo usado nas bandas permanecem
ociosos exemplo LAN com 6 estaccedilotildees 134 com pacotes bandas
256 ociosas
Band
as d
e fre
quecircn
cia tempo
cabo FDM
5 Camada de Enlace 5-23
Protocolos de Acesso Aleatoacuterio Quando noacute tem um pacote para transmitir
transmite na taxa maacutexima Rnenhuma coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes
dois ou mais noacutes transmitindo ldquocolisatildeordquo O protocolo MAC de acesso aleatoacuterio
especifica como detectar colisotildeescomo se recuperar delas (atraveacutes de
retransmissotildees retardadas por exemplo) Exemplos de protocolos MAC de acesso
aleatoacuterioslotted ALOHAALOHACSMA CSMACD CSMACA
5 Camada de Enlace 5-24
Slotted ALOHA
Hipoacuteteses todos os quadros tecircm o
mesmo tamanho (L bits) tempo eacute dividido em slots
de tamanho igual tempo para transmitir 1 quadro (LR seg)
noacutes comeccedilam a transmitir quadros apenas no iniacutecio dos intervalos (slots)
noacutes satildeo sincronizados se 2 ou mais noacutes
transmitirem num slot todos os noacutes detectam a colisatildeo
Operaccedilatildeo quando o noacute obteacutem um novo
quadro ele espera ateacute o iniacutecio do proacuteximo slot e transmite o quadro inteiro
Se natildeo houver colisatildeo noacute poderaacute enviar um novo quadro no proacuteximo slot
caso haja uma colisatildeo (detectada antes do final do intervalo) noacute retransmite o quadro em cada intervalo subsequente com probabilidade p ateacute obter sucesso
5 Camada de Enlace 5-25
Slotted ALOHA
Vantagens uacutenico noacute ativo pode
transmitir continuamente na taxa maacutexima do canal
Altamente descentralizado apenas slots nos noacutes precisam estar sincronizados
simples
Desvantagens colisotildees slots
desperdiccedilados slots ociosos
(desperdiacutecio) noacutes podem ser capazes
de detectar colisotildees num tempo inferior ao da transmissatildeo do pacote
sincronizaccedilatildeo dos reloacutegios
5 Camada de Enlace 5-26
Eficiecircncia do Slotted Aloha
Assuma N noacutes com muitos quadros para enviar cada um transmite num slot com probabilidade p
probabilidade que noacute 1 tenha sucesso em um slot = p(1-p)N-1
probabilidade que qualquer noacute tenha sucesso = Np(1-p)N-
1
Para eficiecircncia maacutexima com N noacutes encontre p que maximiza Np(1-p)N-1
Para muitos noacutes faccedila limite para Np(1-p)N-1
quando N tende a infinito daacute
eficiecircncia maacutexima = 1e = 037
Eficiecircncia eacute a fraccedilatildeo de longo prazo de slots bem sucedidos quando haacute muitos noacutes cada um com muitos quadros para transmitir
Melhor caso canalusado para transmissotildees uacuteteis em apenas 37 do tempo
5 Camada de Enlace 5-27
ALOHA Puro (sem slots) Aloha puro (sem slots) mais simples sem sincronizaccedilatildeo Ao chegar um quadro no noacute
transmite imediatamente Probabilidade de colisatildeo aumenta
quadro enviado em t0 colide com outros quadros enviados em [t0-1t0+1]
5 Camada de Enlace 5-28
Eficiecircncia do Aloha puroP(sucesso por um dado noacute) = P(noacute transmita) P(nenhum outro noacute transmita em [t0-1t0] P(nenhum outro noacute transmita em [t0t0+1] = p (1-p)N-1 (1-p)N-1
= p (1-p)2(N-1)
hellip escolhendo o valor oacutetimo de p e deixando n -gt infinito
= 1(2e) = 018 Ainda pior do que o Slotted Aloha
5 Camada de Enlace 5-29
CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)
CSMA (Carrier Sense Multiple Access) Escuta antes de transmitir (detecccedilatildeo de portadora)
Se o canal estiver livre transmite todo o quadro
Se o canal estiver ocupado adia a transmissatildeo
Analogia humana natildeo interrompa outros
5 Camada de Enlace 5-30
Colisotildees no CSMA
colisotildees ainda podem aconteceratraso de propagaccedilatildeo significa que dois noacutes podem natildeo ouvira transmissatildeo do outro colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo eacute desperdiccedilado
Disposiccedilatildeo espacial dos noacutes
notapapel da distacircncia e atraso de propagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo
5 Camada de Enlace 5-31
CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)
CSMACD detecccedilatildeo da portadora adia a transmissatildeo como no CSMAAs colisotildees satildeo detectadas em pouco tempoTransmissotildees que sofreram colisotildees satildeo
abortadas reduzindo o desperdiacutecio do canal Detecccedilatildeo de colisotildees
Faacutecil em LANs cabeadas mede a potecircncia do sinal compara o sinal recebido com o transmitido
Difiacutecil em LANs sem fio o receptor eacute desligado durante a transmissatildeo
Analogia humana bate papo educado
5 Camada de Enlace 5-32
Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD
5 Camada de Enlace 5-33
Algoritmo CSMACD do Ethernet1 Adaptador recebe datagrama
da camada de rede e cria um quadro
2 Se o adaptador percebe que o canal estaacute ocioso comeccedila a transmitir o quadro Se percebe que o canal estaacute ocupado espera que o canal fique livre e transmite
3 Se o adaptador transmitir todo o quadro sem detectar outra transmissatildeo o adaptador concluiu a operaccedilatildeo com o quadro
4 Se o adaptador detectar outra transmissatildeo enquanto estiver transmitindo aborta e envia sinal de reforccedilo de colisatildeo de 48 bits
5 Apoacutes o aborto o adaptador entra na retirada (backoff) exponencial binaacuteria apoacutes a m-eacutesima colisatildeo o
adaptador escolhe um K aleatoriamente entre 012hellip2m-1 O adaptador espera K512 tempos de bit e retorna ao Passo 2
quanto mais colisotildees houver mas longos seratildeo os intervalos de retirada
5 Camada de Enlace 5-34
Eficiecircncia do CSMACD
tprop = atraso maacuteximo de prop entre 2 noacutes na LAN
ttrans = tempo para transmitir quadro de tamanho maacuteximo
Eficiecircncia vai para 1 agrave medida que tprop vai para 0ttrans vai para infinito
Muito melhor do que ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato
transprop tt 511eficiecircncia
5 Camada de Enlace 5-35
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoProtocolos MAC de divisatildeo de canal
Compartilha o canal eficientemente e de forma justa em altas cargas
Ineficiente em baixas cargas atraso no canal de acesso alocaccedilatildeo de 1N da largura de banda mesmo com apenas 1 noacute ativo
Protocolos MAC de acesso aleatoacuterioeficiente em baixas cargas um uacutenico noacute
pode utilizar completamente o canalAltas cargas overhead com colisotildees
Protocolos de revezamentoProcura oferecer o melhor dos dois mundos
5 Camada de Enlace 5-36
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoSeleccedilatildeo (Polling) Noacute mestre ldquoconvidardquo
noacutes escravos a transmitir em revezamento
Usado tipicamente com dispositivos escravo burros
Preocupaccedilotildees Overhead com as
consultas (polling) Latecircncia Ponto uacutenico de
falha (mestre)
mestre
escravos
poll
dados
dados
5 Camada de Enlace 5-37
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoPassagem de
permissatildeo (token) controla permissatildeo
passada de um noacute para o proacuteximo de forma sequencial
mensagem de passagem da permissatildeo
preocupaccedilotildees overhead com a
passagem de permissatildeo
latecircncia Ponto uacutenico de falha
(permissatildeo)
T
dados
(nada paramandar)
T
5 Camada de Enlace 5-38
Rede de acesso a cabo
Muacuteltiplos canais de difusatildeo downstream de 40Mbps Um uacutenico CMTS transmite para os diversos canais
Muacuteltiplos canais upstream de 30 Mbps Acesso muacuteltiplo todos os usuaacuterios disputam alguns slots
de tempo em canais upstream (outros satildeo preacute-alocados)
terminaccedilatildeo do cabo
CMTS
ISP
sistema de terminaccedilatildeo do cable modem
cablemodemsplitter
hellip
hellip
quadros Internet canais de TV e controle satildeo transmitidos downstream em frequecircncias diferentes
quadros Internet upstream e controle de TV satildeo transmitidos upstream em diferentes frequecircncias em slots de tempo
5 Camada de Enlace 5-39
Rede de acesso a cabo
DOCSIS espec da interface de serviccedilo de dados sobre cabo FDM sobre as frequecircncias dos canais up e downstream TDM upstream alguns slots satildeo alocados outros tecircm
disputabull quadro de mapeamento downstream aloca slots
upstreambull requisiccedilatildeo de slots upstream (e dados) satildeo transmitidos
atraveacutes de acesso aleatoacuterio (retirada binaacuteria) em slots selecionados
quadro de mapeamentop intervalo [t1 t2]
Residecircncias com cable modems
Canal downstream i
Canal Upstream j
t1 t2
Minislots alocados contendo quadros de dadosupstream do cable modem
Minislots contendo quadrosde requisiccedilatildeo de minislots
cable headend
CMTS
5 Camada de Enlace 5-40
Resumo dos protocolos MAC divisatildeo do canal por tempo frequecircncia ou
coacutedigoDivisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequecircncia
acesso aleatoacuterio (dinacircmico) ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDescutar a portadora faacutecil em algumas
tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)
CSMACD usado na EthernetCSMACA usado no 80211
RevezamentoSeleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto
central passagem de permissotildeesBluetooth FDDI Token Ring
5 Camada de Enlace 5-41
Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e
serviccedilos52 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais
Endereccedilamento ARP
EthernetSwitchesVLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-42
Endereccedilos MAC e ARP Endereccedilo IP de 32 bits
endereccedilos da camada de rede para a interface usado pelo repasse da camada 3 (rede)
Endereccedilo MAC (ou LAN ou fiacutesico ou Ethernet) Funccedilatildeo usado lsquolocalmentersquo para levar o quadro de
uma interface ateacute outra interface conectada fisicamente (na mesma rede no sentido do endereccedilamento IP)
Endereccedilo MAC de 48 bits (para a maioria das redes) gravado na ROM do adaptador ou configurado por software
Ex 1A-2F-BB-76-09-ADnotaccedilatildeo hexadecimal (base 16)
(cada ldquonuacutemerordquo representa 4 bits)
5 Camada de Enlace 5-43
Endereccedilos MAC e ARPcada adaptador na LAN possui um endereccedilo MAC uacutenico
Endereccedilo de Broadcast =FF-FF-FF-FF-FF-FF
= adaptador
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN(cabeada ousem fio)
5 Camada de Enlace 5-44
Endereccedilo MAC (cont) Alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC gerenciada pelo IEEE Um fabricante compra uma parte do espaccedilo de
endereccedilos (para garantir unicidade) Analogia (a) endereccedilo MAC como nuacutemero do CPF (b) endereccedilo IP como endereccedilo postal (CEP) endereccedilo MAC tem estrutura linear =gt
portabilidadePode mover um cartatildeo LAN de uma LAN para
outra endereccedilo IP hieraacuterquico NAtildeO eacute portaacutetil (requer IP
moacutevel)Depende da subrede IP agrave qual o noacute estaacute
conectado
5 Camada de Enlace 5-45
ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de Resoluccedilatildeo de Endereccedilos)
Cada noacute IP (Host Roteador) de uma LAN possui tabela ARP
Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN
lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt TTL (Time To Live) tempo
a partir do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute esquecido (valor tiacutepico de 20 min)
Pergunta como obter oendereccedilo MAC de B a partir do endereccedilo IP de B
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53 LAN
237196723
237196778
237196714
237196788
5 Camada de Enlace 5-46
Protocolo ARP mesma LAN (rede) A deseja enviar datagrama
para B e o endereccedilo MAC de B natildeo estaacute na tabela ARP
A difunde o pacote de solicitaccedilatildeo ARP que conteacutem o endereccedilo IP de B Endereccedilo MAC destino =
FF-FF-FF-FF-FF-FF todas as maacutequinas na
LAN recebem a consulta do ARP
B recebe o pacote ARP responde a A com o seu (de B) endereccedilo MAC Quadro enviado para o
endereccedilo MAC (unicast) de A
Uma cache (salva) o par de endereccedilos IP-para-MAC na sua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo fique antiquada (expire) lsquosoft statersquo informaccedilatildeo que expira (vai embora) a menos que seja renovada
ARP eacute ldquoplug-and-playrdquo os noacutes criam suas tabelas ARP sem a intervenccedilatildeo do administrador
da rede
5 Camada de Enlace 5-47
Endereccedilamento repassando para outra LAN encaminhamento envio de datagrama de A para B via R
foco no endereccedilamento ndash nas camadas IP (datagrama) e MAC (quadro)
assume que A conhece o endereccedilo IP de B assume que A conhece o endereccedilo IP do proacuteximo roteador
R (como) assume que A conhece o endereccedilo MAC de R (como)
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
5 Camada de Enlace 5-48
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IPEthPhy
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
A cria datagrama IP com IP origem A destino B A cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC
de R como destino quadro conteacutem o datagrama IP de A-para-B
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55 MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
5 Camada de Enlace 5-49
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IPEthPhy
quadro enviado de A para R
IPEthPhy
quadro recebido em R datagrama removido passado para o IP
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55 MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
5 Camada de Enlace 5-50
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
R repassa o datagrama com origem IP A destino B R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC
de B como destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9B MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
IPEthPhy
5 Camada de Enlace 5-51
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
R repassa o datagrama com origem IP A destino B R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC
de B como destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9B MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
IPEthPhy
5 Camada de Enlace 5-52
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
R repassa o datagrama com origem IP A destino B R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC
de B como destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9B MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
5 Camada de Enlace 5-53
Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e
serviccedilos52 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais
Endereccedilamento ARP
EthernetSwitchesVLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-54
Ethernet Muitiacutessimo difundida porque
Muito barata R$50 para placas 101001000Mbps A mais antiga das tecnologias de rede local (meados da
deacutecada de 70) Mais simples e menos cara que redes usando ficha ou
ATM Acompanhou o aumento de velocidade 10 Mbps ndash 10
Gbps
Rascunho de Metcalfe sobre o Ethernet
5 Camada de Enlace 5-55
Ethernet topologia fiacutesica barramento popular ateacute meados dos anos 90
Todos os noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo (podem colidir um com o outro)
estrela prevalecircncia hoje Comutador (switch) ativo no centro Cada porta roda o protocolo Ethernet separadamente (os
noacutes natildeo colidem uns com os outros)
barramento cabo coaxial
switch
estrela
5 Camada de Enlace 5-56
Estrutura do Quadro EthernetAdaptador remetente encapsula datagrama IP (ou pacote
de outro protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
preacircmbulo 7 bytes com o padratildeo 10101010 seguidos por um byte
com o padratildeo 10101011 usado para sincronizar receptor ao reloacutegio do
remetente (reloacutegios nunca satildeo exatos eacute muito provaacutevel que exista algum desvio entre eles)
5 Camada de Enlace 5-57
Estrutura de Quadro Ethernet (cont)
Endereccedilos 6 bytes para cada endereccedilo MAC se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo destino igual
ao seu ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede
caso contraacuterio o adaptador descarta o quadro Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior
usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)
CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado
5 Camada de Enlace 5-58
Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo sem conexatildeo natildeo haacute estabelecimento de
conexatildeo (saudaccedilatildeo) entre os adaptadores transmissor e receptor
Natildeo confiaacutevel o adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador transmissordados em quadros descartados satildeo
recuperados apenas se o transmissor usar transferecircncia confiaacutevel em camadas mais altas (ex TCP) caso contraacuterio os dados estaratildeo perdidos
Protocolo MAC do Ethernet CSMACD com retirada binaacuteria
5 Camada de Enlace 5-59
Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
diversos padrotildees Ethernet diferentes tecircm em comum o protocolo MAC e o formato do
quadro diferentes velocidades 2Mbps 10Mbps 100Mbps
1Gbps 10Gbps diferentes meios da camada fiacutesica fibra cabo
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
protocolo MACe formato do quadro
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)
5 Camada de Enlace 5-60
10Base5
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-61
10Base2
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-62
10BaseT
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-63
Conector RJ 45
5 Camada de Enlace 5-64
100Base-TX
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-65 10
Wireless Backhaul
Carrier Ethernet Access Expansion
Voice gateway
VoiceVideoTelephony
HD TVTVoD VoD
Video Source
Gaming BusinessBackup ERP
Internet Video Source
BusinessBroadband
E-Line andE-LAN service
GlobalNationalCarrierEthernet
GlobalNationalCarrierEthernet
SmallMedium Business
Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet
AccessCarrierEthernet
AccessCarrierEthernet
ResidentialTriple-Play
FTTx DSLAM Cable Modem
Broadbandmobile datavideo
Bringing vastly extended scalability for business and residential users
ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing
5 Camada de Enlace 5-66
Carrier Ethernet Defined
bull Carrier Ethernet is a ubiquitous standardized carrier-class SERVICE defined by five attributes that distinguish Carrier Ethernet from familiar LAN based Ethernet
bull It brings the compelling business benefit of the Ethernet cost model to achieve significant savings
Carrier Ethernet
bull Scalability
bull Standardized Services
bull Service Management
bull Quality of Service
bull Reliability
Carrier Ethernet Attributes
httpwwwmetroethernetforumorg
5 Camada de Enlace 5-67
Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e
serviccedilos52 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais
Endereccedilamento ARP
EthernetSwitchesVLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-68
Comutador (switch) Ethernet Dispositivo da camada de enlace tecircm papel
ativo armazena e retransmite quadros Ethernetexamina o cabeccedilalho do quadro e
seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento
transparentehospedeiros ignoram a presenccedila dos
switches plug-and-play self-learning (autodidatas)
os comutadores natildeo necessitam ser configurados
5 Camada de Enlace 5-69
Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas hospedeiros tecircm conexatildeo
direta e dedicada para o switch
os switches armazenam quadros
o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplex cada link eacute o seu proacuteprio
domiacutenio de colisatildeo comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-
para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch com seis interfaces(123456)
1 2 345
6
5 Camada de Enlace 5-70
Tabela de repasse do switch P como eacute que o switch sabe que
Arsquo eacute alcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel a partir da interface 5
R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutem (endereccedilo MAC do hospedeiro
interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)
parece uma tabela de repasse P como satildeo criadas e mantidas as
entradas na tabela de comutaccedilatildeo haacute algo como um protocolo de
roteamento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch with six interfaces(123456)
1 2 345
6
5 Camada de Enlace 5-71
switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfaces quando um quadro eacute
recebido o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada
registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo
Switch autoaprendizagemA
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
5 Camada de Enlace 5-725 Camada de Enlace
Switch filtragemrepasse de quadrosQuando o quadro eacute recebido em um comutador
registra o link de entrada endereccedilo MAC do hospedeiro transmissor
indexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo MAC do destino
if entrada encontrada para o destinothen
if dest estiver no segmento de onde veio o quadro then descarta o quadro
else repassa o quadro na interface indicada else usa inundaccedilatildeo
Repassa o quadro para todas as demais interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido
5 Camada de Enlace 5-73
Exemplo de auto aprendizagem e repasse
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo destino do quadro Arsquo
com localizaccedilatildeo desconhecida inundaccedilatildeo
Arsquo A
local do destino A conhecido
Arsquo 4 60
transmissatildeo seletiva
5 Camada de Enlace 5-74
Interligaccedilatildeo de comutadores
Podemos interligar comutadores (switches)
AB
P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe que deve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3
R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenico comutador)
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
5 Camada de Enlace 5-75
Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde
para C
P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4
AB
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
12
5 Camada de Enlace 5-76
Rede institucional
Para redeexterna
roteador
Subrede IP
Servidor de mensagens
Servidor web
5 Camada de Enlace 5-77
Comutadores x Roteadores
ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa roteadores dispositivos da
camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)
comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace
ambos possuem tabelas de repasse roteadores obteacutem
tabelas usando alg de roteamento endereccedilos IP
comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
redeenlacefiacutesica
enlacefiacutesica
switch
datagrama
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
quadro
quadro
quadrodatagrama
5 Camada de Enlace 5-78
Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e
serviccedilos52 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais
Endereccedilamento ARP
EthernetSwitchesVLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-79
Siacutentese um dia na vida de um pedido web jornada completa atravessando toda a pilha de
protocolos aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
colocando tudo junto siacutentese objetivo identificar revisar entender os
protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web
cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom
5 Camada de Enlace 5-80
Um dia na vida cenaacuterio
rede da Comcast68800013
rede do Google64233160019 64233169105
servidor web
Servidor DNS
rede da escola68802024
paacutegina web
navegador
5 Camada de Enlace 5-81
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPDHCP
quadro Ethernet difundido (dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador que executa o servidor DHCP Ethernet demultiplexado para IP demultiplexado para UDP e demultiplexado paraDHCP
o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilo do primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP Solicitaccedilatildeo DHCP encapsulada em UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023 Ethernet
5 Camada de Enlace 5-82
roteador(roda DHCP)
servidor DHCP prepara ACK DHCP contendo endereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiro roteador nome e endereccedilo IP do servidor DNS
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
encapsulamento no servidor DHCP quadro repassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente
Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador
cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
5 Camada de Enlace 5-83
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
consulta DNS criada encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviar quadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP
consulta ARP difundida recebida pelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccedilo MAC da interface do roteador
o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiro roteador podendo agora enviar o quadro contendo a consulta DNS
ARP query
EthPhy
ARP
ARP
ARP reply
antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
5 Camada de Enlace 5-84
roteador(roda DHCP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
datagrama IP conteacutem consulta DNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador
datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelos protocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS
demultiplexado pelo servidor DNS
servidor DNS responde ao cliente com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
rede da Comcast68800013
servidor DNSDNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
Um dia na vidahellip usando DNS
5 Camada de Enlace 5-85
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
para enviar pedido HTTP cliente primeiro abre um socket TCP para o servidor web segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web
conexatildeo TCP estabelecida64233169105servidor web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCPIPEthPhy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)
5 Camada de Enlace 5-86
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
solicitaccedilatildeo HTTP enviada para o socket TCP datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhado para wwwgooglecom
datagrama IP com a resposta HTTP eacute encaminhado de volta para o cliente
64233169105servidor web
HTTPTCPIPEthPhy
servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTPHTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
paacutegina web finalmente() apresentada
5 Camada de Enlace 5-87
Capiacutetulo 5 Resumo
princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dados detecccedilatildeo correccedilatildeo de erros compartilhamento de canal de difusatildeo acesso
muacuteltiplo endereccedilamento da camada de enlace
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlace Ethernet LANs comutadas VLANs redes virtualizadas como camada de enlace MPLS
siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web
5 Camada de Enlace 5-5
Serviccedilos da Camada de Enlace enquadramento (delimitaccedilatildeo do quadro) e acesso ao
enlace encapsula datagrama num quadro adicionando
cabeccedilalho e cauda (trailer) implementa acesso ao canal se meio for
compartilhado lsquoendereccedilos fiacutesicos (MAC)rsquo satildeo usados nos cabeccedilalhos
dos quadros para identificar origem e destino de quadros em enlaces multipontobull Diferente do endereccedilo IP
entrega confiaacutevel entre noacutes adjacentes jaacute aprendemos como fazer isto (Capiacutetulo 3) raramente usada em canais com baixas taxas de
erro (fibra oacuteptica alguns tipos de pares tranccedilados) Canais sem fio altas taxas de erros
bull P para que confiabilidade na camada de enlace e fim-a-fim
5 Camada de Enlace 5-6
Serviccedilos da Camada de Enlace (mais) controle de Fluxo
compatibilizar taxas de produccedilatildeo e consumo de quadros entre remetentes e receptores
detecccedilatildeo de Erros erros satildeo causados por atenuaccedilatildeo do sinal e por
ruiacutedo receptor detecta presenccedila de erros
bull receptor sinaliza ao remetente para retransmissatildeo ou simplesmente descarta o quadro em erro
correccedilatildeo de Erros mecanismo que permite que o receptor localize e
corrija o(s) erro(s) sem precisar da retransmissatildeo half-duplex e full-duplex
com half duplex um noacute natildeo pode transmitir e receber pacotes ao mesmo tempo
5 Camada de Enlace 5-7
Onde a camada de enlace eacute implementada
em cada um dos hospedeiros camada de enlace
implementada no ldquoadaptadorrdquo (NIC ndash Network Interface Card) placa Ethernet placa 80211
chipset Ethernet implementa as camadas de
enlace e fiacutesica conecta ao barramento do
sistema hospedeiro combinaccedilatildeo de hardware
software e firmware
controlador
Transmissatildeofiacutesica
cpu memoacuteria
barramentodo hospedeiro(ex PCI)
placa de rede
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlace
enlacefiacutesica
5 Camada de Enlace 5-8
Comunicaccedilatildeo entre Adaptadores
lado transmissor Encapsula o datagrama
em um quadro Adiciona bits de
verificaccedilatildeo de erro transferecircncia confiaacutevel de dados controle de fluxo etc
lado receptor verifica erros transporte
confiaacutevel controle de fluxo etc
extrai o datagrama passa-o para o noacute receptor
Controla-dora
Controla-dora
transmissor receptor
datagrama datagrama
datagrama
quadro
5 Camada de Enlace 5-9
Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e
serviccedilos52 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais
Endereccedilamento ARP
EthernetSwitchesVLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-10
Detecccedilatildeo de ErrosEDC= bits de Detecccedilatildeo e Correccedilatildeo de Erros (redundacircncia)D = Dados protegidos por verificaccedilatildeo de erros podem incluir alguns campos do cabeccedilalho bull a detecccedilatildeo de erros natildeo eacute 100 confiaacutevel
bull protocolos podem deixar passar alguns erros mas eacute rarobull quanto maior for o campo EDC melhor seraacute a capacidade
de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
5 Camada de Enlace 5-11
Verificaccedilotildees de Paridade
Paridade de 1 BitDetecta erros em um uacutenico bit
Paridade BidimensionalDetecta e corrige erro em um uacutenico bit
5 Camada de Enlace 5-12
Soma de verificaccedilatildeo da Internet
Transmissor trata o conteuacutedo do
segmento como uma sequecircncia de inteiros de 16 bits
Soma de verificaccedilatildeo adiccedilatildeo (complemento de 1 da soma ) do conteuacutedo do segmento
transmissor coloca o valor do checksum no campo de checksum UDP
Receptor calcula a soma de
verificaccedilatildeo do segmento recebido
verifica se o resultado eacute igual ao valor do campo da soma de verificaccedilatildeo NAtildeO - erro detectado SIM - nenhum erro foi
detectado Mas ainda pode conter erros
Objetivo detectar ldquoerrosrdquo (ex bits trocados) no segmento transmitido (nota usado apenas na camada de transporte)
5 Camada de Enlace 5-13
Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica (CRC) codificaccedilatildeo para detecccedilatildeo de erro mais poderosa vecirc os bits de dados D como um nuacutemero binaacuterio eacute escolhido um polinocircmio Gerador (G) (=gt r+1 bits) objetivo escolher r bits CRC R de modo que
ltDRgt seja exatamente divisiacutevel por G (moacutedulo 2) receptor conhece G divide ltDRgt por G Caso o resto seja
diferente de zero detectado erro Pode detectar todos os erros em rajadas menores do que
r+1 bits Largamente usado na praacutetica (Ethernet 80211 WiFi ATM)
5 Camada de Enlace 5-14
Exemplo de CRCQueremos
D2r XOR R = nGde forma equivalente
D2r = nG XOR R de forma equivalente se dividirmos D2r
por G queremos o resto R que satisfaccedila
GDR
r2resto
101110000 10011001 101011 1010 1001 1100 1001 1010 1001 011
D G
R
r = 3
5 Camada de Enlace 5-15
Implementaccedilatildeo em Hardware
Aring
G=1001
D2r=101110000
5 Camada de Enlace 5-16
Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e
serviccedilos52 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais
Endereccedilamento ARP
EthernetSwitchesVLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-17
Enlaces e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
Dois tipos de enlaces Ponto-a-ponto
PPP para acesso discado
Conexatildeo entre switch Ethernet e hospedeiro
broadcast (cabo ou meio compartilhado) Ethernet tradicional Upstream HFC 80211 LAN sem fio Sateacutelite Etc
5 Camada de Enlace 5-18
Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
canal de comunicaccedilatildeo uacutenico de broadcast interferecircncia quando dois ou mais noacutes transmitem
simultaneamente colisatildeo se um noacute receber dois ou mais sinais ao mesmo
tempo
Protocolo de acesso muacuteltiplo algoritmo distribuiacutedo que determina como os noacutes
compartilham o canal isto eacute determina quando um noacute pode transmitir
comunicaccedilatildeo sobre o compartilhamento do canal deve usar o proacuteprio canal natildeo haacute canal fora da faixa para coordenar a transmissatildeo
5 Camada de Enlace 5-19
Protocolo Ideal de Acesso MuacuteltiploPara um canal de broadcast com taxa de R bps
1 Quando apenas um noacute tem dados para enviar esse noacute obteacutem uma vazatildeo de R bps
2 Quando M noacutes tecircm dados para enviar cada um desses noacutes poderaacute transmitir em meacutedia a uma taxa de RM bps
3 Completamente descentralizado nenhum noacute especial (mestre) para coordenar as
transmissotildees nenhuma sincronizaccedilatildeo de reloacutegios ou slots
4 Simples para que sua implementaccedilatildeo seja barata
5 Camada de Enlace 5-20
Taxonomia dos Protocolos MACTrecircs categorias gerais divisatildeo de Canal
divide o canal em pequenos ldquopedaccedilosrdquo (slotscompartimentos de tempo frequecircncia coacutedigo)
aloca pedaccedilo a um dado noacute para uso exclusivo deste acesso Aleatoacuterio
canal natildeo eacute dividido podem ocorrer colisotildees ldquorecuperaccedilatildeordquo das colisotildees
revezamento Noacutes se alternam em revezamento mas um noacute que
possui mais dados a transmitir pode demorar mais quando chegar a sua vez
5 Camada de Enlace 5-21
Protocolos MAC de divisatildeo de canal TDMA
TDMA Acesso Muacuteltiplo por Divisatildeo de Tempo acesso ao canal em ldquoturnos cada estaccedilatildeo recebe um comprimento fixo de
compartimento (comprimento = tempo de tx do pacote) em cada turno
compartimentos natildeo usados permanecem ociosos Exemplo LAN com 6 estaccedilotildees compartimentos 1 3 e 4
com pacotes compartimentos 2 5 e 6 ociosos
5 Camada de Enlace 5-22
Protocolos MAC de divisatildeo de canal FDMA
FDMA Acesso Muacuteltiplo por Divisatildeo de Frequecircncia espectro do canal dividido em bandas de frequecircncia a cada estaccedilatildeo eacute atribuiacuteda uma banda fixa de frequecircncia tempo de transmissatildeo natildeo usado nas bandas permanecem
ociosos exemplo LAN com 6 estaccedilotildees 134 com pacotes bandas
256 ociosas
Band
as d
e fre
quecircn
cia tempo
cabo FDM
5 Camada de Enlace 5-23
Protocolos de Acesso Aleatoacuterio Quando noacute tem um pacote para transmitir
transmite na taxa maacutexima Rnenhuma coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes
dois ou mais noacutes transmitindo ldquocolisatildeordquo O protocolo MAC de acesso aleatoacuterio
especifica como detectar colisotildeescomo se recuperar delas (atraveacutes de
retransmissotildees retardadas por exemplo) Exemplos de protocolos MAC de acesso
aleatoacuterioslotted ALOHAALOHACSMA CSMACD CSMACA
5 Camada de Enlace 5-24
Slotted ALOHA
Hipoacuteteses todos os quadros tecircm o
mesmo tamanho (L bits) tempo eacute dividido em slots
de tamanho igual tempo para transmitir 1 quadro (LR seg)
noacutes comeccedilam a transmitir quadros apenas no iniacutecio dos intervalos (slots)
noacutes satildeo sincronizados se 2 ou mais noacutes
transmitirem num slot todos os noacutes detectam a colisatildeo
Operaccedilatildeo quando o noacute obteacutem um novo
quadro ele espera ateacute o iniacutecio do proacuteximo slot e transmite o quadro inteiro
Se natildeo houver colisatildeo noacute poderaacute enviar um novo quadro no proacuteximo slot
caso haja uma colisatildeo (detectada antes do final do intervalo) noacute retransmite o quadro em cada intervalo subsequente com probabilidade p ateacute obter sucesso
5 Camada de Enlace 5-25
Slotted ALOHA
Vantagens uacutenico noacute ativo pode
transmitir continuamente na taxa maacutexima do canal
Altamente descentralizado apenas slots nos noacutes precisam estar sincronizados
simples
Desvantagens colisotildees slots
desperdiccedilados slots ociosos
(desperdiacutecio) noacutes podem ser capazes
de detectar colisotildees num tempo inferior ao da transmissatildeo do pacote
sincronizaccedilatildeo dos reloacutegios
5 Camada de Enlace 5-26
Eficiecircncia do Slotted Aloha
Assuma N noacutes com muitos quadros para enviar cada um transmite num slot com probabilidade p
probabilidade que noacute 1 tenha sucesso em um slot = p(1-p)N-1
probabilidade que qualquer noacute tenha sucesso = Np(1-p)N-
1
Para eficiecircncia maacutexima com N noacutes encontre p que maximiza Np(1-p)N-1
Para muitos noacutes faccedila limite para Np(1-p)N-1
quando N tende a infinito daacute
eficiecircncia maacutexima = 1e = 037
Eficiecircncia eacute a fraccedilatildeo de longo prazo de slots bem sucedidos quando haacute muitos noacutes cada um com muitos quadros para transmitir
Melhor caso canalusado para transmissotildees uacuteteis em apenas 37 do tempo
5 Camada de Enlace 5-27
ALOHA Puro (sem slots) Aloha puro (sem slots) mais simples sem sincronizaccedilatildeo Ao chegar um quadro no noacute
transmite imediatamente Probabilidade de colisatildeo aumenta
quadro enviado em t0 colide com outros quadros enviados em [t0-1t0+1]
5 Camada de Enlace 5-28
Eficiecircncia do Aloha puroP(sucesso por um dado noacute) = P(noacute transmita) P(nenhum outro noacute transmita em [t0-1t0] P(nenhum outro noacute transmita em [t0t0+1] = p (1-p)N-1 (1-p)N-1
= p (1-p)2(N-1)
hellip escolhendo o valor oacutetimo de p e deixando n -gt infinito
= 1(2e) = 018 Ainda pior do que o Slotted Aloha
5 Camada de Enlace 5-29
CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)
CSMA (Carrier Sense Multiple Access) Escuta antes de transmitir (detecccedilatildeo de portadora)
Se o canal estiver livre transmite todo o quadro
Se o canal estiver ocupado adia a transmissatildeo
Analogia humana natildeo interrompa outros
5 Camada de Enlace 5-30
Colisotildees no CSMA
colisotildees ainda podem aconteceratraso de propagaccedilatildeo significa que dois noacutes podem natildeo ouvira transmissatildeo do outro colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo eacute desperdiccedilado
Disposiccedilatildeo espacial dos noacutes
notapapel da distacircncia e atraso de propagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo
5 Camada de Enlace 5-31
CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)
CSMACD detecccedilatildeo da portadora adia a transmissatildeo como no CSMAAs colisotildees satildeo detectadas em pouco tempoTransmissotildees que sofreram colisotildees satildeo
abortadas reduzindo o desperdiacutecio do canal Detecccedilatildeo de colisotildees
Faacutecil em LANs cabeadas mede a potecircncia do sinal compara o sinal recebido com o transmitido
Difiacutecil em LANs sem fio o receptor eacute desligado durante a transmissatildeo
Analogia humana bate papo educado
5 Camada de Enlace 5-32
Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD
5 Camada de Enlace 5-33
Algoritmo CSMACD do Ethernet1 Adaptador recebe datagrama
da camada de rede e cria um quadro
2 Se o adaptador percebe que o canal estaacute ocioso comeccedila a transmitir o quadro Se percebe que o canal estaacute ocupado espera que o canal fique livre e transmite
3 Se o adaptador transmitir todo o quadro sem detectar outra transmissatildeo o adaptador concluiu a operaccedilatildeo com o quadro
4 Se o adaptador detectar outra transmissatildeo enquanto estiver transmitindo aborta e envia sinal de reforccedilo de colisatildeo de 48 bits
5 Apoacutes o aborto o adaptador entra na retirada (backoff) exponencial binaacuteria apoacutes a m-eacutesima colisatildeo o
adaptador escolhe um K aleatoriamente entre 012hellip2m-1 O adaptador espera K512 tempos de bit e retorna ao Passo 2
quanto mais colisotildees houver mas longos seratildeo os intervalos de retirada
5 Camada de Enlace 5-34
Eficiecircncia do CSMACD
tprop = atraso maacuteximo de prop entre 2 noacutes na LAN
ttrans = tempo para transmitir quadro de tamanho maacuteximo
Eficiecircncia vai para 1 agrave medida que tprop vai para 0ttrans vai para infinito
Muito melhor do que ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato
transprop tt 511eficiecircncia
5 Camada de Enlace 5-35
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoProtocolos MAC de divisatildeo de canal
Compartilha o canal eficientemente e de forma justa em altas cargas
Ineficiente em baixas cargas atraso no canal de acesso alocaccedilatildeo de 1N da largura de banda mesmo com apenas 1 noacute ativo
Protocolos MAC de acesso aleatoacuterioeficiente em baixas cargas um uacutenico noacute
pode utilizar completamente o canalAltas cargas overhead com colisotildees
Protocolos de revezamentoProcura oferecer o melhor dos dois mundos
5 Camada de Enlace 5-36
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoSeleccedilatildeo (Polling) Noacute mestre ldquoconvidardquo
noacutes escravos a transmitir em revezamento
Usado tipicamente com dispositivos escravo burros
Preocupaccedilotildees Overhead com as
consultas (polling) Latecircncia Ponto uacutenico de
falha (mestre)
mestre
escravos
poll
dados
dados
5 Camada de Enlace 5-37
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoPassagem de
permissatildeo (token) controla permissatildeo
passada de um noacute para o proacuteximo de forma sequencial
mensagem de passagem da permissatildeo
preocupaccedilotildees overhead com a
passagem de permissatildeo
latecircncia Ponto uacutenico de falha
(permissatildeo)
T
dados
(nada paramandar)
T
5 Camada de Enlace 5-38
Rede de acesso a cabo
Muacuteltiplos canais de difusatildeo downstream de 40Mbps Um uacutenico CMTS transmite para os diversos canais
Muacuteltiplos canais upstream de 30 Mbps Acesso muacuteltiplo todos os usuaacuterios disputam alguns slots
de tempo em canais upstream (outros satildeo preacute-alocados)
terminaccedilatildeo do cabo
CMTS
ISP
sistema de terminaccedilatildeo do cable modem
cablemodemsplitter
hellip
hellip
quadros Internet canais de TV e controle satildeo transmitidos downstream em frequecircncias diferentes
quadros Internet upstream e controle de TV satildeo transmitidos upstream em diferentes frequecircncias em slots de tempo
5 Camada de Enlace 5-39
Rede de acesso a cabo
DOCSIS espec da interface de serviccedilo de dados sobre cabo FDM sobre as frequecircncias dos canais up e downstream TDM upstream alguns slots satildeo alocados outros tecircm
disputabull quadro de mapeamento downstream aloca slots
upstreambull requisiccedilatildeo de slots upstream (e dados) satildeo transmitidos
atraveacutes de acesso aleatoacuterio (retirada binaacuteria) em slots selecionados
quadro de mapeamentop intervalo [t1 t2]
Residecircncias com cable modems
Canal downstream i
Canal Upstream j
t1 t2
Minislots alocados contendo quadros de dadosupstream do cable modem
Minislots contendo quadrosde requisiccedilatildeo de minislots
cable headend
CMTS
5 Camada de Enlace 5-40
Resumo dos protocolos MAC divisatildeo do canal por tempo frequecircncia ou
coacutedigoDivisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequecircncia
acesso aleatoacuterio (dinacircmico) ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDescutar a portadora faacutecil em algumas
tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)
CSMACD usado na EthernetCSMACA usado no 80211
RevezamentoSeleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto
central passagem de permissotildeesBluetooth FDDI Token Ring
5 Camada de Enlace 5-41
Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e
serviccedilos52 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais
Endereccedilamento ARP
EthernetSwitchesVLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-42
Endereccedilos MAC e ARP Endereccedilo IP de 32 bits
endereccedilos da camada de rede para a interface usado pelo repasse da camada 3 (rede)
Endereccedilo MAC (ou LAN ou fiacutesico ou Ethernet) Funccedilatildeo usado lsquolocalmentersquo para levar o quadro de
uma interface ateacute outra interface conectada fisicamente (na mesma rede no sentido do endereccedilamento IP)
Endereccedilo MAC de 48 bits (para a maioria das redes) gravado na ROM do adaptador ou configurado por software
Ex 1A-2F-BB-76-09-ADnotaccedilatildeo hexadecimal (base 16)
(cada ldquonuacutemerordquo representa 4 bits)
5 Camada de Enlace 5-43
Endereccedilos MAC e ARPcada adaptador na LAN possui um endereccedilo MAC uacutenico
Endereccedilo de Broadcast =FF-FF-FF-FF-FF-FF
= adaptador
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN(cabeada ousem fio)
5 Camada de Enlace 5-44
Endereccedilo MAC (cont) Alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC gerenciada pelo IEEE Um fabricante compra uma parte do espaccedilo de
endereccedilos (para garantir unicidade) Analogia (a) endereccedilo MAC como nuacutemero do CPF (b) endereccedilo IP como endereccedilo postal (CEP) endereccedilo MAC tem estrutura linear =gt
portabilidadePode mover um cartatildeo LAN de uma LAN para
outra endereccedilo IP hieraacuterquico NAtildeO eacute portaacutetil (requer IP
moacutevel)Depende da subrede IP agrave qual o noacute estaacute
conectado
5 Camada de Enlace 5-45
ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de Resoluccedilatildeo de Endereccedilos)
Cada noacute IP (Host Roteador) de uma LAN possui tabela ARP
Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN
lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt TTL (Time To Live) tempo
a partir do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute esquecido (valor tiacutepico de 20 min)
Pergunta como obter oendereccedilo MAC de B a partir do endereccedilo IP de B
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53 LAN
237196723
237196778
237196714
237196788
5 Camada de Enlace 5-46
Protocolo ARP mesma LAN (rede) A deseja enviar datagrama
para B e o endereccedilo MAC de B natildeo estaacute na tabela ARP
A difunde o pacote de solicitaccedilatildeo ARP que conteacutem o endereccedilo IP de B Endereccedilo MAC destino =
FF-FF-FF-FF-FF-FF todas as maacutequinas na
LAN recebem a consulta do ARP
B recebe o pacote ARP responde a A com o seu (de B) endereccedilo MAC Quadro enviado para o
endereccedilo MAC (unicast) de A
Uma cache (salva) o par de endereccedilos IP-para-MAC na sua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo fique antiquada (expire) lsquosoft statersquo informaccedilatildeo que expira (vai embora) a menos que seja renovada
ARP eacute ldquoplug-and-playrdquo os noacutes criam suas tabelas ARP sem a intervenccedilatildeo do administrador
da rede
5 Camada de Enlace 5-47
Endereccedilamento repassando para outra LAN encaminhamento envio de datagrama de A para B via R
foco no endereccedilamento ndash nas camadas IP (datagrama) e MAC (quadro)
assume que A conhece o endereccedilo IP de B assume que A conhece o endereccedilo IP do proacuteximo roteador
R (como) assume que A conhece o endereccedilo MAC de R (como)
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
5 Camada de Enlace 5-48
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IPEthPhy
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
A cria datagrama IP com IP origem A destino B A cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC
de R como destino quadro conteacutem o datagrama IP de A-para-B
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55 MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
5 Camada de Enlace 5-49
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IPEthPhy
quadro enviado de A para R
IPEthPhy
quadro recebido em R datagrama removido passado para o IP
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55 MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
5 Camada de Enlace 5-50
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
R repassa o datagrama com origem IP A destino B R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC
de B como destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9B MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
IPEthPhy
5 Camada de Enlace 5-51
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
R repassa o datagrama com origem IP A destino B R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC
de B como destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9B MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
IPEthPhy
5 Camada de Enlace 5-52
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
R repassa o datagrama com origem IP A destino B R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC
de B como destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9B MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
5 Camada de Enlace 5-53
Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e
serviccedilos52 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais
Endereccedilamento ARP
EthernetSwitchesVLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-54
Ethernet Muitiacutessimo difundida porque
Muito barata R$50 para placas 101001000Mbps A mais antiga das tecnologias de rede local (meados da
deacutecada de 70) Mais simples e menos cara que redes usando ficha ou
ATM Acompanhou o aumento de velocidade 10 Mbps ndash 10
Gbps
Rascunho de Metcalfe sobre o Ethernet
5 Camada de Enlace 5-55
Ethernet topologia fiacutesica barramento popular ateacute meados dos anos 90
Todos os noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo (podem colidir um com o outro)
estrela prevalecircncia hoje Comutador (switch) ativo no centro Cada porta roda o protocolo Ethernet separadamente (os
noacutes natildeo colidem uns com os outros)
barramento cabo coaxial
switch
estrela
5 Camada de Enlace 5-56
Estrutura do Quadro EthernetAdaptador remetente encapsula datagrama IP (ou pacote
de outro protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
preacircmbulo 7 bytes com o padratildeo 10101010 seguidos por um byte
com o padratildeo 10101011 usado para sincronizar receptor ao reloacutegio do
remetente (reloacutegios nunca satildeo exatos eacute muito provaacutevel que exista algum desvio entre eles)
5 Camada de Enlace 5-57
Estrutura de Quadro Ethernet (cont)
Endereccedilos 6 bytes para cada endereccedilo MAC se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo destino igual
ao seu ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede
caso contraacuterio o adaptador descarta o quadro Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior
usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)
CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado
5 Camada de Enlace 5-58
Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo sem conexatildeo natildeo haacute estabelecimento de
conexatildeo (saudaccedilatildeo) entre os adaptadores transmissor e receptor
Natildeo confiaacutevel o adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador transmissordados em quadros descartados satildeo
recuperados apenas se o transmissor usar transferecircncia confiaacutevel em camadas mais altas (ex TCP) caso contraacuterio os dados estaratildeo perdidos
Protocolo MAC do Ethernet CSMACD com retirada binaacuteria
5 Camada de Enlace 5-59
Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
diversos padrotildees Ethernet diferentes tecircm em comum o protocolo MAC e o formato do
quadro diferentes velocidades 2Mbps 10Mbps 100Mbps
1Gbps 10Gbps diferentes meios da camada fiacutesica fibra cabo
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
protocolo MACe formato do quadro
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)
5 Camada de Enlace 5-60
10Base5
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-61
10Base2
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-62
10BaseT
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-63
Conector RJ 45
5 Camada de Enlace 5-64
100Base-TX
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-65 10
Wireless Backhaul
Carrier Ethernet Access Expansion
Voice gateway
VoiceVideoTelephony
HD TVTVoD VoD
Video Source
Gaming BusinessBackup ERP
Internet Video Source
BusinessBroadband
E-Line andE-LAN service
GlobalNationalCarrierEthernet
GlobalNationalCarrierEthernet
SmallMedium Business
Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet
AccessCarrierEthernet
AccessCarrierEthernet
ResidentialTriple-Play
FTTx DSLAM Cable Modem
Broadbandmobile datavideo
Bringing vastly extended scalability for business and residential users
ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing
5 Camada de Enlace 5-66
Carrier Ethernet Defined
bull Carrier Ethernet is a ubiquitous standardized carrier-class SERVICE defined by five attributes that distinguish Carrier Ethernet from familiar LAN based Ethernet
bull It brings the compelling business benefit of the Ethernet cost model to achieve significant savings
Carrier Ethernet
bull Scalability
bull Standardized Services
bull Service Management
bull Quality of Service
bull Reliability
Carrier Ethernet Attributes
httpwwwmetroethernetforumorg
5 Camada de Enlace 5-67
Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e
serviccedilos52 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais
Endereccedilamento ARP
EthernetSwitchesVLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-68
Comutador (switch) Ethernet Dispositivo da camada de enlace tecircm papel
ativo armazena e retransmite quadros Ethernetexamina o cabeccedilalho do quadro e
seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento
transparentehospedeiros ignoram a presenccedila dos
switches plug-and-play self-learning (autodidatas)
os comutadores natildeo necessitam ser configurados
5 Camada de Enlace 5-69
Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas hospedeiros tecircm conexatildeo
direta e dedicada para o switch
os switches armazenam quadros
o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplex cada link eacute o seu proacuteprio
domiacutenio de colisatildeo comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-
para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch com seis interfaces(123456)
1 2 345
6
5 Camada de Enlace 5-70
Tabela de repasse do switch P como eacute que o switch sabe que
Arsquo eacute alcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel a partir da interface 5
R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutem (endereccedilo MAC do hospedeiro
interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)
parece uma tabela de repasse P como satildeo criadas e mantidas as
entradas na tabela de comutaccedilatildeo haacute algo como um protocolo de
roteamento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch with six interfaces(123456)
1 2 345
6
5 Camada de Enlace 5-71
switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfaces quando um quadro eacute
recebido o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada
registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo
Switch autoaprendizagemA
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
5 Camada de Enlace 5-725 Camada de Enlace
Switch filtragemrepasse de quadrosQuando o quadro eacute recebido em um comutador
registra o link de entrada endereccedilo MAC do hospedeiro transmissor
indexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo MAC do destino
if entrada encontrada para o destinothen
if dest estiver no segmento de onde veio o quadro then descarta o quadro
else repassa o quadro na interface indicada else usa inundaccedilatildeo
Repassa o quadro para todas as demais interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido
5 Camada de Enlace 5-73
Exemplo de auto aprendizagem e repasse
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo destino do quadro Arsquo
com localizaccedilatildeo desconhecida inundaccedilatildeo
Arsquo A
local do destino A conhecido
Arsquo 4 60
transmissatildeo seletiva
5 Camada de Enlace 5-74
Interligaccedilatildeo de comutadores
Podemos interligar comutadores (switches)
AB
P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe que deve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3
R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenico comutador)
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
5 Camada de Enlace 5-75
Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde
para C
P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4
AB
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
12
5 Camada de Enlace 5-76
Rede institucional
Para redeexterna
roteador
Subrede IP
Servidor de mensagens
Servidor web
5 Camada de Enlace 5-77
Comutadores x Roteadores
ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa roteadores dispositivos da
camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)
comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace
ambos possuem tabelas de repasse roteadores obteacutem
tabelas usando alg de roteamento endereccedilos IP
comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
redeenlacefiacutesica
enlacefiacutesica
switch
datagrama
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
quadro
quadro
quadrodatagrama
5 Camada de Enlace 5-78
Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e
serviccedilos52 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais
Endereccedilamento ARP
EthernetSwitchesVLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-79
Siacutentese um dia na vida de um pedido web jornada completa atravessando toda a pilha de
protocolos aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
colocando tudo junto siacutentese objetivo identificar revisar entender os
protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web
cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom
5 Camada de Enlace 5-80
Um dia na vida cenaacuterio
rede da Comcast68800013
rede do Google64233160019 64233169105
servidor web
Servidor DNS
rede da escola68802024
paacutegina web
navegador
5 Camada de Enlace 5-81
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPDHCP
quadro Ethernet difundido (dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador que executa o servidor DHCP Ethernet demultiplexado para IP demultiplexado para UDP e demultiplexado paraDHCP
o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilo do primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP Solicitaccedilatildeo DHCP encapsulada em UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023 Ethernet
5 Camada de Enlace 5-82
roteador(roda DHCP)
servidor DHCP prepara ACK DHCP contendo endereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiro roteador nome e endereccedilo IP do servidor DNS
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
encapsulamento no servidor DHCP quadro repassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente
Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador
cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
5 Camada de Enlace 5-83
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
consulta DNS criada encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviar quadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP
consulta ARP difundida recebida pelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccedilo MAC da interface do roteador
o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiro roteador podendo agora enviar o quadro contendo a consulta DNS
ARP query
EthPhy
ARP
ARP
ARP reply
antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
5 Camada de Enlace 5-84
roteador(roda DHCP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
datagrama IP conteacutem consulta DNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador
datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelos protocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS
demultiplexado pelo servidor DNS
servidor DNS responde ao cliente com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
rede da Comcast68800013
servidor DNSDNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
Um dia na vidahellip usando DNS
5 Camada de Enlace 5-85
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
para enviar pedido HTTP cliente primeiro abre um socket TCP para o servidor web segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web
conexatildeo TCP estabelecida64233169105servidor web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCPIPEthPhy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)
5 Camada de Enlace 5-86
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
solicitaccedilatildeo HTTP enviada para o socket TCP datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhado para wwwgooglecom
datagrama IP com a resposta HTTP eacute encaminhado de volta para o cliente
64233169105servidor web
HTTPTCPIPEthPhy
servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTPHTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
paacutegina web finalmente() apresentada
5 Camada de Enlace 5-87
Capiacutetulo 5 Resumo
princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dados detecccedilatildeo correccedilatildeo de erros compartilhamento de canal de difusatildeo acesso
muacuteltiplo endereccedilamento da camada de enlace
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlace Ethernet LANs comutadas VLANs redes virtualizadas como camada de enlace MPLS
siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web
5 Camada de Enlace 5-6
Serviccedilos da Camada de Enlace (mais) controle de Fluxo
compatibilizar taxas de produccedilatildeo e consumo de quadros entre remetentes e receptores
detecccedilatildeo de Erros erros satildeo causados por atenuaccedilatildeo do sinal e por
ruiacutedo receptor detecta presenccedila de erros
bull receptor sinaliza ao remetente para retransmissatildeo ou simplesmente descarta o quadro em erro
correccedilatildeo de Erros mecanismo que permite que o receptor localize e
corrija o(s) erro(s) sem precisar da retransmissatildeo half-duplex e full-duplex
com half duplex um noacute natildeo pode transmitir e receber pacotes ao mesmo tempo
5 Camada de Enlace 5-7
Onde a camada de enlace eacute implementada
em cada um dos hospedeiros camada de enlace
implementada no ldquoadaptadorrdquo (NIC ndash Network Interface Card) placa Ethernet placa 80211
chipset Ethernet implementa as camadas de
enlace e fiacutesica conecta ao barramento do
sistema hospedeiro combinaccedilatildeo de hardware
software e firmware
controlador
Transmissatildeofiacutesica
cpu memoacuteria
barramentodo hospedeiro(ex PCI)
placa de rede
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlace
enlacefiacutesica
5 Camada de Enlace 5-8
Comunicaccedilatildeo entre Adaptadores
lado transmissor Encapsula o datagrama
em um quadro Adiciona bits de
verificaccedilatildeo de erro transferecircncia confiaacutevel de dados controle de fluxo etc
lado receptor verifica erros transporte
confiaacutevel controle de fluxo etc
extrai o datagrama passa-o para o noacute receptor
Controla-dora
Controla-dora
transmissor receptor
datagrama datagrama
datagrama
quadro
5 Camada de Enlace 5-9
Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e
serviccedilos52 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais
Endereccedilamento ARP
EthernetSwitchesVLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-10
Detecccedilatildeo de ErrosEDC= bits de Detecccedilatildeo e Correccedilatildeo de Erros (redundacircncia)D = Dados protegidos por verificaccedilatildeo de erros podem incluir alguns campos do cabeccedilalho bull a detecccedilatildeo de erros natildeo eacute 100 confiaacutevel
bull protocolos podem deixar passar alguns erros mas eacute rarobull quanto maior for o campo EDC melhor seraacute a capacidade
de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
5 Camada de Enlace 5-11
Verificaccedilotildees de Paridade
Paridade de 1 BitDetecta erros em um uacutenico bit
Paridade BidimensionalDetecta e corrige erro em um uacutenico bit
5 Camada de Enlace 5-12
Soma de verificaccedilatildeo da Internet
Transmissor trata o conteuacutedo do
segmento como uma sequecircncia de inteiros de 16 bits
Soma de verificaccedilatildeo adiccedilatildeo (complemento de 1 da soma ) do conteuacutedo do segmento
transmissor coloca o valor do checksum no campo de checksum UDP
Receptor calcula a soma de
verificaccedilatildeo do segmento recebido
verifica se o resultado eacute igual ao valor do campo da soma de verificaccedilatildeo NAtildeO - erro detectado SIM - nenhum erro foi
detectado Mas ainda pode conter erros
Objetivo detectar ldquoerrosrdquo (ex bits trocados) no segmento transmitido (nota usado apenas na camada de transporte)
5 Camada de Enlace 5-13
Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica (CRC) codificaccedilatildeo para detecccedilatildeo de erro mais poderosa vecirc os bits de dados D como um nuacutemero binaacuterio eacute escolhido um polinocircmio Gerador (G) (=gt r+1 bits) objetivo escolher r bits CRC R de modo que
ltDRgt seja exatamente divisiacutevel por G (moacutedulo 2) receptor conhece G divide ltDRgt por G Caso o resto seja
diferente de zero detectado erro Pode detectar todos os erros em rajadas menores do que
r+1 bits Largamente usado na praacutetica (Ethernet 80211 WiFi ATM)
5 Camada de Enlace 5-14
Exemplo de CRCQueremos
D2r XOR R = nGde forma equivalente
D2r = nG XOR R de forma equivalente se dividirmos D2r
por G queremos o resto R que satisfaccedila
GDR
r2resto
101110000 10011001 101011 1010 1001 1100 1001 1010 1001 011
D G
R
r = 3
5 Camada de Enlace 5-15
Implementaccedilatildeo em Hardware
Aring
G=1001
D2r=101110000
5 Camada de Enlace 5-16
Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e
serviccedilos52 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais
Endereccedilamento ARP
EthernetSwitchesVLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-17
Enlaces e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
Dois tipos de enlaces Ponto-a-ponto
PPP para acesso discado
Conexatildeo entre switch Ethernet e hospedeiro
broadcast (cabo ou meio compartilhado) Ethernet tradicional Upstream HFC 80211 LAN sem fio Sateacutelite Etc
5 Camada de Enlace 5-18
Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
canal de comunicaccedilatildeo uacutenico de broadcast interferecircncia quando dois ou mais noacutes transmitem
simultaneamente colisatildeo se um noacute receber dois ou mais sinais ao mesmo
tempo
Protocolo de acesso muacuteltiplo algoritmo distribuiacutedo que determina como os noacutes
compartilham o canal isto eacute determina quando um noacute pode transmitir
comunicaccedilatildeo sobre o compartilhamento do canal deve usar o proacuteprio canal natildeo haacute canal fora da faixa para coordenar a transmissatildeo
5 Camada de Enlace 5-19
Protocolo Ideal de Acesso MuacuteltiploPara um canal de broadcast com taxa de R bps
1 Quando apenas um noacute tem dados para enviar esse noacute obteacutem uma vazatildeo de R bps
2 Quando M noacutes tecircm dados para enviar cada um desses noacutes poderaacute transmitir em meacutedia a uma taxa de RM bps
3 Completamente descentralizado nenhum noacute especial (mestre) para coordenar as
transmissotildees nenhuma sincronizaccedilatildeo de reloacutegios ou slots
4 Simples para que sua implementaccedilatildeo seja barata
5 Camada de Enlace 5-20
Taxonomia dos Protocolos MACTrecircs categorias gerais divisatildeo de Canal
divide o canal em pequenos ldquopedaccedilosrdquo (slotscompartimentos de tempo frequecircncia coacutedigo)
aloca pedaccedilo a um dado noacute para uso exclusivo deste acesso Aleatoacuterio
canal natildeo eacute dividido podem ocorrer colisotildees ldquorecuperaccedilatildeordquo das colisotildees
revezamento Noacutes se alternam em revezamento mas um noacute que
possui mais dados a transmitir pode demorar mais quando chegar a sua vez
5 Camada de Enlace 5-21
Protocolos MAC de divisatildeo de canal TDMA
TDMA Acesso Muacuteltiplo por Divisatildeo de Tempo acesso ao canal em ldquoturnos cada estaccedilatildeo recebe um comprimento fixo de
compartimento (comprimento = tempo de tx do pacote) em cada turno
compartimentos natildeo usados permanecem ociosos Exemplo LAN com 6 estaccedilotildees compartimentos 1 3 e 4
com pacotes compartimentos 2 5 e 6 ociosos
5 Camada de Enlace 5-22
Protocolos MAC de divisatildeo de canal FDMA
FDMA Acesso Muacuteltiplo por Divisatildeo de Frequecircncia espectro do canal dividido em bandas de frequecircncia a cada estaccedilatildeo eacute atribuiacuteda uma banda fixa de frequecircncia tempo de transmissatildeo natildeo usado nas bandas permanecem
ociosos exemplo LAN com 6 estaccedilotildees 134 com pacotes bandas
256 ociosas
Band
as d
e fre
quecircn
cia tempo
cabo FDM
5 Camada de Enlace 5-23
Protocolos de Acesso Aleatoacuterio Quando noacute tem um pacote para transmitir
transmite na taxa maacutexima Rnenhuma coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes
dois ou mais noacutes transmitindo ldquocolisatildeordquo O protocolo MAC de acesso aleatoacuterio
especifica como detectar colisotildeescomo se recuperar delas (atraveacutes de
retransmissotildees retardadas por exemplo) Exemplos de protocolos MAC de acesso
aleatoacuterioslotted ALOHAALOHACSMA CSMACD CSMACA
5 Camada de Enlace 5-24
Slotted ALOHA
Hipoacuteteses todos os quadros tecircm o
mesmo tamanho (L bits) tempo eacute dividido em slots
de tamanho igual tempo para transmitir 1 quadro (LR seg)
noacutes comeccedilam a transmitir quadros apenas no iniacutecio dos intervalos (slots)
noacutes satildeo sincronizados se 2 ou mais noacutes
transmitirem num slot todos os noacutes detectam a colisatildeo
Operaccedilatildeo quando o noacute obteacutem um novo
quadro ele espera ateacute o iniacutecio do proacuteximo slot e transmite o quadro inteiro
Se natildeo houver colisatildeo noacute poderaacute enviar um novo quadro no proacuteximo slot
caso haja uma colisatildeo (detectada antes do final do intervalo) noacute retransmite o quadro em cada intervalo subsequente com probabilidade p ateacute obter sucesso
5 Camada de Enlace 5-25
Slotted ALOHA
Vantagens uacutenico noacute ativo pode
transmitir continuamente na taxa maacutexima do canal
Altamente descentralizado apenas slots nos noacutes precisam estar sincronizados
simples
Desvantagens colisotildees slots
desperdiccedilados slots ociosos
(desperdiacutecio) noacutes podem ser capazes
de detectar colisotildees num tempo inferior ao da transmissatildeo do pacote
sincronizaccedilatildeo dos reloacutegios
5 Camada de Enlace 5-26
Eficiecircncia do Slotted Aloha
Assuma N noacutes com muitos quadros para enviar cada um transmite num slot com probabilidade p
probabilidade que noacute 1 tenha sucesso em um slot = p(1-p)N-1
probabilidade que qualquer noacute tenha sucesso = Np(1-p)N-
1
Para eficiecircncia maacutexima com N noacutes encontre p que maximiza Np(1-p)N-1
Para muitos noacutes faccedila limite para Np(1-p)N-1
quando N tende a infinito daacute
eficiecircncia maacutexima = 1e = 037
Eficiecircncia eacute a fraccedilatildeo de longo prazo de slots bem sucedidos quando haacute muitos noacutes cada um com muitos quadros para transmitir
Melhor caso canalusado para transmissotildees uacuteteis em apenas 37 do tempo
5 Camada de Enlace 5-27
ALOHA Puro (sem slots) Aloha puro (sem slots) mais simples sem sincronizaccedilatildeo Ao chegar um quadro no noacute
transmite imediatamente Probabilidade de colisatildeo aumenta
quadro enviado em t0 colide com outros quadros enviados em [t0-1t0+1]
5 Camada de Enlace 5-28
Eficiecircncia do Aloha puroP(sucesso por um dado noacute) = P(noacute transmita) P(nenhum outro noacute transmita em [t0-1t0] P(nenhum outro noacute transmita em [t0t0+1] = p (1-p)N-1 (1-p)N-1
= p (1-p)2(N-1)
hellip escolhendo o valor oacutetimo de p e deixando n -gt infinito
= 1(2e) = 018 Ainda pior do que o Slotted Aloha
5 Camada de Enlace 5-29
CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)
CSMA (Carrier Sense Multiple Access) Escuta antes de transmitir (detecccedilatildeo de portadora)
Se o canal estiver livre transmite todo o quadro
Se o canal estiver ocupado adia a transmissatildeo
Analogia humana natildeo interrompa outros
5 Camada de Enlace 5-30
Colisotildees no CSMA
colisotildees ainda podem aconteceratraso de propagaccedilatildeo significa que dois noacutes podem natildeo ouvira transmissatildeo do outro colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo eacute desperdiccedilado
Disposiccedilatildeo espacial dos noacutes
notapapel da distacircncia e atraso de propagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo
5 Camada de Enlace 5-31
CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)
CSMACD detecccedilatildeo da portadora adia a transmissatildeo como no CSMAAs colisotildees satildeo detectadas em pouco tempoTransmissotildees que sofreram colisotildees satildeo
abortadas reduzindo o desperdiacutecio do canal Detecccedilatildeo de colisotildees
Faacutecil em LANs cabeadas mede a potecircncia do sinal compara o sinal recebido com o transmitido
Difiacutecil em LANs sem fio o receptor eacute desligado durante a transmissatildeo
Analogia humana bate papo educado
5 Camada de Enlace 5-32
Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD
5 Camada de Enlace 5-33
Algoritmo CSMACD do Ethernet1 Adaptador recebe datagrama
da camada de rede e cria um quadro
2 Se o adaptador percebe que o canal estaacute ocioso comeccedila a transmitir o quadro Se percebe que o canal estaacute ocupado espera que o canal fique livre e transmite
3 Se o adaptador transmitir todo o quadro sem detectar outra transmissatildeo o adaptador concluiu a operaccedilatildeo com o quadro
4 Se o adaptador detectar outra transmissatildeo enquanto estiver transmitindo aborta e envia sinal de reforccedilo de colisatildeo de 48 bits
5 Apoacutes o aborto o adaptador entra na retirada (backoff) exponencial binaacuteria apoacutes a m-eacutesima colisatildeo o
adaptador escolhe um K aleatoriamente entre 012hellip2m-1 O adaptador espera K512 tempos de bit e retorna ao Passo 2
quanto mais colisotildees houver mas longos seratildeo os intervalos de retirada
5 Camada de Enlace 5-34
Eficiecircncia do CSMACD
tprop = atraso maacuteximo de prop entre 2 noacutes na LAN
ttrans = tempo para transmitir quadro de tamanho maacuteximo
Eficiecircncia vai para 1 agrave medida que tprop vai para 0ttrans vai para infinito
Muito melhor do que ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato
transprop tt 511eficiecircncia
5 Camada de Enlace 5-35
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoProtocolos MAC de divisatildeo de canal
Compartilha o canal eficientemente e de forma justa em altas cargas
Ineficiente em baixas cargas atraso no canal de acesso alocaccedilatildeo de 1N da largura de banda mesmo com apenas 1 noacute ativo
Protocolos MAC de acesso aleatoacuterioeficiente em baixas cargas um uacutenico noacute
pode utilizar completamente o canalAltas cargas overhead com colisotildees
Protocolos de revezamentoProcura oferecer o melhor dos dois mundos
5 Camada de Enlace 5-36
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoSeleccedilatildeo (Polling) Noacute mestre ldquoconvidardquo
noacutes escravos a transmitir em revezamento
Usado tipicamente com dispositivos escravo burros
Preocupaccedilotildees Overhead com as
consultas (polling) Latecircncia Ponto uacutenico de
falha (mestre)
mestre
escravos
poll
dados
dados
5 Camada de Enlace 5-37
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoPassagem de
permissatildeo (token) controla permissatildeo
passada de um noacute para o proacuteximo de forma sequencial
mensagem de passagem da permissatildeo
preocupaccedilotildees overhead com a
passagem de permissatildeo
latecircncia Ponto uacutenico de falha
(permissatildeo)
T
dados
(nada paramandar)
T
5 Camada de Enlace 5-38
Rede de acesso a cabo
Muacuteltiplos canais de difusatildeo downstream de 40Mbps Um uacutenico CMTS transmite para os diversos canais
Muacuteltiplos canais upstream de 30 Mbps Acesso muacuteltiplo todos os usuaacuterios disputam alguns slots
de tempo em canais upstream (outros satildeo preacute-alocados)
terminaccedilatildeo do cabo
CMTS
ISP
sistema de terminaccedilatildeo do cable modem
cablemodemsplitter
hellip
hellip
quadros Internet canais de TV e controle satildeo transmitidos downstream em frequecircncias diferentes
quadros Internet upstream e controle de TV satildeo transmitidos upstream em diferentes frequecircncias em slots de tempo
5 Camada de Enlace 5-39
Rede de acesso a cabo
DOCSIS espec da interface de serviccedilo de dados sobre cabo FDM sobre as frequecircncias dos canais up e downstream TDM upstream alguns slots satildeo alocados outros tecircm
disputabull quadro de mapeamento downstream aloca slots
upstreambull requisiccedilatildeo de slots upstream (e dados) satildeo transmitidos
atraveacutes de acesso aleatoacuterio (retirada binaacuteria) em slots selecionados
quadro de mapeamentop intervalo [t1 t2]
Residecircncias com cable modems
Canal downstream i
Canal Upstream j
t1 t2
Minislots alocados contendo quadros de dadosupstream do cable modem
Minislots contendo quadrosde requisiccedilatildeo de minislots
cable headend
CMTS
5 Camada de Enlace 5-40
Resumo dos protocolos MAC divisatildeo do canal por tempo frequecircncia ou
coacutedigoDivisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequecircncia
acesso aleatoacuterio (dinacircmico) ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDescutar a portadora faacutecil em algumas
tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)
CSMACD usado na EthernetCSMACA usado no 80211
RevezamentoSeleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto
central passagem de permissotildeesBluetooth FDDI Token Ring
5 Camada de Enlace 5-41
Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e
serviccedilos52 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais
Endereccedilamento ARP
EthernetSwitchesVLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-42
Endereccedilos MAC e ARP Endereccedilo IP de 32 bits
endereccedilos da camada de rede para a interface usado pelo repasse da camada 3 (rede)
Endereccedilo MAC (ou LAN ou fiacutesico ou Ethernet) Funccedilatildeo usado lsquolocalmentersquo para levar o quadro de
uma interface ateacute outra interface conectada fisicamente (na mesma rede no sentido do endereccedilamento IP)
Endereccedilo MAC de 48 bits (para a maioria das redes) gravado na ROM do adaptador ou configurado por software
Ex 1A-2F-BB-76-09-ADnotaccedilatildeo hexadecimal (base 16)
(cada ldquonuacutemerordquo representa 4 bits)
5 Camada de Enlace 5-43
Endereccedilos MAC e ARPcada adaptador na LAN possui um endereccedilo MAC uacutenico
Endereccedilo de Broadcast =FF-FF-FF-FF-FF-FF
= adaptador
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN(cabeada ousem fio)
5 Camada de Enlace 5-44
Endereccedilo MAC (cont) Alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC gerenciada pelo IEEE Um fabricante compra uma parte do espaccedilo de
endereccedilos (para garantir unicidade) Analogia (a) endereccedilo MAC como nuacutemero do CPF (b) endereccedilo IP como endereccedilo postal (CEP) endereccedilo MAC tem estrutura linear =gt
portabilidadePode mover um cartatildeo LAN de uma LAN para
outra endereccedilo IP hieraacuterquico NAtildeO eacute portaacutetil (requer IP
moacutevel)Depende da subrede IP agrave qual o noacute estaacute
conectado
5 Camada de Enlace 5-45
ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de Resoluccedilatildeo de Endereccedilos)
Cada noacute IP (Host Roteador) de uma LAN possui tabela ARP
Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN
lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt TTL (Time To Live) tempo
a partir do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute esquecido (valor tiacutepico de 20 min)
Pergunta como obter oendereccedilo MAC de B a partir do endereccedilo IP de B
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53 LAN
237196723
237196778
237196714
237196788
5 Camada de Enlace 5-46
Protocolo ARP mesma LAN (rede) A deseja enviar datagrama
para B e o endereccedilo MAC de B natildeo estaacute na tabela ARP
A difunde o pacote de solicitaccedilatildeo ARP que conteacutem o endereccedilo IP de B Endereccedilo MAC destino =
FF-FF-FF-FF-FF-FF todas as maacutequinas na
LAN recebem a consulta do ARP
B recebe o pacote ARP responde a A com o seu (de B) endereccedilo MAC Quadro enviado para o
endereccedilo MAC (unicast) de A
Uma cache (salva) o par de endereccedilos IP-para-MAC na sua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo fique antiquada (expire) lsquosoft statersquo informaccedilatildeo que expira (vai embora) a menos que seja renovada
ARP eacute ldquoplug-and-playrdquo os noacutes criam suas tabelas ARP sem a intervenccedilatildeo do administrador
da rede
5 Camada de Enlace 5-47
Endereccedilamento repassando para outra LAN encaminhamento envio de datagrama de A para B via R
foco no endereccedilamento ndash nas camadas IP (datagrama) e MAC (quadro)
assume que A conhece o endereccedilo IP de B assume que A conhece o endereccedilo IP do proacuteximo roteador
R (como) assume que A conhece o endereccedilo MAC de R (como)
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
5 Camada de Enlace 5-48
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IPEthPhy
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
A cria datagrama IP com IP origem A destino B A cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC
de R como destino quadro conteacutem o datagrama IP de A-para-B
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55 MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
5 Camada de Enlace 5-49
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IPEthPhy
quadro enviado de A para R
IPEthPhy
quadro recebido em R datagrama removido passado para o IP
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55 MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
5 Camada de Enlace 5-50
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
R repassa o datagrama com origem IP A destino B R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC
de B como destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9B MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
IPEthPhy
5 Camada de Enlace 5-51
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
R repassa o datagrama com origem IP A destino B R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC
de B como destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9B MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
IPEthPhy
5 Camada de Enlace 5-52
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
R repassa o datagrama com origem IP A destino B R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC
de B como destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9B MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
5 Camada de Enlace 5-53
Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e
serviccedilos52 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais
Endereccedilamento ARP
EthernetSwitchesVLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-54
Ethernet Muitiacutessimo difundida porque
Muito barata R$50 para placas 101001000Mbps A mais antiga das tecnologias de rede local (meados da
deacutecada de 70) Mais simples e menos cara que redes usando ficha ou
ATM Acompanhou o aumento de velocidade 10 Mbps ndash 10
Gbps
Rascunho de Metcalfe sobre o Ethernet
5 Camada de Enlace 5-55
Ethernet topologia fiacutesica barramento popular ateacute meados dos anos 90
Todos os noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo (podem colidir um com o outro)
estrela prevalecircncia hoje Comutador (switch) ativo no centro Cada porta roda o protocolo Ethernet separadamente (os
noacutes natildeo colidem uns com os outros)
barramento cabo coaxial
switch
estrela
5 Camada de Enlace 5-56
Estrutura do Quadro EthernetAdaptador remetente encapsula datagrama IP (ou pacote
de outro protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
preacircmbulo 7 bytes com o padratildeo 10101010 seguidos por um byte
com o padratildeo 10101011 usado para sincronizar receptor ao reloacutegio do
remetente (reloacutegios nunca satildeo exatos eacute muito provaacutevel que exista algum desvio entre eles)
5 Camada de Enlace 5-57
Estrutura de Quadro Ethernet (cont)
Endereccedilos 6 bytes para cada endereccedilo MAC se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo destino igual
ao seu ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede
caso contraacuterio o adaptador descarta o quadro Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior
usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)
CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado
5 Camada de Enlace 5-58
Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo sem conexatildeo natildeo haacute estabelecimento de
conexatildeo (saudaccedilatildeo) entre os adaptadores transmissor e receptor
Natildeo confiaacutevel o adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador transmissordados em quadros descartados satildeo
recuperados apenas se o transmissor usar transferecircncia confiaacutevel em camadas mais altas (ex TCP) caso contraacuterio os dados estaratildeo perdidos
Protocolo MAC do Ethernet CSMACD com retirada binaacuteria
5 Camada de Enlace 5-59
Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
diversos padrotildees Ethernet diferentes tecircm em comum o protocolo MAC e o formato do
quadro diferentes velocidades 2Mbps 10Mbps 100Mbps
1Gbps 10Gbps diferentes meios da camada fiacutesica fibra cabo
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
protocolo MACe formato do quadro
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)
5 Camada de Enlace 5-60
10Base5
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-61
10Base2
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-62
10BaseT
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-63
Conector RJ 45
5 Camada de Enlace 5-64
100Base-TX
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-65 10
Wireless Backhaul
Carrier Ethernet Access Expansion
Voice gateway
VoiceVideoTelephony
HD TVTVoD VoD
Video Source
Gaming BusinessBackup ERP
Internet Video Source
BusinessBroadband
E-Line andE-LAN service
GlobalNationalCarrierEthernet
GlobalNationalCarrierEthernet
SmallMedium Business
Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet
AccessCarrierEthernet
AccessCarrierEthernet
ResidentialTriple-Play
FTTx DSLAM Cable Modem
Broadbandmobile datavideo
Bringing vastly extended scalability for business and residential users
ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing
5 Camada de Enlace 5-66
Carrier Ethernet Defined
bull Carrier Ethernet is a ubiquitous standardized carrier-class SERVICE defined by five attributes that distinguish Carrier Ethernet from familiar LAN based Ethernet
bull It brings the compelling business benefit of the Ethernet cost model to achieve significant savings
Carrier Ethernet
bull Scalability
bull Standardized Services
bull Service Management
bull Quality of Service
bull Reliability
Carrier Ethernet Attributes
httpwwwmetroethernetforumorg
5 Camada de Enlace 5-67
Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e
serviccedilos52 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais
Endereccedilamento ARP
EthernetSwitchesVLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-68
Comutador (switch) Ethernet Dispositivo da camada de enlace tecircm papel
ativo armazena e retransmite quadros Ethernetexamina o cabeccedilalho do quadro e
seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento
transparentehospedeiros ignoram a presenccedila dos
switches plug-and-play self-learning (autodidatas)
os comutadores natildeo necessitam ser configurados
5 Camada de Enlace 5-69
Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas hospedeiros tecircm conexatildeo
direta e dedicada para o switch
os switches armazenam quadros
o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplex cada link eacute o seu proacuteprio
domiacutenio de colisatildeo comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-
para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch com seis interfaces(123456)
1 2 345
6
5 Camada de Enlace 5-70
Tabela de repasse do switch P como eacute que o switch sabe que
Arsquo eacute alcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel a partir da interface 5
R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutem (endereccedilo MAC do hospedeiro
interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)
parece uma tabela de repasse P como satildeo criadas e mantidas as
entradas na tabela de comutaccedilatildeo haacute algo como um protocolo de
roteamento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch with six interfaces(123456)
1 2 345
6
5 Camada de Enlace 5-71
switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfaces quando um quadro eacute
recebido o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada
registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo
Switch autoaprendizagemA
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
5 Camada de Enlace 5-725 Camada de Enlace
Switch filtragemrepasse de quadrosQuando o quadro eacute recebido em um comutador
registra o link de entrada endereccedilo MAC do hospedeiro transmissor
indexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo MAC do destino
if entrada encontrada para o destinothen
if dest estiver no segmento de onde veio o quadro then descarta o quadro
else repassa o quadro na interface indicada else usa inundaccedilatildeo
Repassa o quadro para todas as demais interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido
5 Camada de Enlace 5-73
Exemplo de auto aprendizagem e repasse
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo destino do quadro Arsquo
com localizaccedilatildeo desconhecida inundaccedilatildeo
Arsquo A
local do destino A conhecido
Arsquo 4 60
transmissatildeo seletiva
5 Camada de Enlace 5-74
Interligaccedilatildeo de comutadores
Podemos interligar comutadores (switches)
AB
P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe que deve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3
R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenico comutador)
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
5 Camada de Enlace 5-75
Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde
para C
P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4
AB
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
12
5 Camada de Enlace 5-76
Rede institucional
Para redeexterna
roteador
Subrede IP
Servidor de mensagens
Servidor web
5 Camada de Enlace 5-77
Comutadores x Roteadores
ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa roteadores dispositivos da
camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)
comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace
ambos possuem tabelas de repasse roteadores obteacutem
tabelas usando alg de roteamento endereccedilos IP
comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
redeenlacefiacutesica
enlacefiacutesica
switch
datagrama
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
quadro
quadro
quadrodatagrama
5 Camada de Enlace 5-78
Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e
serviccedilos52 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais
Endereccedilamento ARP
EthernetSwitchesVLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-79
Siacutentese um dia na vida de um pedido web jornada completa atravessando toda a pilha de
protocolos aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
colocando tudo junto siacutentese objetivo identificar revisar entender os
protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web
cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom
5 Camada de Enlace 5-80
Um dia na vida cenaacuterio
rede da Comcast68800013
rede do Google64233160019 64233169105
servidor web
Servidor DNS
rede da escola68802024
paacutegina web
navegador
5 Camada de Enlace 5-81
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPDHCP
quadro Ethernet difundido (dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador que executa o servidor DHCP Ethernet demultiplexado para IP demultiplexado para UDP e demultiplexado paraDHCP
o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilo do primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP Solicitaccedilatildeo DHCP encapsulada em UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023 Ethernet
5 Camada de Enlace 5-82
roteador(roda DHCP)
servidor DHCP prepara ACK DHCP contendo endereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiro roteador nome e endereccedilo IP do servidor DNS
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
encapsulamento no servidor DHCP quadro repassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente
Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador
cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
5 Camada de Enlace 5-83
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
consulta DNS criada encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviar quadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP
consulta ARP difundida recebida pelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccedilo MAC da interface do roteador
o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiro roteador podendo agora enviar o quadro contendo a consulta DNS
ARP query
EthPhy
ARP
ARP
ARP reply
antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
5 Camada de Enlace 5-84
roteador(roda DHCP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
datagrama IP conteacutem consulta DNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador
datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelos protocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS
demultiplexado pelo servidor DNS
servidor DNS responde ao cliente com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
rede da Comcast68800013
servidor DNSDNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
Um dia na vidahellip usando DNS
5 Camada de Enlace 5-85
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
para enviar pedido HTTP cliente primeiro abre um socket TCP para o servidor web segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web
conexatildeo TCP estabelecida64233169105servidor web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCPIPEthPhy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)
5 Camada de Enlace 5-86
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
solicitaccedilatildeo HTTP enviada para o socket TCP datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhado para wwwgooglecom
datagrama IP com a resposta HTTP eacute encaminhado de volta para o cliente
64233169105servidor web
HTTPTCPIPEthPhy
servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTPHTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
paacutegina web finalmente() apresentada
5 Camada de Enlace 5-87
Capiacutetulo 5 Resumo
princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dados detecccedilatildeo correccedilatildeo de erros compartilhamento de canal de difusatildeo acesso
muacuteltiplo endereccedilamento da camada de enlace
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlace Ethernet LANs comutadas VLANs redes virtualizadas como camada de enlace MPLS
siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web
5 Camada de Enlace 5-7
Onde a camada de enlace eacute implementada
em cada um dos hospedeiros camada de enlace
implementada no ldquoadaptadorrdquo (NIC ndash Network Interface Card) placa Ethernet placa 80211
chipset Ethernet implementa as camadas de
enlace e fiacutesica conecta ao barramento do
sistema hospedeiro combinaccedilatildeo de hardware
software e firmware
controlador
Transmissatildeofiacutesica
cpu memoacuteria
barramentodo hospedeiro(ex PCI)
placa de rede
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlace
enlacefiacutesica
5 Camada de Enlace 5-8
Comunicaccedilatildeo entre Adaptadores
lado transmissor Encapsula o datagrama
em um quadro Adiciona bits de
verificaccedilatildeo de erro transferecircncia confiaacutevel de dados controle de fluxo etc
lado receptor verifica erros transporte
confiaacutevel controle de fluxo etc
extrai o datagrama passa-o para o noacute receptor
Controla-dora
Controla-dora
transmissor receptor
datagrama datagrama
datagrama
quadro
5 Camada de Enlace 5-9
Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e
serviccedilos52 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais
Endereccedilamento ARP
EthernetSwitchesVLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-10
Detecccedilatildeo de ErrosEDC= bits de Detecccedilatildeo e Correccedilatildeo de Erros (redundacircncia)D = Dados protegidos por verificaccedilatildeo de erros podem incluir alguns campos do cabeccedilalho bull a detecccedilatildeo de erros natildeo eacute 100 confiaacutevel
bull protocolos podem deixar passar alguns erros mas eacute rarobull quanto maior for o campo EDC melhor seraacute a capacidade
de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
5 Camada de Enlace 5-11
Verificaccedilotildees de Paridade
Paridade de 1 BitDetecta erros em um uacutenico bit
Paridade BidimensionalDetecta e corrige erro em um uacutenico bit
5 Camada de Enlace 5-12
Soma de verificaccedilatildeo da Internet
Transmissor trata o conteuacutedo do
segmento como uma sequecircncia de inteiros de 16 bits
Soma de verificaccedilatildeo adiccedilatildeo (complemento de 1 da soma ) do conteuacutedo do segmento
transmissor coloca o valor do checksum no campo de checksum UDP
Receptor calcula a soma de
verificaccedilatildeo do segmento recebido
verifica se o resultado eacute igual ao valor do campo da soma de verificaccedilatildeo NAtildeO - erro detectado SIM - nenhum erro foi
detectado Mas ainda pode conter erros
Objetivo detectar ldquoerrosrdquo (ex bits trocados) no segmento transmitido (nota usado apenas na camada de transporte)
5 Camada de Enlace 5-13
Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica (CRC) codificaccedilatildeo para detecccedilatildeo de erro mais poderosa vecirc os bits de dados D como um nuacutemero binaacuterio eacute escolhido um polinocircmio Gerador (G) (=gt r+1 bits) objetivo escolher r bits CRC R de modo que
ltDRgt seja exatamente divisiacutevel por G (moacutedulo 2) receptor conhece G divide ltDRgt por G Caso o resto seja
diferente de zero detectado erro Pode detectar todos os erros em rajadas menores do que
r+1 bits Largamente usado na praacutetica (Ethernet 80211 WiFi ATM)
5 Camada de Enlace 5-14
Exemplo de CRCQueremos
D2r XOR R = nGde forma equivalente
D2r = nG XOR R de forma equivalente se dividirmos D2r
por G queremos o resto R que satisfaccedila
GDR
r2resto
101110000 10011001 101011 1010 1001 1100 1001 1010 1001 011
D G
R
r = 3
5 Camada de Enlace 5-15
Implementaccedilatildeo em Hardware
Aring
G=1001
D2r=101110000
5 Camada de Enlace 5-16
Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e
serviccedilos52 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais
Endereccedilamento ARP
EthernetSwitchesVLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-17
Enlaces e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
Dois tipos de enlaces Ponto-a-ponto
PPP para acesso discado
Conexatildeo entre switch Ethernet e hospedeiro
broadcast (cabo ou meio compartilhado) Ethernet tradicional Upstream HFC 80211 LAN sem fio Sateacutelite Etc
5 Camada de Enlace 5-18
Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
canal de comunicaccedilatildeo uacutenico de broadcast interferecircncia quando dois ou mais noacutes transmitem
simultaneamente colisatildeo se um noacute receber dois ou mais sinais ao mesmo
tempo
Protocolo de acesso muacuteltiplo algoritmo distribuiacutedo que determina como os noacutes
compartilham o canal isto eacute determina quando um noacute pode transmitir
comunicaccedilatildeo sobre o compartilhamento do canal deve usar o proacuteprio canal natildeo haacute canal fora da faixa para coordenar a transmissatildeo
5 Camada de Enlace 5-19
Protocolo Ideal de Acesso MuacuteltiploPara um canal de broadcast com taxa de R bps
1 Quando apenas um noacute tem dados para enviar esse noacute obteacutem uma vazatildeo de R bps
2 Quando M noacutes tecircm dados para enviar cada um desses noacutes poderaacute transmitir em meacutedia a uma taxa de RM bps
3 Completamente descentralizado nenhum noacute especial (mestre) para coordenar as
transmissotildees nenhuma sincronizaccedilatildeo de reloacutegios ou slots
4 Simples para que sua implementaccedilatildeo seja barata
5 Camada de Enlace 5-20
Taxonomia dos Protocolos MACTrecircs categorias gerais divisatildeo de Canal
divide o canal em pequenos ldquopedaccedilosrdquo (slotscompartimentos de tempo frequecircncia coacutedigo)
aloca pedaccedilo a um dado noacute para uso exclusivo deste acesso Aleatoacuterio
canal natildeo eacute dividido podem ocorrer colisotildees ldquorecuperaccedilatildeordquo das colisotildees
revezamento Noacutes se alternam em revezamento mas um noacute que
possui mais dados a transmitir pode demorar mais quando chegar a sua vez
5 Camada de Enlace 5-21
Protocolos MAC de divisatildeo de canal TDMA
TDMA Acesso Muacuteltiplo por Divisatildeo de Tempo acesso ao canal em ldquoturnos cada estaccedilatildeo recebe um comprimento fixo de
compartimento (comprimento = tempo de tx do pacote) em cada turno
compartimentos natildeo usados permanecem ociosos Exemplo LAN com 6 estaccedilotildees compartimentos 1 3 e 4
com pacotes compartimentos 2 5 e 6 ociosos
5 Camada de Enlace 5-22
Protocolos MAC de divisatildeo de canal FDMA
FDMA Acesso Muacuteltiplo por Divisatildeo de Frequecircncia espectro do canal dividido em bandas de frequecircncia a cada estaccedilatildeo eacute atribuiacuteda uma banda fixa de frequecircncia tempo de transmissatildeo natildeo usado nas bandas permanecem
ociosos exemplo LAN com 6 estaccedilotildees 134 com pacotes bandas
256 ociosas
Band
as d
e fre
quecircn
cia tempo
cabo FDM
5 Camada de Enlace 5-23
Protocolos de Acesso Aleatoacuterio Quando noacute tem um pacote para transmitir
transmite na taxa maacutexima Rnenhuma coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes
dois ou mais noacutes transmitindo ldquocolisatildeordquo O protocolo MAC de acesso aleatoacuterio
especifica como detectar colisotildeescomo se recuperar delas (atraveacutes de
retransmissotildees retardadas por exemplo) Exemplos de protocolos MAC de acesso
aleatoacuterioslotted ALOHAALOHACSMA CSMACD CSMACA
5 Camada de Enlace 5-24
Slotted ALOHA
Hipoacuteteses todos os quadros tecircm o
mesmo tamanho (L bits) tempo eacute dividido em slots
de tamanho igual tempo para transmitir 1 quadro (LR seg)
noacutes comeccedilam a transmitir quadros apenas no iniacutecio dos intervalos (slots)
noacutes satildeo sincronizados se 2 ou mais noacutes
transmitirem num slot todos os noacutes detectam a colisatildeo
Operaccedilatildeo quando o noacute obteacutem um novo
quadro ele espera ateacute o iniacutecio do proacuteximo slot e transmite o quadro inteiro
Se natildeo houver colisatildeo noacute poderaacute enviar um novo quadro no proacuteximo slot
caso haja uma colisatildeo (detectada antes do final do intervalo) noacute retransmite o quadro em cada intervalo subsequente com probabilidade p ateacute obter sucesso
5 Camada de Enlace 5-25
Slotted ALOHA
Vantagens uacutenico noacute ativo pode
transmitir continuamente na taxa maacutexima do canal
Altamente descentralizado apenas slots nos noacutes precisam estar sincronizados
simples
Desvantagens colisotildees slots
desperdiccedilados slots ociosos
(desperdiacutecio) noacutes podem ser capazes
de detectar colisotildees num tempo inferior ao da transmissatildeo do pacote
sincronizaccedilatildeo dos reloacutegios
5 Camada de Enlace 5-26
Eficiecircncia do Slotted Aloha
Assuma N noacutes com muitos quadros para enviar cada um transmite num slot com probabilidade p
probabilidade que noacute 1 tenha sucesso em um slot = p(1-p)N-1
probabilidade que qualquer noacute tenha sucesso = Np(1-p)N-
1
Para eficiecircncia maacutexima com N noacutes encontre p que maximiza Np(1-p)N-1
Para muitos noacutes faccedila limite para Np(1-p)N-1
quando N tende a infinito daacute
eficiecircncia maacutexima = 1e = 037
Eficiecircncia eacute a fraccedilatildeo de longo prazo de slots bem sucedidos quando haacute muitos noacutes cada um com muitos quadros para transmitir
Melhor caso canalusado para transmissotildees uacuteteis em apenas 37 do tempo
5 Camada de Enlace 5-27
ALOHA Puro (sem slots) Aloha puro (sem slots) mais simples sem sincronizaccedilatildeo Ao chegar um quadro no noacute
transmite imediatamente Probabilidade de colisatildeo aumenta
quadro enviado em t0 colide com outros quadros enviados em [t0-1t0+1]
5 Camada de Enlace 5-28
Eficiecircncia do Aloha puroP(sucesso por um dado noacute) = P(noacute transmita) P(nenhum outro noacute transmita em [t0-1t0] P(nenhum outro noacute transmita em [t0t0+1] = p (1-p)N-1 (1-p)N-1
= p (1-p)2(N-1)
hellip escolhendo o valor oacutetimo de p e deixando n -gt infinito
= 1(2e) = 018 Ainda pior do que o Slotted Aloha
5 Camada de Enlace 5-29
CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)
CSMA (Carrier Sense Multiple Access) Escuta antes de transmitir (detecccedilatildeo de portadora)
Se o canal estiver livre transmite todo o quadro
Se o canal estiver ocupado adia a transmissatildeo
Analogia humana natildeo interrompa outros
5 Camada de Enlace 5-30
Colisotildees no CSMA
colisotildees ainda podem aconteceratraso de propagaccedilatildeo significa que dois noacutes podem natildeo ouvira transmissatildeo do outro colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo eacute desperdiccedilado
Disposiccedilatildeo espacial dos noacutes
notapapel da distacircncia e atraso de propagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo
5 Camada de Enlace 5-31
CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)
CSMACD detecccedilatildeo da portadora adia a transmissatildeo como no CSMAAs colisotildees satildeo detectadas em pouco tempoTransmissotildees que sofreram colisotildees satildeo
abortadas reduzindo o desperdiacutecio do canal Detecccedilatildeo de colisotildees
Faacutecil em LANs cabeadas mede a potecircncia do sinal compara o sinal recebido com o transmitido
Difiacutecil em LANs sem fio o receptor eacute desligado durante a transmissatildeo
Analogia humana bate papo educado
5 Camada de Enlace 5-32
Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD
5 Camada de Enlace 5-33
Algoritmo CSMACD do Ethernet1 Adaptador recebe datagrama
da camada de rede e cria um quadro
2 Se o adaptador percebe que o canal estaacute ocioso comeccedila a transmitir o quadro Se percebe que o canal estaacute ocupado espera que o canal fique livre e transmite
3 Se o adaptador transmitir todo o quadro sem detectar outra transmissatildeo o adaptador concluiu a operaccedilatildeo com o quadro
4 Se o adaptador detectar outra transmissatildeo enquanto estiver transmitindo aborta e envia sinal de reforccedilo de colisatildeo de 48 bits
5 Apoacutes o aborto o adaptador entra na retirada (backoff) exponencial binaacuteria apoacutes a m-eacutesima colisatildeo o
adaptador escolhe um K aleatoriamente entre 012hellip2m-1 O adaptador espera K512 tempos de bit e retorna ao Passo 2
quanto mais colisotildees houver mas longos seratildeo os intervalos de retirada
5 Camada de Enlace 5-34
Eficiecircncia do CSMACD
tprop = atraso maacuteximo de prop entre 2 noacutes na LAN
ttrans = tempo para transmitir quadro de tamanho maacuteximo
Eficiecircncia vai para 1 agrave medida que tprop vai para 0ttrans vai para infinito
Muito melhor do que ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato
transprop tt 511eficiecircncia
5 Camada de Enlace 5-35
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoProtocolos MAC de divisatildeo de canal
Compartilha o canal eficientemente e de forma justa em altas cargas
Ineficiente em baixas cargas atraso no canal de acesso alocaccedilatildeo de 1N da largura de banda mesmo com apenas 1 noacute ativo
Protocolos MAC de acesso aleatoacuterioeficiente em baixas cargas um uacutenico noacute
pode utilizar completamente o canalAltas cargas overhead com colisotildees
Protocolos de revezamentoProcura oferecer o melhor dos dois mundos
5 Camada de Enlace 5-36
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoSeleccedilatildeo (Polling) Noacute mestre ldquoconvidardquo
noacutes escravos a transmitir em revezamento
Usado tipicamente com dispositivos escravo burros
Preocupaccedilotildees Overhead com as
consultas (polling) Latecircncia Ponto uacutenico de
falha (mestre)
mestre
escravos
poll
dados
dados
5 Camada de Enlace 5-37
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoPassagem de
permissatildeo (token) controla permissatildeo
passada de um noacute para o proacuteximo de forma sequencial
mensagem de passagem da permissatildeo
preocupaccedilotildees overhead com a
passagem de permissatildeo
latecircncia Ponto uacutenico de falha
(permissatildeo)
T
dados
(nada paramandar)
T
5 Camada de Enlace 5-38
Rede de acesso a cabo
Muacuteltiplos canais de difusatildeo downstream de 40Mbps Um uacutenico CMTS transmite para os diversos canais
Muacuteltiplos canais upstream de 30 Mbps Acesso muacuteltiplo todos os usuaacuterios disputam alguns slots
de tempo em canais upstream (outros satildeo preacute-alocados)
terminaccedilatildeo do cabo
CMTS
ISP
sistema de terminaccedilatildeo do cable modem
cablemodemsplitter
hellip
hellip
quadros Internet canais de TV e controle satildeo transmitidos downstream em frequecircncias diferentes
quadros Internet upstream e controle de TV satildeo transmitidos upstream em diferentes frequecircncias em slots de tempo
5 Camada de Enlace 5-39
Rede de acesso a cabo
DOCSIS espec da interface de serviccedilo de dados sobre cabo FDM sobre as frequecircncias dos canais up e downstream TDM upstream alguns slots satildeo alocados outros tecircm
disputabull quadro de mapeamento downstream aloca slots
upstreambull requisiccedilatildeo de slots upstream (e dados) satildeo transmitidos
atraveacutes de acesso aleatoacuterio (retirada binaacuteria) em slots selecionados
quadro de mapeamentop intervalo [t1 t2]
Residecircncias com cable modems
Canal downstream i
Canal Upstream j
t1 t2
Minislots alocados contendo quadros de dadosupstream do cable modem
Minislots contendo quadrosde requisiccedilatildeo de minislots
cable headend
CMTS
5 Camada de Enlace 5-40
Resumo dos protocolos MAC divisatildeo do canal por tempo frequecircncia ou
coacutedigoDivisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequecircncia
acesso aleatoacuterio (dinacircmico) ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDescutar a portadora faacutecil em algumas
tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)
CSMACD usado na EthernetCSMACA usado no 80211
RevezamentoSeleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto
central passagem de permissotildeesBluetooth FDDI Token Ring
5 Camada de Enlace 5-41
Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e
serviccedilos52 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais
Endereccedilamento ARP
EthernetSwitchesVLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-42
Endereccedilos MAC e ARP Endereccedilo IP de 32 bits
endereccedilos da camada de rede para a interface usado pelo repasse da camada 3 (rede)
Endereccedilo MAC (ou LAN ou fiacutesico ou Ethernet) Funccedilatildeo usado lsquolocalmentersquo para levar o quadro de
uma interface ateacute outra interface conectada fisicamente (na mesma rede no sentido do endereccedilamento IP)
Endereccedilo MAC de 48 bits (para a maioria das redes) gravado na ROM do adaptador ou configurado por software
Ex 1A-2F-BB-76-09-ADnotaccedilatildeo hexadecimal (base 16)
(cada ldquonuacutemerordquo representa 4 bits)
5 Camada de Enlace 5-43
Endereccedilos MAC e ARPcada adaptador na LAN possui um endereccedilo MAC uacutenico
Endereccedilo de Broadcast =FF-FF-FF-FF-FF-FF
= adaptador
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN(cabeada ousem fio)
5 Camada de Enlace 5-44
Endereccedilo MAC (cont) Alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC gerenciada pelo IEEE Um fabricante compra uma parte do espaccedilo de
endereccedilos (para garantir unicidade) Analogia (a) endereccedilo MAC como nuacutemero do CPF (b) endereccedilo IP como endereccedilo postal (CEP) endereccedilo MAC tem estrutura linear =gt
portabilidadePode mover um cartatildeo LAN de uma LAN para
outra endereccedilo IP hieraacuterquico NAtildeO eacute portaacutetil (requer IP
moacutevel)Depende da subrede IP agrave qual o noacute estaacute
conectado
5 Camada de Enlace 5-45
ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de Resoluccedilatildeo de Endereccedilos)
Cada noacute IP (Host Roteador) de uma LAN possui tabela ARP
Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN
lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt TTL (Time To Live) tempo
a partir do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute esquecido (valor tiacutepico de 20 min)
Pergunta como obter oendereccedilo MAC de B a partir do endereccedilo IP de B
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53 LAN
237196723
237196778
237196714
237196788
5 Camada de Enlace 5-46
Protocolo ARP mesma LAN (rede) A deseja enviar datagrama
para B e o endereccedilo MAC de B natildeo estaacute na tabela ARP
A difunde o pacote de solicitaccedilatildeo ARP que conteacutem o endereccedilo IP de B Endereccedilo MAC destino =
FF-FF-FF-FF-FF-FF todas as maacutequinas na
LAN recebem a consulta do ARP
B recebe o pacote ARP responde a A com o seu (de B) endereccedilo MAC Quadro enviado para o
endereccedilo MAC (unicast) de A
Uma cache (salva) o par de endereccedilos IP-para-MAC na sua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo fique antiquada (expire) lsquosoft statersquo informaccedilatildeo que expira (vai embora) a menos que seja renovada
ARP eacute ldquoplug-and-playrdquo os noacutes criam suas tabelas ARP sem a intervenccedilatildeo do administrador
da rede
5 Camada de Enlace 5-47
Endereccedilamento repassando para outra LAN encaminhamento envio de datagrama de A para B via R
foco no endereccedilamento ndash nas camadas IP (datagrama) e MAC (quadro)
assume que A conhece o endereccedilo IP de B assume que A conhece o endereccedilo IP do proacuteximo roteador
R (como) assume que A conhece o endereccedilo MAC de R (como)
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
5 Camada de Enlace 5-48
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IPEthPhy
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
A cria datagrama IP com IP origem A destino B A cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC
de R como destino quadro conteacutem o datagrama IP de A-para-B
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55 MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
5 Camada de Enlace 5-49
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IPEthPhy
quadro enviado de A para R
IPEthPhy
quadro recebido em R datagrama removido passado para o IP
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55 MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
5 Camada de Enlace 5-50
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
R repassa o datagrama com origem IP A destino B R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC
de B como destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9B MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
IPEthPhy
5 Camada de Enlace 5-51
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
R repassa o datagrama com origem IP A destino B R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC
de B como destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9B MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
IPEthPhy
5 Camada de Enlace 5-52
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
R repassa o datagrama com origem IP A destino B R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC
de B como destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9B MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
5 Camada de Enlace 5-53
Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e
serviccedilos52 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais
Endereccedilamento ARP
EthernetSwitchesVLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-54
Ethernet Muitiacutessimo difundida porque
Muito barata R$50 para placas 101001000Mbps A mais antiga das tecnologias de rede local (meados da
deacutecada de 70) Mais simples e menos cara que redes usando ficha ou
ATM Acompanhou o aumento de velocidade 10 Mbps ndash 10
Gbps
Rascunho de Metcalfe sobre o Ethernet
5 Camada de Enlace 5-55
Ethernet topologia fiacutesica barramento popular ateacute meados dos anos 90
Todos os noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo (podem colidir um com o outro)
estrela prevalecircncia hoje Comutador (switch) ativo no centro Cada porta roda o protocolo Ethernet separadamente (os
noacutes natildeo colidem uns com os outros)
barramento cabo coaxial
switch
estrela
5 Camada de Enlace 5-56
Estrutura do Quadro EthernetAdaptador remetente encapsula datagrama IP (ou pacote
de outro protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
preacircmbulo 7 bytes com o padratildeo 10101010 seguidos por um byte
com o padratildeo 10101011 usado para sincronizar receptor ao reloacutegio do
remetente (reloacutegios nunca satildeo exatos eacute muito provaacutevel que exista algum desvio entre eles)
5 Camada de Enlace 5-57
Estrutura de Quadro Ethernet (cont)
Endereccedilos 6 bytes para cada endereccedilo MAC se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo destino igual
ao seu ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede
caso contraacuterio o adaptador descarta o quadro Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior
usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)
CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado
5 Camada de Enlace 5-58
Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo sem conexatildeo natildeo haacute estabelecimento de
conexatildeo (saudaccedilatildeo) entre os adaptadores transmissor e receptor
Natildeo confiaacutevel o adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador transmissordados em quadros descartados satildeo
recuperados apenas se o transmissor usar transferecircncia confiaacutevel em camadas mais altas (ex TCP) caso contraacuterio os dados estaratildeo perdidos
Protocolo MAC do Ethernet CSMACD com retirada binaacuteria
5 Camada de Enlace 5-59
Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
diversos padrotildees Ethernet diferentes tecircm em comum o protocolo MAC e o formato do
quadro diferentes velocidades 2Mbps 10Mbps 100Mbps
1Gbps 10Gbps diferentes meios da camada fiacutesica fibra cabo
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
protocolo MACe formato do quadro
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)
5 Camada de Enlace 5-60
10Base5
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-61
10Base2
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-62
10BaseT
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-63
Conector RJ 45
5 Camada de Enlace 5-64
100Base-TX
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-65 10
Wireless Backhaul
Carrier Ethernet Access Expansion
Voice gateway
VoiceVideoTelephony
HD TVTVoD VoD
Video Source
Gaming BusinessBackup ERP
Internet Video Source
BusinessBroadband
E-Line andE-LAN service
GlobalNationalCarrierEthernet
GlobalNationalCarrierEthernet
SmallMedium Business
Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet
AccessCarrierEthernet
AccessCarrierEthernet
ResidentialTriple-Play
FTTx DSLAM Cable Modem
Broadbandmobile datavideo
Bringing vastly extended scalability for business and residential users
ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing
5 Camada de Enlace 5-66
Carrier Ethernet Defined
bull Carrier Ethernet is a ubiquitous standardized carrier-class SERVICE defined by five attributes that distinguish Carrier Ethernet from familiar LAN based Ethernet
bull It brings the compelling business benefit of the Ethernet cost model to achieve significant savings
Carrier Ethernet
bull Scalability
bull Standardized Services
bull Service Management
bull Quality of Service
bull Reliability
Carrier Ethernet Attributes
httpwwwmetroethernetforumorg
5 Camada de Enlace 5-67
Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e
serviccedilos52 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais
Endereccedilamento ARP
EthernetSwitchesVLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-68
Comutador (switch) Ethernet Dispositivo da camada de enlace tecircm papel
ativo armazena e retransmite quadros Ethernetexamina o cabeccedilalho do quadro e
seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento
transparentehospedeiros ignoram a presenccedila dos
switches plug-and-play self-learning (autodidatas)
os comutadores natildeo necessitam ser configurados
5 Camada de Enlace 5-69
Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas hospedeiros tecircm conexatildeo
direta e dedicada para o switch
os switches armazenam quadros
o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplex cada link eacute o seu proacuteprio
domiacutenio de colisatildeo comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-
para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch com seis interfaces(123456)
1 2 345
6
5 Camada de Enlace 5-70
Tabela de repasse do switch P como eacute que o switch sabe que
Arsquo eacute alcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel a partir da interface 5
R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutem (endereccedilo MAC do hospedeiro
interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)
parece uma tabela de repasse P como satildeo criadas e mantidas as
entradas na tabela de comutaccedilatildeo haacute algo como um protocolo de
roteamento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch with six interfaces(123456)
1 2 345
6
5 Camada de Enlace 5-71
switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfaces quando um quadro eacute
recebido o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada
registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo
Switch autoaprendizagemA
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
5 Camada de Enlace 5-725 Camada de Enlace
Switch filtragemrepasse de quadrosQuando o quadro eacute recebido em um comutador
registra o link de entrada endereccedilo MAC do hospedeiro transmissor
indexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo MAC do destino
if entrada encontrada para o destinothen
if dest estiver no segmento de onde veio o quadro then descarta o quadro
else repassa o quadro na interface indicada else usa inundaccedilatildeo
Repassa o quadro para todas as demais interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido
5 Camada de Enlace 5-73
Exemplo de auto aprendizagem e repasse
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo destino do quadro Arsquo
com localizaccedilatildeo desconhecida inundaccedilatildeo
Arsquo A
local do destino A conhecido
Arsquo 4 60
transmissatildeo seletiva
5 Camada de Enlace 5-74
Interligaccedilatildeo de comutadores
Podemos interligar comutadores (switches)
AB
P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe que deve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3
R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenico comutador)
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
5 Camada de Enlace 5-75
Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde
para C
P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4
AB
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
12
5 Camada de Enlace 5-76
Rede institucional
Para redeexterna
roteador
Subrede IP
Servidor de mensagens
Servidor web
5 Camada de Enlace 5-77
Comutadores x Roteadores
ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa roteadores dispositivos da
camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)
comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace
ambos possuem tabelas de repasse roteadores obteacutem
tabelas usando alg de roteamento endereccedilos IP
comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
redeenlacefiacutesica
enlacefiacutesica
switch
datagrama
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
quadro
quadro
quadrodatagrama
5 Camada de Enlace 5-78
Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e
serviccedilos52 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais
Endereccedilamento ARP
EthernetSwitchesVLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-79
Siacutentese um dia na vida de um pedido web jornada completa atravessando toda a pilha de
protocolos aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
colocando tudo junto siacutentese objetivo identificar revisar entender os
protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web
cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom
5 Camada de Enlace 5-80
Um dia na vida cenaacuterio
rede da Comcast68800013
rede do Google64233160019 64233169105
servidor web
Servidor DNS
rede da escola68802024
paacutegina web
navegador
5 Camada de Enlace 5-81
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPDHCP
quadro Ethernet difundido (dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador que executa o servidor DHCP Ethernet demultiplexado para IP demultiplexado para UDP e demultiplexado paraDHCP
o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilo do primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP Solicitaccedilatildeo DHCP encapsulada em UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023 Ethernet
5 Camada de Enlace 5-82
roteador(roda DHCP)
servidor DHCP prepara ACK DHCP contendo endereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiro roteador nome e endereccedilo IP do servidor DNS
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
encapsulamento no servidor DHCP quadro repassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente
Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador
cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
5 Camada de Enlace 5-83
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
consulta DNS criada encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviar quadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP
consulta ARP difundida recebida pelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccedilo MAC da interface do roteador
o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiro roteador podendo agora enviar o quadro contendo a consulta DNS
ARP query
EthPhy
ARP
ARP
ARP reply
antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
5 Camada de Enlace 5-84
roteador(roda DHCP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
datagrama IP conteacutem consulta DNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador
datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelos protocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS
demultiplexado pelo servidor DNS
servidor DNS responde ao cliente com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
rede da Comcast68800013
servidor DNSDNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
Um dia na vidahellip usando DNS
5 Camada de Enlace 5-85
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
para enviar pedido HTTP cliente primeiro abre um socket TCP para o servidor web segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web
conexatildeo TCP estabelecida64233169105servidor web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCPIPEthPhy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)
5 Camada de Enlace 5-86
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
solicitaccedilatildeo HTTP enviada para o socket TCP datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhado para wwwgooglecom
datagrama IP com a resposta HTTP eacute encaminhado de volta para o cliente
64233169105servidor web
HTTPTCPIPEthPhy
servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTPHTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
paacutegina web finalmente() apresentada
5 Camada de Enlace 5-87
Capiacutetulo 5 Resumo
princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dados detecccedilatildeo correccedilatildeo de erros compartilhamento de canal de difusatildeo acesso
muacuteltiplo endereccedilamento da camada de enlace
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlace Ethernet LANs comutadas VLANs redes virtualizadas como camada de enlace MPLS
siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web
5 Camada de Enlace 5-8
Comunicaccedilatildeo entre Adaptadores
lado transmissor Encapsula o datagrama
em um quadro Adiciona bits de
verificaccedilatildeo de erro transferecircncia confiaacutevel de dados controle de fluxo etc
lado receptor verifica erros transporte
confiaacutevel controle de fluxo etc
extrai o datagrama passa-o para o noacute receptor
Controla-dora
Controla-dora
transmissor receptor
datagrama datagrama
datagrama
quadro
5 Camada de Enlace 5-9
Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e
serviccedilos52 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais
Endereccedilamento ARP
EthernetSwitchesVLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-10
Detecccedilatildeo de ErrosEDC= bits de Detecccedilatildeo e Correccedilatildeo de Erros (redundacircncia)D = Dados protegidos por verificaccedilatildeo de erros podem incluir alguns campos do cabeccedilalho bull a detecccedilatildeo de erros natildeo eacute 100 confiaacutevel
bull protocolos podem deixar passar alguns erros mas eacute rarobull quanto maior for o campo EDC melhor seraacute a capacidade
de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
5 Camada de Enlace 5-11
Verificaccedilotildees de Paridade
Paridade de 1 BitDetecta erros em um uacutenico bit
Paridade BidimensionalDetecta e corrige erro em um uacutenico bit
5 Camada de Enlace 5-12
Soma de verificaccedilatildeo da Internet
Transmissor trata o conteuacutedo do
segmento como uma sequecircncia de inteiros de 16 bits
Soma de verificaccedilatildeo adiccedilatildeo (complemento de 1 da soma ) do conteuacutedo do segmento
transmissor coloca o valor do checksum no campo de checksum UDP
Receptor calcula a soma de
verificaccedilatildeo do segmento recebido
verifica se o resultado eacute igual ao valor do campo da soma de verificaccedilatildeo NAtildeO - erro detectado SIM - nenhum erro foi
detectado Mas ainda pode conter erros
Objetivo detectar ldquoerrosrdquo (ex bits trocados) no segmento transmitido (nota usado apenas na camada de transporte)
5 Camada de Enlace 5-13
Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica (CRC) codificaccedilatildeo para detecccedilatildeo de erro mais poderosa vecirc os bits de dados D como um nuacutemero binaacuterio eacute escolhido um polinocircmio Gerador (G) (=gt r+1 bits) objetivo escolher r bits CRC R de modo que
ltDRgt seja exatamente divisiacutevel por G (moacutedulo 2) receptor conhece G divide ltDRgt por G Caso o resto seja
diferente de zero detectado erro Pode detectar todos os erros em rajadas menores do que
r+1 bits Largamente usado na praacutetica (Ethernet 80211 WiFi ATM)
5 Camada de Enlace 5-14
Exemplo de CRCQueremos
D2r XOR R = nGde forma equivalente
D2r = nG XOR R de forma equivalente se dividirmos D2r
por G queremos o resto R que satisfaccedila
GDR
r2resto
101110000 10011001 101011 1010 1001 1100 1001 1010 1001 011
D G
R
r = 3
5 Camada de Enlace 5-15
Implementaccedilatildeo em Hardware
Aring
G=1001
D2r=101110000
5 Camada de Enlace 5-16
Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e
serviccedilos52 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais
Endereccedilamento ARP
EthernetSwitchesVLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-17
Enlaces e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
Dois tipos de enlaces Ponto-a-ponto
PPP para acesso discado
Conexatildeo entre switch Ethernet e hospedeiro
broadcast (cabo ou meio compartilhado) Ethernet tradicional Upstream HFC 80211 LAN sem fio Sateacutelite Etc
5 Camada de Enlace 5-18
Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
canal de comunicaccedilatildeo uacutenico de broadcast interferecircncia quando dois ou mais noacutes transmitem
simultaneamente colisatildeo se um noacute receber dois ou mais sinais ao mesmo
tempo
Protocolo de acesso muacuteltiplo algoritmo distribuiacutedo que determina como os noacutes
compartilham o canal isto eacute determina quando um noacute pode transmitir
comunicaccedilatildeo sobre o compartilhamento do canal deve usar o proacuteprio canal natildeo haacute canal fora da faixa para coordenar a transmissatildeo
5 Camada de Enlace 5-19
Protocolo Ideal de Acesso MuacuteltiploPara um canal de broadcast com taxa de R bps
1 Quando apenas um noacute tem dados para enviar esse noacute obteacutem uma vazatildeo de R bps
2 Quando M noacutes tecircm dados para enviar cada um desses noacutes poderaacute transmitir em meacutedia a uma taxa de RM bps
3 Completamente descentralizado nenhum noacute especial (mestre) para coordenar as
transmissotildees nenhuma sincronizaccedilatildeo de reloacutegios ou slots
4 Simples para que sua implementaccedilatildeo seja barata
5 Camada de Enlace 5-20
Taxonomia dos Protocolos MACTrecircs categorias gerais divisatildeo de Canal
divide o canal em pequenos ldquopedaccedilosrdquo (slotscompartimentos de tempo frequecircncia coacutedigo)
aloca pedaccedilo a um dado noacute para uso exclusivo deste acesso Aleatoacuterio
canal natildeo eacute dividido podem ocorrer colisotildees ldquorecuperaccedilatildeordquo das colisotildees
revezamento Noacutes se alternam em revezamento mas um noacute que
possui mais dados a transmitir pode demorar mais quando chegar a sua vez
5 Camada de Enlace 5-21
Protocolos MAC de divisatildeo de canal TDMA
TDMA Acesso Muacuteltiplo por Divisatildeo de Tempo acesso ao canal em ldquoturnos cada estaccedilatildeo recebe um comprimento fixo de
compartimento (comprimento = tempo de tx do pacote) em cada turno
compartimentos natildeo usados permanecem ociosos Exemplo LAN com 6 estaccedilotildees compartimentos 1 3 e 4
com pacotes compartimentos 2 5 e 6 ociosos
5 Camada de Enlace 5-22
Protocolos MAC de divisatildeo de canal FDMA
FDMA Acesso Muacuteltiplo por Divisatildeo de Frequecircncia espectro do canal dividido em bandas de frequecircncia a cada estaccedilatildeo eacute atribuiacuteda uma banda fixa de frequecircncia tempo de transmissatildeo natildeo usado nas bandas permanecem
ociosos exemplo LAN com 6 estaccedilotildees 134 com pacotes bandas
256 ociosas
Band
as d
e fre
quecircn
cia tempo
cabo FDM
5 Camada de Enlace 5-23
Protocolos de Acesso Aleatoacuterio Quando noacute tem um pacote para transmitir
transmite na taxa maacutexima Rnenhuma coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes
dois ou mais noacutes transmitindo ldquocolisatildeordquo O protocolo MAC de acesso aleatoacuterio
especifica como detectar colisotildeescomo se recuperar delas (atraveacutes de
retransmissotildees retardadas por exemplo) Exemplos de protocolos MAC de acesso
aleatoacuterioslotted ALOHAALOHACSMA CSMACD CSMACA
5 Camada de Enlace 5-24
Slotted ALOHA
Hipoacuteteses todos os quadros tecircm o
mesmo tamanho (L bits) tempo eacute dividido em slots
de tamanho igual tempo para transmitir 1 quadro (LR seg)
noacutes comeccedilam a transmitir quadros apenas no iniacutecio dos intervalos (slots)
noacutes satildeo sincronizados se 2 ou mais noacutes
transmitirem num slot todos os noacutes detectam a colisatildeo
Operaccedilatildeo quando o noacute obteacutem um novo
quadro ele espera ateacute o iniacutecio do proacuteximo slot e transmite o quadro inteiro
Se natildeo houver colisatildeo noacute poderaacute enviar um novo quadro no proacuteximo slot
caso haja uma colisatildeo (detectada antes do final do intervalo) noacute retransmite o quadro em cada intervalo subsequente com probabilidade p ateacute obter sucesso
5 Camada de Enlace 5-25
Slotted ALOHA
Vantagens uacutenico noacute ativo pode
transmitir continuamente na taxa maacutexima do canal
Altamente descentralizado apenas slots nos noacutes precisam estar sincronizados
simples
Desvantagens colisotildees slots
desperdiccedilados slots ociosos
(desperdiacutecio) noacutes podem ser capazes
de detectar colisotildees num tempo inferior ao da transmissatildeo do pacote
sincronizaccedilatildeo dos reloacutegios
5 Camada de Enlace 5-26
Eficiecircncia do Slotted Aloha
Assuma N noacutes com muitos quadros para enviar cada um transmite num slot com probabilidade p
probabilidade que noacute 1 tenha sucesso em um slot = p(1-p)N-1
probabilidade que qualquer noacute tenha sucesso = Np(1-p)N-
1
Para eficiecircncia maacutexima com N noacutes encontre p que maximiza Np(1-p)N-1
Para muitos noacutes faccedila limite para Np(1-p)N-1
quando N tende a infinito daacute
eficiecircncia maacutexima = 1e = 037
Eficiecircncia eacute a fraccedilatildeo de longo prazo de slots bem sucedidos quando haacute muitos noacutes cada um com muitos quadros para transmitir
Melhor caso canalusado para transmissotildees uacuteteis em apenas 37 do tempo
5 Camada de Enlace 5-27
ALOHA Puro (sem slots) Aloha puro (sem slots) mais simples sem sincronizaccedilatildeo Ao chegar um quadro no noacute
transmite imediatamente Probabilidade de colisatildeo aumenta
quadro enviado em t0 colide com outros quadros enviados em [t0-1t0+1]
5 Camada de Enlace 5-28
Eficiecircncia do Aloha puroP(sucesso por um dado noacute) = P(noacute transmita) P(nenhum outro noacute transmita em [t0-1t0] P(nenhum outro noacute transmita em [t0t0+1] = p (1-p)N-1 (1-p)N-1
= p (1-p)2(N-1)
hellip escolhendo o valor oacutetimo de p e deixando n -gt infinito
= 1(2e) = 018 Ainda pior do que o Slotted Aloha
5 Camada de Enlace 5-29
CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)
CSMA (Carrier Sense Multiple Access) Escuta antes de transmitir (detecccedilatildeo de portadora)
Se o canal estiver livre transmite todo o quadro
Se o canal estiver ocupado adia a transmissatildeo
Analogia humana natildeo interrompa outros
5 Camada de Enlace 5-30
Colisotildees no CSMA
colisotildees ainda podem aconteceratraso de propagaccedilatildeo significa que dois noacutes podem natildeo ouvira transmissatildeo do outro colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo eacute desperdiccedilado
Disposiccedilatildeo espacial dos noacutes
notapapel da distacircncia e atraso de propagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo
5 Camada de Enlace 5-31
CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)
CSMACD detecccedilatildeo da portadora adia a transmissatildeo como no CSMAAs colisotildees satildeo detectadas em pouco tempoTransmissotildees que sofreram colisotildees satildeo
abortadas reduzindo o desperdiacutecio do canal Detecccedilatildeo de colisotildees
Faacutecil em LANs cabeadas mede a potecircncia do sinal compara o sinal recebido com o transmitido
Difiacutecil em LANs sem fio o receptor eacute desligado durante a transmissatildeo
Analogia humana bate papo educado
5 Camada de Enlace 5-32
Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD
5 Camada de Enlace 5-33
Algoritmo CSMACD do Ethernet1 Adaptador recebe datagrama
da camada de rede e cria um quadro
2 Se o adaptador percebe que o canal estaacute ocioso comeccedila a transmitir o quadro Se percebe que o canal estaacute ocupado espera que o canal fique livre e transmite
3 Se o adaptador transmitir todo o quadro sem detectar outra transmissatildeo o adaptador concluiu a operaccedilatildeo com o quadro
4 Se o adaptador detectar outra transmissatildeo enquanto estiver transmitindo aborta e envia sinal de reforccedilo de colisatildeo de 48 bits
5 Apoacutes o aborto o adaptador entra na retirada (backoff) exponencial binaacuteria apoacutes a m-eacutesima colisatildeo o
adaptador escolhe um K aleatoriamente entre 012hellip2m-1 O adaptador espera K512 tempos de bit e retorna ao Passo 2
quanto mais colisotildees houver mas longos seratildeo os intervalos de retirada
5 Camada de Enlace 5-34
Eficiecircncia do CSMACD
tprop = atraso maacuteximo de prop entre 2 noacutes na LAN
ttrans = tempo para transmitir quadro de tamanho maacuteximo
Eficiecircncia vai para 1 agrave medida que tprop vai para 0ttrans vai para infinito
Muito melhor do que ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato
transprop tt 511eficiecircncia
5 Camada de Enlace 5-35
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoProtocolos MAC de divisatildeo de canal
Compartilha o canal eficientemente e de forma justa em altas cargas
Ineficiente em baixas cargas atraso no canal de acesso alocaccedilatildeo de 1N da largura de banda mesmo com apenas 1 noacute ativo
Protocolos MAC de acesso aleatoacuterioeficiente em baixas cargas um uacutenico noacute
pode utilizar completamente o canalAltas cargas overhead com colisotildees
Protocolos de revezamentoProcura oferecer o melhor dos dois mundos
5 Camada de Enlace 5-36
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoSeleccedilatildeo (Polling) Noacute mestre ldquoconvidardquo
noacutes escravos a transmitir em revezamento
Usado tipicamente com dispositivos escravo burros
Preocupaccedilotildees Overhead com as
consultas (polling) Latecircncia Ponto uacutenico de
falha (mestre)
mestre
escravos
poll
dados
dados
5 Camada de Enlace 5-37
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoPassagem de
permissatildeo (token) controla permissatildeo
passada de um noacute para o proacuteximo de forma sequencial
mensagem de passagem da permissatildeo
preocupaccedilotildees overhead com a
passagem de permissatildeo
latecircncia Ponto uacutenico de falha
(permissatildeo)
T
dados
(nada paramandar)
T
5 Camada de Enlace 5-38
Rede de acesso a cabo
Muacuteltiplos canais de difusatildeo downstream de 40Mbps Um uacutenico CMTS transmite para os diversos canais
Muacuteltiplos canais upstream de 30 Mbps Acesso muacuteltiplo todos os usuaacuterios disputam alguns slots
de tempo em canais upstream (outros satildeo preacute-alocados)
terminaccedilatildeo do cabo
CMTS
ISP
sistema de terminaccedilatildeo do cable modem
cablemodemsplitter
hellip
hellip
quadros Internet canais de TV e controle satildeo transmitidos downstream em frequecircncias diferentes
quadros Internet upstream e controle de TV satildeo transmitidos upstream em diferentes frequecircncias em slots de tempo
5 Camada de Enlace 5-39
Rede de acesso a cabo
DOCSIS espec da interface de serviccedilo de dados sobre cabo FDM sobre as frequecircncias dos canais up e downstream TDM upstream alguns slots satildeo alocados outros tecircm
disputabull quadro de mapeamento downstream aloca slots
upstreambull requisiccedilatildeo de slots upstream (e dados) satildeo transmitidos
atraveacutes de acesso aleatoacuterio (retirada binaacuteria) em slots selecionados
quadro de mapeamentop intervalo [t1 t2]
Residecircncias com cable modems
Canal downstream i
Canal Upstream j
t1 t2
Minislots alocados contendo quadros de dadosupstream do cable modem
Minislots contendo quadrosde requisiccedilatildeo de minislots
cable headend
CMTS
5 Camada de Enlace 5-40
Resumo dos protocolos MAC divisatildeo do canal por tempo frequecircncia ou
coacutedigoDivisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequecircncia
acesso aleatoacuterio (dinacircmico) ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDescutar a portadora faacutecil em algumas
tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)
CSMACD usado na EthernetCSMACA usado no 80211
RevezamentoSeleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto
central passagem de permissotildeesBluetooth FDDI Token Ring
5 Camada de Enlace 5-41
Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e
serviccedilos52 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais
Endereccedilamento ARP
EthernetSwitchesVLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-42
Endereccedilos MAC e ARP Endereccedilo IP de 32 bits
endereccedilos da camada de rede para a interface usado pelo repasse da camada 3 (rede)
Endereccedilo MAC (ou LAN ou fiacutesico ou Ethernet) Funccedilatildeo usado lsquolocalmentersquo para levar o quadro de
uma interface ateacute outra interface conectada fisicamente (na mesma rede no sentido do endereccedilamento IP)
Endereccedilo MAC de 48 bits (para a maioria das redes) gravado na ROM do adaptador ou configurado por software
Ex 1A-2F-BB-76-09-ADnotaccedilatildeo hexadecimal (base 16)
(cada ldquonuacutemerordquo representa 4 bits)
5 Camada de Enlace 5-43
Endereccedilos MAC e ARPcada adaptador na LAN possui um endereccedilo MAC uacutenico
Endereccedilo de Broadcast =FF-FF-FF-FF-FF-FF
= adaptador
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN(cabeada ousem fio)
5 Camada de Enlace 5-44
Endereccedilo MAC (cont) Alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC gerenciada pelo IEEE Um fabricante compra uma parte do espaccedilo de
endereccedilos (para garantir unicidade) Analogia (a) endereccedilo MAC como nuacutemero do CPF (b) endereccedilo IP como endereccedilo postal (CEP) endereccedilo MAC tem estrutura linear =gt
portabilidadePode mover um cartatildeo LAN de uma LAN para
outra endereccedilo IP hieraacuterquico NAtildeO eacute portaacutetil (requer IP
moacutevel)Depende da subrede IP agrave qual o noacute estaacute
conectado
5 Camada de Enlace 5-45
ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de Resoluccedilatildeo de Endereccedilos)
Cada noacute IP (Host Roteador) de uma LAN possui tabela ARP
Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN
lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt TTL (Time To Live) tempo
a partir do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute esquecido (valor tiacutepico de 20 min)
Pergunta como obter oendereccedilo MAC de B a partir do endereccedilo IP de B
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53 LAN
237196723
237196778
237196714
237196788
5 Camada de Enlace 5-46
Protocolo ARP mesma LAN (rede) A deseja enviar datagrama
para B e o endereccedilo MAC de B natildeo estaacute na tabela ARP
A difunde o pacote de solicitaccedilatildeo ARP que conteacutem o endereccedilo IP de B Endereccedilo MAC destino =
FF-FF-FF-FF-FF-FF todas as maacutequinas na
LAN recebem a consulta do ARP
B recebe o pacote ARP responde a A com o seu (de B) endereccedilo MAC Quadro enviado para o
endereccedilo MAC (unicast) de A
Uma cache (salva) o par de endereccedilos IP-para-MAC na sua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo fique antiquada (expire) lsquosoft statersquo informaccedilatildeo que expira (vai embora) a menos que seja renovada
ARP eacute ldquoplug-and-playrdquo os noacutes criam suas tabelas ARP sem a intervenccedilatildeo do administrador
da rede
5 Camada de Enlace 5-47
Endereccedilamento repassando para outra LAN encaminhamento envio de datagrama de A para B via R
foco no endereccedilamento ndash nas camadas IP (datagrama) e MAC (quadro)
assume que A conhece o endereccedilo IP de B assume que A conhece o endereccedilo IP do proacuteximo roteador
R (como) assume que A conhece o endereccedilo MAC de R (como)
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
5 Camada de Enlace 5-48
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IPEthPhy
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
A cria datagrama IP com IP origem A destino B A cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC
de R como destino quadro conteacutem o datagrama IP de A-para-B
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55 MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
5 Camada de Enlace 5-49
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IPEthPhy
quadro enviado de A para R
IPEthPhy
quadro recebido em R datagrama removido passado para o IP
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55 MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
5 Camada de Enlace 5-50
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
R repassa o datagrama com origem IP A destino B R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC
de B como destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9B MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
IPEthPhy
5 Camada de Enlace 5-51
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
R repassa o datagrama com origem IP A destino B R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC
de B como destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9B MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
IPEthPhy
5 Camada de Enlace 5-52
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
R repassa o datagrama com origem IP A destino B R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC
de B como destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9B MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
5 Camada de Enlace 5-53
Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e
serviccedilos52 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais
Endereccedilamento ARP
EthernetSwitchesVLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-54
Ethernet Muitiacutessimo difundida porque
Muito barata R$50 para placas 101001000Mbps A mais antiga das tecnologias de rede local (meados da
deacutecada de 70) Mais simples e menos cara que redes usando ficha ou
ATM Acompanhou o aumento de velocidade 10 Mbps ndash 10
Gbps
Rascunho de Metcalfe sobre o Ethernet
5 Camada de Enlace 5-55
Ethernet topologia fiacutesica barramento popular ateacute meados dos anos 90
Todos os noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo (podem colidir um com o outro)
estrela prevalecircncia hoje Comutador (switch) ativo no centro Cada porta roda o protocolo Ethernet separadamente (os
noacutes natildeo colidem uns com os outros)
barramento cabo coaxial
switch
estrela
5 Camada de Enlace 5-56
Estrutura do Quadro EthernetAdaptador remetente encapsula datagrama IP (ou pacote
de outro protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
preacircmbulo 7 bytes com o padratildeo 10101010 seguidos por um byte
com o padratildeo 10101011 usado para sincronizar receptor ao reloacutegio do
remetente (reloacutegios nunca satildeo exatos eacute muito provaacutevel que exista algum desvio entre eles)
5 Camada de Enlace 5-57
Estrutura de Quadro Ethernet (cont)
Endereccedilos 6 bytes para cada endereccedilo MAC se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo destino igual
ao seu ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede
caso contraacuterio o adaptador descarta o quadro Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior
usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)
CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado
5 Camada de Enlace 5-58
Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo sem conexatildeo natildeo haacute estabelecimento de
conexatildeo (saudaccedilatildeo) entre os adaptadores transmissor e receptor
Natildeo confiaacutevel o adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador transmissordados em quadros descartados satildeo
recuperados apenas se o transmissor usar transferecircncia confiaacutevel em camadas mais altas (ex TCP) caso contraacuterio os dados estaratildeo perdidos
Protocolo MAC do Ethernet CSMACD com retirada binaacuteria
5 Camada de Enlace 5-59
Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
diversos padrotildees Ethernet diferentes tecircm em comum o protocolo MAC e o formato do
quadro diferentes velocidades 2Mbps 10Mbps 100Mbps
1Gbps 10Gbps diferentes meios da camada fiacutesica fibra cabo
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
protocolo MACe formato do quadro
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)
5 Camada de Enlace 5-60
10Base5
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-61
10Base2
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-62
10BaseT
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-63
Conector RJ 45
5 Camada de Enlace 5-64
100Base-TX
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-65 10
Wireless Backhaul
Carrier Ethernet Access Expansion
Voice gateway
VoiceVideoTelephony
HD TVTVoD VoD
Video Source
Gaming BusinessBackup ERP
Internet Video Source
BusinessBroadband
E-Line andE-LAN service
GlobalNationalCarrierEthernet
GlobalNationalCarrierEthernet
SmallMedium Business
Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet
AccessCarrierEthernet
AccessCarrierEthernet
ResidentialTriple-Play
FTTx DSLAM Cable Modem
Broadbandmobile datavideo
Bringing vastly extended scalability for business and residential users
ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing
5 Camada de Enlace 5-66
Carrier Ethernet Defined
bull Carrier Ethernet is a ubiquitous standardized carrier-class SERVICE defined by five attributes that distinguish Carrier Ethernet from familiar LAN based Ethernet
bull It brings the compelling business benefit of the Ethernet cost model to achieve significant savings
Carrier Ethernet
bull Scalability
bull Standardized Services
bull Service Management
bull Quality of Service
bull Reliability
Carrier Ethernet Attributes
httpwwwmetroethernetforumorg
5 Camada de Enlace 5-67
Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e
serviccedilos52 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais
Endereccedilamento ARP
EthernetSwitchesVLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-68
Comutador (switch) Ethernet Dispositivo da camada de enlace tecircm papel
ativo armazena e retransmite quadros Ethernetexamina o cabeccedilalho do quadro e
seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento
transparentehospedeiros ignoram a presenccedila dos
switches plug-and-play self-learning (autodidatas)
os comutadores natildeo necessitam ser configurados
5 Camada de Enlace 5-69
Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas hospedeiros tecircm conexatildeo
direta e dedicada para o switch
os switches armazenam quadros
o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplex cada link eacute o seu proacuteprio
domiacutenio de colisatildeo comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-
para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch com seis interfaces(123456)
1 2 345
6
5 Camada de Enlace 5-70
Tabela de repasse do switch P como eacute que o switch sabe que
Arsquo eacute alcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel a partir da interface 5
R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutem (endereccedilo MAC do hospedeiro
interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)
parece uma tabela de repasse P como satildeo criadas e mantidas as
entradas na tabela de comutaccedilatildeo haacute algo como um protocolo de
roteamento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch with six interfaces(123456)
1 2 345
6
5 Camada de Enlace 5-71
switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfaces quando um quadro eacute
recebido o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada
registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo
Switch autoaprendizagemA
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
5 Camada de Enlace 5-725 Camada de Enlace
Switch filtragemrepasse de quadrosQuando o quadro eacute recebido em um comutador
registra o link de entrada endereccedilo MAC do hospedeiro transmissor
indexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo MAC do destino
if entrada encontrada para o destinothen
if dest estiver no segmento de onde veio o quadro then descarta o quadro
else repassa o quadro na interface indicada else usa inundaccedilatildeo
Repassa o quadro para todas as demais interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido
5 Camada de Enlace 5-73
Exemplo de auto aprendizagem e repasse
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo destino do quadro Arsquo
com localizaccedilatildeo desconhecida inundaccedilatildeo
Arsquo A
local do destino A conhecido
Arsquo 4 60
transmissatildeo seletiva
5 Camada de Enlace 5-74
Interligaccedilatildeo de comutadores
Podemos interligar comutadores (switches)
AB
P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe que deve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3
R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenico comutador)
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
5 Camada de Enlace 5-75
Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde
para C
P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4
AB
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
12
5 Camada de Enlace 5-76
Rede institucional
Para redeexterna
roteador
Subrede IP
Servidor de mensagens
Servidor web
5 Camada de Enlace 5-77
Comutadores x Roteadores
ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa roteadores dispositivos da
camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)
comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace
ambos possuem tabelas de repasse roteadores obteacutem
tabelas usando alg de roteamento endereccedilos IP
comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
redeenlacefiacutesica
enlacefiacutesica
switch
datagrama
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
quadro
quadro
quadrodatagrama
5 Camada de Enlace 5-78
Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e
serviccedilos52 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais
Endereccedilamento ARP
EthernetSwitchesVLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-79
Siacutentese um dia na vida de um pedido web jornada completa atravessando toda a pilha de
protocolos aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
colocando tudo junto siacutentese objetivo identificar revisar entender os
protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web
cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom
5 Camada de Enlace 5-80
Um dia na vida cenaacuterio
rede da Comcast68800013
rede do Google64233160019 64233169105
servidor web
Servidor DNS
rede da escola68802024
paacutegina web
navegador
5 Camada de Enlace 5-81
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPDHCP
quadro Ethernet difundido (dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador que executa o servidor DHCP Ethernet demultiplexado para IP demultiplexado para UDP e demultiplexado paraDHCP
o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilo do primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP Solicitaccedilatildeo DHCP encapsulada em UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023 Ethernet
5 Camada de Enlace 5-82
roteador(roda DHCP)
servidor DHCP prepara ACK DHCP contendo endereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiro roteador nome e endereccedilo IP do servidor DNS
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
encapsulamento no servidor DHCP quadro repassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente
Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador
cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
5 Camada de Enlace 5-83
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
consulta DNS criada encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviar quadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP
consulta ARP difundida recebida pelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccedilo MAC da interface do roteador
o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiro roteador podendo agora enviar o quadro contendo a consulta DNS
ARP query
EthPhy
ARP
ARP
ARP reply
antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
5 Camada de Enlace 5-84
roteador(roda DHCP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
datagrama IP conteacutem consulta DNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador
datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelos protocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS
demultiplexado pelo servidor DNS
servidor DNS responde ao cliente com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
rede da Comcast68800013
servidor DNSDNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
Um dia na vidahellip usando DNS
5 Camada de Enlace 5-85
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
para enviar pedido HTTP cliente primeiro abre um socket TCP para o servidor web segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web
conexatildeo TCP estabelecida64233169105servidor web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCPIPEthPhy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)
5 Camada de Enlace 5-86
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
solicitaccedilatildeo HTTP enviada para o socket TCP datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhado para wwwgooglecom
datagrama IP com a resposta HTTP eacute encaminhado de volta para o cliente
64233169105servidor web
HTTPTCPIPEthPhy
servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTPHTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
paacutegina web finalmente() apresentada
5 Camada de Enlace 5-87
Capiacutetulo 5 Resumo
princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dados detecccedilatildeo correccedilatildeo de erros compartilhamento de canal de difusatildeo acesso
muacuteltiplo endereccedilamento da camada de enlace
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlace Ethernet LANs comutadas VLANs redes virtualizadas como camada de enlace MPLS
siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web
5 Camada de Enlace 5-9
Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e
serviccedilos52 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais
Endereccedilamento ARP
EthernetSwitchesVLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-10
Detecccedilatildeo de ErrosEDC= bits de Detecccedilatildeo e Correccedilatildeo de Erros (redundacircncia)D = Dados protegidos por verificaccedilatildeo de erros podem incluir alguns campos do cabeccedilalho bull a detecccedilatildeo de erros natildeo eacute 100 confiaacutevel
bull protocolos podem deixar passar alguns erros mas eacute rarobull quanto maior for o campo EDC melhor seraacute a capacidade
de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
5 Camada de Enlace 5-11
Verificaccedilotildees de Paridade
Paridade de 1 BitDetecta erros em um uacutenico bit
Paridade BidimensionalDetecta e corrige erro em um uacutenico bit
5 Camada de Enlace 5-12
Soma de verificaccedilatildeo da Internet
Transmissor trata o conteuacutedo do
segmento como uma sequecircncia de inteiros de 16 bits
Soma de verificaccedilatildeo adiccedilatildeo (complemento de 1 da soma ) do conteuacutedo do segmento
transmissor coloca o valor do checksum no campo de checksum UDP
Receptor calcula a soma de
verificaccedilatildeo do segmento recebido
verifica se o resultado eacute igual ao valor do campo da soma de verificaccedilatildeo NAtildeO - erro detectado SIM - nenhum erro foi
detectado Mas ainda pode conter erros
Objetivo detectar ldquoerrosrdquo (ex bits trocados) no segmento transmitido (nota usado apenas na camada de transporte)
5 Camada de Enlace 5-13
Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica (CRC) codificaccedilatildeo para detecccedilatildeo de erro mais poderosa vecirc os bits de dados D como um nuacutemero binaacuterio eacute escolhido um polinocircmio Gerador (G) (=gt r+1 bits) objetivo escolher r bits CRC R de modo que
ltDRgt seja exatamente divisiacutevel por G (moacutedulo 2) receptor conhece G divide ltDRgt por G Caso o resto seja
diferente de zero detectado erro Pode detectar todos os erros em rajadas menores do que
r+1 bits Largamente usado na praacutetica (Ethernet 80211 WiFi ATM)
5 Camada de Enlace 5-14
Exemplo de CRCQueremos
D2r XOR R = nGde forma equivalente
D2r = nG XOR R de forma equivalente se dividirmos D2r
por G queremos o resto R que satisfaccedila
GDR
r2resto
101110000 10011001 101011 1010 1001 1100 1001 1010 1001 011
D G
R
r = 3
5 Camada de Enlace 5-15
Implementaccedilatildeo em Hardware
Aring
G=1001
D2r=101110000
5 Camada de Enlace 5-16
Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e
serviccedilos52 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais
Endereccedilamento ARP
EthernetSwitchesVLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-17
Enlaces e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
Dois tipos de enlaces Ponto-a-ponto
PPP para acesso discado
Conexatildeo entre switch Ethernet e hospedeiro
broadcast (cabo ou meio compartilhado) Ethernet tradicional Upstream HFC 80211 LAN sem fio Sateacutelite Etc
5 Camada de Enlace 5-18
Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
canal de comunicaccedilatildeo uacutenico de broadcast interferecircncia quando dois ou mais noacutes transmitem
simultaneamente colisatildeo se um noacute receber dois ou mais sinais ao mesmo
tempo
Protocolo de acesso muacuteltiplo algoritmo distribuiacutedo que determina como os noacutes
compartilham o canal isto eacute determina quando um noacute pode transmitir
comunicaccedilatildeo sobre o compartilhamento do canal deve usar o proacuteprio canal natildeo haacute canal fora da faixa para coordenar a transmissatildeo
5 Camada de Enlace 5-19
Protocolo Ideal de Acesso MuacuteltiploPara um canal de broadcast com taxa de R bps
1 Quando apenas um noacute tem dados para enviar esse noacute obteacutem uma vazatildeo de R bps
2 Quando M noacutes tecircm dados para enviar cada um desses noacutes poderaacute transmitir em meacutedia a uma taxa de RM bps
3 Completamente descentralizado nenhum noacute especial (mestre) para coordenar as
transmissotildees nenhuma sincronizaccedilatildeo de reloacutegios ou slots
4 Simples para que sua implementaccedilatildeo seja barata
5 Camada de Enlace 5-20
Taxonomia dos Protocolos MACTrecircs categorias gerais divisatildeo de Canal
divide o canal em pequenos ldquopedaccedilosrdquo (slotscompartimentos de tempo frequecircncia coacutedigo)
aloca pedaccedilo a um dado noacute para uso exclusivo deste acesso Aleatoacuterio
canal natildeo eacute dividido podem ocorrer colisotildees ldquorecuperaccedilatildeordquo das colisotildees
revezamento Noacutes se alternam em revezamento mas um noacute que
possui mais dados a transmitir pode demorar mais quando chegar a sua vez
5 Camada de Enlace 5-21
Protocolos MAC de divisatildeo de canal TDMA
TDMA Acesso Muacuteltiplo por Divisatildeo de Tempo acesso ao canal em ldquoturnos cada estaccedilatildeo recebe um comprimento fixo de
compartimento (comprimento = tempo de tx do pacote) em cada turno
compartimentos natildeo usados permanecem ociosos Exemplo LAN com 6 estaccedilotildees compartimentos 1 3 e 4
com pacotes compartimentos 2 5 e 6 ociosos
5 Camada de Enlace 5-22
Protocolos MAC de divisatildeo de canal FDMA
FDMA Acesso Muacuteltiplo por Divisatildeo de Frequecircncia espectro do canal dividido em bandas de frequecircncia a cada estaccedilatildeo eacute atribuiacuteda uma banda fixa de frequecircncia tempo de transmissatildeo natildeo usado nas bandas permanecem
ociosos exemplo LAN com 6 estaccedilotildees 134 com pacotes bandas
256 ociosas
Band
as d
e fre
quecircn
cia tempo
cabo FDM
5 Camada de Enlace 5-23
Protocolos de Acesso Aleatoacuterio Quando noacute tem um pacote para transmitir
transmite na taxa maacutexima Rnenhuma coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes
dois ou mais noacutes transmitindo ldquocolisatildeordquo O protocolo MAC de acesso aleatoacuterio
especifica como detectar colisotildeescomo se recuperar delas (atraveacutes de
retransmissotildees retardadas por exemplo) Exemplos de protocolos MAC de acesso
aleatoacuterioslotted ALOHAALOHACSMA CSMACD CSMACA
5 Camada de Enlace 5-24
Slotted ALOHA
Hipoacuteteses todos os quadros tecircm o
mesmo tamanho (L bits) tempo eacute dividido em slots
de tamanho igual tempo para transmitir 1 quadro (LR seg)
noacutes comeccedilam a transmitir quadros apenas no iniacutecio dos intervalos (slots)
noacutes satildeo sincronizados se 2 ou mais noacutes
transmitirem num slot todos os noacutes detectam a colisatildeo
Operaccedilatildeo quando o noacute obteacutem um novo
quadro ele espera ateacute o iniacutecio do proacuteximo slot e transmite o quadro inteiro
Se natildeo houver colisatildeo noacute poderaacute enviar um novo quadro no proacuteximo slot
caso haja uma colisatildeo (detectada antes do final do intervalo) noacute retransmite o quadro em cada intervalo subsequente com probabilidade p ateacute obter sucesso
5 Camada de Enlace 5-25
Slotted ALOHA
Vantagens uacutenico noacute ativo pode
transmitir continuamente na taxa maacutexima do canal
Altamente descentralizado apenas slots nos noacutes precisam estar sincronizados
simples
Desvantagens colisotildees slots
desperdiccedilados slots ociosos
(desperdiacutecio) noacutes podem ser capazes
de detectar colisotildees num tempo inferior ao da transmissatildeo do pacote
sincronizaccedilatildeo dos reloacutegios
5 Camada de Enlace 5-26
Eficiecircncia do Slotted Aloha
Assuma N noacutes com muitos quadros para enviar cada um transmite num slot com probabilidade p
probabilidade que noacute 1 tenha sucesso em um slot = p(1-p)N-1
probabilidade que qualquer noacute tenha sucesso = Np(1-p)N-
1
Para eficiecircncia maacutexima com N noacutes encontre p que maximiza Np(1-p)N-1
Para muitos noacutes faccedila limite para Np(1-p)N-1
quando N tende a infinito daacute
eficiecircncia maacutexima = 1e = 037
Eficiecircncia eacute a fraccedilatildeo de longo prazo de slots bem sucedidos quando haacute muitos noacutes cada um com muitos quadros para transmitir
Melhor caso canalusado para transmissotildees uacuteteis em apenas 37 do tempo
5 Camada de Enlace 5-27
ALOHA Puro (sem slots) Aloha puro (sem slots) mais simples sem sincronizaccedilatildeo Ao chegar um quadro no noacute
transmite imediatamente Probabilidade de colisatildeo aumenta
quadro enviado em t0 colide com outros quadros enviados em [t0-1t0+1]
5 Camada de Enlace 5-28
Eficiecircncia do Aloha puroP(sucesso por um dado noacute) = P(noacute transmita) P(nenhum outro noacute transmita em [t0-1t0] P(nenhum outro noacute transmita em [t0t0+1] = p (1-p)N-1 (1-p)N-1
= p (1-p)2(N-1)
hellip escolhendo o valor oacutetimo de p e deixando n -gt infinito
= 1(2e) = 018 Ainda pior do que o Slotted Aloha
5 Camada de Enlace 5-29
CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)
CSMA (Carrier Sense Multiple Access) Escuta antes de transmitir (detecccedilatildeo de portadora)
Se o canal estiver livre transmite todo o quadro
Se o canal estiver ocupado adia a transmissatildeo
Analogia humana natildeo interrompa outros
5 Camada de Enlace 5-30
Colisotildees no CSMA
colisotildees ainda podem aconteceratraso de propagaccedilatildeo significa que dois noacutes podem natildeo ouvira transmissatildeo do outro colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo eacute desperdiccedilado
Disposiccedilatildeo espacial dos noacutes
notapapel da distacircncia e atraso de propagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo
5 Camada de Enlace 5-31
CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)
CSMACD detecccedilatildeo da portadora adia a transmissatildeo como no CSMAAs colisotildees satildeo detectadas em pouco tempoTransmissotildees que sofreram colisotildees satildeo
abortadas reduzindo o desperdiacutecio do canal Detecccedilatildeo de colisotildees
Faacutecil em LANs cabeadas mede a potecircncia do sinal compara o sinal recebido com o transmitido
Difiacutecil em LANs sem fio o receptor eacute desligado durante a transmissatildeo
Analogia humana bate papo educado
5 Camada de Enlace 5-32
Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD
5 Camada de Enlace 5-33
Algoritmo CSMACD do Ethernet1 Adaptador recebe datagrama
da camada de rede e cria um quadro
2 Se o adaptador percebe que o canal estaacute ocioso comeccedila a transmitir o quadro Se percebe que o canal estaacute ocupado espera que o canal fique livre e transmite
3 Se o adaptador transmitir todo o quadro sem detectar outra transmissatildeo o adaptador concluiu a operaccedilatildeo com o quadro
4 Se o adaptador detectar outra transmissatildeo enquanto estiver transmitindo aborta e envia sinal de reforccedilo de colisatildeo de 48 bits
5 Apoacutes o aborto o adaptador entra na retirada (backoff) exponencial binaacuteria apoacutes a m-eacutesima colisatildeo o
adaptador escolhe um K aleatoriamente entre 012hellip2m-1 O adaptador espera K512 tempos de bit e retorna ao Passo 2
quanto mais colisotildees houver mas longos seratildeo os intervalos de retirada
5 Camada de Enlace 5-34
Eficiecircncia do CSMACD
tprop = atraso maacuteximo de prop entre 2 noacutes na LAN
ttrans = tempo para transmitir quadro de tamanho maacuteximo
Eficiecircncia vai para 1 agrave medida que tprop vai para 0ttrans vai para infinito
Muito melhor do que ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato
transprop tt 511eficiecircncia
5 Camada de Enlace 5-35
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoProtocolos MAC de divisatildeo de canal
Compartilha o canal eficientemente e de forma justa em altas cargas
Ineficiente em baixas cargas atraso no canal de acesso alocaccedilatildeo de 1N da largura de banda mesmo com apenas 1 noacute ativo
Protocolos MAC de acesso aleatoacuterioeficiente em baixas cargas um uacutenico noacute
pode utilizar completamente o canalAltas cargas overhead com colisotildees
Protocolos de revezamentoProcura oferecer o melhor dos dois mundos
5 Camada de Enlace 5-36
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoSeleccedilatildeo (Polling) Noacute mestre ldquoconvidardquo
noacutes escravos a transmitir em revezamento
Usado tipicamente com dispositivos escravo burros
Preocupaccedilotildees Overhead com as
consultas (polling) Latecircncia Ponto uacutenico de
falha (mestre)
mestre
escravos
poll
dados
dados
5 Camada de Enlace 5-37
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoPassagem de
permissatildeo (token) controla permissatildeo
passada de um noacute para o proacuteximo de forma sequencial
mensagem de passagem da permissatildeo
preocupaccedilotildees overhead com a
passagem de permissatildeo
latecircncia Ponto uacutenico de falha
(permissatildeo)
T
dados
(nada paramandar)
T
5 Camada de Enlace 5-38
Rede de acesso a cabo
Muacuteltiplos canais de difusatildeo downstream de 40Mbps Um uacutenico CMTS transmite para os diversos canais
Muacuteltiplos canais upstream de 30 Mbps Acesso muacuteltiplo todos os usuaacuterios disputam alguns slots
de tempo em canais upstream (outros satildeo preacute-alocados)
terminaccedilatildeo do cabo
CMTS
ISP
sistema de terminaccedilatildeo do cable modem
cablemodemsplitter
hellip
hellip
quadros Internet canais de TV e controle satildeo transmitidos downstream em frequecircncias diferentes
quadros Internet upstream e controle de TV satildeo transmitidos upstream em diferentes frequecircncias em slots de tempo
5 Camada de Enlace 5-39
Rede de acesso a cabo
DOCSIS espec da interface de serviccedilo de dados sobre cabo FDM sobre as frequecircncias dos canais up e downstream TDM upstream alguns slots satildeo alocados outros tecircm
disputabull quadro de mapeamento downstream aloca slots
upstreambull requisiccedilatildeo de slots upstream (e dados) satildeo transmitidos
atraveacutes de acesso aleatoacuterio (retirada binaacuteria) em slots selecionados
quadro de mapeamentop intervalo [t1 t2]
Residecircncias com cable modems
Canal downstream i
Canal Upstream j
t1 t2
Minislots alocados contendo quadros de dadosupstream do cable modem
Minislots contendo quadrosde requisiccedilatildeo de minislots
cable headend
CMTS
5 Camada de Enlace 5-40
Resumo dos protocolos MAC divisatildeo do canal por tempo frequecircncia ou
coacutedigoDivisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequecircncia
acesso aleatoacuterio (dinacircmico) ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDescutar a portadora faacutecil em algumas
tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)
CSMACD usado na EthernetCSMACA usado no 80211
RevezamentoSeleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto
central passagem de permissotildeesBluetooth FDDI Token Ring
5 Camada de Enlace 5-41
Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e
serviccedilos52 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais
Endereccedilamento ARP
EthernetSwitchesVLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-42
Endereccedilos MAC e ARP Endereccedilo IP de 32 bits
endereccedilos da camada de rede para a interface usado pelo repasse da camada 3 (rede)
Endereccedilo MAC (ou LAN ou fiacutesico ou Ethernet) Funccedilatildeo usado lsquolocalmentersquo para levar o quadro de
uma interface ateacute outra interface conectada fisicamente (na mesma rede no sentido do endereccedilamento IP)
Endereccedilo MAC de 48 bits (para a maioria das redes) gravado na ROM do adaptador ou configurado por software
Ex 1A-2F-BB-76-09-ADnotaccedilatildeo hexadecimal (base 16)
(cada ldquonuacutemerordquo representa 4 bits)
5 Camada de Enlace 5-43
Endereccedilos MAC e ARPcada adaptador na LAN possui um endereccedilo MAC uacutenico
Endereccedilo de Broadcast =FF-FF-FF-FF-FF-FF
= adaptador
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN(cabeada ousem fio)
5 Camada de Enlace 5-44
Endereccedilo MAC (cont) Alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC gerenciada pelo IEEE Um fabricante compra uma parte do espaccedilo de
endereccedilos (para garantir unicidade) Analogia (a) endereccedilo MAC como nuacutemero do CPF (b) endereccedilo IP como endereccedilo postal (CEP) endereccedilo MAC tem estrutura linear =gt
portabilidadePode mover um cartatildeo LAN de uma LAN para
outra endereccedilo IP hieraacuterquico NAtildeO eacute portaacutetil (requer IP
moacutevel)Depende da subrede IP agrave qual o noacute estaacute
conectado
5 Camada de Enlace 5-45
ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de Resoluccedilatildeo de Endereccedilos)
Cada noacute IP (Host Roteador) de uma LAN possui tabela ARP
Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN
lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt TTL (Time To Live) tempo
a partir do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute esquecido (valor tiacutepico de 20 min)
Pergunta como obter oendereccedilo MAC de B a partir do endereccedilo IP de B
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53 LAN
237196723
237196778
237196714
237196788
5 Camada de Enlace 5-46
Protocolo ARP mesma LAN (rede) A deseja enviar datagrama
para B e o endereccedilo MAC de B natildeo estaacute na tabela ARP
A difunde o pacote de solicitaccedilatildeo ARP que conteacutem o endereccedilo IP de B Endereccedilo MAC destino =
FF-FF-FF-FF-FF-FF todas as maacutequinas na
LAN recebem a consulta do ARP
B recebe o pacote ARP responde a A com o seu (de B) endereccedilo MAC Quadro enviado para o
endereccedilo MAC (unicast) de A
Uma cache (salva) o par de endereccedilos IP-para-MAC na sua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo fique antiquada (expire) lsquosoft statersquo informaccedilatildeo que expira (vai embora) a menos que seja renovada
ARP eacute ldquoplug-and-playrdquo os noacutes criam suas tabelas ARP sem a intervenccedilatildeo do administrador
da rede
5 Camada de Enlace 5-47
Endereccedilamento repassando para outra LAN encaminhamento envio de datagrama de A para B via R
foco no endereccedilamento ndash nas camadas IP (datagrama) e MAC (quadro)
assume que A conhece o endereccedilo IP de B assume que A conhece o endereccedilo IP do proacuteximo roteador
R (como) assume que A conhece o endereccedilo MAC de R (como)
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
5 Camada de Enlace 5-48
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IPEthPhy
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
A cria datagrama IP com IP origem A destino B A cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC
de R como destino quadro conteacutem o datagrama IP de A-para-B
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55 MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
5 Camada de Enlace 5-49
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IPEthPhy
quadro enviado de A para R
IPEthPhy
quadro recebido em R datagrama removido passado para o IP
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55 MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
5 Camada de Enlace 5-50
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
R repassa o datagrama com origem IP A destino B R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC
de B como destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9B MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
IPEthPhy
5 Camada de Enlace 5-51
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
R repassa o datagrama com origem IP A destino B R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC
de B como destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9B MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
IPEthPhy
5 Camada de Enlace 5-52
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
R repassa o datagrama com origem IP A destino B R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC
de B como destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9B MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
5 Camada de Enlace 5-53
Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e
serviccedilos52 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais
Endereccedilamento ARP
EthernetSwitchesVLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-54
Ethernet Muitiacutessimo difundida porque
Muito barata R$50 para placas 101001000Mbps A mais antiga das tecnologias de rede local (meados da
deacutecada de 70) Mais simples e menos cara que redes usando ficha ou
ATM Acompanhou o aumento de velocidade 10 Mbps ndash 10
Gbps
Rascunho de Metcalfe sobre o Ethernet
5 Camada de Enlace 5-55
Ethernet topologia fiacutesica barramento popular ateacute meados dos anos 90
Todos os noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo (podem colidir um com o outro)
estrela prevalecircncia hoje Comutador (switch) ativo no centro Cada porta roda o protocolo Ethernet separadamente (os
noacutes natildeo colidem uns com os outros)
barramento cabo coaxial
switch
estrela
5 Camada de Enlace 5-56
Estrutura do Quadro EthernetAdaptador remetente encapsula datagrama IP (ou pacote
de outro protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
preacircmbulo 7 bytes com o padratildeo 10101010 seguidos por um byte
com o padratildeo 10101011 usado para sincronizar receptor ao reloacutegio do
remetente (reloacutegios nunca satildeo exatos eacute muito provaacutevel que exista algum desvio entre eles)
5 Camada de Enlace 5-57
Estrutura de Quadro Ethernet (cont)
Endereccedilos 6 bytes para cada endereccedilo MAC se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo destino igual
ao seu ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede
caso contraacuterio o adaptador descarta o quadro Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior
usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)
CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado
5 Camada de Enlace 5-58
Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo sem conexatildeo natildeo haacute estabelecimento de
conexatildeo (saudaccedilatildeo) entre os adaptadores transmissor e receptor
Natildeo confiaacutevel o adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador transmissordados em quadros descartados satildeo
recuperados apenas se o transmissor usar transferecircncia confiaacutevel em camadas mais altas (ex TCP) caso contraacuterio os dados estaratildeo perdidos
Protocolo MAC do Ethernet CSMACD com retirada binaacuteria
5 Camada de Enlace 5-59
Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
diversos padrotildees Ethernet diferentes tecircm em comum o protocolo MAC e o formato do
quadro diferentes velocidades 2Mbps 10Mbps 100Mbps
1Gbps 10Gbps diferentes meios da camada fiacutesica fibra cabo
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
protocolo MACe formato do quadro
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)
5 Camada de Enlace 5-60
10Base5
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-61
10Base2
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-62
10BaseT
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-63
Conector RJ 45
5 Camada de Enlace 5-64
100Base-TX
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-65 10
Wireless Backhaul
Carrier Ethernet Access Expansion
Voice gateway
VoiceVideoTelephony
HD TVTVoD VoD
Video Source
Gaming BusinessBackup ERP
Internet Video Source
BusinessBroadband
E-Line andE-LAN service
GlobalNationalCarrierEthernet
GlobalNationalCarrierEthernet
SmallMedium Business
Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet
AccessCarrierEthernet
AccessCarrierEthernet
ResidentialTriple-Play
FTTx DSLAM Cable Modem
Broadbandmobile datavideo
Bringing vastly extended scalability for business and residential users
ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing
5 Camada de Enlace 5-66
Carrier Ethernet Defined
bull Carrier Ethernet is a ubiquitous standardized carrier-class SERVICE defined by five attributes that distinguish Carrier Ethernet from familiar LAN based Ethernet
bull It brings the compelling business benefit of the Ethernet cost model to achieve significant savings
Carrier Ethernet
bull Scalability
bull Standardized Services
bull Service Management
bull Quality of Service
bull Reliability
Carrier Ethernet Attributes
httpwwwmetroethernetforumorg
5 Camada de Enlace 5-67
Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e
serviccedilos52 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais
Endereccedilamento ARP
EthernetSwitchesVLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-68
Comutador (switch) Ethernet Dispositivo da camada de enlace tecircm papel
ativo armazena e retransmite quadros Ethernetexamina o cabeccedilalho do quadro e
seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento
transparentehospedeiros ignoram a presenccedila dos
switches plug-and-play self-learning (autodidatas)
os comutadores natildeo necessitam ser configurados
5 Camada de Enlace 5-69
Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas hospedeiros tecircm conexatildeo
direta e dedicada para o switch
os switches armazenam quadros
o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplex cada link eacute o seu proacuteprio
domiacutenio de colisatildeo comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-
para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch com seis interfaces(123456)
1 2 345
6
5 Camada de Enlace 5-70
Tabela de repasse do switch P como eacute que o switch sabe que
Arsquo eacute alcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel a partir da interface 5
R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutem (endereccedilo MAC do hospedeiro
interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)
parece uma tabela de repasse P como satildeo criadas e mantidas as
entradas na tabela de comutaccedilatildeo haacute algo como um protocolo de
roteamento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch with six interfaces(123456)
1 2 345
6
5 Camada de Enlace 5-71
switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfaces quando um quadro eacute
recebido o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada
registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo
Switch autoaprendizagemA
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
5 Camada de Enlace 5-725 Camada de Enlace
Switch filtragemrepasse de quadrosQuando o quadro eacute recebido em um comutador
registra o link de entrada endereccedilo MAC do hospedeiro transmissor
indexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo MAC do destino
if entrada encontrada para o destinothen
if dest estiver no segmento de onde veio o quadro then descarta o quadro
else repassa o quadro na interface indicada else usa inundaccedilatildeo
Repassa o quadro para todas as demais interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido
5 Camada de Enlace 5-73
Exemplo de auto aprendizagem e repasse
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo destino do quadro Arsquo
com localizaccedilatildeo desconhecida inundaccedilatildeo
Arsquo A
local do destino A conhecido
Arsquo 4 60
transmissatildeo seletiva
5 Camada de Enlace 5-74
Interligaccedilatildeo de comutadores
Podemos interligar comutadores (switches)
AB
P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe que deve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3
R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenico comutador)
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
5 Camada de Enlace 5-75
Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde
para C
P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4
AB
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
12
5 Camada de Enlace 5-76
Rede institucional
Para redeexterna
roteador
Subrede IP
Servidor de mensagens
Servidor web
5 Camada de Enlace 5-77
Comutadores x Roteadores
ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa roteadores dispositivos da
camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)
comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace
ambos possuem tabelas de repasse roteadores obteacutem
tabelas usando alg de roteamento endereccedilos IP
comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
redeenlacefiacutesica
enlacefiacutesica
switch
datagrama
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
quadro
quadro
quadrodatagrama
5 Camada de Enlace 5-78
Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e
serviccedilos52 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais
Endereccedilamento ARP
EthernetSwitchesVLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-79
Siacutentese um dia na vida de um pedido web jornada completa atravessando toda a pilha de
protocolos aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
colocando tudo junto siacutentese objetivo identificar revisar entender os
protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web
cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom
5 Camada de Enlace 5-80
Um dia na vida cenaacuterio
rede da Comcast68800013
rede do Google64233160019 64233169105
servidor web
Servidor DNS
rede da escola68802024
paacutegina web
navegador
5 Camada de Enlace 5-81
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPDHCP
quadro Ethernet difundido (dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador que executa o servidor DHCP Ethernet demultiplexado para IP demultiplexado para UDP e demultiplexado paraDHCP
o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilo do primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP Solicitaccedilatildeo DHCP encapsulada em UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023 Ethernet
5 Camada de Enlace 5-82
roteador(roda DHCP)
servidor DHCP prepara ACK DHCP contendo endereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiro roteador nome e endereccedilo IP do servidor DNS
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
encapsulamento no servidor DHCP quadro repassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente
Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador
cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
5 Camada de Enlace 5-83
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
consulta DNS criada encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviar quadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP
consulta ARP difundida recebida pelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccedilo MAC da interface do roteador
o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiro roteador podendo agora enviar o quadro contendo a consulta DNS
ARP query
EthPhy
ARP
ARP
ARP reply
antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
5 Camada de Enlace 5-84
roteador(roda DHCP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
datagrama IP conteacutem consulta DNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador
datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelos protocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS
demultiplexado pelo servidor DNS
servidor DNS responde ao cliente com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
rede da Comcast68800013
servidor DNSDNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
Um dia na vidahellip usando DNS
5 Camada de Enlace 5-85
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
para enviar pedido HTTP cliente primeiro abre um socket TCP para o servidor web segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web
conexatildeo TCP estabelecida64233169105servidor web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCPIPEthPhy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)
5 Camada de Enlace 5-86
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
solicitaccedilatildeo HTTP enviada para o socket TCP datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhado para wwwgooglecom
datagrama IP com a resposta HTTP eacute encaminhado de volta para o cliente
64233169105servidor web
HTTPTCPIPEthPhy
servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTPHTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
paacutegina web finalmente() apresentada
5 Camada de Enlace 5-87
Capiacutetulo 5 Resumo
princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dados detecccedilatildeo correccedilatildeo de erros compartilhamento de canal de difusatildeo acesso
muacuteltiplo endereccedilamento da camada de enlace
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlace Ethernet LANs comutadas VLANs redes virtualizadas como camada de enlace MPLS
siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web
5 Camada de Enlace 5-10
Detecccedilatildeo de ErrosEDC= bits de Detecccedilatildeo e Correccedilatildeo de Erros (redundacircncia)D = Dados protegidos por verificaccedilatildeo de erros podem incluir alguns campos do cabeccedilalho bull a detecccedilatildeo de erros natildeo eacute 100 confiaacutevel
bull protocolos podem deixar passar alguns erros mas eacute rarobull quanto maior for o campo EDC melhor seraacute a capacidade
de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
5 Camada de Enlace 5-11
Verificaccedilotildees de Paridade
Paridade de 1 BitDetecta erros em um uacutenico bit
Paridade BidimensionalDetecta e corrige erro em um uacutenico bit
5 Camada de Enlace 5-12
Soma de verificaccedilatildeo da Internet
Transmissor trata o conteuacutedo do
segmento como uma sequecircncia de inteiros de 16 bits
Soma de verificaccedilatildeo adiccedilatildeo (complemento de 1 da soma ) do conteuacutedo do segmento
transmissor coloca o valor do checksum no campo de checksum UDP
Receptor calcula a soma de
verificaccedilatildeo do segmento recebido
verifica se o resultado eacute igual ao valor do campo da soma de verificaccedilatildeo NAtildeO - erro detectado SIM - nenhum erro foi
detectado Mas ainda pode conter erros
Objetivo detectar ldquoerrosrdquo (ex bits trocados) no segmento transmitido (nota usado apenas na camada de transporte)
5 Camada de Enlace 5-13
Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica (CRC) codificaccedilatildeo para detecccedilatildeo de erro mais poderosa vecirc os bits de dados D como um nuacutemero binaacuterio eacute escolhido um polinocircmio Gerador (G) (=gt r+1 bits) objetivo escolher r bits CRC R de modo que
ltDRgt seja exatamente divisiacutevel por G (moacutedulo 2) receptor conhece G divide ltDRgt por G Caso o resto seja
diferente de zero detectado erro Pode detectar todos os erros em rajadas menores do que
r+1 bits Largamente usado na praacutetica (Ethernet 80211 WiFi ATM)
5 Camada de Enlace 5-14
Exemplo de CRCQueremos
D2r XOR R = nGde forma equivalente
D2r = nG XOR R de forma equivalente se dividirmos D2r
por G queremos o resto R que satisfaccedila
GDR
r2resto
101110000 10011001 101011 1010 1001 1100 1001 1010 1001 011
D G
R
r = 3
5 Camada de Enlace 5-15
Implementaccedilatildeo em Hardware
Aring
G=1001
D2r=101110000
5 Camada de Enlace 5-16
Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e
serviccedilos52 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais
Endereccedilamento ARP
EthernetSwitchesVLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-17
Enlaces e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
Dois tipos de enlaces Ponto-a-ponto
PPP para acesso discado
Conexatildeo entre switch Ethernet e hospedeiro
broadcast (cabo ou meio compartilhado) Ethernet tradicional Upstream HFC 80211 LAN sem fio Sateacutelite Etc
5 Camada de Enlace 5-18
Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
canal de comunicaccedilatildeo uacutenico de broadcast interferecircncia quando dois ou mais noacutes transmitem
simultaneamente colisatildeo se um noacute receber dois ou mais sinais ao mesmo
tempo
Protocolo de acesso muacuteltiplo algoritmo distribuiacutedo que determina como os noacutes
compartilham o canal isto eacute determina quando um noacute pode transmitir
comunicaccedilatildeo sobre o compartilhamento do canal deve usar o proacuteprio canal natildeo haacute canal fora da faixa para coordenar a transmissatildeo
5 Camada de Enlace 5-19
Protocolo Ideal de Acesso MuacuteltiploPara um canal de broadcast com taxa de R bps
1 Quando apenas um noacute tem dados para enviar esse noacute obteacutem uma vazatildeo de R bps
2 Quando M noacutes tecircm dados para enviar cada um desses noacutes poderaacute transmitir em meacutedia a uma taxa de RM bps
3 Completamente descentralizado nenhum noacute especial (mestre) para coordenar as
transmissotildees nenhuma sincronizaccedilatildeo de reloacutegios ou slots
4 Simples para que sua implementaccedilatildeo seja barata
5 Camada de Enlace 5-20
Taxonomia dos Protocolos MACTrecircs categorias gerais divisatildeo de Canal
divide o canal em pequenos ldquopedaccedilosrdquo (slotscompartimentos de tempo frequecircncia coacutedigo)
aloca pedaccedilo a um dado noacute para uso exclusivo deste acesso Aleatoacuterio
canal natildeo eacute dividido podem ocorrer colisotildees ldquorecuperaccedilatildeordquo das colisotildees
revezamento Noacutes se alternam em revezamento mas um noacute que
possui mais dados a transmitir pode demorar mais quando chegar a sua vez
5 Camada de Enlace 5-21
Protocolos MAC de divisatildeo de canal TDMA
TDMA Acesso Muacuteltiplo por Divisatildeo de Tempo acesso ao canal em ldquoturnos cada estaccedilatildeo recebe um comprimento fixo de
compartimento (comprimento = tempo de tx do pacote) em cada turno
compartimentos natildeo usados permanecem ociosos Exemplo LAN com 6 estaccedilotildees compartimentos 1 3 e 4
com pacotes compartimentos 2 5 e 6 ociosos
5 Camada de Enlace 5-22
Protocolos MAC de divisatildeo de canal FDMA
FDMA Acesso Muacuteltiplo por Divisatildeo de Frequecircncia espectro do canal dividido em bandas de frequecircncia a cada estaccedilatildeo eacute atribuiacuteda uma banda fixa de frequecircncia tempo de transmissatildeo natildeo usado nas bandas permanecem
ociosos exemplo LAN com 6 estaccedilotildees 134 com pacotes bandas
256 ociosas
Band
as d
e fre
quecircn
cia tempo
cabo FDM
5 Camada de Enlace 5-23
Protocolos de Acesso Aleatoacuterio Quando noacute tem um pacote para transmitir
transmite na taxa maacutexima Rnenhuma coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes
dois ou mais noacutes transmitindo ldquocolisatildeordquo O protocolo MAC de acesso aleatoacuterio
especifica como detectar colisotildeescomo se recuperar delas (atraveacutes de
retransmissotildees retardadas por exemplo) Exemplos de protocolos MAC de acesso
aleatoacuterioslotted ALOHAALOHACSMA CSMACD CSMACA
5 Camada de Enlace 5-24
Slotted ALOHA
Hipoacuteteses todos os quadros tecircm o
mesmo tamanho (L bits) tempo eacute dividido em slots
de tamanho igual tempo para transmitir 1 quadro (LR seg)
noacutes comeccedilam a transmitir quadros apenas no iniacutecio dos intervalos (slots)
noacutes satildeo sincronizados se 2 ou mais noacutes
transmitirem num slot todos os noacutes detectam a colisatildeo
Operaccedilatildeo quando o noacute obteacutem um novo
quadro ele espera ateacute o iniacutecio do proacuteximo slot e transmite o quadro inteiro
Se natildeo houver colisatildeo noacute poderaacute enviar um novo quadro no proacuteximo slot
caso haja uma colisatildeo (detectada antes do final do intervalo) noacute retransmite o quadro em cada intervalo subsequente com probabilidade p ateacute obter sucesso
5 Camada de Enlace 5-25
Slotted ALOHA
Vantagens uacutenico noacute ativo pode
transmitir continuamente na taxa maacutexima do canal
Altamente descentralizado apenas slots nos noacutes precisam estar sincronizados
simples
Desvantagens colisotildees slots
desperdiccedilados slots ociosos
(desperdiacutecio) noacutes podem ser capazes
de detectar colisotildees num tempo inferior ao da transmissatildeo do pacote
sincronizaccedilatildeo dos reloacutegios
5 Camada de Enlace 5-26
Eficiecircncia do Slotted Aloha
Assuma N noacutes com muitos quadros para enviar cada um transmite num slot com probabilidade p
probabilidade que noacute 1 tenha sucesso em um slot = p(1-p)N-1
probabilidade que qualquer noacute tenha sucesso = Np(1-p)N-
1
Para eficiecircncia maacutexima com N noacutes encontre p que maximiza Np(1-p)N-1
Para muitos noacutes faccedila limite para Np(1-p)N-1
quando N tende a infinito daacute
eficiecircncia maacutexima = 1e = 037
Eficiecircncia eacute a fraccedilatildeo de longo prazo de slots bem sucedidos quando haacute muitos noacutes cada um com muitos quadros para transmitir
Melhor caso canalusado para transmissotildees uacuteteis em apenas 37 do tempo
5 Camada de Enlace 5-27
ALOHA Puro (sem slots) Aloha puro (sem slots) mais simples sem sincronizaccedilatildeo Ao chegar um quadro no noacute
transmite imediatamente Probabilidade de colisatildeo aumenta
quadro enviado em t0 colide com outros quadros enviados em [t0-1t0+1]
5 Camada de Enlace 5-28
Eficiecircncia do Aloha puroP(sucesso por um dado noacute) = P(noacute transmita) P(nenhum outro noacute transmita em [t0-1t0] P(nenhum outro noacute transmita em [t0t0+1] = p (1-p)N-1 (1-p)N-1
= p (1-p)2(N-1)
hellip escolhendo o valor oacutetimo de p e deixando n -gt infinito
= 1(2e) = 018 Ainda pior do que o Slotted Aloha
5 Camada de Enlace 5-29
CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)
CSMA (Carrier Sense Multiple Access) Escuta antes de transmitir (detecccedilatildeo de portadora)
Se o canal estiver livre transmite todo o quadro
Se o canal estiver ocupado adia a transmissatildeo
Analogia humana natildeo interrompa outros
5 Camada de Enlace 5-30
Colisotildees no CSMA
colisotildees ainda podem aconteceratraso de propagaccedilatildeo significa que dois noacutes podem natildeo ouvira transmissatildeo do outro colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo eacute desperdiccedilado
Disposiccedilatildeo espacial dos noacutes
notapapel da distacircncia e atraso de propagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo
5 Camada de Enlace 5-31
CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)
CSMACD detecccedilatildeo da portadora adia a transmissatildeo como no CSMAAs colisotildees satildeo detectadas em pouco tempoTransmissotildees que sofreram colisotildees satildeo
abortadas reduzindo o desperdiacutecio do canal Detecccedilatildeo de colisotildees
Faacutecil em LANs cabeadas mede a potecircncia do sinal compara o sinal recebido com o transmitido
Difiacutecil em LANs sem fio o receptor eacute desligado durante a transmissatildeo
Analogia humana bate papo educado
5 Camada de Enlace 5-32
Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD
5 Camada de Enlace 5-33
Algoritmo CSMACD do Ethernet1 Adaptador recebe datagrama
da camada de rede e cria um quadro
2 Se o adaptador percebe que o canal estaacute ocioso comeccedila a transmitir o quadro Se percebe que o canal estaacute ocupado espera que o canal fique livre e transmite
3 Se o adaptador transmitir todo o quadro sem detectar outra transmissatildeo o adaptador concluiu a operaccedilatildeo com o quadro
4 Se o adaptador detectar outra transmissatildeo enquanto estiver transmitindo aborta e envia sinal de reforccedilo de colisatildeo de 48 bits
5 Apoacutes o aborto o adaptador entra na retirada (backoff) exponencial binaacuteria apoacutes a m-eacutesima colisatildeo o
adaptador escolhe um K aleatoriamente entre 012hellip2m-1 O adaptador espera K512 tempos de bit e retorna ao Passo 2
quanto mais colisotildees houver mas longos seratildeo os intervalos de retirada
5 Camada de Enlace 5-34
Eficiecircncia do CSMACD
tprop = atraso maacuteximo de prop entre 2 noacutes na LAN
ttrans = tempo para transmitir quadro de tamanho maacuteximo
Eficiecircncia vai para 1 agrave medida que tprop vai para 0ttrans vai para infinito
Muito melhor do que ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato
transprop tt 511eficiecircncia
5 Camada de Enlace 5-35
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoProtocolos MAC de divisatildeo de canal
Compartilha o canal eficientemente e de forma justa em altas cargas
Ineficiente em baixas cargas atraso no canal de acesso alocaccedilatildeo de 1N da largura de banda mesmo com apenas 1 noacute ativo
Protocolos MAC de acesso aleatoacuterioeficiente em baixas cargas um uacutenico noacute
pode utilizar completamente o canalAltas cargas overhead com colisotildees
Protocolos de revezamentoProcura oferecer o melhor dos dois mundos
5 Camada de Enlace 5-36
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoSeleccedilatildeo (Polling) Noacute mestre ldquoconvidardquo
noacutes escravos a transmitir em revezamento
Usado tipicamente com dispositivos escravo burros
Preocupaccedilotildees Overhead com as
consultas (polling) Latecircncia Ponto uacutenico de
falha (mestre)
mestre
escravos
poll
dados
dados
5 Camada de Enlace 5-37
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoPassagem de
permissatildeo (token) controla permissatildeo
passada de um noacute para o proacuteximo de forma sequencial
mensagem de passagem da permissatildeo
preocupaccedilotildees overhead com a
passagem de permissatildeo
latecircncia Ponto uacutenico de falha
(permissatildeo)
T
dados
(nada paramandar)
T
5 Camada de Enlace 5-38
Rede de acesso a cabo
Muacuteltiplos canais de difusatildeo downstream de 40Mbps Um uacutenico CMTS transmite para os diversos canais
Muacuteltiplos canais upstream de 30 Mbps Acesso muacuteltiplo todos os usuaacuterios disputam alguns slots
de tempo em canais upstream (outros satildeo preacute-alocados)
terminaccedilatildeo do cabo
CMTS
ISP
sistema de terminaccedilatildeo do cable modem
cablemodemsplitter
hellip
hellip
quadros Internet canais de TV e controle satildeo transmitidos downstream em frequecircncias diferentes
quadros Internet upstream e controle de TV satildeo transmitidos upstream em diferentes frequecircncias em slots de tempo
5 Camada de Enlace 5-39
Rede de acesso a cabo
DOCSIS espec da interface de serviccedilo de dados sobre cabo FDM sobre as frequecircncias dos canais up e downstream TDM upstream alguns slots satildeo alocados outros tecircm
disputabull quadro de mapeamento downstream aloca slots
upstreambull requisiccedilatildeo de slots upstream (e dados) satildeo transmitidos
atraveacutes de acesso aleatoacuterio (retirada binaacuteria) em slots selecionados
quadro de mapeamentop intervalo [t1 t2]
Residecircncias com cable modems
Canal downstream i
Canal Upstream j
t1 t2
Minislots alocados contendo quadros de dadosupstream do cable modem
Minislots contendo quadrosde requisiccedilatildeo de minislots
cable headend
CMTS
5 Camada de Enlace 5-40
Resumo dos protocolos MAC divisatildeo do canal por tempo frequecircncia ou
coacutedigoDivisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequecircncia
acesso aleatoacuterio (dinacircmico) ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDescutar a portadora faacutecil em algumas
tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)
CSMACD usado na EthernetCSMACA usado no 80211
RevezamentoSeleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto
central passagem de permissotildeesBluetooth FDDI Token Ring
5 Camada de Enlace 5-41
Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e
serviccedilos52 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais
Endereccedilamento ARP
EthernetSwitchesVLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-42
Endereccedilos MAC e ARP Endereccedilo IP de 32 bits
endereccedilos da camada de rede para a interface usado pelo repasse da camada 3 (rede)
Endereccedilo MAC (ou LAN ou fiacutesico ou Ethernet) Funccedilatildeo usado lsquolocalmentersquo para levar o quadro de
uma interface ateacute outra interface conectada fisicamente (na mesma rede no sentido do endereccedilamento IP)
Endereccedilo MAC de 48 bits (para a maioria das redes) gravado na ROM do adaptador ou configurado por software
Ex 1A-2F-BB-76-09-ADnotaccedilatildeo hexadecimal (base 16)
(cada ldquonuacutemerordquo representa 4 bits)
5 Camada de Enlace 5-43
Endereccedilos MAC e ARPcada adaptador na LAN possui um endereccedilo MAC uacutenico
Endereccedilo de Broadcast =FF-FF-FF-FF-FF-FF
= adaptador
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN(cabeada ousem fio)
5 Camada de Enlace 5-44
Endereccedilo MAC (cont) Alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC gerenciada pelo IEEE Um fabricante compra uma parte do espaccedilo de
endereccedilos (para garantir unicidade) Analogia (a) endereccedilo MAC como nuacutemero do CPF (b) endereccedilo IP como endereccedilo postal (CEP) endereccedilo MAC tem estrutura linear =gt
portabilidadePode mover um cartatildeo LAN de uma LAN para
outra endereccedilo IP hieraacuterquico NAtildeO eacute portaacutetil (requer IP
moacutevel)Depende da subrede IP agrave qual o noacute estaacute
conectado
5 Camada de Enlace 5-45
ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de Resoluccedilatildeo de Endereccedilos)
Cada noacute IP (Host Roteador) de uma LAN possui tabela ARP
Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN
lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt TTL (Time To Live) tempo
a partir do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute esquecido (valor tiacutepico de 20 min)
Pergunta como obter oendereccedilo MAC de B a partir do endereccedilo IP de B
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53 LAN
237196723
237196778
237196714
237196788
5 Camada de Enlace 5-46
Protocolo ARP mesma LAN (rede) A deseja enviar datagrama
para B e o endereccedilo MAC de B natildeo estaacute na tabela ARP
A difunde o pacote de solicitaccedilatildeo ARP que conteacutem o endereccedilo IP de B Endereccedilo MAC destino =
FF-FF-FF-FF-FF-FF todas as maacutequinas na
LAN recebem a consulta do ARP
B recebe o pacote ARP responde a A com o seu (de B) endereccedilo MAC Quadro enviado para o
endereccedilo MAC (unicast) de A
Uma cache (salva) o par de endereccedilos IP-para-MAC na sua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo fique antiquada (expire) lsquosoft statersquo informaccedilatildeo que expira (vai embora) a menos que seja renovada
ARP eacute ldquoplug-and-playrdquo os noacutes criam suas tabelas ARP sem a intervenccedilatildeo do administrador
da rede
5 Camada de Enlace 5-47
Endereccedilamento repassando para outra LAN encaminhamento envio de datagrama de A para B via R
foco no endereccedilamento ndash nas camadas IP (datagrama) e MAC (quadro)
assume que A conhece o endereccedilo IP de B assume que A conhece o endereccedilo IP do proacuteximo roteador
R (como) assume que A conhece o endereccedilo MAC de R (como)
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
5 Camada de Enlace 5-48
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IPEthPhy
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
A cria datagrama IP com IP origem A destino B A cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC
de R como destino quadro conteacutem o datagrama IP de A-para-B
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55 MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
5 Camada de Enlace 5-49
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IPEthPhy
quadro enviado de A para R
IPEthPhy
quadro recebido em R datagrama removido passado para o IP
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55 MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
5 Camada de Enlace 5-50
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
R repassa o datagrama com origem IP A destino B R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC
de B como destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9B MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
IPEthPhy
5 Camada de Enlace 5-51
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
R repassa o datagrama com origem IP A destino B R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC
de B como destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9B MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
IPEthPhy
5 Camada de Enlace 5-52
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
R repassa o datagrama com origem IP A destino B R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC
de B como destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9B MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
5 Camada de Enlace 5-53
Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e
serviccedilos52 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais
Endereccedilamento ARP
EthernetSwitchesVLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-54
Ethernet Muitiacutessimo difundida porque
Muito barata R$50 para placas 101001000Mbps A mais antiga das tecnologias de rede local (meados da
deacutecada de 70) Mais simples e menos cara que redes usando ficha ou
ATM Acompanhou o aumento de velocidade 10 Mbps ndash 10
Gbps
Rascunho de Metcalfe sobre o Ethernet
5 Camada de Enlace 5-55
Ethernet topologia fiacutesica barramento popular ateacute meados dos anos 90
Todos os noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo (podem colidir um com o outro)
estrela prevalecircncia hoje Comutador (switch) ativo no centro Cada porta roda o protocolo Ethernet separadamente (os
noacutes natildeo colidem uns com os outros)
barramento cabo coaxial
switch
estrela
5 Camada de Enlace 5-56
Estrutura do Quadro EthernetAdaptador remetente encapsula datagrama IP (ou pacote
de outro protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
preacircmbulo 7 bytes com o padratildeo 10101010 seguidos por um byte
com o padratildeo 10101011 usado para sincronizar receptor ao reloacutegio do
remetente (reloacutegios nunca satildeo exatos eacute muito provaacutevel que exista algum desvio entre eles)
5 Camada de Enlace 5-57
Estrutura de Quadro Ethernet (cont)
Endereccedilos 6 bytes para cada endereccedilo MAC se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo destino igual
ao seu ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede
caso contraacuterio o adaptador descarta o quadro Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior
usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)
CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado
5 Camada de Enlace 5-58
Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo sem conexatildeo natildeo haacute estabelecimento de
conexatildeo (saudaccedilatildeo) entre os adaptadores transmissor e receptor
Natildeo confiaacutevel o adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador transmissordados em quadros descartados satildeo
recuperados apenas se o transmissor usar transferecircncia confiaacutevel em camadas mais altas (ex TCP) caso contraacuterio os dados estaratildeo perdidos
Protocolo MAC do Ethernet CSMACD com retirada binaacuteria
5 Camada de Enlace 5-59
Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
diversos padrotildees Ethernet diferentes tecircm em comum o protocolo MAC e o formato do
quadro diferentes velocidades 2Mbps 10Mbps 100Mbps
1Gbps 10Gbps diferentes meios da camada fiacutesica fibra cabo
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
protocolo MACe formato do quadro
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)
5 Camada de Enlace 5-60
10Base5
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-61
10Base2
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-62
10BaseT
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-63
Conector RJ 45
5 Camada de Enlace 5-64
100Base-TX
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-65 10
Wireless Backhaul
Carrier Ethernet Access Expansion
Voice gateway
VoiceVideoTelephony
HD TVTVoD VoD
Video Source
Gaming BusinessBackup ERP
Internet Video Source
BusinessBroadband
E-Line andE-LAN service
GlobalNationalCarrierEthernet
GlobalNationalCarrierEthernet
SmallMedium Business
Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet
AccessCarrierEthernet
AccessCarrierEthernet
ResidentialTriple-Play
FTTx DSLAM Cable Modem
Broadbandmobile datavideo
Bringing vastly extended scalability for business and residential users
ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing
5 Camada de Enlace 5-66
Carrier Ethernet Defined
bull Carrier Ethernet is a ubiquitous standardized carrier-class SERVICE defined by five attributes that distinguish Carrier Ethernet from familiar LAN based Ethernet
bull It brings the compelling business benefit of the Ethernet cost model to achieve significant savings
Carrier Ethernet
bull Scalability
bull Standardized Services
bull Service Management
bull Quality of Service
bull Reliability
Carrier Ethernet Attributes
httpwwwmetroethernetforumorg
5 Camada de Enlace 5-67
Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e
serviccedilos52 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais
Endereccedilamento ARP
EthernetSwitchesVLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-68
Comutador (switch) Ethernet Dispositivo da camada de enlace tecircm papel
ativo armazena e retransmite quadros Ethernetexamina o cabeccedilalho do quadro e
seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento
transparentehospedeiros ignoram a presenccedila dos
switches plug-and-play self-learning (autodidatas)
os comutadores natildeo necessitam ser configurados
5 Camada de Enlace 5-69
Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas hospedeiros tecircm conexatildeo
direta e dedicada para o switch
os switches armazenam quadros
o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplex cada link eacute o seu proacuteprio
domiacutenio de colisatildeo comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-
para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch com seis interfaces(123456)
1 2 345
6
5 Camada de Enlace 5-70
Tabela de repasse do switch P como eacute que o switch sabe que
Arsquo eacute alcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel a partir da interface 5
R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutem (endereccedilo MAC do hospedeiro
interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)
parece uma tabela de repasse P como satildeo criadas e mantidas as
entradas na tabela de comutaccedilatildeo haacute algo como um protocolo de
roteamento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch with six interfaces(123456)
1 2 345
6
5 Camada de Enlace 5-71
switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfaces quando um quadro eacute
recebido o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada
registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo
Switch autoaprendizagemA
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
5 Camada de Enlace 5-725 Camada de Enlace
Switch filtragemrepasse de quadrosQuando o quadro eacute recebido em um comutador
registra o link de entrada endereccedilo MAC do hospedeiro transmissor
indexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo MAC do destino
if entrada encontrada para o destinothen
if dest estiver no segmento de onde veio o quadro then descarta o quadro
else repassa o quadro na interface indicada else usa inundaccedilatildeo
Repassa o quadro para todas as demais interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido
5 Camada de Enlace 5-73
Exemplo de auto aprendizagem e repasse
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo destino do quadro Arsquo
com localizaccedilatildeo desconhecida inundaccedilatildeo
Arsquo A
local do destino A conhecido
Arsquo 4 60
transmissatildeo seletiva
5 Camada de Enlace 5-74
Interligaccedilatildeo de comutadores
Podemos interligar comutadores (switches)
AB
P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe que deve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3
R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenico comutador)
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
5 Camada de Enlace 5-75
Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde
para C
P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4
AB
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
12
5 Camada de Enlace 5-76
Rede institucional
Para redeexterna
roteador
Subrede IP
Servidor de mensagens
Servidor web
5 Camada de Enlace 5-77
Comutadores x Roteadores
ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa roteadores dispositivos da
camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)
comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace
ambos possuem tabelas de repasse roteadores obteacutem
tabelas usando alg de roteamento endereccedilos IP
comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
redeenlacefiacutesica
enlacefiacutesica
switch
datagrama
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
quadro
quadro
quadrodatagrama
5 Camada de Enlace 5-78
Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e
serviccedilos52 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais
Endereccedilamento ARP
EthernetSwitchesVLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-79
Siacutentese um dia na vida de um pedido web jornada completa atravessando toda a pilha de
protocolos aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
colocando tudo junto siacutentese objetivo identificar revisar entender os
protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web
cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom
5 Camada de Enlace 5-80
Um dia na vida cenaacuterio
rede da Comcast68800013
rede do Google64233160019 64233169105
servidor web
Servidor DNS
rede da escola68802024
paacutegina web
navegador
5 Camada de Enlace 5-81
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPDHCP
quadro Ethernet difundido (dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador que executa o servidor DHCP Ethernet demultiplexado para IP demultiplexado para UDP e demultiplexado paraDHCP
o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilo do primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP Solicitaccedilatildeo DHCP encapsulada em UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023 Ethernet
5 Camada de Enlace 5-82
roteador(roda DHCP)
servidor DHCP prepara ACK DHCP contendo endereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiro roteador nome e endereccedilo IP do servidor DNS
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
encapsulamento no servidor DHCP quadro repassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente
Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador
cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
5 Camada de Enlace 5-83
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
consulta DNS criada encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviar quadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP
consulta ARP difundida recebida pelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccedilo MAC da interface do roteador
o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiro roteador podendo agora enviar o quadro contendo a consulta DNS
ARP query
EthPhy
ARP
ARP
ARP reply
antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
5 Camada de Enlace 5-84
roteador(roda DHCP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
datagrama IP conteacutem consulta DNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador
datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelos protocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS
demultiplexado pelo servidor DNS
servidor DNS responde ao cliente com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
rede da Comcast68800013
servidor DNSDNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
Um dia na vidahellip usando DNS
5 Camada de Enlace 5-85
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
para enviar pedido HTTP cliente primeiro abre um socket TCP para o servidor web segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web
conexatildeo TCP estabelecida64233169105servidor web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCPIPEthPhy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)
5 Camada de Enlace 5-86
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
solicitaccedilatildeo HTTP enviada para o socket TCP datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhado para wwwgooglecom
datagrama IP com a resposta HTTP eacute encaminhado de volta para o cliente
64233169105servidor web
HTTPTCPIPEthPhy
servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTPHTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
paacutegina web finalmente() apresentada
5 Camada de Enlace 5-87
Capiacutetulo 5 Resumo
princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dados detecccedilatildeo correccedilatildeo de erros compartilhamento de canal de difusatildeo acesso
muacuteltiplo endereccedilamento da camada de enlace
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlace Ethernet LANs comutadas VLANs redes virtualizadas como camada de enlace MPLS
siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web
5 Camada de Enlace 5-11
Verificaccedilotildees de Paridade
Paridade de 1 BitDetecta erros em um uacutenico bit
Paridade BidimensionalDetecta e corrige erro em um uacutenico bit
5 Camada de Enlace 5-12
Soma de verificaccedilatildeo da Internet
Transmissor trata o conteuacutedo do
segmento como uma sequecircncia de inteiros de 16 bits
Soma de verificaccedilatildeo adiccedilatildeo (complemento de 1 da soma ) do conteuacutedo do segmento
transmissor coloca o valor do checksum no campo de checksum UDP
Receptor calcula a soma de
verificaccedilatildeo do segmento recebido
verifica se o resultado eacute igual ao valor do campo da soma de verificaccedilatildeo NAtildeO - erro detectado SIM - nenhum erro foi
detectado Mas ainda pode conter erros
Objetivo detectar ldquoerrosrdquo (ex bits trocados) no segmento transmitido (nota usado apenas na camada de transporte)
5 Camada de Enlace 5-13
Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica (CRC) codificaccedilatildeo para detecccedilatildeo de erro mais poderosa vecirc os bits de dados D como um nuacutemero binaacuterio eacute escolhido um polinocircmio Gerador (G) (=gt r+1 bits) objetivo escolher r bits CRC R de modo que
ltDRgt seja exatamente divisiacutevel por G (moacutedulo 2) receptor conhece G divide ltDRgt por G Caso o resto seja
diferente de zero detectado erro Pode detectar todos os erros em rajadas menores do que
r+1 bits Largamente usado na praacutetica (Ethernet 80211 WiFi ATM)
5 Camada de Enlace 5-14
Exemplo de CRCQueremos
D2r XOR R = nGde forma equivalente
D2r = nG XOR R de forma equivalente se dividirmos D2r
por G queremos o resto R que satisfaccedila
GDR
r2resto
101110000 10011001 101011 1010 1001 1100 1001 1010 1001 011
D G
R
r = 3
5 Camada de Enlace 5-15
Implementaccedilatildeo em Hardware
Aring
G=1001
D2r=101110000
5 Camada de Enlace 5-16
Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e
serviccedilos52 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais
Endereccedilamento ARP
EthernetSwitchesVLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-17
Enlaces e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
Dois tipos de enlaces Ponto-a-ponto
PPP para acesso discado
Conexatildeo entre switch Ethernet e hospedeiro
broadcast (cabo ou meio compartilhado) Ethernet tradicional Upstream HFC 80211 LAN sem fio Sateacutelite Etc
5 Camada de Enlace 5-18
Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
canal de comunicaccedilatildeo uacutenico de broadcast interferecircncia quando dois ou mais noacutes transmitem
simultaneamente colisatildeo se um noacute receber dois ou mais sinais ao mesmo
tempo
Protocolo de acesso muacuteltiplo algoritmo distribuiacutedo que determina como os noacutes
compartilham o canal isto eacute determina quando um noacute pode transmitir
comunicaccedilatildeo sobre o compartilhamento do canal deve usar o proacuteprio canal natildeo haacute canal fora da faixa para coordenar a transmissatildeo
5 Camada de Enlace 5-19
Protocolo Ideal de Acesso MuacuteltiploPara um canal de broadcast com taxa de R bps
1 Quando apenas um noacute tem dados para enviar esse noacute obteacutem uma vazatildeo de R bps
2 Quando M noacutes tecircm dados para enviar cada um desses noacutes poderaacute transmitir em meacutedia a uma taxa de RM bps
3 Completamente descentralizado nenhum noacute especial (mestre) para coordenar as
transmissotildees nenhuma sincronizaccedilatildeo de reloacutegios ou slots
4 Simples para que sua implementaccedilatildeo seja barata
5 Camada de Enlace 5-20
Taxonomia dos Protocolos MACTrecircs categorias gerais divisatildeo de Canal
divide o canal em pequenos ldquopedaccedilosrdquo (slotscompartimentos de tempo frequecircncia coacutedigo)
aloca pedaccedilo a um dado noacute para uso exclusivo deste acesso Aleatoacuterio
canal natildeo eacute dividido podem ocorrer colisotildees ldquorecuperaccedilatildeordquo das colisotildees
revezamento Noacutes se alternam em revezamento mas um noacute que
possui mais dados a transmitir pode demorar mais quando chegar a sua vez
5 Camada de Enlace 5-21
Protocolos MAC de divisatildeo de canal TDMA
TDMA Acesso Muacuteltiplo por Divisatildeo de Tempo acesso ao canal em ldquoturnos cada estaccedilatildeo recebe um comprimento fixo de
compartimento (comprimento = tempo de tx do pacote) em cada turno
compartimentos natildeo usados permanecem ociosos Exemplo LAN com 6 estaccedilotildees compartimentos 1 3 e 4
com pacotes compartimentos 2 5 e 6 ociosos
5 Camada de Enlace 5-22
Protocolos MAC de divisatildeo de canal FDMA
FDMA Acesso Muacuteltiplo por Divisatildeo de Frequecircncia espectro do canal dividido em bandas de frequecircncia a cada estaccedilatildeo eacute atribuiacuteda uma banda fixa de frequecircncia tempo de transmissatildeo natildeo usado nas bandas permanecem
ociosos exemplo LAN com 6 estaccedilotildees 134 com pacotes bandas
256 ociosas
Band
as d
e fre
quecircn
cia tempo
cabo FDM
5 Camada de Enlace 5-23
Protocolos de Acesso Aleatoacuterio Quando noacute tem um pacote para transmitir
transmite na taxa maacutexima Rnenhuma coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes
dois ou mais noacutes transmitindo ldquocolisatildeordquo O protocolo MAC de acesso aleatoacuterio
especifica como detectar colisotildeescomo se recuperar delas (atraveacutes de
retransmissotildees retardadas por exemplo) Exemplos de protocolos MAC de acesso
aleatoacuterioslotted ALOHAALOHACSMA CSMACD CSMACA
5 Camada de Enlace 5-24
Slotted ALOHA
Hipoacuteteses todos os quadros tecircm o
mesmo tamanho (L bits) tempo eacute dividido em slots
de tamanho igual tempo para transmitir 1 quadro (LR seg)
noacutes comeccedilam a transmitir quadros apenas no iniacutecio dos intervalos (slots)
noacutes satildeo sincronizados se 2 ou mais noacutes
transmitirem num slot todos os noacutes detectam a colisatildeo
Operaccedilatildeo quando o noacute obteacutem um novo
quadro ele espera ateacute o iniacutecio do proacuteximo slot e transmite o quadro inteiro
Se natildeo houver colisatildeo noacute poderaacute enviar um novo quadro no proacuteximo slot
caso haja uma colisatildeo (detectada antes do final do intervalo) noacute retransmite o quadro em cada intervalo subsequente com probabilidade p ateacute obter sucesso
5 Camada de Enlace 5-25
Slotted ALOHA
Vantagens uacutenico noacute ativo pode
transmitir continuamente na taxa maacutexima do canal
Altamente descentralizado apenas slots nos noacutes precisam estar sincronizados
simples
Desvantagens colisotildees slots
desperdiccedilados slots ociosos
(desperdiacutecio) noacutes podem ser capazes
de detectar colisotildees num tempo inferior ao da transmissatildeo do pacote
sincronizaccedilatildeo dos reloacutegios
5 Camada de Enlace 5-26
Eficiecircncia do Slotted Aloha
Assuma N noacutes com muitos quadros para enviar cada um transmite num slot com probabilidade p
probabilidade que noacute 1 tenha sucesso em um slot = p(1-p)N-1
probabilidade que qualquer noacute tenha sucesso = Np(1-p)N-
1
Para eficiecircncia maacutexima com N noacutes encontre p que maximiza Np(1-p)N-1
Para muitos noacutes faccedila limite para Np(1-p)N-1
quando N tende a infinito daacute
eficiecircncia maacutexima = 1e = 037
Eficiecircncia eacute a fraccedilatildeo de longo prazo de slots bem sucedidos quando haacute muitos noacutes cada um com muitos quadros para transmitir
Melhor caso canalusado para transmissotildees uacuteteis em apenas 37 do tempo
5 Camada de Enlace 5-27
ALOHA Puro (sem slots) Aloha puro (sem slots) mais simples sem sincronizaccedilatildeo Ao chegar um quadro no noacute
transmite imediatamente Probabilidade de colisatildeo aumenta
quadro enviado em t0 colide com outros quadros enviados em [t0-1t0+1]
5 Camada de Enlace 5-28
Eficiecircncia do Aloha puroP(sucesso por um dado noacute) = P(noacute transmita) P(nenhum outro noacute transmita em [t0-1t0] P(nenhum outro noacute transmita em [t0t0+1] = p (1-p)N-1 (1-p)N-1
= p (1-p)2(N-1)
hellip escolhendo o valor oacutetimo de p e deixando n -gt infinito
= 1(2e) = 018 Ainda pior do que o Slotted Aloha
5 Camada de Enlace 5-29
CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)
CSMA (Carrier Sense Multiple Access) Escuta antes de transmitir (detecccedilatildeo de portadora)
Se o canal estiver livre transmite todo o quadro
Se o canal estiver ocupado adia a transmissatildeo
Analogia humana natildeo interrompa outros
5 Camada de Enlace 5-30
Colisotildees no CSMA
colisotildees ainda podem aconteceratraso de propagaccedilatildeo significa que dois noacutes podem natildeo ouvira transmissatildeo do outro colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo eacute desperdiccedilado
Disposiccedilatildeo espacial dos noacutes
notapapel da distacircncia e atraso de propagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo
5 Camada de Enlace 5-31
CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)
CSMACD detecccedilatildeo da portadora adia a transmissatildeo como no CSMAAs colisotildees satildeo detectadas em pouco tempoTransmissotildees que sofreram colisotildees satildeo
abortadas reduzindo o desperdiacutecio do canal Detecccedilatildeo de colisotildees
Faacutecil em LANs cabeadas mede a potecircncia do sinal compara o sinal recebido com o transmitido
Difiacutecil em LANs sem fio o receptor eacute desligado durante a transmissatildeo
Analogia humana bate papo educado
5 Camada de Enlace 5-32
Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD
5 Camada de Enlace 5-33
Algoritmo CSMACD do Ethernet1 Adaptador recebe datagrama
da camada de rede e cria um quadro
2 Se o adaptador percebe que o canal estaacute ocioso comeccedila a transmitir o quadro Se percebe que o canal estaacute ocupado espera que o canal fique livre e transmite
3 Se o adaptador transmitir todo o quadro sem detectar outra transmissatildeo o adaptador concluiu a operaccedilatildeo com o quadro
4 Se o adaptador detectar outra transmissatildeo enquanto estiver transmitindo aborta e envia sinal de reforccedilo de colisatildeo de 48 bits
5 Apoacutes o aborto o adaptador entra na retirada (backoff) exponencial binaacuteria apoacutes a m-eacutesima colisatildeo o
adaptador escolhe um K aleatoriamente entre 012hellip2m-1 O adaptador espera K512 tempos de bit e retorna ao Passo 2
quanto mais colisotildees houver mas longos seratildeo os intervalos de retirada
5 Camada de Enlace 5-34
Eficiecircncia do CSMACD
tprop = atraso maacuteximo de prop entre 2 noacutes na LAN
ttrans = tempo para transmitir quadro de tamanho maacuteximo
Eficiecircncia vai para 1 agrave medida que tprop vai para 0ttrans vai para infinito
Muito melhor do que ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato
transprop tt 511eficiecircncia
5 Camada de Enlace 5-35
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoProtocolos MAC de divisatildeo de canal
Compartilha o canal eficientemente e de forma justa em altas cargas
Ineficiente em baixas cargas atraso no canal de acesso alocaccedilatildeo de 1N da largura de banda mesmo com apenas 1 noacute ativo
Protocolos MAC de acesso aleatoacuterioeficiente em baixas cargas um uacutenico noacute
pode utilizar completamente o canalAltas cargas overhead com colisotildees
Protocolos de revezamentoProcura oferecer o melhor dos dois mundos
5 Camada de Enlace 5-36
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoSeleccedilatildeo (Polling) Noacute mestre ldquoconvidardquo
noacutes escravos a transmitir em revezamento
Usado tipicamente com dispositivos escravo burros
Preocupaccedilotildees Overhead com as
consultas (polling) Latecircncia Ponto uacutenico de
falha (mestre)
mestre
escravos
poll
dados
dados
5 Camada de Enlace 5-37
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoPassagem de
permissatildeo (token) controla permissatildeo
passada de um noacute para o proacuteximo de forma sequencial
mensagem de passagem da permissatildeo
preocupaccedilotildees overhead com a
passagem de permissatildeo
latecircncia Ponto uacutenico de falha
(permissatildeo)
T
dados
(nada paramandar)
T
5 Camada de Enlace 5-38
Rede de acesso a cabo
Muacuteltiplos canais de difusatildeo downstream de 40Mbps Um uacutenico CMTS transmite para os diversos canais
Muacuteltiplos canais upstream de 30 Mbps Acesso muacuteltiplo todos os usuaacuterios disputam alguns slots
de tempo em canais upstream (outros satildeo preacute-alocados)
terminaccedilatildeo do cabo
CMTS
ISP
sistema de terminaccedilatildeo do cable modem
cablemodemsplitter
hellip
hellip
quadros Internet canais de TV e controle satildeo transmitidos downstream em frequecircncias diferentes
quadros Internet upstream e controle de TV satildeo transmitidos upstream em diferentes frequecircncias em slots de tempo
5 Camada de Enlace 5-39
Rede de acesso a cabo
DOCSIS espec da interface de serviccedilo de dados sobre cabo FDM sobre as frequecircncias dos canais up e downstream TDM upstream alguns slots satildeo alocados outros tecircm
disputabull quadro de mapeamento downstream aloca slots
upstreambull requisiccedilatildeo de slots upstream (e dados) satildeo transmitidos
atraveacutes de acesso aleatoacuterio (retirada binaacuteria) em slots selecionados
quadro de mapeamentop intervalo [t1 t2]
Residecircncias com cable modems
Canal downstream i
Canal Upstream j
t1 t2
Minislots alocados contendo quadros de dadosupstream do cable modem
Minislots contendo quadrosde requisiccedilatildeo de minislots
cable headend
CMTS
5 Camada de Enlace 5-40
Resumo dos protocolos MAC divisatildeo do canal por tempo frequecircncia ou
coacutedigoDivisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequecircncia
acesso aleatoacuterio (dinacircmico) ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDescutar a portadora faacutecil em algumas
tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)
CSMACD usado na EthernetCSMACA usado no 80211
RevezamentoSeleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto
central passagem de permissotildeesBluetooth FDDI Token Ring
5 Camada de Enlace 5-41
Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e
serviccedilos52 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais
Endereccedilamento ARP
EthernetSwitchesVLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-42
Endereccedilos MAC e ARP Endereccedilo IP de 32 bits
endereccedilos da camada de rede para a interface usado pelo repasse da camada 3 (rede)
Endereccedilo MAC (ou LAN ou fiacutesico ou Ethernet) Funccedilatildeo usado lsquolocalmentersquo para levar o quadro de
uma interface ateacute outra interface conectada fisicamente (na mesma rede no sentido do endereccedilamento IP)
Endereccedilo MAC de 48 bits (para a maioria das redes) gravado na ROM do adaptador ou configurado por software
Ex 1A-2F-BB-76-09-ADnotaccedilatildeo hexadecimal (base 16)
(cada ldquonuacutemerordquo representa 4 bits)
5 Camada de Enlace 5-43
Endereccedilos MAC e ARPcada adaptador na LAN possui um endereccedilo MAC uacutenico
Endereccedilo de Broadcast =FF-FF-FF-FF-FF-FF
= adaptador
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN(cabeada ousem fio)
5 Camada de Enlace 5-44
Endereccedilo MAC (cont) Alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC gerenciada pelo IEEE Um fabricante compra uma parte do espaccedilo de
endereccedilos (para garantir unicidade) Analogia (a) endereccedilo MAC como nuacutemero do CPF (b) endereccedilo IP como endereccedilo postal (CEP) endereccedilo MAC tem estrutura linear =gt
portabilidadePode mover um cartatildeo LAN de uma LAN para
outra endereccedilo IP hieraacuterquico NAtildeO eacute portaacutetil (requer IP
moacutevel)Depende da subrede IP agrave qual o noacute estaacute
conectado
5 Camada de Enlace 5-45
ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de Resoluccedilatildeo de Endereccedilos)
Cada noacute IP (Host Roteador) de uma LAN possui tabela ARP
Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN
lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt TTL (Time To Live) tempo
a partir do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute esquecido (valor tiacutepico de 20 min)
Pergunta como obter oendereccedilo MAC de B a partir do endereccedilo IP de B
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53 LAN
237196723
237196778
237196714
237196788
5 Camada de Enlace 5-46
Protocolo ARP mesma LAN (rede) A deseja enviar datagrama
para B e o endereccedilo MAC de B natildeo estaacute na tabela ARP
A difunde o pacote de solicitaccedilatildeo ARP que conteacutem o endereccedilo IP de B Endereccedilo MAC destino =
FF-FF-FF-FF-FF-FF todas as maacutequinas na
LAN recebem a consulta do ARP
B recebe o pacote ARP responde a A com o seu (de B) endereccedilo MAC Quadro enviado para o
endereccedilo MAC (unicast) de A
Uma cache (salva) o par de endereccedilos IP-para-MAC na sua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo fique antiquada (expire) lsquosoft statersquo informaccedilatildeo que expira (vai embora) a menos que seja renovada
ARP eacute ldquoplug-and-playrdquo os noacutes criam suas tabelas ARP sem a intervenccedilatildeo do administrador
da rede
5 Camada de Enlace 5-47
Endereccedilamento repassando para outra LAN encaminhamento envio de datagrama de A para B via R
foco no endereccedilamento ndash nas camadas IP (datagrama) e MAC (quadro)
assume que A conhece o endereccedilo IP de B assume que A conhece o endereccedilo IP do proacuteximo roteador
R (como) assume que A conhece o endereccedilo MAC de R (como)
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
5 Camada de Enlace 5-48
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IPEthPhy
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
A cria datagrama IP com IP origem A destino B A cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC
de R como destino quadro conteacutem o datagrama IP de A-para-B
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55 MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
5 Camada de Enlace 5-49
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IPEthPhy
quadro enviado de A para R
IPEthPhy
quadro recebido em R datagrama removido passado para o IP
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55 MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
5 Camada de Enlace 5-50
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
R repassa o datagrama com origem IP A destino B R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC
de B como destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9B MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
IPEthPhy
5 Camada de Enlace 5-51
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
R repassa o datagrama com origem IP A destino B R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC
de B como destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9B MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
IPEthPhy
5 Camada de Enlace 5-52
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
R repassa o datagrama com origem IP A destino B R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC
de B como destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9B MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
5 Camada de Enlace 5-53
Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e
serviccedilos52 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais
Endereccedilamento ARP
EthernetSwitchesVLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-54
Ethernet Muitiacutessimo difundida porque
Muito barata R$50 para placas 101001000Mbps A mais antiga das tecnologias de rede local (meados da
deacutecada de 70) Mais simples e menos cara que redes usando ficha ou
ATM Acompanhou o aumento de velocidade 10 Mbps ndash 10
Gbps
Rascunho de Metcalfe sobre o Ethernet
5 Camada de Enlace 5-55
Ethernet topologia fiacutesica barramento popular ateacute meados dos anos 90
Todos os noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo (podem colidir um com o outro)
estrela prevalecircncia hoje Comutador (switch) ativo no centro Cada porta roda o protocolo Ethernet separadamente (os
noacutes natildeo colidem uns com os outros)
barramento cabo coaxial
switch
estrela
5 Camada de Enlace 5-56
Estrutura do Quadro EthernetAdaptador remetente encapsula datagrama IP (ou pacote
de outro protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
preacircmbulo 7 bytes com o padratildeo 10101010 seguidos por um byte
com o padratildeo 10101011 usado para sincronizar receptor ao reloacutegio do
remetente (reloacutegios nunca satildeo exatos eacute muito provaacutevel que exista algum desvio entre eles)
5 Camada de Enlace 5-57
Estrutura de Quadro Ethernet (cont)
Endereccedilos 6 bytes para cada endereccedilo MAC se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo destino igual
ao seu ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede
caso contraacuterio o adaptador descarta o quadro Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior
usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)
CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado
5 Camada de Enlace 5-58
Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo sem conexatildeo natildeo haacute estabelecimento de
conexatildeo (saudaccedilatildeo) entre os adaptadores transmissor e receptor
Natildeo confiaacutevel o adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador transmissordados em quadros descartados satildeo
recuperados apenas se o transmissor usar transferecircncia confiaacutevel em camadas mais altas (ex TCP) caso contraacuterio os dados estaratildeo perdidos
Protocolo MAC do Ethernet CSMACD com retirada binaacuteria
5 Camada de Enlace 5-59
Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
diversos padrotildees Ethernet diferentes tecircm em comum o protocolo MAC e o formato do
quadro diferentes velocidades 2Mbps 10Mbps 100Mbps
1Gbps 10Gbps diferentes meios da camada fiacutesica fibra cabo
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
protocolo MACe formato do quadro
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)
5 Camada de Enlace 5-60
10Base5
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-61
10Base2
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-62
10BaseT
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-63
Conector RJ 45
5 Camada de Enlace 5-64
100Base-TX
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-65 10
Wireless Backhaul
Carrier Ethernet Access Expansion
Voice gateway
VoiceVideoTelephony
HD TVTVoD VoD
Video Source
Gaming BusinessBackup ERP
Internet Video Source
BusinessBroadband
E-Line andE-LAN service
GlobalNationalCarrierEthernet
GlobalNationalCarrierEthernet
SmallMedium Business
Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet
AccessCarrierEthernet
AccessCarrierEthernet
ResidentialTriple-Play
FTTx DSLAM Cable Modem
Broadbandmobile datavideo
Bringing vastly extended scalability for business and residential users
ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing
5 Camada de Enlace 5-66
Carrier Ethernet Defined
bull Carrier Ethernet is a ubiquitous standardized carrier-class SERVICE defined by five attributes that distinguish Carrier Ethernet from familiar LAN based Ethernet
bull It brings the compelling business benefit of the Ethernet cost model to achieve significant savings
Carrier Ethernet
bull Scalability
bull Standardized Services
bull Service Management
bull Quality of Service
bull Reliability
Carrier Ethernet Attributes
httpwwwmetroethernetforumorg
5 Camada de Enlace 5-67
Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e
serviccedilos52 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais
Endereccedilamento ARP
EthernetSwitchesVLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-68
Comutador (switch) Ethernet Dispositivo da camada de enlace tecircm papel
ativo armazena e retransmite quadros Ethernetexamina o cabeccedilalho do quadro e
seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento
transparentehospedeiros ignoram a presenccedila dos
switches plug-and-play self-learning (autodidatas)
os comutadores natildeo necessitam ser configurados
5 Camada de Enlace 5-69
Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas hospedeiros tecircm conexatildeo
direta e dedicada para o switch
os switches armazenam quadros
o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplex cada link eacute o seu proacuteprio
domiacutenio de colisatildeo comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-
para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch com seis interfaces(123456)
1 2 345
6
5 Camada de Enlace 5-70
Tabela de repasse do switch P como eacute que o switch sabe que
Arsquo eacute alcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel a partir da interface 5
R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutem (endereccedilo MAC do hospedeiro
interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)
parece uma tabela de repasse P como satildeo criadas e mantidas as
entradas na tabela de comutaccedilatildeo haacute algo como um protocolo de
roteamento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch with six interfaces(123456)
1 2 345
6
5 Camada de Enlace 5-71
switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfaces quando um quadro eacute
recebido o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada
registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo
Switch autoaprendizagemA
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
5 Camada de Enlace 5-725 Camada de Enlace
Switch filtragemrepasse de quadrosQuando o quadro eacute recebido em um comutador
registra o link de entrada endereccedilo MAC do hospedeiro transmissor
indexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo MAC do destino
if entrada encontrada para o destinothen
if dest estiver no segmento de onde veio o quadro then descarta o quadro
else repassa o quadro na interface indicada else usa inundaccedilatildeo
Repassa o quadro para todas as demais interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido
5 Camada de Enlace 5-73
Exemplo de auto aprendizagem e repasse
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo destino do quadro Arsquo
com localizaccedilatildeo desconhecida inundaccedilatildeo
Arsquo A
local do destino A conhecido
Arsquo 4 60
transmissatildeo seletiva
5 Camada de Enlace 5-74
Interligaccedilatildeo de comutadores
Podemos interligar comutadores (switches)
AB
P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe que deve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3
R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenico comutador)
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
5 Camada de Enlace 5-75
Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde
para C
P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4
AB
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
12
5 Camada de Enlace 5-76
Rede institucional
Para redeexterna
roteador
Subrede IP
Servidor de mensagens
Servidor web
5 Camada de Enlace 5-77
Comutadores x Roteadores
ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa roteadores dispositivos da
camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)
comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace
ambos possuem tabelas de repasse roteadores obteacutem
tabelas usando alg de roteamento endereccedilos IP
comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
redeenlacefiacutesica
enlacefiacutesica
switch
datagrama
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
quadro
quadro
quadrodatagrama
5 Camada de Enlace 5-78
Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e
serviccedilos52 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais
Endereccedilamento ARP
EthernetSwitchesVLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-79
Siacutentese um dia na vida de um pedido web jornada completa atravessando toda a pilha de
protocolos aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
colocando tudo junto siacutentese objetivo identificar revisar entender os
protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web
cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom
5 Camada de Enlace 5-80
Um dia na vida cenaacuterio
rede da Comcast68800013
rede do Google64233160019 64233169105
servidor web
Servidor DNS
rede da escola68802024
paacutegina web
navegador
5 Camada de Enlace 5-81
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPDHCP
quadro Ethernet difundido (dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador que executa o servidor DHCP Ethernet demultiplexado para IP demultiplexado para UDP e demultiplexado paraDHCP
o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilo do primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP Solicitaccedilatildeo DHCP encapsulada em UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023 Ethernet
5 Camada de Enlace 5-82
roteador(roda DHCP)
servidor DHCP prepara ACK DHCP contendo endereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiro roteador nome e endereccedilo IP do servidor DNS
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
encapsulamento no servidor DHCP quadro repassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente
Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador
cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
5 Camada de Enlace 5-83
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
consulta DNS criada encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviar quadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP
consulta ARP difundida recebida pelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccedilo MAC da interface do roteador
o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiro roteador podendo agora enviar o quadro contendo a consulta DNS
ARP query
EthPhy
ARP
ARP
ARP reply
antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
5 Camada de Enlace 5-84
roteador(roda DHCP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
datagrama IP conteacutem consulta DNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador
datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelos protocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS
demultiplexado pelo servidor DNS
servidor DNS responde ao cliente com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
rede da Comcast68800013
servidor DNSDNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
Um dia na vidahellip usando DNS
5 Camada de Enlace 5-85
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
para enviar pedido HTTP cliente primeiro abre um socket TCP para o servidor web segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web
conexatildeo TCP estabelecida64233169105servidor web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCPIPEthPhy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)
5 Camada de Enlace 5-86
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
solicitaccedilatildeo HTTP enviada para o socket TCP datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhado para wwwgooglecom
datagrama IP com a resposta HTTP eacute encaminhado de volta para o cliente
64233169105servidor web
HTTPTCPIPEthPhy
servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTPHTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
paacutegina web finalmente() apresentada
5 Camada de Enlace 5-87
Capiacutetulo 5 Resumo
princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dados detecccedilatildeo correccedilatildeo de erros compartilhamento de canal de difusatildeo acesso
muacuteltiplo endereccedilamento da camada de enlace
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlace Ethernet LANs comutadas VLANs redes virtualizadas como camada de enlace MPLS
siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web
5 Camada de Enlace 5-12
Soma de verificaccedilatildeo da Internet
Transmissor trata o conteuacutedo do
segmento como uma sequecircncia de inteiros de 16 bits
Soma de verificaccedilatildeo adiccedilatildeo (complemento de 1 da soma ) do conteuacutedo do segmento
transmissor coloca o valor do checksum no campo de checksum UDP
Receptor calcula a soma de
verificaccedilatildeo do segmento recebido
verifica se o resultado eacute igual ao valor do campo da soma de verificaccedilatildeo NAtildeO - erro detectado SIM - nenhum erro foi
detectado Mas ainda pode conter erros
Objetivo detectar ldquoerrosrdquo (ex bits trocados) no segmento transmitido (nota usado apenas na camada de transporte)
5 Camada de Enlace 5-13
Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica (CRC) codificaccedilatildeo para detecccedilatildeo de erro mais poderosa vecirc os bits de dados D como um nuacutemero binaacuterio eacute escolhido um polinocircmio Gerador (G) (=gt r+1 bits) objetivo escolher r bits CRC R de modo que
ltDRgt seja exatamente divisiacutevel por G (moacutedulo 2) receptor conhece G divide ltDRgt por G Caso o resto seja
diferente de zero detectado erro Pode detectar todos os erros em rajadas menores do que
r+1 bits Largamente usado na praacutetica (Ethernet 80211 WiFi ATM)
5 Camada de Enlace 5-14
Exemplo de CRCQueremos
D2r XOR R = nGde forma equivalente
D2r = nG XOR R de forma equivalente se dividirmos D2r
por G queremos o resto R que satisfaccedila
GDR
r2resto
101110000 10011001 101011 1010 1001 1100 1001 1010 1001 011
D G
R
r = 3
5 Camada de Enlace 5-15
Implementaccedilatildeo em Hardware
Aring
G=1001
D2r=101110000
5 Camada de Enlace 5-16
Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e
serviccedilos52 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais
Endereccedilamento ARP
EthernetSwitchesVLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-17
Enlaces e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
Dois tipos de enlaces Ponto-a-ponto
PPP para acesso discado
Conexatildeo entre switch Ethernet e hospedeiro
broadcast (cabo ou meio compartilhado) Ethernet tradicional Upstream HFC 80211 LAN sem fio Sateacutelite Etc
5 Camada de Enlace 5-18
Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
canal de comunicaccedilatildeo uacutenico de broadcast interferecircncia quando dois ou mais noacutes transmitem
simultaneamente colisatildeo se um noacute receber dois ou mais sinais ao mesmo
tempo
Protocolo de acesso muacuteltiplo algoritmo distribuiacutedo que determina como os noacutes
compartilham o canal isto eacute determina quando um noacute pode transmitir
comunicaccedilatildeo sobre o compartilhamento do canal deve usar o proacuteprio canal natildeo haacute canal fora da faixa para coordenar a transmissatildeo
5 Camada de Enlace 5-19
Protocolo Ideal de Acesso MuacuteltiploPara um canal de broadcast com taxa de R bps
1 Quando apenas um noacute tem dados para enviar esse noacute obteacutem uma vazatildeo de R bps
2 Quando M noacutes tecircm dados para enviar cada um desses noacutes poderaacute transmitir em meacutedia a uma taxa de RM bps
3 Completamente descentralizado nenhum noacute especial (mestre) para coordenar as
transmissotildees nenhuma sincronizaccedilatildeo de reloacutegios ou slots
4 Simples para que sua implementaccedilatildeo seja barata
5 Camada de Enlace 5-20
Taxonomia dos Protocolos MACTrecircs categorias gerais divisatildeo de Canal
divide o canal em pequenos ldquopedaccedilosrdquo (slotscompartimentos de tempo frequecircncia coacutedigo)
aloca pedaccedilo a um dado noacute para uso exclusivo deste acesso Aleatoacuterio
canal natildeo eacute dividido podem ocorrer colisotildees ldquorecuperaccedilatildeordquo das colisotildees
revezamento Noacutes se alternam em revezamento mas um noacute que
possui mais dados a transmitir pode demorar mais quando chegar a sua vez
5 Camada de Enlace 5-21
Protocolos MAC de divisatildeo de canal TDMA
TDMA Acesso Muacuteltiplo por Divisatildeo de Tempo acesso ao canal em ldquoturnos cada estaccedilatildeo recebe um comprimento fixo de
compartimento (comprimento = tempo de tx do pacote) em cada turno
compartimentos natildeo usados permanecem ociosos Exemplo LAN com 6 estaccedilotildees compartimentos 1 3 e 4
com pacotes compartimentos 2 5 e 6 ociosos
5 Camada de Enlace 5-22
Protocolos MAC de divisatildeo de canal FDMA
FDMA Acesso Muacuteltiplo por Divisatildeo de Frequecircncia espectro do canal dividido em bandas de frequecircncia a cada estaccedilatildeo eacute atribuiacuteda uma banda fixa de frequecircncia tempo de transmissatildeo natildeo usado nas bandas permanecem
ociosos exemplo LAN com 6 estaccedilotildees 134 com pacotes bandas
256 ociosas
Band
as d
e fre
quecircn
cia tempo
cabo FDM
5 Camada de Enlace 5-23
Protocolos de Acesso Aleatoacuterio Quando noacute tem um pacote para transmitir
transmite na taxa maacutexima Rnenhuma coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes
dois ou mais noacutes transmitindo ldquocolisatildeordquo O protocolo MAC de acesso aleatoacuterio
especifica como detectar colisotildeescomo se recuperar delas (atraveacutes de
retransmissotildees retardadas por exemplo) Exemplos de protocolos MAC de acesso
aleatoacuterioslotted ALOHAALOHACSMA CSMACD CSMACA
5 Camada de Enlace 5-24
Slotted ALOHA
Hipoacuteteses todos os quadros tecircm o
mesmo tamanho (L bits) tempo eacute dividido em slots
de tamanho igual tempo para transmitir 1 quadro (LR seg)
noacutes comeccedilam a transmitir quadros apenas no iniacutecio dos intervalos (slots)
noacutes satildeo sincronizados se 2 ou mais noacutes
transmitirem num slot todos os noacutes detectam a colisatildeo
Operaccedilatildeo quando o noacute obteacutem um novo
quadro ele espera ateacute o iniacutecio do proacuteximo slot e transmite o quadro inteiro
Se natildeo houver colisatildeo noacute poderaacute enviar um novo quadro no proacuteximo slot
caso haja uma colisatildeo (detectada antes do final do intervalo) noacute retransmite o quadro em cada intervalo subsequente com probabilidade p ateacute obter sucesso
5 Camada de Enlace 5-25
Slotted ALOHA
Vantagens uacutenico noacute ativo pode
transmitir continuamente na taxa maacutexima do canal
Altamente descentralizado apenas slots nos noacutes precisam estar sincronizados
simples
Desvantagens colisotildees slots
desperdiccedilados slots ociosos
(desperdiacutecio) noacutes podem ser capazes
de detectar colisotildees num tempo inferior ao da transmissatildeo do pacote
sincronizaccedilatildeo dos reloacutegios
5 Camada de Enlace 5-26
Eficiecircncia do Slotted Aloha
Assuma N noacutes com muitos quadros para enviar cada um transmite num slot com probabilidade p
probabilidade que noacute 1 tenha sucesso em um slot = p(1-p)N-1
probabilidade que qualquer noacute tenha sucesso = Np(1-p)N-
1
Para eficiecircncia maacutexima com N noacutes encontre p que maximiza Np(1-p)N-1
Para muitos noacutes faccedila limite para Np(1-p)N-1
quando N tende a infinito daacute
eficiecircncia maacutexima = 1e = 037
Eficiecircncia eacute a fraccedilatildeo de longo prazo de slots bem sucedidos quando haacute muitos noacutes cada um com muitos quadros para transmitir
Melhor caso canalusado para transmissotildees uacuteteis em apenas 37 do tempo
5 Camada de Enlace 5-27
ALOHA Puro (sem slots) Aloha puro (sem slots) mais simples sem sincronizaccedilatildeo Ao chegar um quadro no noacute
transmite imediatamente Probabilidade de colisatildeo aumenta
quadro enviado em t0 colide com outros quadros enviados em [t0-1t0+1]
5 Camada de Enlace 5-28
Eficiecircncia do Aloha puroP(sucesso por um dado noacute) = P(noacute transmita) P(nenhum outro noacute transmita em [t0-1t0] P(nenhum outro noacute transmita em [t0t0+1] = p (1-p)N-1 (1-p)N-1
= p (1-p)2(N-1)
hellip escolhendo o valor oacutetimo de p e deixando n -gt infinito
= 1(2e) = 018 Ainda pior do que o Slotted Aloha
5 Camada de Enlace 5-29
CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)
CSMA (Carrier Sense Multiple Access) Escuta antes de transmitir (detecccedilatildeo de portadora)
Se o canal estiver livre transmite todo o quadro
Se o canal estiver ocupado adia a transmissatildeo
Analogia humana natildeo interrompa outros
5 Camada de Enlace 5-30
Colisotildees no CSMA
colisotildees ainda podem aconteceratraso de propagaccedilatildeo significa que dois noacutes podem natildeo ouvira transmissatildeo do outro colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo eacute desperdiccedilado
Disposiccedilatildeo espacial dos noacutes
notapapel da distacircncia e atraso de propagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo
5 Camada de Enlace 5-31
CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)
CSMACD detecccedilatildeo da portadora adia a transmissatildeo como no CSMAAs colisotildees satildeo detectadas em pouco tempoTransmissotildees que sofreram colisotildees satildeo
abortadas reduzindo o desperdiacutecio do canal Detecccedilatildeo de colisotildees
Faacutecil em LANs cabeadas mede a potecircncia do sinal compara o sinal recebido com o transmitido
Difiacutecil em LANs sem fio o receptor eacute desligado durante a transmissatildeo
Analogia humana bate papo educado
5 Camada de Enlace 5-32
Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD
5 Camada de Enlace 5-33
Algoritmo CSMACD do Ethernet1 Adaptador recebe datagrama
da camada de rede e cria um quadro
2 Se o adaptador percebe que o canal estaacute ocioso comeccedila a transmitir o quadro Se percebe que o canal estaacute ocupado espera que o canal fique livre e transmite
3 Se o adaptador transmitir todo o quadro sem detectar outra transmissatildeo o adaptador concluiu a operaccedilatildeo com o quadro
4 Se o adaptador detectar outra transmissatildeo enquanto estiver transmitindo aborta e envia sinal de reforccedilo de colisatildeo de 48 bits
5 Apoacutes o aborto o adaptador entra na retirada (backoff) exponencial binaacuteria apoacutes a m-eacutesima colisatildeo o
adaptador escolhe um K aleatoriamente entre 012hellip2m-1 O adaptador espera K512 tempos de bit e retorna ao Passo 2
quanto mais colisotildees houver mas longos seratildeo os intervalos de retirada
5 Camada de Enlace 5-34
Eficiecircncia do CSMACD
tprop = atraso maacuteximo de prop entre 2 noacutes na LAN
ttrans = tempo para transmitir quadro de tamanho maacuteximo
Eficiecircncia vai para 1 agrave medida que tprop vai para 0ttrans vai para infinito
Muito melhor do que ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato
transprop tt 511eficiecircncia
5 Camada de Enlace 5-35
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoProtocolos MAC de divisatildeo de canal
Compartilha o canal eficientemente e de forma justa em altas cargas
Ineficiente em baixas cargas atraso no canal de acesso alocaccedilatildeo de 1N da largura de banda mesmo com apenas 1 noacute ativo
Protocolos MAC de acesso aleatoacuterioeficiente em baixas cargas um uacutenico noacute
pode utilizar completamente o canalAltas cargas overhead com colisotildees
Protocolos de revezamentoProcura oferecer o melhor dos dois mundos
5 Camada de Enlace 5-36
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoSeleccedilatildeo (Polling) Noacute mestre ldquoconvidardquo
noacutes escravos a transmitir em revezamento
Usado tipicamente com dispositivos escravo burros
Preocupaccedilotildees Overhead com as
consultas (polling) Latecircncia Ponto uacutenico de
falha (mestre)
mestre
escravos
poll
dados
dados
5 Camada de Enlace 5-37
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoPassagem de
permissatildeo (token) controla permissatildeo
passada de um noacute para o proacuteximo de forma sequencial
mensagem de passagem da permissatildeo
preocupaccedilotildees overhead com a
passagem de permissatildeo
latecircncia Ponto uacutenico de falha
(permissatildeo)
T
dados
(nada paramandar)
T
5 Camada de Enlace 5-38
Rede de acesso a cabo
Muacuteltiplos canais de difusatildeo downstream de 40Mbps Um uacutenico CMTS transmite para os diversos canais
Muacuteltiplos canais upstream de 30 Mbps Acesso muacuteltiplo todos os usuaacuterios disputam alguns slots
de tempo em canais upstream (outros satildeo preacute-alocados)
terminaccedilatildeo do cabo
CMTS
ISP
sistema de terminaccedilatildeo do cable modem
cablemodemsplitter
hellip
hellip
quadros Internet canais de TV e controle satildeo transmitidos downstream em frequecircncias diferentes
quadros Internet upstream e controle de TV satildeo transmitidos upstream em diferentes frequecircncias em slots de tempo
5 Camada de Enlace 5-39
Rede de acesso a cabo
DOCSIS espec da interface de serviccedilo de dados sobre cabo FDM sobre as frequecircncias dos canais up e downstream TDM upstream alguns slots satildeo alocados outros tecircm
disputabull quadro de mapeamento downstream aloca slots
upstreambull requisiccedilatildeo de slots upstream (e dados) satildeo transmitidos
atraveacutes de acesso aleatoacuterio (retirada binaacuteria) em slots selecionados
quadro de mapeamentop intervalo [t1 t2]
Residecircncias com cable modems
Canal downstream i
Canal Upstream j
t1 t2
Minislots alocados contendo quadros de dadosupstream do cable modem
Minislots contendo quadrosde requisiccedilatildeo de minislots
cable headend
CMTS
5 Camada de Enlace 5-40
Resumo dos protocolos MAC divisatildeo do canal por tempo frequecircncia ou
coacutedigoDivisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequecircncia
acesso aleatoacuterio (dinacircmico) ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDescutar a portadora faacutecil em algumas
tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)
CSMACD usado na EthernetCSMACA usado no 80211
RevezamentoSeleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto
central passagem de permissotildeesBluetooth FDDI Token Ring
5 Camada de Enlace 5-41
Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e
serviccedilos52 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais
Endereccedilamento ARP
EthernetSwitchesVLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-42
Endereccedilos MAC e ARP Endereccedilo IP de 32 bits
endereccedilos da camada de rede para a interface usado pelo repasse da camada 3 (rede)
Endereccedilo MAC (ou LAN ou fiacutesico ou Ethernet) Funccedilatildeo usado lsquolocalmentersquo para levar o quadro de
uma interface ateacute outra interface conectada fisicamente (na mesma rede no sentido do endereccedilamento IP)
Endereccedilo MAC de 48 bits (para a maioria das redes) gravado na ROM do adaptador ou configurado por software
Ex 1A-2F-BB-76-09-ADnotaccedilatildeo hexadecimal (base 16)
(cada ldquonuacutemerordquo representa 4 bits)
5 Camada de Enlace 5-43
Endereccedilos MAC e ARPcada adaptador na LAN possui um endereccedilo MAC uacutenico
Endereccedilo de Broadcast =FF-FF-FF-FF-FF-FF
= adaptador
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN(cabeada ousem fio)
5 Camada de Enlace 5-44
Endereccedilo MAC (cont) Alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC gerenciada pelo IEEE Um fabricante compra uma parte do espaccedilo de
endereccedilos (para garantir unicidade) Analogia (a) endereccedilo MAC como nuacutemero do CPF (b) endereccedilo IP como endereccedilo postal (CEP) endereccedilo MAC tem estrutura linear =gt
portabilidadePode mover um cartatildeo LAN de uma LAN para
outra endereccedilo IP hieraacuterquico NAtildeO eacute portaacutetil (requer IP
moacutevel)Depende da subrede IP agrave qual o noacute estaacute
conectado
5 Camada de Enlace 5-45
ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de Resoluccedilatildeo de Endereccedilos)
Cada noacute IP (Host Roteador) de uma LAN possui tabela ARP
Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN
lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt TTL (Time To Live) tempo
a partir do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute esquecido (valor tiacutepico de 20 min)
Pergunta como obter oendereccedilo MAC de B a partir do endereccedilo IP de B
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53 LAN
237196723
237196778
237196714
237196788
5 Camada de Enlace 5-46
Protocolo ARP mesma LAN (rede) A deseja enviar datagrama
para B e o endereccedilo MAC de B natildeo estaacute na tabela ARP
A difunde o pacote de solicitaccedilatildeo ARP que conteacutem o endereccedilo IP de B Endereccedilo MAC destino =
FF-FF-FF-FF-FF-FF todas as maacutequinas na
LAN recebem a consulta do ARP
B recebe o pacote ARP responde a A com o seu (de B) endereccedilo MAC Quadro enviado para o
endereccedilo MAC (unicast) de A
Uma cache (salva) o par de endereccedilos IP-para-MAC na sua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo fique antiquada (expire) lsquosoft statersquo informaccedilatildeo que expira (vai embora) a menos que seja renovada
ARP eacute ldquoplug-and-playrdquo os noacutes criam suas tabelas ARP sem a intervenccedilatildeo do administrador
da rede
5 Camada de Enlace 5-47
Endereccedilamento repassando para outra LAN encaminhamento envio de datagrama de A para B via R
foco no endereccedilamento ndash nas camadas IP (datagrama) e MAC (quadro)
assume que A conhece o endereccedilo IP de B assume que A conhece o endereccedilo IP do proacuteximo roteador
R (como) assume que A conhece o endereccedilo MAC de R (como)
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
5 Camada de Enlace 5-48
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IPEthPhy
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
A cria datagrama IP com IP origem A destino B A cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC
de R como destino quadro conteacutem o datagrama IP de A-para-B
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55 MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
5 Camada de Enlace 5-49
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IPEthPhy
quadro enviado de A para R
IPEthPhy
quadro recebido em R datagrama removido passado para o IP
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55 MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
5 Camada de Enlace 5-50
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
R repassa o datagrama com origem IP A destino B R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC
de B como destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9B MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
IPEthPhy
5 Camada de Enlace 5-51
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
R repassa o datagrama com origem IP A destino B R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC
de B como destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9B MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
IPEthPhy
5 Camada de Enlace 5-52
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
R repassa o datagrama com origem IP A destino B R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC
de B como destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9B MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
5 Camada de Enlace 5-53
Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e
serviccedilos52 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais
Endereccedilamento ARP
EthernetSwitchesVLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-54
Ethernet Muitiacutessimo difundida porque
Muito barata R$50 para placas 101001000Mbps A mais antiga das tecnologias de rede local (meados da
deacutecada de 70) Mais simples e menos cara que redes usando ficha ou
ATM Acompanhou o aumento de velocidade 10 Mbps ndash 10
Gbps
Rascunho de Metcalfe sobre o Ethernet
5 Camada de Enlace 5-55
Ethernet topologia fiacutesica barramento popular ateacute meados dos anos 90
Todos os noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo (podem colidir um com o outro)
estrela prevalecircncia hoje Comutador (switch) ativo no centro Cada porta roda o protocolo Ethernet separadamente (os
noacutes natildeo colidem uns com os outros)
barramento cabo coaxial
switch
estrela
5 Camada de Enlace 5-56
Estrutura do Quadro EthernetAdaptador remetente encapsula datagrama IP (ou pacote
de outro protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
preacircmbulo 7 bytes com o padratildeo 10101010 seguidos por um byte
com o padratildeo 10101011 usado para sincronizar receptor ao reloacutegio do
remetente (reloacutegios nunca satildeo exatos eacute muito provaacutevel que exista algum desvio entre eles)
5 Camada de Enlace 5-57
Estrutura de Quadro Ethernet (cont)
Endereccedilos 6 bytes para cada endereccedilo MAC se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo destino igual
ao seu ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede
caso contraacuterio o adaptador descarta o quadro Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior
usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)
CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado
5 Camada de Enlace 5-58
Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo sem conexatildeo natildeo haacute estabelecimento de
conexatildeo (saudaccedilatildeo) entre os adaptadores transmissor e receptor
Natildeo confiaacutevel o adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador transmissordados em quadros descartados satildeo
recuperados apenas se o transmissor usar transferecircncia confiaacutevel em camadas mais altas (ex TCP) caso contraacuterio os dados estaratildeo perdidos
Protocolo MAC do Ethernet CSMACD com retirada binaacuteria
5 Camada de Enlace 5-59
Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
diversos padrotildees Ethernet diferentes tecircm em comum o protocolo MAC e o formato do
quadro diferentes velocidades 2Mbps 10Mbps 100Mbps
1Gbps 10Gbps diferentes meios da camada fiacutesica fibra cabo
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
protocolo MACe formato do quadro
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)
5 Camada de Enlace 5-60
10Base5
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-61
10Base2
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-62
10BaseT
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-63
Conector RJ 45
5 Camada de Enlace 5-64
100Base-TX
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-65 10
Wireless Backhaul
Carrier Ethernet Access Expansion
Voice gateway
VoiceVideoTelephony
HD TVTVoD VoD
Video Source
Gaming BusinessBackup ERP
Internet Video Source
BusinessBroadband
E-Line andE-LAN service
GlobalNationalCarrierEthernet
GlobalNationalCarrierEthernet
SmallMedium Business
Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet
AccessCarrierEthernet
AccessCarrierEthernet
ResidentialTriple-Play
FTTx DSLAM Cable Modem
Broadbandmobile datavideo
Bringing vastly extended scalability for business and residential users
ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing
5 Camada de Enlace 5-66
Carrier Ethernet Defined
bull Carrier Ethernet is a ubiquitous standardized carrier-class SERVICE defined by five attributes that distinguish Carrier Ethernet from familiar LAN based Ethernet
bull It brings the compelling business benefit of the Ethernet cost model to achieve significant savings
Carrier Ethernet
bull Scalability
bull Standardized Services
bull Service Management
bull Quality of Service
bull Reliability
Carrier Ethernet Attributes
httpwwwmetroethernetforumorg
5 Camada de Enlace 5-67
Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e
serviccedilos52 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais
Endereccedilamento ARP
EthernetSwitchesVLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-68
Comutador (switch) Ethernet Dispositivo da camada de enlace tecircm papel
ativo armazena e retransmite quadros Ethernetexamina o cabeccedilalho do quadro e
seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento
transparentehospedeiros ignoram a presenccedila dos
switches plug-and-play self-learning (autodidatas)
os comutadores natildeo necessitam ser configurados
5 Camada de Enlace 5-69
Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas hospedeiros tecircm conexatildeo
direta e dedicada para o switch
os switches armazenam quadros
o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplex cada link eacute o seu proacuteprio
domiacutenio de colisatildeo comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-
para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch com seis interfaces(123456)
1 2 345
6
5 Camada de Enlace 5-70
Tabela de repasse do switch P como eacute que o switch sabe que
Arsquo eacute alcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel a partir da interface 5
R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutem (endereccedilo MAC do hospedeiro
interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)
parece uma tabela de repasse P como satildeo criadas e mantidas as
entradas na tabela de comutaccedilatildeo haacute algo como um protocolo de
roteamento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch with six interfaces(123456)
1 2 345
6
5 Camada de Enlace 5-71
switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfaces quando um quadro eacute
recebido o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada
registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo
Switch autoaprendizagemA
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
5 Camada de Enlace 5-725 Camada de Enlace
Switch filtragemrepasse de quadrosQuando o quadro eacute recebido em um comutador
registra o link de entrada endereccedilo MAC do hospedeiro transmissor
indexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo MAC do destino
if entrada encontrada para o destinothen
if dest estiver no segmento de onde veio o quadro then descarta o quadro
else repassa o quadro na interface indicada else usa inundaccedilatildeo
Repassa o quadro para todas as demais interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido
5 Camada de Enlace 5-73
Exemplo de auto aprendizagem e repasse
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo destino do quadro Arsquo
com localizaccedilatildeo desconhecida inundaccedilatildeo
Arsquo A
local do destino A conhecido
Arsquo 4 60
transmissatildeo seletiva
5 Camada de Enlace 5-74
Interligaccedilatildeo de comutadores
Podemos interligar comutadores (switches)
AB
P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe que deve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3
R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenico comutador)
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
5 Camada de Enlace 5-75
Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde
para C
P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4
AB
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
12
5 Camada de Enlace 5-76
Rede institucional
Para redeexterna
roteador
Subrede IP
Servidor de mensagens
Servidor web
5 Camada de Enlace 5-77
Comutadores x Roteadores
ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa roteadores dispositivos da
camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)
comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace
ambos possuem tabelas de repasse roteadores obteacutem
tabelas usando alg de roteamento endereccedilos IP
comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
redeenlacefiacutesica
enlacefiacutesica
switch
datagrama
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
quadro
quadro
quadrodatagrama
5 Camada de Enlace 5-78
Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e
serviccedilos52 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais
Endereccedilamento ARP
EthernetSwitchesVLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-79
Siacutentese um dia na vida de um pedido web jornada completa atravessando toda a pilha de
protocolos aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
colocando tudo junto siacutentese objetivo identificar revisar entender os
protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web
cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom
5 Camada de Enlace 5-80
Um dia na vida cenaacuterio
rede da Comcast68800013
rede do Google64233160019 64233169105
servidor web
Servidor DNS
rede da escola68802024
paacutegina web
navegador
5 Camada de Enlace 5-81
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPDHCP
quadro Ethernet difundido (dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador que executa o servidor DHCP Ethernet demultiplexado para IP demultiplexado para UDP e demultiplexado paraDHCP
o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilo do primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP Solicitaccedilatildeo DHCP encapsulada em UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023 Ethernet
5 Camada de Enlace 5-82
roteador(roda DHCP)
servidor DHCP prepara ACK DHCP contendo endereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiro roteador nome e endereccedilo IP do servidor DNS
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
encapsulamento no servidor DHCP quadro repassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente
Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador
cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
5 Camada de Enlace 5-83
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
consulta DNS criada encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviar quadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP
consulta ARP difundida recebida pelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccedilo MAC da interface do roteador
o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiro roteador podendo agora enviar o quadro contendo a consulta DNS
ARP query
EthPhy
ARP
ARP
ARP reply
antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
5 Camada de Enlace 5-84
roteador(roda DHCP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
datagrama IP conteacutem consulta DNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador
datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelos protocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS
demultiplexado pelo servidor DNS
servidor DNS responde ao cliente com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
rede da Comcast68800013
servidor DNSDNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
Um dia na vidahellip usando DNS
5 Camada de Enlace 5-85
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
para enviar pedido HTTP cliente primeiro abre um socket TCP para o servidor web segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web
conexatildeo TCP estabelecida64233169105servidor web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCPIPEthPhy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)
5 Camada de Enlace 5-86
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
solicitaccedilatildeo HTTP enviada para o socket TCP datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhado para wwwgooglecom
datagrama IP com a resposta HTTP eacute encaminhado de volta para o cliente
64233169105servidor web
HTTPTCPIPEthPhy
servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTPHTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
paacutegina web finalmente() apresentada
5 Camada de Enlace 5-87
Capiacutetulo 5 Resumo
princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dados detecccedilatildeo correccedilatildeo de erros compartilhamento de canal de difusatildeo acesso
muacuteltiplo endereccedilamento da camada de enlace
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlace Ethernet LANs comutadas VLANs redes virtualizadas como camada de enlace MPLS
siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web
5 Camada de Enlace 5-13
Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica (CRC) codificaccedilatildeo para detecccedilatildeo de erro mais poderosa vecirc os bits de dados D como um nuacutemero binaacuterio eacute escolhido um polinocircmio Gerador (G) (=gt r+1 bits) objetivo escolher r bits CRC R de modo que
ltDRgt seja exatamente divisiacutevel por G (moacutedulo 2) receptor conhece G divide ltDRgt por G Caso o resto seja
diferente de zero detectado erro Pode detectar todos os erros em rajadas menores do que
r+1 bits Largamente usado na praacutetica (Ethernet 80211 WiFi ATM)
5 Camada de Enlace 5-14
Exemplo de CRCQueremos
D2r XOR R = nGde forma equivalente
D2r = nG XOR R de forma equivalente se dividirmos D2r
por G queremos o resto R que satisfaccedila
GDR
r2resto
101110000 10011001 101011 1010 1001 1100 1001 1010 1001 011
D G
R
r = 3
5 Camada de Enlace 5-15
Implementaccedilatildeo em Hardware
Aring
G=1001
D2r=101110000
5 Camada de Enlace 5-16
Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e
serviccedilos52 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais
Endereccedilamento ARP
EthernetSwitchesVLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-17
Enlaces e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
Dois tipos de enlaces Ponto-a-ponto
PPP para acesso discado
Conexatildeo entre switch Ethernet e hospedeiro
broadcast (cabo ou meio compartilhado) Ethernet tradicional Upstream HFC 80211 LAN sem fio Sateacutelite Etc
5 Camada de Enlace 5-18
Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
canal de comunicaccedilatildeo uacutenico de broadcast interferecircncia quando dois ou mais noacutes transmitem
simultaneamente colisatildeo se um noacute receber dois ou mais sinais ao mesmo
tempo
Protocolo de acesso muacuteltiplo algoritmo distribuiacutedo que determina como os noacutes
compartilham o canal isto eacute determina quando um noacute pode transmitir
comunicaccedilatildeo sobre o compartilhamento do canal deve usar o proacuteprio canal natildeo haacute canal fora da faixa para coordenar a transmissatildeo
5 Camada de Enlace 5-19
Protocolo Ideal de Acesso MuacuteltiploPara um canal de broadcast com taxa de R bps
1 Quando apenas um noacute tem dados para enviar esse noacute obteacutem uma vazatildeo de R bps
2 Quando M noacutes tecircm dados para enviar cada um desses noacutes poderaacute transmitir em meacutedia a uma taxa de RM bps
3 Completamente descentralizado nenhum noacute especial (mestre) para coordenar as
transmissotildees nenhuma sincronizaccedilatildeo de reloacutegios ou slots
4 Simples para que sua implementaccedilatildeo seja barata
5 Camada de Enlace 5-20
Taxonomia dos Protocolos MACTrecircs categorias gerais divisatildeo de Canal
divide o canal em pequenos ldquopedaccedilosrdquo (slotscompartimentos de tempo frequecircncia coacutedigo)
aloca pedaccedilo a um dado noacute para uso exclusivo deste acesso Aleatoacuterio
canal natildeo eacute dividido podem ocorrer colisotildees ldquorecuperaccedilatildeordquo das colisotildees
revezamento Noacutes se alternam em revezamento mas um noacute que
possui mais dados a transmitir pode demorar mais quando chegar a sua vez
5 Camada de Enlace 5-21
Protocolos MAC de divisatildeo de canal TDMA
TDMA Acesso Muacuteltiplo por Divisatildeo de Tempo acesso ao canal em ldquoturnos cada estaccedilatildeo recebe um comprimento fixo de
compartimento (comprimento = tempo de tx do pacote) em cada turno
compartimentos natildeo usados permanecem ociosos Exemplo LAN com 6 estaccedilotildees compartimentos 1 3 e 4
com pacotes compartimentos 2 5 e 6 ociosos
5 Camada de Enlace 5-22
Protocolos MAC de divisatildeo de canal FDMA
FDMA Acesso Muacuteltiplo por Divisatildeo de Frequecircncia espectro do canal dividido em bandas de frequecircncia a cada estaccedilatildeo eacute atribuiacuteda uma banda fixa de frequecircncia tempo de transmissatildeo natildeo usado nas bandas permanecem
ociosos exemplo LAN com 6 estaccedilotildees 134 com pacotes bandas
256 ociosas
Band
as d
e fre
quecircn
cia tempo
cabo FDM
5 Camada de Enlace 5-23
Protocolos de Acesso Aleatoacuterio Quando noacute tem um pacote para transmitir
transmite na taxa maacutexima Rnenhuma coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes
dois ou mais noacutes transmitindo ldquocolisatildeordquo O protocolo MAC de acesso aleatoacuterio
especifica como detectar colisotildeescomo se recuperar delas (atraveacutes de
retransmissotildees retardadas por exemplo) Exemplos de protocolos MAC de acesso
aleatoacuterioslotted ALOHAALOHACSMA CSMACD CSMACA
5 Camada de Enlace 5-24
Slotted ALOHA
Hipoacuteteses todos os quadros tecircm o
mesmo tamanho (L bits) tempo eacute dividido em slots
de tamanho igual tempo para transmitir 1 quadro (LR seg)
noacutes comeccedilam a transmitir quadros apenas no iniacutecio dos intervalos (slots)
noacutes satildeo sincronizados se 2 ou mais noacutes
transmitirem num slot todos os noacutes detectam a colisatildeo
Operaccedilatildeo quando o noacute obteacutem um novo
quadro ele espera ateacute o iniacutecio do proacuteximo slot e transmite o quadro inteiro
Se natildeo houver colisatildeo noacute poderaacute enviar um novo quadro no proacuteximo slot
caso haja uma colisatildeo (detectada antes do final do intervalo) noacute retransmite o quadro em cada intervalo subsequente com probabilidade p ateacute obter sucesso
5 Camada de Enlace 5-25
Slotted ALOHA
Vantagens uacutenico noacute ativo pode
transmitir continuamente na taxa maacutexima do canal
Altamente descentralizado apenas slots nos noacutes precisam estar sincronizados
simples
Desvantagens colisotildees slots
desperdiccedilados slots ociosos
(desperdiacutecio) noacutes podem ser capazes
de detectar colisotildees num tempo inferior ao da transmissatildeo do pacote
sincronizaccedilatildeo dos reloacutegios
5 Camada de Enlace 5-26
Eficiecircncia do Slotted Aloha
Assuma N noacutes com muitos quadros para enviar cada um transmite num slot com probabilidade p
probabilidade que noacute 1 tenha sucesso em um slot = p(1-p)N-1
probabilidade que qualquer noacute tenha sucesso = Np(1-p)N-
1
Para eficiecircncia maacutexima com N noacutes encontre p que maximiza Np(1-p)N-1
Para muitos noacutes faccedila limite para Np(1-p)N-1
quando N tende a infinito daacute
eficiecircncia maacutexima = 1e = 037
Eficiecircncia eacute a fraccedilatildeo de longo prazo de slots bem sucedidos quando haacute muitos noacutes cada um com muitos quadros para transmitir
Melhor caso canalusado para transmissotildees uacuteteis em apenas 37 do tempo
5 Camada de Enlace 5-27
ALOHA Puro (sem slots) Aloha puro (sem slots) mais simples sem sincronizaccedilatildeo Ao chegar um quadro no noacute
transmite imediatamente Probabilidade de colisatildeo aumenta
quadro enviado em t0 colide com outros quadros enviados em [t0-1t0+1]
5 Camada de Enlace 5-28
Eficiecircncia do Aloha puroP(sucesso por um dado noacute) = P(noacute transmita) P(nenhum outro noacute transmita em [t0-1t0] P(nenhum outro noacute transmita em [t0t0+1] = p (1-p)N-1 (1-p)N-1
= p (1-p)2(N-1)
hellip escolhendo o valor oacutetimo de p e deixando n -gt infinito
= 1(2e) = 018 Ainda pior do que o Slotted Aloha
5 Camada de Enlace 5-29
CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)
CSMA (Carrier Sense Multiple Access) Escuta antes de transmitir (detecccedilatildeo de portadora)
Se o canal estiver livre transmite todo o quadro
Se o canal estiver ocupado adia a transmissatildeo
Analogia humana natildeo interrompa outros
5 Camada de Enlace 5-30
Colisotildees no CSMA
colisotildees ainda podem aconteceratraso de propagaccedilatildeo significa que dois noacutes podem natildeo ouvira transmissatildeo do outro colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo eacute desperdiccedilado
Disposiccedilatildeo espacial dos noacutes
notapapel da distacircncia e atraso de propagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo
5 Camada de Enlace 5-31
CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)
CSMACD detecccedilatildeo da portadora adia a transmissatildeo como no CSMAAs colisotildees satildeo detectadas em pouco tempoTransmissotildees que sofreram colisotildees satildeo
abortadas reduzindo o desperdiacutecio do canal Detecccedilatildeo de colisotildees
Faacutecil em LANs cabeadas mede a potecircncia do sinal compara o sinal recebido com o transmitido
Difiacutecil em LANs sem fio o receptor eacute desligado durante a transmissatildeo
Analogia humana bate papo educado
5 Camada de Enlace 5-32
Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD
5 Camada de Enlace 5-33
Algoritmo CSMACD do Ethernet1 Adaptador recebe datagrama
da camada de rede e cria um quadro
2 Se o adaptador percebe que o canal estaacute ocioso comeccedila a transmitir o quadro Se percebe que o canal estaacute ocupado espera que o canal fique livre e transmite
3 Se o adaptador transmitir todo o quadro sem detectar outra transmissatildeo o adaptador concluiu a operaccedilatildeo com o quadro
4 Se o adaptador detectar outra transmissatildeo enquanto estiver transmitindo aborta e envia sinal de reforccedilo de colisatildeo de 48 bits
5 Apoacutes o aborto o adaptador entra na retirada (backoff) exponencial binaacuteria apoacutes a m-eacutesima colisatildeo o
adaptador escolhe um K aleatoriamente entre 012hellip2m-1 O adaptador espera K512 tempos de bit e retorna ao Passo 2
quanto mais colisotildees houver mas longos seratildeo os intervalos de retirada
5 Camada de Enlace 5-34
Eficiecircncia do CSMACD
tprop = atraso maacuteximo de prop entre 2 noacutes na LAN
ttrans = tempo para transmitir quadro de tamanho maacuteximo
Eficiecircncia vai para 1 agrave medida que tprop vai para 0ttrans vai para infinito
Muito melhor do que ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato
transprop tt 511eficiecircncia
5 Camada de Enlace 5-35
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoProtocolos MAC de divisatildeo de canal
Compartilha o canal eficientemente e de forma justa em altas cargas
Ineficiente em baixas cargas atraso no canal de acesso alocaccedilatildeo de 1N da largura de banda mesmo com apenas 1 noacute ativo
Protocolos MAC de acesso aleatoacuterioeficiente em baixas cargas um uacutenico noacute
pode utilizar completamente o canalAltas cargas overhead com colisotildees
Protocolos de revezamentoProcura oferecer o melhor dos dois mundos
5 Camada de Enlace 5-36
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoSeleccedilatildeo (Polling) Noacute mestre ldquoconvidardquo
noacutes escravos a transmitir em revezamento
Usado tipicamente com dispositivos escravo burros
Preocupaccedilotildees Overhead com as
consultas (polling) Latecircncia Ponto uacutenico de
falha (mestre)
mestre
escravos
poll
dados
dados
5 Camada de Enlace 5-37
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoPassagem de
permissatildeo (token) controla permissatildeo
passada de um noacute para o proacuteximo de forma sequencial
mensagem de passagem da permissatildeo
preocupaccedilotildees overhead com a
passagem de permissatildeo
latecircncia Ponto uacutenico de falha
(permissatildeo)
T
dados
(nada paramandar)
T
5 Camada de Enlace 5-38
Rede de acesso a cabo
Muacuteltiplos canais de difusatildeo downstream de 40Mbps Um uacutenico CMTS transmite para os diversos canais
Muacuteltiplos canais upstream de 30 Mbps Acesso muacuteltiplo todos os usuaacuterios disputam alguns slots
de tempo em canais upstream (outros satildeo preacute-alocados)
terminaccedilatildeo do cabo
CMTS
ISP
sistema de terminaccedilatildeo do cable modem
cablemodemsplitter
hellip
hellip
quadros Internet canais de TV e controle satildeo transmitidos downstream em frequecircncias diferentes
quadros Internet upstream e controle de TV satildeo transmitidos upstream em diferentes frequecircncias em slots de tempo
5 Camada de Enlace 5-39
Rede de acesso a cabo
DOCSIS espec da interface de serviccedilo de dados sobre cabo FDM sobre as frequecircncias dos canais up e downstream TDM upstream alguns slots satildeo alocados outros tecircm
disputabull quadro de mapeamento downstream aloca slots
upstreambull requisiccedilatildeo de slots upstream (e dados) satildeo transmitidos
atraveacutes de acesso aleatoacuterio (retirada binaacuteria) em slots selecionados
quadro de mapeamentop intervalo [t1 t2]
Residecircncias com cable modems
Canal downstream i
Canal Upstream j
t1 t2
Minislots alocados contendo quadros de dadosupstream do cable modem
Minislots contendo quadrosde requisiccedilatildeo de minislots
cable headend
CMTS
5 Camada de Enlace 5-40
Resumo dos protocolos MAC divisatildeo do canal por tempo frequecircncia ou
coacutedigoDivisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequecircncia
acesso aleatoacuterio (dinacircmico) ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDescutar a portadora faacutecil em algumas
tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)
CSMACD usado na EthernetCSMACA usado no 80211
RevezamentoSeleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto
central passagem de permissotildeesBluetooth FDDI Token Ring
5 Camada de Enlace 5-41
Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e
serviccedilos52 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais
Endereccedilamento ARP
EthernetSwitchesVLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-42
Endereccedilos MAC e ARP Endereccedilo IP de 32 bits
endereccedilos da camada de rede para a interface usado pelo repasse da camada 3 (rede)
Endereccedilo MAC (ou LAN ou fiacutesico ou Ethernet) Funccedilatildeo usado lsquolocalmentersquo para levar o quadro de
uma interface ateacute outra interface conectada fisicamente (na mesma rede no sentido do endereccedilamento IP)
Endereccedilo MAC de 48 bits (para a maioria das redes) gravado na ROM do adaptador ou configurado por software
Ex 1A-2F-BB-76-09-ADnotaccedilatildeo hexadecimal (base 16)
(cada ldquonuacutemerordquo representa 4 bits)
5 Camada de Enlace 5-43
Endereccedilos MAC e ARPcada adaptador na LAN possui um endereccedilo MAC uacutenico
Endereccedilo de Broadcast =FF-FF-FF-FF-FF-FF
= adaptador
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN(cabeada ousem fio)
5 Camada de Enlace 5-44
Endereccedilo MAC (cont) Alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC gerenciada pelo IEEE Um fabricante compra uma parte do espaccedilo de
endereccedilos (para garantir unicidade) Analogia (a) endereccedilo MAC como nuacutemero do CPF (b) endereccedilo IP como endereccedilo postal (CEP) endereccedilo MAC tem estrutura linear =gt
portabilidadePode mover um cartatildeo LAN de uma LAN para
outra endereccedilo IP hieraacuterquico NAtildeO eacute portaacutetil (requer IP
moacutevel)Depende da subrede IP agrave qual o noacute estaacute
conectado
5 Camada de Enlace 5-45
ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de Resoluccedilatildeo de Endereccedilos)
Cada noacute IP (Host Roteador) de uma LAN possui tabela ARP
Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN
lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt TTL (Time To Live) tempo
a partir do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute esquecido (valor tiacutepico de 20 min)
Pergunta como obter oendereccedilo MAC de B a partir do endereccedilo IP de B
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53 LAN
237196723
237196778
237196714
237196788
5 Camada de Enlace 5-46
Protocolo ARP mesma LAN (rede) A deseja enviar datagrama
para B e o endereccedilo MAC de B natildeo estaacute na tabela ARP
A difunde o pacote de solicitaccedilatildeo ARP que conteacutem o endereccedilo IP de B Endereccedilo MAC destino =
FF-FF-FF-FF-FF-FF todas as maacutequinas na
LAN recebem a consulta do ARP
B recebe o pacote ARP responde a A com o seu (de B) endereccedilo MAC Quadro enviado para o
endereccedilo MAC (unicast) de A
Uma cache (salva) o par de endereccedilos IP-para-MAC na sua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo fique antiquada (expire) lsquosoft statersquo informaccedilatildeo que expira (vai embora) a menos que seja renovada
ARP eacute ldquoplug-and-playrdquo os noacutes criam suas tabelas ARP sem a intervenccedilatildeo do administrador
da rede
5 Camada de Enlace 5-47
Endereccedilamento repassando para outra LAN encaminhamento envio de datagrama de A para B via R
foco no endereccedilamento ndash nas camadas IP (datagrama) e MAC (quadro)
assume que A conhece o endereccedilo IP de B assume que A conhece o endereccedilo IP do proacuteximo roteador
R (como) assume que A conhece o endereccedilo MAC de R (como)
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
5 Camada de Enlace 5-48
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IPEthPhy
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
A cria datagrama IP com IP origem A destino B A cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC
de R como destino quadro conteacutem o datagrama IP de A-para-B
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55 MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
5 Camada de Enlace 5-49
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IPEthPhy
quadro enviado de A para R
IPEthPhy
quadro recebido em R datagrama removido passado para o IP
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55 MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
5 Camada de Enlace 5-50
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
R repassa o datagrama com origem IP A destino B R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC
de B como destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9B MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
IPEthPhy
5 Camada de Enlace 5-51
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
R repassa o datagrama com origem IP A destino B R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC
de B como destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9B MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
IPEthPhy
5 Camada de Enlace 5-52
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
R repassa o datagrama com origem IP A destino B R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC
de B como destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9B MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
5 Camada de Enlace 5-53
Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e
serviccedilos52 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais
Endereccedilamento ARP
EthernetSwitchesVLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-54
Ethernet Muitiacutessimo difundida porque
Muito barata R$50 para placas 101001000Mbps A mais antiga das tecnologias de rede local (meados da
deacutecada de 70) Mais simples e menos cara que redes usando ficha ou
ATM Acompanhou o aumento de velocidade 10 Mbps ndash 10
Gbps
Rascunho de Metcalfe sobre o Ethernet
5 Camada de Enlace 5-55
Ethernet topologia fiacutesica barramento popular ateacute meados dos anos 90
Todos os noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo (podem colidir um com o outro)
estrela prevalecircncia hoje Comutador (switch) ativo no centro Cada porta roda o protocolo Ethernet separadamente (os
noacutes natildeo colidem uns com os outros)
barramento cabo coaxial
switch
estrela
5 Camada de Enlace 5-56
Estrutura do Quadro EthernetAdaptador remetente encapsula datagrama IP (ou pacote
de outro protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
preacircmbulo 7 bytes com o padratildeo 10101010 seguidos por um byte
com o padratildeo 10101011 usado para sincronizar receptor ao reloacutegio do
remetente (reloacutegios nunca satildeo exatos eacute muito provaacutevel que exista algum desvio entre eles)
5 Camada de Enlace 5-57
Estrutura de Quadro Ethernet (cont)
Endereccedilos 6 bytes para cada endereccedilo MAC se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo destino igual
ao seu ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede
caso contraacuterio o adaptador descarta o quadro Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior
usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)
CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado
5 Camada de Enlace 5-58
Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo sem conexatildeo natildeo haacute estabelecimento de
conexatildeo (saudaccedilatildeo) entre os adaptadores transmissor e receptor
Natildeo confiaacutevel o adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador transmissordados em quadros descartados satildeo
recuperados apenas se o transmissor usar transferecircncia confiaacutevel em camadas mais altas (ex TCP) caso contraacuterio os dados estaratildeo perdidos
Protocolo MAC do Ethernet CSMACD com retirada binaacuteria
5 Camada de Enlace 5-59
Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
diversos padrotildees Ethernet diferentes tecircm em comum o protocolo MAC e o formato do
quadro diferentes velocidades 2Mbps 10Mbps 100Mbps
1Gbps 10Gbps diferentes meios da camada fiacutesica fibra cabo
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
protocolo MACe formato do quadro
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)
5 Camada de Enlace 5-60
10Base5
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-61
10Base2
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-62
10BaseT
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-63
Conector RJ 45
5 Camada de Enlace 5-64
100Base-TX
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-65 10
Wireless Backhaul
Carrier Ethernet Access Expansion
Voice gateway
VoiceVideoTelephony
HD TVTVoD VoD
Video Source
Gaming BusinessBackup ERP
Internet Video Source
BusinessBroadband
E-Line andE-LAN service
GlobalNationalCarrierEthernet
GlobalNationalCarrierEthernet
SmallMedium Business
Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet
AccessCarrierEthernet
AccessCarrierEthernet
ResidentialTriple-Play
FTTx DSLAM Cable Modem
Broadbandmobile datavideo
Bringing vastly extended scalability for business and residential users
ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing
5 Camada de Enlace 5-66
Carrier Ethernet Defined
bull Carrier Ethernet is a ubiquitous standardized carrier-class SERVICE defined by five attributes that distinguish Carrier Ethernet from familiar LAN based Ethernet
bull It brings the compelling business benefit of the Ethernet cost model to achieve significant savings
Carrier Ethernet
bull Scalability
bull Standardized Services
bull Service Management
bull Quality of Service
bull Reliability
Carrier Ethernet Attributes
httpwwwmetroethernetforumorg
5 Camada de Enlace 5-67
Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e
serviccedilos52 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais
Endereccedilamento ARP
EthernetSwitchesVLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-68
Comutador (switch) Ethernet Dispositivo da camada de enlace tecircm papel
ativo armazena e retransmite quadros Ethernetexamina o cabeccedilalho do quadro e
seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento
transparentehospedeiros ignoram a presenccedila dos
switches plug-and-play self-learning (autodidatas)
os comutadores natildeo necessitam ser configurados
5 Camada de Enlace 5-69
Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas hospedeiros tecircm conexatildeo
direta e dedicada para o switch
os switches armazenam quadros
o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplex cada link eacute o seu proacuteprio
domiacutenio de colisatildeo comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-
para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch com seis interfaces(123456)
1 2 345
6
5 Camada de Enlace 5-70
Tabela de repasse do switch P como eacute que o switch sabe que
Arsquo eacute alcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel a partir da interface 5
R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutem (endereccedilo MAC do hospedeiro
interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)
parece uma tabela de repasse P como satildeo criadas e mantidas as
entradas na tabela de comutaccedilatildeo haacute algo como um protocolo de
roteamento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch with six interfaces(123456)
1 2 345
6
5 Camada de Enlace 5-71
switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfaces quando um quadro eacute
recebido o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada
registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo
Switch autoaprendizagemA
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
5 Camada de Enlace 5-725 Camada de Enlace
Switch filtragemrepasse de quadrosQuando o quadro eacute recebido em um comutador
registra o link de entrada endereccedilo MAC do hospedeiro transmissor
indexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo MAC do destino
if entrada encontrada para o destinothen
if dest estiver no segmento de onde veio o quadro then descarta o quadro
else repassa o quadro na interface indicada else usa inundaccedilatildeo
Repassa o quadro para todas as demais interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido
5 Camada de Enlace 5-73
Exemplo de auto aprendizagem e repasse
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo destino do quadro Arsquo
com localizaccedilatildeo desconhecida inundaccedilatildeo
Arsquo A
local do destino A conhecido
Arsquo 4 60
transmissatildeo seletiva
5 Camada de Enlace 5-74
Interligaccedilatildeo de comutadores
Podemos interligar comutadores (switches)
AB
P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe que deve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3
R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenico comutador)
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
5 Camada de Enlace 5-75
Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde
para C
P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4
AB
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
12
5 Camada de Enlace 5-76
Rede institucional
Para redeexterna
roteador
Subrede IP
Servidor de mensagens
Servidor web
5 Camada de Enlace 5-77
Comutadores x Roteadores
ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa roteadores dispositivos da
camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)
comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace
ambos possuem tabelas de repasse roteadores obteacutem
tabelas usando alg de roteamento endereccedilos IP
comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
redeenlacefiacutesica
enlacefiacutesica
switch
datagrama
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
quadro
quadro
quadrodatagrama
5 Camada de Enlace 5-78
Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e
serviccedilos52 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais
Endereccedilamento ARP
EthernetSwitchesVLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-79
Siacutentese um dia na vida de um pedido web jornada completa atravessando toda a pilha de
protocolos aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
colocando tudo junto siacutentese objetivo identificar revisar entender os
protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web
cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom
5 Camada de Enlace 5-80
Um dia na vida cenaacuterio
rede da Comcast68800013
rede do Google64233160019 64233169105
servidor web
Servidor DNS
rede da escola68802024
paacutegina web
navegador
5 Camada de Enlace 5-81
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPDHCP
quadro Ethernet difundido (dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador que executa o servidor DHCP Ethernet demultiplexado para IP demultiplexado para UDP e demultiplexado paraDHCP
o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilo do primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP Solicitaccedilatildeo DHCP encapsulada em UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023 Ethernet
5 Camada de Enlace 5-82
roteador(roda DHCP)
servidor DHCP prepara ACK DHCP contendo endereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiro roteador nome e endereccedilo IP do servidor DNS
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
encapsulamento no servidor DHCP quadro repassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente
Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador
cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
5 Camada de Enlace 5-83
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
consulta DNS criada encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviar quadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP
consulta ARP difundida recebida pelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccedilo MAC da interface do roteador
o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiro roteador podendo agora enviar o quadro contendo a consulta DNS
ARP query
EthPhy
ARP
ARP
ARP reply
antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
5 Camada de Enlace 5-84
roteador(roda DHCP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
datagrama IP conteacutem consulta DNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador
datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelos protocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS
demultiplexado pelo servidor DNS
servidor DNS responde ao cliente com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
rede da Comcast68800013
servidor DNSDNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
Um dia na vidahellip usando DNS
5 Camada de Enlace 5-85
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
para enviar pedido HTTP cliente primeiro abre um socket TCP para o servidor web segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web
conexatildeo TCP estabelecida64233169105servidor web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCPIPEthPhy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)
5 Camada de Enlace 5-86
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
solicitaccedilatildeo HTTP enviada para o socket TCP datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhado para wwwgooglecom
datagrama IP com a resposta HTTP eacute encaminhado de volta para o cliente
64233169105servidor web
HTTPTCPIPEthPhy
servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTPHTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
paacutegina web finalmente() apresentada
5 Camada de Enlace 5-87
Capiacutetulo 5 Resumo
princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dados detecccedilatildeo correccedilatildeo de erros compartilhamento de canal de difusatildeo acesso
muacuteltiplo endereccedilamento da camada de enlace
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlace Ethernet LANs comutadas VLANs redes virtualizadas como camada de enlace MPLS
siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web
5 Camada de Enlace 5-14
Exemplo de CRCQueremos
D2r XOR R = nGde forma equivalente
D2r = nG XOR R de forma equivalente se dividirmos D2r
por G queremos o resto R que satisfaccedila
GDR
r2resto
101110000 10011001 101011 1010 1001 1100 1001 1010 1001 011
D G
R
r = 3
5 Camada de Enlace 5-15
Implementaccedilatildeo em Hardware
Aring
G=1001
D2r=101110000
5 Camada de Enlace 5-16
Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e
serviccedilos52 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais
Endereccedilamento ARP
EthernetSwitchesVLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-17
Enlaces e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
Dois tipos de enlaces Ponto-a-ponto
PPP para acesso discado
Conexatildeo entre switch Ethernet e hospedeiro
broadcast (cabo ou meio compartilhado) Ethernet tradicional Upstream HFC 80211 LAN sem fio Sateacutelite Etc
5 Camada de Enlace 5-18
Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
canal de comunicaccedilatildeo uacutenico de broadcast interferecircncia quando dois ou mais noacutes transmitem
simultaneamente colisatildeo se um noacute receber dois ou mais sinais ao mesmo
tempo
Protocolo de acesso muacuteltiplo algoritmo distribuiacutedo que determina como os noacutes
compartilham o canal isto eacute determina quando um noacute pode transmitir
comunicaccedilatildeo sobre o compartilhamento do canal deve usar o proacuteprio canal natildeo haacute canal fora da faixa para coordenar a transmissatildeo
5 Camada de Enlace 5-19
Protocolo Ideal de Acesso MuacuteltiploPara um canal de broadcast com taxa de R bps
1 Quando apenas um noacute tem dados para enviar esse noacute obteacutem uma vazatildeo de R bps
2 Quando M noacutes tecircm dados para enviar cada um desses noacutes poderaacute transmitir em meacutedia a uma taxa de RM bps
3 Completamente descentralizado nenhum noacute especial (mestre) para coordenar as
transmissotildees nenhuma sincronizaccedilatildeo de reloacutegios ou slots
4 Simples para que sua implementaccedilatildeo seja barata
5 Camada de Enlace 5-20
Taxonomia dos Protocolos MACTrecircs categorias gerais divisatildeo de Canal
divide o canal em pequenos ldquopedaccedilosrdquo (slotscompartimentos de tempo frequecircncia coacutedigo)
aloca pedaccedilo a um dado noacute para uso exclusivo deste acesso Aleatoacuterio
canal natildeo eacute dividido podem ocorrer colisotildees ldquorecuperaccedilatildeordquo das colisotildees
revezamento Noacutes se alternam em revezamento mas um noacute que
possui mais dados a transmitir pode demorar mais quando chegar a sua vez
5 Camada de Enlace 5-21
Protocolos MAC de divisatildeo de canal TDMA
TDMA Acesso Muacuteltiplo por Divisatildeo de Tempo acesso ao canal em ldquoturnos cada estaccedilatildeo recebe um comprimento fixo de
compartimento (comprimento = tempo de tx do pacote) em cada turno
compartimentos natildeo usados permanecem ociosos Exemplo LAN com 6 estaccedilotildees compartimentos 1 3 e 4
com pacotes compartimentos 2 5 e 6 ociosos
5 Camada de Enlace 5-22
Protocolos MAC de divisatildeo de canal FDMA
FDMA Acesso Muacuteltiplo por Divisatildeo de Frequecircncia espectro do canal dividido em bandas de frequecircncia a cada estaccedilatildeo eacute atribuiacuteda uma banda fixa de frequecircncia tempo de transmissatildeo natildeo usado nas bandas permanecem
ociosos exemplo LAN com 6 estaccedilotildees 134 com pacotes bandas
256 ociosas
Band
as d
e fre
quecircn
cia tempo
cabo FDM
5 Camada de Enlace 5-23
Protocolos de Acesso Aleatoacuterio Quando noacute tem um pacote para transmitir
transmite na taxa maacutexima Rnenhuma coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes
dois ou mais noacutes transmitindo ldquocolisatildeordquo O protocolo MAC de acesso aleatoacuterio
especifica como detectar colisotildeescomo se recuperar delas (atraveacutes de
retransmissotildees retardadas por exemplo) Exemplos de protocolos MAC de acesso
aleatoacuterioslotted ALOHAALOHACSMA CSMACD CSMACA
5 Camada de Enlace 5-24
Slotted ALOHA
Hipoacuteteses todos os quadros tecircm o
mesmo tamanho (L bits) tempo eacute dividido em slots
de tamanho igual tempo para transmitir 1 quadro (LR seg)
noacutes comeccedilam a transmitir quadros apenas no iniacutecio dos intervalos (slots)
noacutes satildeo sincronizados se 2 ou mais noacutes
transmitirem num slot todos os noacutes detectam a colisatildeo
Operaccedilatildeo quando o noacute obteacutem um novo
quadro ele espera ateacute o iniacutecio do proacuteximo slot e transmite o quadro inteiro
Se natildeo houver colisatildeo noacute poderaacute enviar um novo quadro no proacuteximo slot
caso haja uma colisatildeo (detectada antes do final do intervalo) noacute retransmite o quadro em cada intervalo subsequente com probabilidade p ateacute obter sucesso
5 Camada de Enlace 5-25
Slotted ALOHA
Vantagens uacutenico noacute ativo pode
transmitir continuamente na taxa maacutexima do canal
Altamente descentralizado apenas slots nos noacutes precisam estar sincronizados
simples
Desvantagens colisotildees slots
desperdiccedilados slots ociosos
(desperdiacutecio) noacutes podem ser capazes
de detectar colisotildees num tempo inferior ao da transmissatildeo do pacote
sincronizaccedilatildeo dos reloacutegios
5 Camada de Enlace 5-26
Eficiecircncia do Slotted Aloha
Assuma N noacutes com muitos quadros para enviar cada um transmite num slot com probabilidade p
probabilidade que noacute 1 tenha sucesso em um slot = p(1-p)N-1
probabilidade que qualquer noacute tenha sucesso = Np(1-p)N-
1
Para eficiecircncia maacutexima com N noacutes encontre p que maximiza Np(1-p)N-1
Para muitos noacutes faccedila limite para Np(1-p)N-1
quando N tende a infinito daacute
eficiecircncia maacutexima = 1e = 037
Eficiecircncia eacute a fraccedilatildeo de longo prazo de slots bem sucedidos quando haacute muitos noacutes cada um com muitos quadros para transmitir
Melhor caso canalusado para transmissotildees uacuteteis em apenas 37 do tempo
5 Camada de Enlace 5-27
ALOHA Puro (sem slots) Aloha puro (sem slots) mais simples sem sincronizaccedilatildeo Ao chegar um quadro no noacute
transmite imediatamente Probabilidade de colisatildeo aumenta
quadro enviado em t0 colide com outros quadros enviados em [t0-1t0+1]
5 Camada de Enlace 5-28
Eficiecircncia do Aloha puroP(sucesso por um dado noacute) = P(noacute transmita) P(nenhum outro noacute transmita em [t0-1t0] P(nenhum outro noacute transmita em [t0t0+1] = p (1-p)N-1 (1-p)N-1
= p (1-p)2(N-1)
hellip escolhendo o valor oacutetimo de p e deixando n -gt infinito
= 1(2e) = 018 Ainda pior do que o Slotted Aloha
5 Camada de Enlace 5-29
CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)
CSMA (Carrier Sense Multiple Access) Escuta antes de transmitir (detecccedilatildeo de portadora)
Se o canal estiver livre transmite todo o quadro
Se o canal estiver ocupado adia a transmissatildeo
Analogia humana natildeo interrompa outros
5 Camada de Enlace 5-30
Colisotildees no CSMA
colisotildees ainda podem aconteceratraso de propagaccedilatildeo significa que dois noacutes podem natildeo ouvira transmissatildeo do outro colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo eacute desperdiccedilado
Disposiccedilatildeo espacial dos noacutes
notapapel da distacircncia e atraso de propagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo
5 Camada de Enlace 5-31
CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)
CSMACD detecccedilatildeo da portadora adia a transmissatildeo como no CSMAAs colisotildees satildeo detectadas em pouco tempoTransmissotildees que sofreram colisotildees satildeo
abortadas reduzindo o desperdiacutecio do canal Detecccedilatildeo de colisotildees
Faacutecil em LANs cabeadas mede a potecircncia do sinal compara o sinal recebido com o transmitido
Difiacutecil em LANs sem fio o receptor eacute desligado durante a transmissatildeo
Analogia humana bate papo educado
5 Camada de Enlace 5-32
Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD
5 Camada de Enlace 5-33
Algoritmo CSMACD do Ethernet1 Adaptador recebe datagrama
da camada de rede e cria um quadro
2 Se o adaptador percebe que o canal estaacute ocioso comeccedila a transmitir o quadro Se percebe que o canal estaacute ocupado espera que o canal fique livre e transmite
3 Se o adaptador transmitir todo o quadro sem detectar outra transmissatildeo o adaptador concluiu a operaccedilatildeo com o quadro
4 Se o adaptador detectar outra transmissatildeo enquanto estiver transmitindo aborta e envia sinal de reforccedilo de colisatildeo de 48 bits
5 Apoacutes o aborto o adaptador entra na retirada (backoff) exponencial binaacuteria apoacutes a m-eacutesima colisatildeo o
adaptador escolhe um K aleatoriamente entre 012hellip2m-1 O adaptador espera K512 tempos de bit e retorna ao Passo 2
quanto mais colisotildees houver mas longos seratildeo os intervalos de retirada
5 Camada de Enlace 5-34
Eficiecircncia do CSMACD
tprop = atraso maacuteximo de prop entre 2 noacutes na LAN
ttrans = tempo para transmitir quadro de tamanho maacuteximo
Eficiecircncia vai para 1 agrave medida que tprop vai para 0ttrans vai para infinito
Muito melhor do que ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato
transprop tt 511eficiecircncia
5 Camada de Enlace 5-35
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoProtocolos MAC de divisatildeo de canal
Compartilha o canal eficientemente e de forma justa em altas cargas
Ineficiente em baixas cargas atraso no canal de acesso alocaccedilatildeo de 1N da largura de banda mesmo com apenas 1 noacute ativo
Protocolos MAC de acesso aleatoacuterioeficiente em baixas cargas um uacutenico noacute
pode utilizar completamente o canalAltas cargas overhead com colisotildees
Protocolos de revezamentoProcura oferecer o melhor dos dois mundos
5 Camada de Enlace 5-36
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoSeleccedilatildeo (Polling) Noacute mestre ldquoconvidardquo
noacutes escravos a transmitir em revezamento
Usado tipicamente com dispositivos escravo burros
Preocupaccedilotildees Overhead com as
consultas (polling) Latecircncia Ponto uacutenico de
falha (mestre)
mestre
escravos
poll
dados
dados
5 Camada de Enlace 5-37
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoPassagem de
permissatildeo (token) controla permissatildeo
passada de um noacute para o proacuteximo de forma sequencial
mensagem de passagem da permissatildeo
preocupaccedilotildees overhead com a
passagem de permissatildeo
latecircncia Ponto uacutenico de falha
(permissatildeo)
T
dados
(nada paramandar)
T
5 Camada de Enlace 5-38
Rede de acesso a cabo
Muacuteltiplos canais de difusatildeo downstream de 40Mbps Um uacutenico CMTS transmite para os diversos canais
Muacuteltiplos canais upstream de 30 Mbps Acesso muacuteltiplo todos os usuaacuterios disputam alguns slots
de tempo em canais upstream (outros satildeo preacute-alocados)
terminaccedilatildeo do cabo
CMTS
ISP
sistema de terminaccedilatildeo do cable modem
cablemodemsplitter
hellip
hellip
quadros Internet canais de TV e controle satildeo transmitidos downstream em frequecircncias diferentes
quadros Internet upstream e controle de TV satildeo transmitidos upstream em diferentes frequecircncias em slots de tempo
5 Camada de Enlace 5-39
Rede de acesso a cabo
DOCSIS espec da interface de serviccedilo de dados sobre cabo FDM sobre as frequecircncias dos canais up e downstream TDM upstream alguns slots satildeo alocados outros tecircm
disputabull quadro de mapeamento downstream aloca slots
upstreambull requisiccedilatildeo de slots upstream (e dados) satildeo transmitidos
atraveacutes de acesso aleatoacuterio (retirada binaacuteria) em slots selecionados
quadro de mapeamentop intervalo [t1 t2]
Residecircncias com cable modems
Canal downstream i
Canal Upstream j
t1 t2
Minislots alocados contendo quadros de dadosupstream do cable modem
Minislots contendo quadrosde requisiccedilatildeo de minislots
cable headend
CMTS
5 Camada de Enlace 5-40
Resumo dos protocolos MAC divisatildeo do canal por tempo frequecircncia ou
coacutedigoDivisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequecircncia
acesso aleatoacuterio (dinacircmico) ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDescutar a portadora faacutecil em algumas
tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)
CSMACD usado na EthernetCSMACA usado no 80211
RevezamentoSeleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto
central passagem de permissotildeesBluetooth FDDI Token Ring
5 Camada de Enlace 5-41
Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e
serviccedilos52 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais
Endereccedilamento ARP
EthernetSwitchesVLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-42
Endereccedilos MAC e ARP Endereccedilo IP de 32 bits
endereccedilos da camada de rede para a interface usado pelo repasse da camada 3 (rede)
Endereccedilo MAC (ou LAN ou fiacutesico ou Ethernet) Funccedilatildeo usado lsquolocalmentersquo para levar o quadro de
uma interface ateacute outra interface conectada fisicamente (na mesma rede no sentido do endereccedilamento IP)
Endereccedilo MAC de 48 bits (para a maioria das redes) gravado na ROM do adaptador ou configurado por software
Ex 1A-2F-BB-76-09-ADnotaccedilatildeo hexadecimal (base 16)
(cada ldquonuacutemerordquo representa 4 bits)
5 Camada de Enlace 5-43
Endereccedilos MAC e ARPcada adaptador na LAN possui um endereccedilo MAC uacutenico
Endereccedilo de Broadcast =FF-FF-FF-FF-FF-FF
= adaptador
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN(cabeada ousem fio)
5 Camada de Enlace 5-44
Endereccedilo MAC (cont) Alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC gerenciada pelo IEEE Um fabricante compra uma parte do espaccedilo de
endereccedilos (para garantir unicidade) Analogia (a) endereccedilo MAC como nuacutemero do CPF (b) endereccedilo IP como endereccedilo postal (CEP) endereccedilo MAC tem estrutura linear =gt
portabilidadePode mover um cartatildeo LAN de uma LAN para
outra endereccedilo IP hieraacuterquico NAtildeO eacute portaacutetil (requer IP
moacutevel)Depende da subrede IP agrave qual o noacute estaacute
conectado
5 Camada de Enlace 5-45
ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de Resoluccedilatildeo de Endereccedilos)
Cada noacute IP (Host Roteador) de uma LAN possui tabela ARP
Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN
lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt TTL (Time To Live) tempo
a partir do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute esquecido (valor tiacutepico de 20 min)
Pergunta como obter oendereccedilo MAC de B a partir do endereccedilo IP de B
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53 LAN
237196723
237196778
237196714
237196788
5 Camada de Enlace 5-46
Protocolo ARP mesma LAN (rede) A deseja enviar datagrama
para B e o endereccedilo MAC de B natildeo estaacute na tabela ARP
A difunde o pacote de solicitaccedilatildeo ARP que conteacutem o endereccedilo IP de B Endereccedilo MAC destino =
FF-FF-FF-FF-FF-FF todas as maacutequinas na
LAN recebem a consulta do ARP
B recebe o pacote ARP responde a A com o seu (de B) endereccedilo MAC Quadro enviado para o
endereccedilo MAC (unicast) de A
Uma cache (salva) o par de endereccedilos IP-para-MAC na sua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo fique antiquada (expire) lsquosoft statersquo informaccedilatildeo que expira (vai embora) a menos que seja renovada
ARP eacute ldquoplug-and-playrdquo os noacutes criam suas tabelas ARP sem a intervenccedilatildeo do administrador
da rede
5 Camada de Enlace 5-47
Endereccedilamento repassando para outra LAN encaminhamento envio de datagrama de A para B via R
foco no endereccedilamento ndash nas camadas IP (datagrama) e MAC (quadro)
assume que A conhece o endereccedilo IP de B assume que A conhece o endereccedilo IP do proacuteximo roteador
R (como) assume que A conhece o endereccedilo MAC de R (como)
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
5 Camada de Enlace 5-48
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IPEthPhy
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
A cria datagrama IP com IP origem A destino B A cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC
de R como destino quadro conteacutem o datagrama IP de A-para-B
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55 MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
5 Camada de Enlace 5-49
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IPEthPhy
quadro enviado de A para R
IPEthPhy
quadro recebido em R datagrama removido passado para o IP
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55 MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
5 Camada de Enlace 5-50
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
R repassa o datagrama com origem IP A destino B R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC
de B como destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9B MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
IPEthPhy
5 Camada de Enlace 5-51
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
R repassa o datagrama com origem IP A destino B R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC
de B como destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9B MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
IPEthPhy
5 Camada de Enlace 5-52
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
R repassa o datagrama com origem IP A destino B R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC
de B como destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9B MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
5 Camada de Enlace 5-53
Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e
serviccedilos52 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais
Endereccedilamento ARP
EthernetSwitchesVLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-54
Ethernet Muitiacutessimo difundida porque
Muito barata R$50 para placas 101001000Mbps A mais antiga das tecnologias de rede local (meados da
deacutecada de 70) Mais simples e menos cara que redes usando ficha ou
ATM Acompanhou o aumento de velocidade 10 Mbps ndash 10
Gbps
Rascunho de Metcalfe sobre o Ethernet
5 Camada de Enlace 5-55
Ethernet topologia fiacutesica barramento popular ateacute meados dos anos 90
Todos os noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo (podem colidir um com o outro)
estrela prevalecircncia hoje Comutador (switch) ativo no centro Cada porta roda o protocolo Ethernet separadamente (os
noacutes natildeo colidem uns com os outros)
barramento cabo coaxial
switch
estrela
5 Camada de Enlace 5-56
Estrutura do Quadro EthernetAdaptador remetente encapsula datagrama IP (ou pacote
de outro protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
preacircmbulo 7 bytes com o padratildeo 10101010 seguidos por um byte
com o padratildeo 10101011 usado para sincronizar receptor ao reloacutegio do
remetente (reloacutegios nunca satildeo exatos eacute muito provaacutevel que exista algum desvio entre eles)
5 Camada de Enlace 5-57
Estrutura de Quadro Ethernet (cont)
Endereccedilos 6 bytes para cada endereccedilo MAC se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo destino igual
ao seu ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede
caso contraacuterio o adaptador descarta o quadro Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior
usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)
CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado
5 Camada de Enlace 5-58
Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo sem conexatildeo natildeo haacute estabelecimento de
conexatildeo (saudaccedilatildeo) entre os adaptadores transmissor e receptor
Natildeo confiaacutevel o adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador transmissordados em quadros descartados satildeo
recuperados apenas se o transmissor usar transferecircncia confiaacutevel em camadas mais altas (ex TCP) caso contraacuterio os dados estaratildeo perdidos
Protocolo MAC do Ethernet CSMACD com retirada binaacuteria
5 Camada de Enlace 5-59
Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
diversos padrotildees Ethernet diferentes tecircm em comum o protocolo MAC e o formato do
quadro diferentes velocidades 2Mbps 10Mbps 100Mbps
1Gbps 10Gbps diferentes meios da camada fiacutesica fibra cabo
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
protocolo MACe formato do quadro
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)
5 Camada de Enlace 5-60
10Base5
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-61
10Base2
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-62
10BaseT
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-63
Conector RJ 45
5 Camada de Enlace 5-64
100Base-TX
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-65 10
Wireless Backhaul
Carrier Ethernet Access Expansion
Voice gateway
VoiceVideoTelephony
HD TVTVoD VoD
Video Source
Gaming BusinessBackup ERP
Internet Video Source
BusinessBroadband
E-Line andE-LAN service
GlobalNationalCarrierEthernet
GlobalNationalCarrierEthernet
SmallMedium Business
Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet
AccessCarrierEthernet
AccessCarrierEthernet
ResidentialTriple-Play
FTTx DSLAM Cable Modem
Broadbandmobile datavideo
Bringing vastly extended scalability for business and residential users
ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing
5 Camada de Enlace 5-66
Carrier Ethernet Defined
bull Carrier Ethernet is a ubiquitous standardized carrier-class SERVICE defined by five attributes that distinguish Carrier Ethernet from familiar LAN based Ethernet
bull It brings the compelling business benefit of the Ethernet cost model to achieve significant savings
Carrier Ethernet
bull Scalability
bull Standardized Services
bull Service Management
bull Quality of Service
bull Reliability
Carrier Ethernet Attributes
httpwwwmetroethernetforumorg
5 Camada de Enlace 5-67
Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e
serviccedilos52 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais
Endereccedilamento ARP
EthernetSwitchesVLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-68
Comutador (switch) Ethernet Dispositivo da camada de enlace tecircm papel
ativo armazena e retransmite quadros Ethernetexamina o cabeccedilalho do quadro e
seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento
transparentehospedeiros ignoram a presenccedila dos
switches plug-and-play self-learning (autodidatas)
os comutadores natildeo necessitam ser configurados
5 Camada de Enlace 5-69
Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas hospedeiros tecircm conexatildeo
direta e dedicada para o switch
os switches armazenam quadros
o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplex cada link eacute o seu proacuteprio
domiacutenio de colisatildeo comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-
para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch com seis interfaces(123456)
1 2 345
6
5 Camada de Enlace 5-70
Tabela de repasse do switch P como eacute que o switch sabe que
Arsquo eacute alcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel a partir da interface 5
R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutem (endereccedilo MAC do hospedeiro
interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)
parece uma tabela de repasse P como satildeo criadas e mantidas as
entradas na tabela de comutaccedilatildeo haacute algo como um protocolo de
roteamento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch with six interfaces(123456)
1 2 345
6
5 Camada de Enlace 5-71
switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfaces quando um quadro eacute
recebido o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada
registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo
Switch autoaprendizagemA
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
5 Camada de Enlace 5-725 Camada de Enlace
Switch filtragemrepasse de quadrosQuando o quadro eacute recebido em um comutador
registra o link de entrada endereccedilo MAC do hospedeiro transmissor
indexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo MAC do destino
if entrada encontrada para o destinothen
if dest estiver no segmento de onde veio o quadro then descarta o quadro
else repassa o quadro na interface indicada else usa inundaccedilatildeo
Repassa o quadro para todas as demais interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido
5 Camada de Enlace 5-73
Exemplo de auto aprendizagem e repasse
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo destino do quadro Arsquo
com localizaccedilatildeo desconhecida inundaccedilatildeo
Arsquo A
local do destino A conhecido
Arsquo 4 60
transmissatildeo seletiva
5 Camada de Enlace 5-74
Interligaccedilatildeo de comutadores
Podemos interligar comutadores (switches)
AB
P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe que deve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3
R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenico comutador)
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
5 Camada de Enlace 5-75
Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde
para C
P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4
AB
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
12
5 Camada de Enlace 5-76
Rede institucional
Para redeexterna
roteador
Subrede IP
Servidor de mensagens
Servidor web
5 Camada de Enlace 5-77
Comutadores x Roteadores
ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa roteadores dispositivos da
camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)
comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace
ambos possuem tabelas de repasse roteadores obteacutem
tabelas usando alg de roteamento endereccedilos IP
comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
redeenlacefiacutesica
enlacefiacutesica
switch
datagrama
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
quadro
quadro
quadrodatagrama
5 Camada de Enlace 5-78
Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e
serviccedilos52 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais
Endereccedilamento ARP
EthernetSwitchesVLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-79
Siacutentese um dia na vida de um pedido web jornada completa atravessando toda a pilha de
protocolos aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
colocando tudo junto siacutentese objetivo identificar revisar entender os
protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web
cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom
5 Camada de Enlace 5-80
Um dia na vida cenaacuterio
rede da Comcast68800013
rede do Google64233160019 64233169105
servidor web
Servidor DNS
rede da escola68802024
paacutegina web
navegador
5 Camada de Enlace 5-81
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPDHCP
quadro Ethernet difundido (dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador que executa o servidor DHCP Ethernet demultiplexado para IP demultiplexado para UDP e demultiplexado paraDHCP
o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilo do primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP Solicitaccedilatildeo DHCP encapsulada em UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023 Ethernet
5 Camada de Enlace 5-82
roteador(roda DHCP)
servidor DHCP prepara ACK DHCP contendo endereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiro roteador nome e endereccedilo IP do servidor DNS
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
encapsulamento no servidor DHCP quadro repassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente
Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador
cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
5 Camada de Enlace 5-83
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
consulta DNS criada encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviar quadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP
consulta ARP difundida recebida pelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccedilo MAC da interface do roteador
o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiro roteador podendo agora enviar o quadro contendo a consulta DNS
ARP query
EthPhy
ARP
ARP
ARP reply
antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
5 Camada de Enlace 5-84
roteador(roda DHCP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
datagrama IP conteacutem consulta DNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador
datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelos protocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS
demultiplexado pelo servidor DNS
servidor DNS responde ao cliente com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
rede da Comcast68800013
servidor DNSDNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
Um dia na vidahellip usando DNS
5 Camada de Enlace 5-85
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
para enviar pedido HTTP cliente primeiro abre um socket TCP para o servidor web segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web
conexatildeo TCP estabelecida64233169105servidor web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCPIPEthPhy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)
5 Camada de Enlace 5-86
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
solicitaccedilatildeo HTTP enviada para o socket TCP datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhado para wwwgooglecom
datagrama IP com a resposta HTTP eacute encaminhado de volta para o cliente
64233169105servidor web
HTTPTCPIPEthPhy
servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTPHTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
paacutegina web finalmente() apresentada
5 Camada de Enlace 5-87
Capiacutetulo 5 Resumo
princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dados detecccedilatildeo correccedilatildeo de erros compartilhamento de canal de difusatildeo acesso
muacuteltiplo endereccedilamento da camada de enlace
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlace Ethernet LANs comutadas VLANs redes virtualizadas como camada de enlace MPLS
siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web
5 Camada de Enlace 5-15
Implementaccedilatildeo em Hardware
Aring
G=1001
D2r=101110000
5 Camada de Enlace 5-16
Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e
serviccedilos52 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais
Endereccedilamento ARP
EthernetSwitchesVLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-17
Enlaces e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
Dois tipos de enlaces Ponto-a-ponto
PPP para acesso discado
Conexatildeo entre switch Ethernet e hospedeiro
broadcast (cabo ou meio compartilhado) Ethernet tradicional Upstream HFC 80211 LAN sem fio Sateacutelite Etc
5 Camada de Enlace 5-18
Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
canal de comunicaccedilatildeo uacutenico de broadcast interferecircncia quando dois ou mais noacutes transmitem
simultaneamente colisatildeo se um noacute receber dois ou mais sinais ao mesmo
tempo
Protocolo de acesso muacuteltiplo algoritmo distribuiacutedo que determina como os noacutes
compartilham o canal isto eacute determina quando um noacute pode transmitir
comunicaccedilatildeo sobre o compartilhamento do canal deve usar o proacuteprio canal natildeo haacute canal fora da faixa para coordenar a transmissatildeo
5 Camada de Enlace 5-19
Protocolo Ideal de Acesso MuacuteltiploPara um canal de broadcast com taxa de R bps
1 Quando apenas um noacute tem dados para enviar esse noacute obteacutem uma vazatildeo de R bps
2 Quando M noacutes tecircm dados para enviar cada um desses noacutes poderaacute transmitir em meacutedia a uma taxa de RM bps
3 Completamente descentralizado nenhum noacute especial (mestre) para coordenar as
transmissotildees nenhuma sincronizaccedilatildeo de reloacutegios ou slots
4 Simples para que sua implementaccedilatildeo seja barata
5 Camada de Enlace 5-20
Taxonomia dos Protocolos MACTrecircs categorias gerais divisatildeo de Canal
divide o canal em pequenos ldquopedaccedilosrdquo (slotscompartimentos de tempo frequecircncia coacutedigo)
aloca pedaccedilo a um dado noacute para uso exclusivo deste acesso Aleatoacuterio
canal natildeo eacute dividido podem ocorrer colisotildees ldquorecuperaccedilatildeordquo das colisotildees
revezamento Noacutes se alternam em revezamento mas um noacute que
possui mais dados a transmitir pode demorar mais quando chegar a sua vez
5 Camada de Enlace 5-21
Protocolos MAC de divisatildeo de canal TDMA
TDMA Acesso Muacuteltiplo por Divisatildeo de Tempo acesso ao canal em ldquoturnos cada estaccedilatildeo recebe um comprimento fixo de
compartimento (comprimento = tempo de tx do pacote) em cada turno
compartimentos natildeo usados permanecem ociosos Exemplo LAN com 6 estaccedilotildees compartimentos 1 3 e 4
com pacotes compartimentos 2 5 e 6 ociosos
5 Camada de Enlace 5-22
Protocolos MAC de divisatildeo de canal FDMA
FDMA Acesso Muacuteltiplo por Divisatildeo de Frequecircncia espectro do canal dividido em bandas de frequecircncia a cada estaccedilatildeo eacute atribuiacuteda uma banda fixa de frequecircncia tempo de transmissatildeo natildeo usado nas bandas permanecem
ociosos exemplo LAN com 6 estaccedilotildees 134 com pacotes bandas
256 ociosas
Band
as d
e fre
quecircn
cia tempo
cabo FDM
5 Camada de Enlace 5-23
Protocolos de Acesso Aleatoacuterio Quando noacute tem um pacote para transmitir
transmite na taxa maacutexima Rnenhuma coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes
dois ou mais noacutes transmitindo ldquocolisatildeordquo O protocolo MAC de acesso aleatoacuterio
especifica como detectar colisotildeescomo se recuperar delas (atraveacutes de
retransmissotildees retardadas por exemplo) Exemplos de protocolos MAC de acesso
aleatoacuterioslotted ALOHAALOHACSMA CSMACD CSMACA
5 Camada de Enlace 5-24
Slotted ALOHA
Hipoacuteteses todos os quadros tecircm o
mesmo tamanho (L bits) tempo eacute dividido em slots
de tamanho igual tempo para transmitir 1 quadro (LR seg)
noacutes comeccedilam a transmitir quadros apenas no iniacutecio dos intervalos (slots)
noacutes satildeo sincronizados se 2 ou mais noacutes
transmitirem num slot todos os noacutes detectam a colisatildeo
Operaccedilatildeo quando o noacute obteacutem um novo
quadro ele espera ateacute o iniacutecio do proacuteximo slot e transmite o quadro inteiro
Se natildeo houver colisatildeo noacute poderaacute enviar um novo quadro no proacuteximo slot
caso haja uma colisatildeo (detectada antes do final do intervalo) noacute retransmite o quadro em cada intervalo subsequente com probabilidade p ateacute obter sucesso
5 Camada de Enlace 5-25
Slotted ALOHA
Vantagens uacutenico noacute ativo pode
transmitir continuamente na taxa maacutexima do canal
Altamente descentralizado apenas slots nos noacutes precisam estar sincronizados
simples
Desvantagens colisotildees slots
desperdiccedilados slots ociosos
(desperdiacutecio) noacutes podem ser capazes
de detectar colisotildees num tempo inferior ao da transmissatildeo do pacote
sincronizaccedilatildeo dos reloacutegios
5 Camada de Enlace 5-26
Eficiecircncia do Slotted Aloha
Assuma N noacutes com muitos quadros para enviar cada um transmite num slot com probabilidade p
probabilidade que noacute 1 tenha sucesso em um slot = p(1-p)N-1
probabilidade que qualquer noacute tenha sucesso = Np(1-p)N-
1
Para eficiecircncia maacutexima com N noacutes encontre p que maximiza Np(1-p)N-1
Para muitos noacutes faccedila limite para Np(1-p)N-1
quando N tende a infinito daacute
eficiecircncia maacutexima = 1e = 037
Eficiecircncia eacute a fraccedilatildeo de longo prazo de slots bem sucedidos quando haacute muitos noacutes cada um com muitos quadros para transmitir
Melhor caso canalusado para transmissotildees uacuteteis em apenas 37 do tempo
5 Camada de Enlace 5-27
ALOHA Puro (sem slots) Aloha puro (sem slots) mais simples sem sincronizaccedilatildeo Ao chegar um quadro no noacute
transmite imediatamente Probabilidade de colisatildeo aumenta
quadro enviado em t0 colide com outros quadros enviados em [t0-1t0+1]
5 Camada de Enlace 5-28
Eficiecircncia do Aloha puroP(sucesso por um dado noacute) = P(noacute transmita) P(nenhum outro noacute transmita em [t0-1t0] P(nenhum outro noacute transmita em [t0t0+1] = p (1-p)N-1 (1-p)N-1
= p (1-p)2(N-1)
hellip escolhendo o valor oacutetimo de p e deixando n -gt infinito
= 1(2e) = 018 Ainda pior do que o Slotted Aloha
5 Camada de Enlace 5-29
CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)
CSMA (Carrier Sense Multiple Access) Escuta antes de transmitir (detecccedilatildeo de portadora)
Se o canal estiver livre transmite todo o quadro
Se o canal estiver ocupado adia a transmissatildeo
Analogia humana natildeo interrompa outros
5 Camada de Enlace 5-30
Colisotildees no CSMA
colisotildees ainda podem aconteceratraso de propagaccedilatildeo significa que dois noacutes podem natildeo ouvira transmissatildeo do outro colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo eacute desperdiccedilado
Disposiccedilatildeo espacial dos noacutes
notapapel da distacircncia e atraso de propagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo
5 Camada de Enlace 5-31
CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)
CSMACD detecccedilatildeo da portadora adia a transmissatildeo como no CSMAAs colisotildees satildeo detectadas em pouco tempoTransmissotildees que sofreram colisotildees satildeo
abortadas reduzindo o desperdiacutecio do canal Detecccedilatildeo de colisotildees
Faacutecil em LANs cabeadas mede a potecircncia do sinal compara o sinal recebido com o transmitido
Difiacutecil em LANs sem fio o receptor eacute desligado durante a transmissatildeo
Analogia humana bate papo educado
5 Camada de Enlace 5-32
Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD
5 Camada de Enlace 5-33
Algoritmo CSMACD do Ethernet1 Adaptador recebe datagrama
da camada de rede e cria um quadro
2 Se o adaptador percebe que o canal estaacute ocioso comeccedila a transmitir o quadro Se percebe que o canal estaacute ocupado espera que o canal fique livre e transmite
3 Se o adaptador transmitir todo o quadro sem detectar outra transmissatildeo o adaptador concluiu a operaccedilatildeo com o quadro
4 Se o adaptador detectar outra transmissatildeo enquanto estiver transmitindo aborta e envia sinal de reforccedilo de colisatildeo de 48 bits
5 Apoacutes o aborto o adaptador entra na retirada (backoff) exponencial binaacuteria apoacutes a m-eacutesima colisatildeo o
adaptador escolhe um K aleatoriamente entre 012hellip2m-1 O adaptador espera K512 tempos de bit e retorna ao Passo 2
quanto mais colisotildees houver mas longos seratildeo os intervalos de retirada
5 Camada de Enlace 5-34
Eficiecircncia do CSMACD
tprop = atraso maacuteximo de prop entre 2 noacutes na LAN
ttrans = tempo para transmitir quadro de tamanho maacuteximo
Eficiecircncia vai para 1 agrave medida que tprop vai para 0ttrans vai para infinito
Muito melhor do que ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato
transprop tt 511eficiecircncia
5 Camada de Enlace 5-35
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoProtocolos MAC de divisatildeo de canal
Compartilha o canal eficientemente e de forma justa em altas cargas
Ineficiente em baixas cargas atraso no canal de acesso alocaccedilatildeo de 1N da largura de banda mesmo com apenas 1 noacute ativo
Protocolos MAC de acesso aleatoacuterioeficiente em baixas cargas um uacutenico noacute
pode utilizar completamente o canalAltas cargas overhead com colisotildees
Protocolos de revezamentoProcura oferecer o melhor dos dois mundos
5 Camada de Enlace 5-36
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoSeleccedilatildeo (Polling) Noacute mestre ldquoconvidardquo
noacutes escravos a transmitir em revezamento
Usado tipicamente com dispositivos escravo burros
Preocupaccedilotildees Overhead com as
consultas (polling) Latecircncia Ponto uacutenico de
falha (mestre)
mestre
escravos
poll
dados
dados
5 Camada de Enlace 5-37
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoPassagem de
permissatildeo (token) controla permissatildeo
passada de um noacute para o proacuteximo de forma sequencial
mensagem de passagem da permissatildeo
preocupaccedilotildees overhead com a
passagem de permissatildeo
latecircncia Ponto uacutenico de falha
(permissatildeo)
T
dados
(nada paramandar)
T
5 Camada de Enlace 5-38
Rede de acesso a cabo
Muacuteltiplos canais de difusatildeo downstream de 40Mbps Um uacutenico CMTS transmite para os diversos canais
Muacuteltiplos canais upstream de 30 Mbps Acesso muacuteltiplo todos os usuaacuterios disputam alguns slots
de tempo em canais upstream (outros satildeo preacute-alocados)
terminaccedilatildeo do cabo
CMTS
ISP
sistema de terminaccedilatildeo do cable modem
cablemodemsplitter
hellip
hellip
quadros Internet canais de TV e controle satildeo transmitidos downstream em frequecircncias diferentes
quadros Internet upstream e controle de TV satildeo transmitidos upstream em diferentes frequecircncias em slots de tempo
5 Camada de Enlace 5-39
Rede de acesso a cabo
DOCSIS espec da interface de serviccedilo de dados sobre cabo FDM sobre as frequecircncias dos canais up e downstream TDM upstream alguns slots satildeo alocados outros tecircm
disputabull quadro de mapeamento downstream aloca slots
upstreambull requisiccedilatildeo de slots upstream (e dados) satildeo transmitidos
atraveacutes de acesso aleatoacuterio (retirada binaacuteria) em slots selecionados
quadro de mapeamentop intervalo [t1 t2]
Residecircncias com cable modems
Canal downstream i
Canal Upstream j
t1 t2
Minislots alocados contendo quadros de dadosupstream do cable modem
Minislots contendo quadrosde requisiccedilatildeo de minislots
cable headend
CMTS
5 Camada de Enlace 5-40
Resumo dos protocolos MAC divisatildeo do canal por tempo frequecircncia ou
coacutedigoDivisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequecircncia
acesso aleatoacuterio (dinacircmico) ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDescutar a portadora faacutecil em algumas
tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)
CSMACD usado na EthernetCSMACA usado no 80211
RevezamentoSeleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto
central passagem de permissotildeesBluetooth FDDI Token Ring
5 Camada de Enlace 5-41
Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e
serviccedilos52 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais
Endereccedilamento ARP
EthernetSwitchesVLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-42
Endereccedilos MAC e ARP Endereccedilo IP de 32 bits
endereccedilos da camada de rede para a interface usado pelo repasse da camada 3 (rede)
Endereccedilo MAC (ou LAN ou fiacutesico ou Ethernet) Funccedilatildeo usado lsquolocalmentersquo para levar o quadro de
uma interface ateacute outra interface conectada fisicamente (na mesma rede no sentido do endereccedilamento IP)
Endereccedilo MAC de 48 bits (para a maioria das redes) gravado na ROM do adaptador ou configurado por software
Ex 1A-2F-BB-76-09-ADnotaccedilatildeo hexadecimal (base 16)
(cada ldquonuacutemerordquo representa 4 bits)
5 Camada de Enlace 5-43
Endereccedilos MAC e ARPcada adaptador na LAN possui um endereccedilo MAC uacutenico
Endereccedilo de Broadcast =FF-FF-FF-FF-FF-FF
= adaptador
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN(cabeada ousem fio)
5 Camada de Enlace 5-44
Endereccedilo MAC (cont) Alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC gerenciada pelo IEEE Um fabricante compra uma parte do espaccedilo de
endereccedilos (para garantir unicidade) Analogia (a) endereccedilo MAC como nuacutemero do CPF (b) endereccedilo IP como endereccedilo postal (CEP) endereccedilo MAC tem estrutura linear =gt
portabilidadePode mover um cartatildeo LAN de uma LAN para
outra endereccedilo IP hieraacuterquico NAtildeO eacute portaacutetil (requer IP
moacutevel)Depende da subrede IP agrave qual o noacute estaacute
conectado
5 Camada de Enlace 5-45
ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de Resoluccedilatildeo de Endereccedilos)
Cada noacute IP (Host Roteador) de uma LAN possui tabela ARP
Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN
lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt TTL (Time To Live) tempo
a partir do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute esquecido (valor tiacutepico de 20 min)
Pergunta como obter oendereccedilo MAC de B a partir do endereccedilo IP de B
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53 LAN
237196723
237196778
237196714
237196788
5 Camada de Enlace 5-46
Protocolo ARP mesma LAN (rede) A deseja enviar datagrama
para B e o endereccedilo MAC de B natildeo estaacute na tabela ARP
A difunde o pacote de solicitaccedilatildeo ARP que conteacutem o endereccedilo IP de B Endereccedilo MAC destino =
FF-FF-FF-FF-FF-FF todas as maacutequinas na
LAN recebem a consulta do ARP
B recebe o pacote ARP responde a A com o seu (de B) endereccedilo MAC Quadro enviado para o
endereccedilo MAC (unicast) de A
Uma cache (salva) o par de endereccedilos IP-para-MAC na sua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo fique antiquada (expire) lsquosoft statersquo informaccedilatildeo que expira (vai embora) a menos que seja renovada
ARP eacute ldquoplug-and-playrdquo os noacutes criam suas tabelas ARP sem a intervenccedilatildeo do administrador
da rede
5 Camada de Enlace 5-47
Endereccedilamento repassando para outra LAN encaminhamento envio de datagrama de A para B via R
foco no endereccedilamento ndash nas camadas IP (datagrama) e MAC (quadro)
assume que A conhece o endereccedilo IP de B assume que A conhece o endereccedilo IP do proacuteximo roteador
R (como) assume que A conhece o endereccedilo MAC de R (como)
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
5 Camada de Enlace 5-48
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IPEthPhy
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
A cria datagrama IP com IP origem A destino B A cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC
de R como destino quadro conteacutem o datagrama IP de A-para-B
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55 MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
5 Camada de Enlace 5-49
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IPEthPhy
quadro enviado de A para R
IPEthPhy
quadro recebido em R datagrama removido passado para o IP
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55 MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
5 Camada de Enlace 5-50
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
R repassa o datagrama com origem IP A destino B R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC
de B como destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9B MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
IPEthPhy
5 Camada de Enlace 5-51
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
R repassa o datagrama com origem IP A destino B R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC
de B como destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9B MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
IPEthPhy
5 Camada de Enlace 5-52
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
R repassa o datagrama com origem IP A destino B R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC
de B como destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9B MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
5 Camada de Enlace 5-53
Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e
serviccedilos52 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais
Endereccedilamento ARP
EthernetSwitchesVLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-54
Ethernet Muitiacutessimo difundida porque
Muito barata R$50 para placas 101001000Mbps A mais antiga das tecnologias de rede local (meados da
deacutecada de 70) Mais simples e menos cara que redes usando ficha ou
ATM Acompanhou o aumento de velocidade 10 Mbps ndash 10
Gbps
Rascunho de Metcalfe sobre o Ethernet
5 Camada de Enlace 5-55
Ethernet topologia fiacutesica barramento popular ateacute meados dos anos 90
Todos os noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo (podem colidir um com o outro)
estrela prevalecircncia hoje Comutador (switch) ativo no centro Cada porta roda o protocolo Ethernet separadamente (os
noacutes natildeo colidem uns com os outros)
barramento cabo coaxial
switch
estrela
5 Camada de Enlace 5-56
Estrutura do Quadro EthernetAdaptador remetente encapsula datagrama IP (ou pacote
de outro protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
preacircmbulo 7 bytes com o padratildeo 10101010 seguidos por um byte
com o padratildeo 10101011 usado para sincronizar receptor ao reloacutegio do
remetente (reloacutegios nunca satildeo exatos eacute muito provaacutevel que exista algum desvio entre eles)
5 Camada de Enlace 5-57
Estrutura de Quadro Ethernet (cont)
Endereccedilos 6 bytes para cada endereccedilo MAC se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo destino igual
ao seu ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede
caso contraacuterio o adaptador descarta o quadro Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior
usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)
CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado
5 Camada de Enlace 5-58
Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo sem conexatildeo natildeo haacute estabelecimento de
conexatildeo (saudaccedilatildeo) entre os adaptadores transmissor e receptor
Natildeo confiaacutevel o adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador transmissordados em quadros descartados satildeo
recuperados apenas se o transmissor usar transferecircncia confiaacutevel em camadas mais altas (ex TCP) caso contraacuterio os dados estaratildeo perdidos
Protocolo MAC do Ethernet CSMACD com retirada binaacuteria
5 Camada de Enlace 5-59
Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
diversos padrotildees Ethernet diferentes tecircm em comum o protocolo MAC e o formato do
quadro diferentes velocidades 2Mbps 10Mbps 100Mbps
1Gbps 10Gbps diferentes meios da camada fiacutesica fibra cabo
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
protocolo MACe formato do quadro
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)
5 Camada de Enlace 5-60
10Base5
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-61
10Base2
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-62
10BaseT
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-63
Conector RJ 45
5 Camada de Enlace 5-64
100Base-TX
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-65 10
Wireless Backhaul
Carrier Ethernet Access Expansion
Voice gateway
VoiceVideoTelephony
HD TVTVoD VoD
Video Source
Gaming BusinessBackup ERP
Internet Video Source
BusinessBroadband
E-Line andE-LAN service
GlobalNationalCarrierEthernet
GlobalNationalCarrierEthernet
SmallMedium Business
Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet
AccessCarrierEthernet
AccessCarrierEthernet
ResidentialTriple-Play
FTTx DSLAM Cable Modem
Broadbandmobile datavideo
Bringing vastly extended scalability for business and residential users
ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing
5 Camada de Enlace 5-66
Carrier Ethernet Defined
bull Carrier Ethernet is a ubiquitous standardized carrier-class SERVICE defined by five attributes that distinguish Carrier Ethernet from familiar LAN based Ethernet
bull It brings the compelling business benefit of the Ethernet cost model to achieve significant savings
Carrier Ethernet
bull Scalability
bull Standardized Services
bull Service Management
bull Quality of Service
bull Reliability
Carrier Ethernet Attributes
httpwwwmetroethernetforumorg
5 Camada de Enlace 5-67
Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e
serviccedilos52 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais
Endereccedilamento ARP
EthernetSwitchesVLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-68
Comutador (switch) Ethernet Dispositivo da camada de enlace tecircm papel
ativo armazena e retransmite quadros Ethernetexamina o cabeccedilalho do quadro e
seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento
transparentehospedeiros ignoram a presenccedila dos
switches plug-and-play self-learning (autodidatas)
os comutadores natildeo necessitam ser configurados
5 Camada de Enlace 5-69
Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas hospedeiros tecircm conexatildeo
direta e dedicada para o switch
os switches armazenam quadros
o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplex cada link eacute o seu proacuteprio
domiacutenio de colisatildeo comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-
para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch com seis interfaces(123456)
1 2 345
6
5 Camada de Enlace 5-70
Tabela de repasse do switch P como eacute que o switch sabe que
Arsquo eacute alcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel a partir da interface 5
R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutem (endereccedilo MAC do hospedeiro
interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)
parece uma tabela de repasse P como satildeo criadas e mantidas as
entradas na tabela de comutaccedilatildeo haacute algo como um protocolo de
roteamento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch with six interfaces(123456)
1 2 345
6
5 Camada de Enlace 5-71
switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfaces quando um quadro eacute
recebido o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada
registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo
Switch autoaprendizagemA
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
5 Camada de Enlace 5-725 Camada de Enlace
Switch filtragemrepasse de quadrosQuando o quadro eacute recebido em um comutador
registra o link de entrada endereccedilo MAC do hospedeiro transmissor
indexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo MAC do destino
if entrada encontrada para o destinothen
if dest estiver no segmento de onde veio o quadro then descarta o quadro
else repassa o quadro na interface indicada else usa inundaccedilatildeo
Repassa o quadro para todas as demais interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido
5 Camada de Enlace 5-73
Exemplo de auto aprendizagem e repasse
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo destino do quadro Arsquo
com localizaccedilatildeo desconhecida inundaccedilatildeo
Arsquo A
local do destino A conhecido
Arsquo 4 60
transmissatildeo seletiva
5 Camada de Enlace 5-74
Interligaccedilatildeo de comutadores
Podemos interligar comutadores (switches)
AB
P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe que deve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3
R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenico comutador)
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
5 Camada de Enlace 5-75
Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde
para C
P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4
AB
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
12
5 Camada de Enlace 5-76
Rede institucional
Para redeexterna
roteador
Subrede IP
Servidor de mensagens
Servidor web
5 Camada de Enlace 5-77
Comutadores x Roteadores
ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa roteadores dispositivos da
camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)
comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace
ambos possuem tabelas de repasse roteadores obteacutem
tabelas usando alg de roteamento endereccedilos IP
comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
redeenlacefiacutesica
enlacefiacutesica
switch
datagrama
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
quadro
quadro
quadrodatagrama
5 Camada de Enlace 5-78
Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e
serviccedilos52 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais
Endereccedilamento ARP
EthernetSwitchesVLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-79
Siacutentese um dia na vida de um pedido web jornada completa atravessando toda a pilha de
protocolos aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
colocando tudo junto siacutentese objetivo identificar revisar entender os
protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web
cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom
5 Camada de Enlace 5-80
Um dia na vida cenaacuterio
rede da Comcast68800013
rede do Google64233160019 64233169105
servidor web
Servidor DNS
rede da escola68802024
paacutegina web
navegador
5 Camada de Enlace 5-81
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPDHCP
quadro Ethernet difundido (dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador que executa o servidor DHCP Ethernet demultiplexado para IP demultiplexado para UDP e demultiplexado paraDHCP
o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilo do primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP Solicitaccedilatildeo DHCP encapsulada em UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023 Ethernet
5 Camada de Enlace 5-82
roteador(roda DHCP)
servidor DHCP prepara ACK DHCP contendo endereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiro roteador nome e endereccedilo IP do servidor DNS
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
encapsulamento no servidor DHCP quadro repassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente
Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador
cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
5 Camada de Enlace 5-83
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
consulta DNS criada encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviar quadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP
consulta ARP difundida recebida pelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccedilo MAC da interface do roteador
o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiro roteador podendo agora enviar o quadro contendo a consulta DNS
ARP query
EthPhy
ARP
ARP
ARP reply
antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
5 Camada de Enlace 5-84
roteador(roda DHCP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
datagrama IP conteacutem consulta DNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador
datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelos protocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS
demultiplexado pelo servidor DNS
servidor DNS responde ao cliente com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
rede da Comcast68800013
servidor DNSDNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
Um dia na vidahellip usando DNS
5 Camada de Enlace 5-85
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
para enviar pedido HTTP cliente primeiro abre um socket TCP para o servidor web segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web
conexatildeo TCP estabelecida64233169105servidor web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCPIPEthPhy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)
5 Camada de Enlace 5-86
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
solicitaccedilatildeo HTTP enviada para o socket TCP datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhado para wwwgooglecom
datagrama IP com a resposta HTTP eacute encaminhado de volta para o cliente
64233169105servidor web
HTTPTCPIPEthPhy
servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTPHTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
paacutegina web finalmente() apresentada
5 Camada de Enlace 5-87
Capiacutetulo 5 Resumo
princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dados detecccedilatildeo correccedilatildeo de erros compartilhamento de canal de difusatildeo acesso
muacuteltiplo endereccedilamento da camada de enlace
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlace Ethernet LANs comutadas VLANs redes virtualizadas como camada de enlace MPLS
siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web
5 Camada de Enlace 5-16
Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e
serviccedilos52 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais
Endereccedilamento ARP
EthernetSwitchesVLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-17
Enlaces e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
Dois tipos de enlaces Ponto-a-ponto
PPP para acesso discado
Conexatildeo entre switch Ethernet e hospedeiro
broadcast (cabo ou meio compartilhado) Ethernet tradicional Upstream HFC 80211 LAN sem fio Sateacutelite Etc
5 Camada de Enlace 5-18
Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
canal de comunicaccedilatildeo uacutenico de broadcast interferecircncia quando dois ou mais noacutes transmitem
simultaneamente colisatildeo se um noacute receber dois ou mais sinais ao mesmo
tempo
Protocolo de acesso muacuteltiplo algoritmo distribuiacutedo que determina como os noacutes
compartilham o canal isto eacute determina quando um noacute pode transmitir
comunicaccedilatildeo sobre o compartilhamento do canal deve usar o proacuteprio canal natildeo haacute canal fora da faixa para coordenar a transmissatildeo
5 Camada de Enlace 5-19
Protocolo Ideal de Acesso MuacuteltiploPara um canal de broadcast com taxa de R bps
1 Quando apenas um noacute tem dados para enviar esse noacute obteacutem uma vazatildeo de R bps
2 Quando M noacutes tecircm dados para enviar cada um desses noacutes poderaacute transmitir em meacutedia a uma taxa de RM bps
3 Completamente descentralizado nenhum noacute especial (mestre) para coordenar as
transmissotildees nenhuma sincronizaccedilatildeo de reloacutegios ou slots
4 Simples para que sua implementaccedilatildeo seja barata
5 Camada de Enlace 5-20
Taxonomia dos Protocolos MACTrecircs categorias gerais divisatildeo de Canal
divide o canal em pequenos ldquopedaccedilosrdquo (slotscompartimentos de tempo frequecircncia coacutedigo)
aloca pedaccedilo a um dado noacute para uso exclusivo deste acesso Aleatoacuterio
canal natildeo eacute dividido podem ocorrer colisotildees ldquorecuperaccedilatildeordquo das colisotildees
revezamento Noacutes se alternam em revezamento mas um noacute que
possui mais dados a transmitir pode demorar mais quando chegar a sua vez
5 Camada de Enlace 5-21
Protocolos MAC de divisatildeo de canal TDMA
TDMA Acesso Muacuteltiplo por Divisatildeo de Tempo acesso ao canal em ldquoturnos cada estaccedilatildeo recebe um comprimento fixo de
compartimento (comprimento = tempo de tx do pacote) em cada turno
compartimentos natildeo usados permanecem ociosos Exemplo LAN com 6 estaccedilotildees compartimentos 1 3 e 4
com pacotes compartimentos 2 5 e 6 ociosos
5 Camada de Enlace 5-22
Protocolos MAC de divisatildeo de canal FDMA
FDMA Acesso Muacuteltiplo por Divisatildeo de Frequecircncia espectro do canal dividido em bandas de frequecircncia a cada estaccedilatildeo eacute atribuiacuteda uma banda fixa de frequecircncia tempo de transmissatildeo natildeo usado nas bandas permanecem
ociosos exemplo LAN com 6 estaccedilotildees 134 com pacotes bandas
256 ociosas
Band
as d
e fre
quecircn
cia tempo
cabo FDM
5 Camada de Enlace 5-23
Protocolos de Acesso Aleatoacuterio Quando noacute tem um pacote para transmitir
transmite na taxa maacutexima Rnenhuma coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes
dois ou mais noacutes transmitindo ldquocolisatildeordquo O protocolo MAC de acesso aleatoacuterio
especifica como detectar colisotildeescomo se recuperar delas (atraveacutes de
retransmissotildees retardadas por exemplo) Exemplos de protocolos MAC de acesso
aleatoacuterioslotted ALOHAALOHACSMA CSMACD CSMACA
5 Camada de Enlace 5-24
Slotted ALOHA
Hipoacuteteses todos os quadros tecircm o
mesmo tamanho (L bits) tempo eacute dividido em slots
de tamanho igual tempo para transmitir 1 quadro (LR seg)
noacutes comeccedilam a transmitir quadros apenas no iniacutecio dos intervalos (slots)
noacutes satildeo sincronizados se 2 ou mais noacutes
transmitirem num slot todos os noacutes detectam a colisatildeo
Operaccedilatildeo quando o noacute obteacutem um novo
quadro ele espera ateacute o iniacutecio do proacuteximo slot e transmite o quadro inteiro
Se natildeo houver colisatildeo noacute poderaacute enviar um novo quadro no proacuteximo slot
caso haja uma colisatildeo (detectada antes do final do intervalo) noacute retransmite o quadro em cada intervalo subsequente com probabilidade p ateacute obter sucesso
5 Camada de Enlace 5-25
Slotted ALOHA
Vantagens uacutenico noacute ativo pode
transmitir continuamente na taxa maacutexima do canal
Altamente descentralizado apenas slots nos noacutes precisam estar sincronizados
simples
Desvantagens colisotildees slots
desperdiccedilados slots ociosos
(desperdiacutecio) noacutes podem ser capazes
de detectar colisotildees num tempo inferior ao da transmissatildeo do pacote
sincronizaccedilatildeo dos reloacutegios
5 Camada de Enlace 5-26
Eficiecircncia do Slotted Aloha
Assuma N noacutes com muitos quadros para enviar cada um transmite num slot com probabilidade p
probabilidade que noacute 1 tenha sucesso em um slot = p(1-p)N-1
probabilidade que qualquer noacute tenha sucesso = Np(1-p)N-
1
Para eficiecircncia maacutexima com N noacutes encontre p que maximiza Np(1-p)N-1
Para muitos noacutes faccedila limite para Np(1-p)N-1
quando N tende a infinito daacute
eficiecircncia maacutexima = 1e = 037
Eficiecircncia eacute a fraccedilatildeo de longo prazo de slots bem sucedidos quando haacute muitos noacutes cada um com muitos quadros para transmitir
Melhor caso canalusado para transmissotildees uacuteteis em apenas 37 do tempo
5 Camada de Enlace 5-27
ALOHA Puro (sem slots) Aloha puro (sem slots) mais simples sem sincronizaccedilatildeo Ao chegar um quadro no noacute
transmite imediatamente Probabilidade de colisatildeo aumenta
quadro enviado em t0 colide com outros quadros enviados em [t0-1t0+1]
5 Camada de Enlace 5-28
Eficiecircncia do Aloha puroP(sucesso por um dado noacute) = P(noacute transmita) P(nenhum outro noacute transmita em [t0-1t0] P(nenhum outro noacute transmita em [t0t0+1] = p (1-p)N-1 (1-p)N-1
= p (1-p)2(N-1)
hellip escolhendo o valor oacutetimo de p e deixando n -gt infinito
= 1(2e) = 018 Ainda pior do que o Slotted Aloha
5 Camada de Enlace 5-29
CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)
CSMA (Carrier Sense Multiple Access) Escuta antes de transmitir (detecccedilatildeo de portadora)
Se o canal estiver livre transmite todo o quadro
Se o canal estiver ocupado adia a transmissatildeo
Analogia humana natildeo interrompa outros
5 Camada de Enlace 5-30
Colisotildees no CSMA
colisotildees ainda podem aconteceratraso de propagaccedilatildeo significa que dois noacutes podem natildeo ouvira transmissatildeo do outro colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo eacute desperdiccedilado
Disposiccedilatildeo espacial dos noacutes
notapapel da distacircncia e atraso de propagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo
5 Camada de Enlace 5-31
CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)
CSMACD detecccedilatildeo da portadora adia a transmissatildeo como no CSMAAs colisotildees satildeo detectadas em pouco tempoTransmissotildees que sofreram colisotildees satildeo
abortadas reduzindo o desperdiacutecio do canal Detecccedilatildeo de colisotildees
Faacutecil em LANs cabeadas mede a potecircncia do sinal compara o sinal recebido com o transmitido
Difiacutecil em LANs sem fio o receptor eacute desligado durante a transmissatildeo
Analogia humana bate papo educado
5 Camada de Enlace 5-32
Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD
5 Camada de Enlace 5-33
Algoritmo CSMACD do Ethernet1 Adaptador recebe datagrama
da camada de rede e cria um quadro
2 Se o adaptador percebe que o canal estaacute ocioso comeccedila a transmitir o quadro Se percebe que o canal estaacute ocupado espera que o canal fique livre e transmite
3 Se o adaptador transmitir todo o quadro sem detectar outra transmissatildeo o adaptador concluiu a operaccedilatildeo com o quadro
4 Se o adaptador detectar outra transmissatildeo enquanto estiver transmitindo aborta e envia sinal de reforccedilo de colisatildeo de 48 bits
5 Apoacutes o aborto o adaptador entra na retirada (backoff) exponencial binaacuteria apoacutes a m-eacutesima colisatildeo o
adaptador escolhe um K aleatoriamente entre 012hellip2m-1 O adaptador espera K512 tempos de bit e retorna ao Passo 2
quanto mais colisotildees houver mas longos seratildeo os intervalos de retirada
5 Camada de Enlace 5-34
Eficiecircncia do CSMACD
tprop = atraso maacuteximo de prop entre 2 noacutes na LAN
ttrans = tempo para transmitir quadro de tamanho maacuteximo
Eficiecircncia vai para 1 agrave medida que tprop vai para 0ttrans vai para infinito
Muito melhor do que ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato
transprop tt 511eficiecircncia
5 Camada de Enlace 5-35
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoProtocolos MAC de divisatildeo de canal
Compartilha o canal eficientemente e de forma justa em altas cargas
Ineficiente em baixas cargas atraso no canal de acesso alocaccedilatildeo de 1N da largura de banda mesmo com apenas 1 noacute ativo
Protocolos MAC de acesso aleatoacuterioeficiente em baixas cargas um uacutenico noacute
pode utilizar completamente o canalAltas cargas overhead com colisotildees
Protocolos de revezamentoProcura oferecer o melhor dos dois mundos
5 Camada de Enlace 5-36
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoSeleccedilatildeo (Polling) Noacute mestre ldquoconvidardquo
noacutes escravos a transmitir em revezamento
Usado tipicamente com dispositivos escravo burros
Preocupaccedilotildees Overhead com as
consultas (polling) Latecircncia Ponto uacutenico de
falha (mestre)
mestre
escravos
poll
dados
dados
5 Camada de Enlace 5-37
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoPassagem de
permissatildeo (token) controla permissatildeo
passada de um noacute para o proacuteximo de forma sequencial
mensagem de passagem da permissatildeo
preocupaccedilotildees overhead com a
passagem de permissatildeo
latecircncia Ponto uacutenico de falha
(permissatildeo)
T
dados
(nada paramandar)
T
5 Camada de Enlace 5-38
Rede de acesso a cabo
Muacuteltiplos canais de difusatildeo downstream de 40Mbps Um uacutenico CMTS transmite para os diversos canais
Muacuteltiplos canais upstream de 30 Mbps Acesso muacuteltiplo todos os usuaacuterios disputam alguns slots
de tempo em canais upstream (outros satildeo preacute-alocados)
terminaccedilatildeo do cabo
CMTS
ISP
sistema de terminaccedilatildeo do cable modem
cablemodemsplitter
hellip
hellip
quadros Internet canais de TV e controle satildeo transmitidos downstream em frequecircncias diferentes
quadros Internet upstream e controle de TV satildeo transmitidos upstream em diferentes frequecircncias em slots de tempo
5 Camada de Enlace 5-39
Rede de acesso a cabo
DOCSIS espec da interface de serviccedilo de dados sobre cabo FDM sobre as frequecircncias dos canais up e downstream TDM upstream alguns slots satildeo alocados outros tecircm
disputabull quadro de mapeamento downstream aloca slots
upstreambull requisiccedilatildeo de slots upstream (e dados) satildeo transmitidos
atraveacutes de acesso aleatoacuterio (retirada binaacuteria) em slots selecionados
quadro de mapeamentop intervalo [t1 t2]
Residecircncias com cable modems
Canal downstream i
Canal Upstream j
t1 t2
Minislots alocados contendo quadros de dadosupstream do cable modem
Minislots contendo quadrosde requisiccedilatildeo de minislots
cable headend
CMTS
5 Camada de Enlace 5-40
Resumo dos protocolos MAC divisatildeo do canal por tempo frequecircncia ou
coacutedigoDivisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequecircncia
acesso aleatoacuterio (dinacircmico) ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDescutar a portadora faacutecil em algumas
tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)
CSMACD usado na EthernetCSMACA usado no 80211
RevezamentoSeleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto
central passagem de permissotildeesBluetooth FDDI Token Ring
5 Camada de Enlace 5-41
Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e
serviccedilos52 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais
Endereccedilamento ARP
EthernetSwitchesVLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-42
Endereccedilos MAC e ARP Endereccedilo IP de 32 bits
endereccedilos da camada de rede para a interface usado pelo repasse da camada 3 (rede)
Endereccedilo MAC (ou LAN ou fiacutesico ou Ethernet) Funccedilatildeo usado lsquolocalmentersquo para levar o quadro de
uma interface ateacute outra interface conectada fisicamente (na mesma rede no sentido do endereccedilamento IP)
Endereccedilo MAC de 48 bits (para a maioria das redes) gravado na ROM do adaptador ou configurado por software
Ex 1A-2F-BB-76-09-ADnotaccedilatildeo hexadecimal (base 16)
(cada ldquonuacutemerordquo representa 4 bits)
5 Camada de Enlace 5-43
Endereccedilos MAC e ARPcada adaptador na LAN possui um endereccedilo MAC uacutenico
Endereccedilo de Broadcast =FF-FF-FF-FF-FF-FF
= adaptador
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN(cabeada ousem fio)
5 Camada de Enlace 5-44
Endereccedilo MAC (cont) Alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC gerenciada pelo IEEE Um fabricante compra uma parte do espaccedilo de
endereccedilos (para garantir unicidade) Analogia (a) endereccedilo MAC como nuacutemero do CPF (b) endereccedilo IP como endereccedilo postal (CEP) endereccedilo MAC tem estrutura linear =gt
portabilidadePode mover um cartatildeo LAN de uma LAN para
outra endereccedilo IP hieraacuterquico NAtildeO eacute portaacutetil (requer IP
moacutevel)Depende da subrede IP agrave qual o noacute estaacute
conectado
5 Camada de Enlace 5-45
ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de Resoluccedilatildeo de Endereccedilos)
Cada noacute IP (Host Roteador) de uma LAN possui tabela ARP
Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN
lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt TTL (Time To Live) tempo
a partir do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute esquecido (valor tiacutepico de 20 min)
Pergunta como obter oendereccedilo MAC de B a partir do endereccedilo IP de B
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53 LAN
237196723
237196778
237196714
237196788
5 Camada de Enlace 5-46
Protocolo ARP mesma LAN (rede) A deseja enviar datagrama
para B e o endereccedilo MAC de B natildeo estaacute na tabela ARP
A difunde o pacote de solicitaccedilatildeo ARP que conteacutem o endereccedilo IP de B Endereccedilo MAC destino =
FF-FF-FF-FF-FF-FF todas as maacutequinas na
LAN recebem a consulta do ARP
B recebe o pacote ARP responde a A com o seu (de B) endereccedilo MAC Quadro enviado para o
endereccedilo MAC (unicast) de A
Uma cache (salva) o par de endereccedilos IP-para-MAC na sua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo fique antiquada (expire) lsquosoft statersquo informaccedilatildeo que expira (vai embora) a menos que seja renovada
ARP eacute ldquoplug-and-playrdquo os noacutes criam suas tabelas ARP sem a intervenccedilatildeo do administrador
da rede
5 Camada de Enlace 5-47
Endereccedilamento repassando para outra LAN encaminhamento envio de datagrama de A para B via R
foco no endereccedilamento ndash nas camadas IP (datagrama) e MAC (quadro)
assume que A conhece o endereccedilo IP de B assume que A conhece o endereccedilo IP do proacuteximo roteador
R (como) assume que A conhece o endereccedilo MAC de R (como)
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
5 Camada de Enlace 5-48
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IPEthPhy
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
A cria datagrama IP com IP origem A destino B A cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC
de R como destino quadro conteacutem o datagrama IP de A-para-B
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55 MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
5 Camada de Enlace 5-49
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IPEthPhy
quadro enviado de A para R
IPEthPhy
quadro recebido em R datagrama removido passado para o IP
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55 MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
5 Camada de Enlace 5-50
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
R repassa o datagrama com origem IP A destino B R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC
de B como destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9B MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
IPEthPhy
5 Camada de Enlace 5-51
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
R repassa o datagrama com origem IP A destino B R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC
de B como destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9B MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
IPEthPhy
5 Camada de Enlace 5-52
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
R repassa o datagrama com origem IP A destino B R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC
de B como destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9B MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
5 Camada de Enlace 5-53
Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e
serviccedilos52 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais
Endereccedilamento ARP
EthernetSwitchesVLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-54
Ethernet Muitiacutessimo difundida porque
Muito barata R$50 para placas 101001000Mbps A mais antiga das tecnologias de rede local (meados da
deacutecada de 70) Mais simples e menos cara que redes usando ficha ou
ATM Acompanhou o aumento de velocidade 10 Mbps ndash 10
Gbps
Rascunho de Metcalfe sobre o Ethernet
5 Camada de Enlace 5-55
Ethernet topologia fiacutesica barramento popular ateacute meados dos anos 90
Todos os noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo (podem colidir um com o outro)
estrela prevalecircncia hoje Comutador (switch) ativo no centro Cada porta roda o protocolo Ethernet separadamente (os
noacutes natildeo colidem uns com os outros)
barramento cabo coaxial
switch
estrela
5 Camada de Enlace 5-56
Estrutura do Quadro EthernetAdaptador remetente encapsula datagrama IP (ou pacote
de outro protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
preacircmbulo 7 bytes com o padratildeo 10101010 seguidos por um byte
com o padratildeo 10101011 usado para sincronizar receptor ao reloacutegio do
remetente (reloacutegios nunca satildeo exatos eacute muito provaacutevel que exista algum desvio entre eles)
5 Camada de Enlace 5-57
Estrutura de Quadro Ethernet (cont)
Endereccedilos 6 bytes para cada endereccedilo MAC se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo destino igual
ao seu ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede
caso contraacuterio o adaptador descarta o quadro Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior
usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)
CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado
5 Camada de Enlace 5-58
Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo sem conexatildeo natildeo haacute estabelecimento de
conexatildeo (saudaccedilatildeo) entre os adaptadores transmissor e receptor
Natildeo confiaacutevel o adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador transmissordados em quadros descartados satildeo
recuperados apenas se o transmissor usar transferecircncia confiaacutevel em camadas mais altas (ex TCP) caso contraacuterio os dados estaratildeo perdidos
Protocolo MAC do Ethernet CSMACD com retirada binaacuteria
5 Camada de Enlace 5-59
Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
diversos padrotildees Ethernet diferentes tecircm em comum o protocolo MAC e o formato do
quadro diferentes velocidades 2Mbps 10Mbps 100Mbps
1Gbps 10Gbps diferentes meios da camada fiacutesica fibra cabo
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
protocolo MACe formato do quadro
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)
5 Camada de Enlace 5-60
10Base5
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-61
10Base2
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-62
10BaseT
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-63
Conector RJ 45
5 Camada de Enlace 5-64
100Base-TX
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-65 10
Wireless Backhaul
Carrier Ethernet Access Expansion
Voice gateway
VoiceVideoTelephony
HD TVTVoD VoD
Video Source
Gaming BusinessBackup ERP
Internet Video Source
BusinessBroadband
E-Line andE-LAN service
GlobalNationalCarrierEthernet
GlobalNationalCarrierEthernet
SmallMedium Business
Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet
AccessCarrierEthernet
AccessCarrierEthernet
ResidentialTriple-Play
FTTx DSLAM Cable Modem
Broadbandmobile datavideo
Bringing vastly extended scalability for business and residential users
ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing
5 Camada de Enlace 5-66
Carrier Ethernet Defined
bull Carrier Ethernet is a ubiquitous standardized carrier-class SERVICE defined by five attributes that distinguish Carrier Ethernet from familiar LAN based Ethernet
bull It brings the compelling business benefit of the Ethernet cost model to achieve significant savings
Carrier Ethernet
bull Scalability
bull Standardized Services
bull Service Management
bull Quality of Service
bull Reliability
Carrier Ethernet Attributes
httpwwwmetroethernetforumorg
5 Camada de Enlace 5-67
Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e
serviccedilos52 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais
Endereccedilamento ARP
EthernetSwitchesVLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-68
Comutador (switch) Ethernet Dispositivo da camada de enlace tecircm papel
ativo armazena e retransmite quadros Ethernetexamina o cabeccedilalho do quadro e
seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento
transparentehospedeiros ignoram a presenccedila dos
switches plug-and-play self-learning (autodidatas)
os comutadores natildeo necessitam ser configurados
5 Camada de Enlace 5-69
Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas hospedeiros tecircm conexatildeo
direta e dedicada para o switch
os switches armazenam quadros
o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplex cada link eacute o seu proacuteprio
domiacutenio de colisatildeo comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-
para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch com seis interfaces(123456)
1 2 345
6
5 Camada de Enlace 5-70
Tabela de repasse do switch P como eacute que o switch sabe que
Arsquo eacute alcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel a partir da interface 5
R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutem (endereccedilo MAC do hospedeiro
interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)
parece uma tabela de repasse P como satildeo criadas e mantidas as
entradas na tabela de comutaccedilatildeo haacute algo como um protocolo de
roteamento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch with six interfaces(123456)
1 2 345
6
5 Camada de Enlace 5-71
switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfaces quando um quadro eacute
recebido o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada
registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo
Switch autoaprendizagemA
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
5 Camada de Enlace 5-725 Camada de Enlace
Switch filtragemrepasse de quadrosQuando o quadro eacute recebido em um comutador
registra o link de entrada endereccedilo MAC do hospedeiro transmissor
indexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo MAC do destino
if entrada encontrada para o destinothen
if dest estiver no segmento de onde veio o quadro then descarta o quadro
else repassa o quadro na interface indicada else usa inundaccedilatildeo
Repassa o quadro para todas as demais interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido
5 Camada de Enlace 5-73
Exemplo de auto aprendizagem e repasse
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo destino do quadro Arsquo
com localizaccedilatildeo desconhecida inundaccedilatildeo
Arsquo A
local do destino A conhecido
Arsquo 4 60
transmissatildeo seletiva
5 Camada de Enlace 5-74
Interligaccedilatildeo de comutadores
Podemos interligar comutadores (switches)
AB
P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe que deve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3
R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenico comutador)
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
5 Camada de Enlace 5-75
Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde
para C
P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4
AB
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
12
5 Camada de Enlace 5-76
Rede institucional
Para redeexterna
roteador
Subrede IP
Servidor de mensagens
Servidor web
5 Camada de Enlace 5-77
Comutadores x Roteadores
ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa roteadores dispositivos da
camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)
comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace
ambos possuem tabelas de repasse roteadores obteacutem
tabelas usando alg de roteamento endereccedilos IP
comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
redeenlacefiacutesica
enlacefiacutesica
switch
datagrama
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
quadro
quadro
quadrodatagrama
5 Camada de Enlace 5-78
Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e
serviccedilos52 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais
Endereccedilamento ARP
EthernetSwitchesVLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-79
Siacutentese um dia na vida de um pedido web jornada completa atravessando toda a pilha de
protocolos aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
colocando tudo junto siacutentese objetivo identificar revisar entender os
protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web
cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom
5 Camada de Enlace 5-80
Um dia na vida cenaacuterio
rede da Comcast68800013
rede do Google64233160019 64233169105
servidor web
Servidor DNS
rede da escola68802024
paacutegina web
navegador
5 Camada de Enlace 5-81
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPDHCP
quadro Ethernet difundido (dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador que executa o servidor DHCP Ethernet demultiplexado para IP demultiplexado para UDP e demultiplexado paraDHCP
o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilo do primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP Solicitaccedilatildeo DHCP encapsulada em UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023 Ethernet
5 Camada de Enlace 5-82
roteador(roda DHCP)
servidor DHCP prepara ACK DHCP contendo endereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiro roteador nome e endereccedilo IP do servidor DNS
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
encapsulamento no servidor DHCP quadro repassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente
Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador
cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
5 Camada de Enlace 5-83
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
consulta DNS criada encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviar quadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP
consulta ARP difundida recebida pelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccedilo MAC da interface do roteador
o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiro roteador podendo agora enviar o quadro contendo a consulta DNS
ARP query
EthPhy
ARP
ARP
ARP reply
antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
5 Camada de Enlace 5-84
roteador(roda DHCP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
datagrama IP conteacutem consulta DNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador
datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelos protocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS
demultiplexado pelo servidor DNS
servidor DNS responde ao cliente com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
rede da Comcast68800013
servidor DNSDNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
Um dia na vidahellip usando DNS
5 Camada de Enlace 5-85
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
para enviar pedido HTTP cliente primeiro abre um socket TCP para o servidor web segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web
conexatildeo TCP estabelecida64233169105servidor web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCPIPEthPhy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)
5 Camada de Enlace 5-86
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
solicitaccedilatildeo HTTP enviada para o socket TCP datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhado para wwwgooglecom
datagrama IP com a resposta HTTP eacute encaminhado de volta para o cliente
64233169105servidor web
HTTPTCPIPEthPhy
servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTPHTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
paacutegina web finalmente() apresentada
5 Camada de Enlace 5-87
Capiacutetulo 5 Resumo
princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dados detecccedilatildeo correccedilatildeo de erros compartilhamento de canal de difusatildeo acesso
muacuteltiplo endereccedilamento da camada de enlace
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlace Ethernet LANs comutadas VLANs redes virtualizadas como camada de enlace MPLS
siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web
5 Camada de Enlace 5-17
Enlaces e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
Dois tipos de enlaces Ponto-a-ponto
PPP para acesso discado
Conexatildeo entre switch Ethernet e hospedeiro
broadcast (cabo ou meio compartilhado) Ethernet tradicional Upstream HFC 80211 LAN sem fio Sateacutelite Etc
5 Camada de Enlace 5-18
Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
canal de comunicaccedilatildeo uacutenico de broadcast interferecircncia quando dois ou mais noacutes transmitem
simultaneamente colisatildeo se um noacute receber dois ou mais sinais ao mesmo
tempo
Protocolo de acesso muacuteltiplo algoritmo distribuiacutedo que determina como os noacutes
compartilham o canal isto eacute determina quando um noacute pode transmitir
comunicaccedilatildeo sobre o compartilhamento do canal deve usar o proacuteprio canal natildeo haacute canal fora da faixa para coordenar a transmissatildeo
5 Camada de Enlace 5-19
Protocolo Ideal de Acesso MuacuteltiploPara um canal de broadcast com taxa de R bps
1 Quando apenas um noacute tem dados para enviar esse noacute obteacutem uma vazatildeo de R bps
2 Quando M noacutes tecircm dados para enviar cada um desses noacutes poderaacute transmitir em meacutedia a uma taxa de RM bps
3 Completamente descentralizado nenhum noacute especial (mestre) para coordenar as
transmissotildees nenhuma sincronizaccedilatildeo de reloacutegios ou slots
4 Simples para que sua implementaccedilatildeo seja barata
5 Camada de Enlace 5-20
Taxonomia dos Protocolos MACTrecircs categorias gerais divisatildeo de Canal
divide o canal em pequenos ldquopedaccedilosrdquo (slotscompartimentos de tempo frequecircncia coacutedigo)
aloca pedaccedilo a um dado noacute para uso exclusivo deste acesso Aleatoacuterio
canal natildeo eacute dividido podem ocorrer colisotildees ldquorecuperaccedilatildeordquo das colisotildees
revezamento Noacutes se alternam em revezamento mas um noacute que
possui mais dados a transmitir pode demorar mais quando chegar a sua vez
5 Camada de Enlace 5-21
Protocolos MAC de divisatildeo de canal TDMA
TDMA Acesso Muacuteltiplo por Divisatildeo de Tempo acesso ao canal em ldquoturnos cada estaccedilatildeo recebe um comprimento fixo de
compartimento (comprimento = tempo de tx do pacote) em cada turno
compartimentos natildeo usados permanecem ociosos Exemplo LAN com 6 estaccedilotildees compartimentos 1 3 e 4
com pacotes compartimentos 2 5 e 6 ociosos
5 Camada de Enlace 5-22
Protocolos MAC de divisatildeo de canal FDMA
FDMA Acesso Muacuteltiplo por Divisatildeo de Frequecircncia espectro do canal dividido em bandas de frequecircncia a cada estaccedilatildeo eacute atribuiacuteda uma banda fixa de frequecircncia tempo de transmissatildeo natildeo usado nas bandas permanecem
ociosos exemplo LAN com 6 estaccedilotildees 134 com pacotes bandas
256 ociosas
Band
as d
e fre
quecircn
cia tempo
cabo FDM
5 Camada de Enlace 5-23
Protocolos de Acesso Aleatoacuterio Quando noacute tem um pacote para transmitir
transmite na taxa maacutexima Rnenhuma coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes
dois ou mais noacutes transmitindo ldquocolisatildeordquo O protocolo MAC de acesso aleatoacuterio
especifica como detectar colisotildeescomo se recuperar delas (atraveacutes de
retransmissotildees retardadas por exemplo) Exemplos de protocolos MAC de acesso
aleatoacuterioslotted ALOHAALOHACSMA CSMACD CSMACA
5 Camada de Enlace 5-24
Slotted ALOHA
Hipoacuteteses todos os quadros tecircm o
mesmo tamanho (L bits) tempo eacute dividido em slots
de tamanho igual tempo para transmitir 1 quadro (LR seg)
noacutes comeccedilam a transmitir quadros apenas no iniacutecio dos intervalos (slots)
noacutes satildeo sincronizados se 2 ou mais noacutes
transmitirem num slot todos os noacutes detectam a colisatildeo
Operaccedilatildeo quando o noacute obteacutem um novo
quadro ele espera ateacute o iniacutecio do proacuteximo slot e transmite o quadro inteiro
Se natildeo houver colisatildeo noacute poderaacute enviar um novo quadro no proacuteximo slot
caso haja uma colisatildeo (detectada antes do final do intervalo) noacute retransmite o quadro em cada intervalo subsequente com probabilidade p ateacute obter sucesso
5 Camada de Enlace 5-25
Slotted ALOHA
Vantagens uacutenico noacute ativo pode
transmitir continuamente na taxa maacutexima do canal
Altamente descentralizado apenas slots nos noacutes precisam estar sincronizados
simples
Desvantagens colisotildees slots
desperdiccedilados slots ociosos
(desperdiacutecio) noacutes podem ser capazes
de detectar colisotildees num tempo inferior ao da transmissatildeo do pacote
sincronizaccedilatildeo dos reloacutegios
5 Camada de Enlace 5-26
Eficiecircncia do Slotted Aloha
Assuma N noacutes com muitos quadros para enviar cada um transmite num slot com probabilidade p
probabilidade que noacute 1 tenha sucesso em um slot = p(1-p)N-1
probabilidade que qualquer noacute tenha sucesso = Np(1-p)N-
1
Para eficiecircncia maacutexima com N noacutes encontre p que maximiza Np(1-p)N-1
Para muitos noacutes faccedila limite para Np(1-p)N-1
quando N tende a infinito daacute
eficiecircncia maacutexima = 1e = 037
Eficiecircncia eacute a fraccedilatildeo de longo prazo de slots bem sucedidos quando haacute muitos noacutes cada um com muitos quadros para transmitir
Melhor caso canalusado para transmissotildees uacuteteis em apenas 37 do tempo
5 Camada de Enlace 5-27
ALOHA Puro (sem slots) Aloha puro (sem slots) mais simples sem sincronizaccedilatildeo Ao chegar um quadro no noacute
transmite imediatamente Probabilidade de colisatildeo aumenta
quadro enviado em t0 colide com outros quadros enviados em [t0-1t0+1]
5 Camada de Enlace 5-28
Eficiecircncia do Aloha puroP(sucesso por um dado noacute) = P(noacute transmita) P(nenhum outro noacute transmita em [t0-1t0] P(nenhum outro noacute transmita em [t0t0+1] = p (1-p)N-1 (1-p)N-1
= p (1-p)2(N-1)
hellip escolhendo o valor oacutetimo de p e deixando n -gt infinito
= 1(2e) = 018 Ainda pior do que o Slotted Aloha
5 Camada de Enlace 5-29
CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)
CSMA (Carrier Sense Multiple Access) Escuta antes de transmitir (detecccedilatildeo de portadora)
Se o canal estiver livre transmite todo o quadro
Se o canal estiver ocupado adia a transmissatildeo
Analogia humana natildeo interrompa outros
5 Camada de Enlace 5-30
Colisotildees no CSMA
colisotildees ainda podem aconteceratraso de propagaccedilatildeo significa que dois noacutes podem natildeo ouvira transmissatildeo do outro colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo eacute desperdiccedilado
Disposiccedilatildeo espacial dos noacutes
notapapel da distacircncia e atraso de propagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo
5 Camada de Enlace 5-31
CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)
CSMACD detecccedilatildeo da portadora adia a transmissatildeo como no CSMAAs colisotildees satildeo detectadas em pouco tempoTransmissotildees que sofreram colisotildees satildeo
abortadas reduzindo o desperdiacutecio do canal Detecccedilatildeo de colisotildees
Faacutecil em LANs cabeadas mede a potecircncia do sinal compara o sinal recebido com o transmitido
Difiacutecil em LANs sem fio o receptor eacute desligado durante a transmissatildeo
Analogia humana bate papo educado
5 Camada de Enlace 5-32
Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD
5 Camada de Enlace 5-33
Algoritmo CSMACD do Ethernet1 Adaptador recebe datagrama
da camada de rede e cria um quadro
2 Se o adaptador percebe que o canal estaacute ocioso comeccedila a transmitir o quadro Se percebe que o canal estaacute ocupado espera que o canal fique livre e transmite
3 Se o adaptador transmitir todo o quadro sem detectar outra transmissatildeo o adaptador concluiu a operaccedilatildeo com o quadro
4 Se o adaptador detectar outra transmissatildeo enquanto estiver transmitindo aborta e envia sinal de reforccedilo de colisatildeo de 48 bits
5 Apoacutes o aborto o adaptador entra na retirada (backoff) exponencial binaacuteria apoacutes a m-eacutesima colisatildeo o
adaptador escolhe um K aleatoriamente entre 012hellip2m-1 O adaptador espera K512 tempos de bit e retorna ao Passo 2
quanto mais colisotildees houver mas longos seratildeo os intervalos de retirada
5 Camada de Enlace 5-34
Eficiecircncia do CSMACD
tprop = atraso maacuteximo de prop entre 2 noacutes na LAN
ttrans = tempo para transmitir quadro de tamanho maacuteximo
Eficiecircncia vai para 1 agrave medida que tprop vai para 0ttrans vai para infinito
Muito melhor do que ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato
transprop tt 511eficiecircncia
5 Camada de Enlace 5-35
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoProtocolos MAC de divisatildeo de canal
Compartilha o canal eficientemente e de forma justa em altas cargas
Ineficiente em baixas cargas atraso no canal de acesso alocaccedilatildeo de 1N da largura de banda mesmo com apenas 1 noacute ativo
Protocolos MAC de acesso aleatoacuterioeficiente em baixas cargas um uacutenico noacute
pode utilizar completamente o canalAltas cargas overhead com colisotildees
Protocolos de revezamentoProcura oferecer o melhor dos dois mundos
5 Camada de Enlace 5-36
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoSeleccedilatildeo (Polling) Noacute mestre ldquoconvidardquo
noacutes escravos a transmitir em revezamento
Usado tipicamente com dispositivos escravo burros
Preocupaccedilotildees Overhead com as
consultas (polling) Latecircncia Ponto uacutenico de
falha (mestre)
mestre
escravos
poll
dados
dados
5 Camada de Enlace 5-37
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoPassagem de
permissatildeo (token) controla permissatildeo
passada de um noacute para o proacuteximo de forma sequencial
mensagem de passagem da permissatildeo
preocupaccedilotildees overhead com a
passagem de permissatildeo
latecircncia Ponto uacutenico de falha
(permissatildeo)
T
dados
(nada paramandar)
T
5 Camada de Enlace 5-38
Rede de acesso a cabo
Muacuteltiplos canais de difusatildeo downstream de 40Mbps Um uacutenico CMTS transmite para os diversos canais
Muacuteltiplos canais upstream de 30 Mbps Acesso muacuteltiplo todos os usuaacuterios disputam alguns slots
de tempo em canais upstream (outros satildeo preacute-alocados)
terminaccedilatildeo do cabo
CMTS
ISP
sistema de terminaccedilatildeo do cable modem
cablemodemsplitter
hellip
hellip
quadros Internet canais de TV e controle satildeo transmitidos downstream em frequecircncias diferentes
quadros Internet upstream e controle de TV satildeo transmitidos upstream em diferentes frequecircncias em slots de tempo
5 Camada de Enlace 5-39
Rede de acesso a cabo
DOCSIS espec da interface de serviccedilo de dados sobre cabo FDM sobre as frequecircncias dos canais up e downstream TDM upstream alguns slots satildeo alocados outros tecircm
disputabull quadro de mapeamento downstream aloca slots
upstreambull requisiccedilatildeo de slots upstream (e dados) satildeo transmitidos
atraveacutes de acesso aleatoacuterio (retirada binaacuteria) em slots selecionados
quadro de mapeamentop intervalo [t1 t2]
Residecircncias com cable modems
Canal downstream i
Canal Upstream j
t1 t2
Minislots alocados contendo quadros de dadosupstream do cable modem
Minislots contendo quadrosde requisiccedilatildeo de minislots
cable headend
CMTS
5 Camada de Enlace 5-40
Resumo dos protocolos MAC divisatildeo do canal por tempo frequecircncia ou
coacutedigoDivisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequecircncia
acesso aleatoacuterio (dinacircmico) ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDescutar a portadora faacutecil em algumas
tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)
CSMACD usado na EthernetCSMACA usado no 80211
RevezamentoSeleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto
central passagem de permissotildeesBluetooth FDDI Token Ring
5 Camada de Enlace 5-41
Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e
serviccedilos52 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais
Endereccedilamento ARP
EthernetSwitchesVLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-42
Endereccedilos MAC e ARP Endereccedilo IP de 32 bits
endereccedilos da camada de rede para a interface usado pelo repasse da camada 3 (rede)
Endereccedilo MAC (ou LAN ou fiacutesico ou Ethernet) Funccedilatildeo usado lsquolocalmentersquo para levar o quadro de
uma interface ateacute outra interface conectada fisicamente (na mesma rede no sentido do endereccedilamento IP)
Endereccedilo MAC de 48 bits (para a maioria das redes) gravado na ROM do adaptador ou configurado por software
Ex 1A-2F-BB-76-09-ADnotaccedilatildeo hexadecimal (base 16)
(cada ldquonuacutemerordquo representa 4 bits)
5 Camada de Enlace 5-43
Endereccedilos MAC e ARPcada adaptador na LAN possui um endereccedilo MAC uacutenico
Endereccedilo de Broadcast =FF-FF-FF-FF-FF-FF
= adaptador
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN(cabeada ousem fio)
5 Camada de Enlace 5-44
Endereccedilo MAC (cont) Alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC gerenciada pelo IEEE Um fabricante compra uma parte do espaccedilo de
endereccedilos (para garantir unicidade) Analogia (a) endereccedilo MAC como nuacutemero do CPF (b) endereccedilo IP como endereccedilo postal (CEP) endereccedilo MAC tem estrutura linear =gt
portabilidadePode mover um cartatildeo LAN de uma LAN para
outra endereccedilo IP hieraacuterquico NAtildeO eacute portaacutetil (requer IP
moacutevel)Depende da subrede IP agrave qual o noacute estaacute
conectado
5 Camada de Enlace 5-45
ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de Resoluccedilatildeo de Endereccedilos)
Cada noacute IP (Host Roteador) de uma LAN possui tabela ARP
Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN
lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt TTL (Time To Live) tempo
a partir do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute esquecido (valor tiacutepico de 20 min)
Pergunta como obter oendereccedilo MAC de B a partir do endereccedilo IP de B
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53 LAN
237196723
237196778
237196714
237196788
5 Camada de Enlace 5-46
Protocolo ARP mesma LAN (rede) A deseja enviar datagrama
para B e o endereccedilo MAC de B natildeo estaacute na tabela ARP
A difunde o pacote de solicitaccedilatildeo ARP que conteacutem o endereccedilo IP de B Endereccedilo MAC destino =
FF-FF-FF-FF-FF-FF todas as maacutequinas na
LAN recebem a consulta do ARP
B recebe o pacote ARP responde a A com o seu (de B) endereccedilo MAC Quadro enviado para o
endereccedilo MAC (unicast) de A
Uma cache (salva) o par de endereccedilos IP-para-MAC na sua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo fique antiquada (expire) lsquosoft statersquo informaccedilatildeo que expira (vai embora) a menos que seja renovada
ARP eacute ldquoplug-and-playrdquo os noacutes criam suas tabelas ARP sem a intervenccedilatildeo do administrador
da rede
5 Camada de Enlace 5-47
Endereccedilamento repassando para outra LAN encaminhamento envio de datagrama de A para B via R
foco no endereccedilamento ndash nas camadas IP (datagrama) e MAC (quadro)
assume que A conhece o endereccedilo IP de B assume que A conhece o endereccedilo IP do proacuteximo roteador
R (como) assume que A conhece o endereccedilo MAC de R (como)
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
5 Camada de Enlace 5-48
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IPEthPhy
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
A cria datagrama IP com IP origem A destino B A cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC
de R como destino quadro conteacutem o datagrama IP de A-para-B
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55 MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
5 Camada de Enlace 5-49
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IPEthPhy
quadro enviado de A para R
IPEthPhy
quadro recebido em R datagrama removido passado para o IP
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55 MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
5 Camada de Enlace 5-50
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
R repassa o datagrama com origem IP A destino B R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC
de B como destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9B MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
IPEthPhy
5 Camada de Enlace 5-51
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
R repassa o datagrama com origem IP A destino B R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC
de B como destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9B MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
IPEthPhy
5 Camada de Enlace 5-52
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
R repassa o datagrama com origem IP A destino B R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC
de B como destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9B MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
5 Camada de Enlace 5-53
Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e
serviccedilos52 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais
Endereccedilamento ARP
EthernetSwitchesVLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-54
Ethernet Muitiacutessimo difundida porque
Muito barata R$50 para placas 101001000Mbps A mais antiga das tecnologias de rede local (meados da
deacutecada de 70) Mais simples e menos cara que redes usando ficha ou
ATM Acompanhou o aumento de velocidade 10 Mbps ndash 10
Gbps
Rascunho de Metcalfe sobre o Ethernet
5 Camada de Enlace 5-55
Ethernet topologia fiacutesica barramento popular ateacute meados dos anos 90
Todos os noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo (podem colidir um com o outro)
estrela prevalecircncia hoje Comutador (switch) ativo no centro Cada porta roda o protocolo Ethernet separadamente (os
noacutes natildeo colidem uns com os outros)
barramento cabo coaxial
switch
estrela
5 Camada de Enlace 5-56
Estrutura do Quadro EthernetAdaptador remetente encapsula datagrama IP (ou pacote
de outro protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
preacircmbulo 7 bytes com o padratildeo 10101010 seguidos por um byte
com o padratildeo 10101011 usado para sincronizar receptor ao reloacutegio do
remetente (reloacutegios nunca satildeo exatos eacute muito provaacutevel que exista algum desvio entre eles)
5 Camada de Enlace 5-57
Estrutura de Quadro Ethernet (cont)
Endereccedilos 6 bytes para cada endereccedilo MAC se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo destino igual
ao seu ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede
caso contraacuterio o adaptador descarta o quadro Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior
usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)
CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado
5 Camada de Enlace 5-58
Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo sem conexatildeo natildeo haacute estabelecimento de
conexatildeo (saudaccedilatildeo) entre os adaptadores transmissor e receptor
Natildeo confiaacutevel o adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador transmissordados em quadros descartados satildeo
recuperados apenas se o transmissor usar transferecircncia confiaacutevel em camadas mais altas (ex TCP) caso contraacuterio os dados estaratildeo perdidos
Protocolo MAC do Ethernet CSMACD com retirada binaacuteria
5 Camada de Enlace 5-59
Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
diversos padrotildees Ethernet diferentes tecircm em comum o protocolo MAC e o formato do
quadro diferentes velocidades 2Mbps 10Mbps 100Mbps
1Gbps 10Gbps diferentes meios da camada fiacutesica fibra cabo
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
protocolo MACe formato do quadro
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)
5 Camada de Enlace 5-60
10Base5
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-61
10Base2
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-62
10BaseT
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-63
Conector RJ 45
5 Camada de Enlace 5-64
100Base-TX
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-65 10
Wireless Backhaul
Carrier Ethernet Access Expansion
Voice gateway
VoiceVideoTelephony
HD TVTVoD VoD
Video Source
Gaming BusinessBackup ERP
Internet Video Source
BusinessBroadband
E-Line andE-LAN service
GlobalNationalCarrierEthernet
GlobalNationalCarrierEthernet
SmallMedium Business
Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet
AccessCarrierEthernet
AccessCarrierEthernet
ResidentialTriple-Play
FTTx DSLAM Cable Modem
Broadbandmobile datavideo
Bringing vastly extended scalability for business and residential users
ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing
5 Camada de Enlace 5-66
Carrier Ethernet Defined
bull Carrier Ethernet is a ubiquitous standardized carrier-class SERVICE defined by five attributes that distinguish Carrier Ethernet from familiar LAN based Ethernet
bull It brings the compelling business benefit of the Ethernet cost model to achieve significant savings
Carrier Ethernet
bull Scalability
bull Standardized Services
bull Service Management
bull Quality of Service
bull Reliability
Carrier Ethernet Attributes
httpwwwmetroethernetforumorg
5 Camada de Enlace 5-67
Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e
serviccedilos52 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais
Endereccedilamento ARP
EthernetSwitchesVLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-68
Comutador (switch) Ethernet Dispositivo da camada de enlace tecircm papel
ativo armazena e retransmite quadros Ethernetexamina o cabeccedilalho do quadro e
seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento
transparentehospedeiros ignoram a presenccedila dos
switches plug-and-play self-learning (autodidatas)
os comutadores natildeo necessitam ser configurados
5 Camada de Enlace 5-69
Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas hospedeiros tecircm conexatildeo
direta e dedicada para o switch
os switches armazenam quadros
o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplex cada link eacute o seu proacuteprio
domiacutenio de colisatildeo comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-
para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch com seis interfaces(123456)
1 2 345
6
5 Camada de Enlace 5-70
Tabela de repasse do switch P como eacute que o switch sabe que
Arsquo eacute alcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel a partir da interface 5
R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutem (endereccedilo MAC do hospedeiro
interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)
parece uma tabela de repasse P como satildeo criadas e mantidas as
entradas na tabela de comutaccedilatildeo haacute algo como um protocolo de
roteamento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch with six interfaces(123456)
1 2 345
6
5 Camada de Enlace 5-71
switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfaces quando um quadro eacute
recebido o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada
registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo
Switch autoaprendizagemA
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
5 Camada de Enlace 5-725 Camada de Enlace
Switch filtragemrepasse de quadrosQuando o quadro eacute recebido em um comutador
registra o link de entrada endereccedilo MAC do hospedeiro transmissor
indexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo MAC do destino
if entrada encontrada para o destinothen
if dest estiver no segmento de onde veio o quadro then descarta o quadro
else repassa o quadro na interface indicada else usa inundaccedilatildeo
Repassa o quadro para todas as demais interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido
5 Camada de Enlace 5-73
Exemplo de auto aprendizagem e repasse
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo destino do quadro Arsquo
com localizaccedilatildeo desconhecida inundaccedilatildeo
Arsquo A
local do destino A conhecido
Arsquo 4 60
transmissatildeo seletiva
5 Camada de Enlace 5-74
Interligaccedilatildeo de comutadores
Podemos interligar comutadores (switches)
AB
P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe que deve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3
R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenico comutador)
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
5 Camada de Enlace 5-75
Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde
para C
P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4
AB
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
12
5 Camada de Enlace 5-76
Rede institucional
Para redeexterna
roteador
Subrede IP
Servidor de mensagens
Servidor web
5 Camada de Enlace 5-77
Comutadores x Roteadores
ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa roteadores dispositivos da
camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)
comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace
ambos possuem tabelas de repasse roteadores obteacutem
tabelas usando alg de roteamento endereccedilos IP
comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
redeenlacefiacutesica
enlacefiacutesica
switch
datagrama
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
quadro
quadro
quadrodatagrama
5 Camada de Enlace 5-78
Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e
serviccedilos52 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais
Endereccedilamento ARP
EthernetSwitchesVLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-79
Siacutentese um dia na vida de um pedido web jornada completa atravessando toda a pilha de
protocolos aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
colocando tudo junto siacutentese objetivo identificar revisar entender os
protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web
cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom
5 Camada de Enlace 5-80
Um dia na vida cenaacuterio
rede da Comcast68800013
rede do Google64233160019 64233169105
servidor web
Servidor DNS
rede da escola68802024
paacutegina web
navegador
5 Camada de Enlace 5-81
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPDHCP
quadro Ethernet difundido (dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador que executa o servidor DHCP Ethernet demultiplexado para IP demultiplexado para UDP e demultiplexado paraDHCP
o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilo do primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP Solicitaccedilatildeo DHCP encapsulada em UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023 Ethernet
5 Camada de Enlace 5-82
roteador(roda DHCP)
servidor DHCP prepara ACK DHCP contendo endereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiro roteador nome e endereccedilo IP do servidor DNS
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
encapsulamento no servidor DHCP quadro repassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente
Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador
cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
5 Camada de Enlace 5-83
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
consulta DNS criada encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviar quadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP
consulta ARP difundida recebida pelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccedilo MAC da interface do roteador
o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiro roteador podendo agora enviar o quadro contendo a consulta DNS
ARP query
EthPhy
ARP
ARP
ARP reply
antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
5 Camada de Enlace 5-84
roteador(roda DHCP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
datagrama IP conteacutem consulta DNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador
datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelos protocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS
demultiplexado pelo servidor DNS
servidor DNS responde ao cliente com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
rede da Comcast68800013
servidor DNSDNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
Um dia na vidahellip usando DNS
5 Camada de Enlace 5-85
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
para enviar pedido HTTP cliente primeiro abre um socket TCP para o servidor web segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web
conexatildeo TCP estabelecida64233169105servidor web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCPIPEthPhy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)
5 Camada de Enlace 5-86
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
solicitaccedilatildeo HTTP enviada para o socket TCP datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhado para wwwgooglecom
datagrama IP com a resposta HTTP eacute encaminhado de volta para o cliente
64233169105servidor web
HTTPTCPIPEthPhy
servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTPHTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
paacutegina web finalmente() apresentada
5 Camada de Enlace 5-87
Capiacutetulo 5 Resumo
princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dados detecccedilatildeo correccedilatildeo de erros compartilhamento de canal de difusatildeo acesso
muacuteltiplo endereccedilamento da camada de enlace
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlace Ethernet LANs comutadas VLANs redes virtualizadas como camada de enlace MPLS
siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web
5 Camada de Enlace 5-18
Protocolos de Acesso Muacuteltiplo
canal de comunicaccedilatildeo uacutenico de broadcast interferecircncia quando dois ou mais noacutes transmitem
simultaneamente colisatildeo se um noacute receber dois ou mais sinais ao mesmo
tempo
Protocolo de acesso muacuteltiplo algoritmo distribuiacutedo que determina como os noacutes
compartilham o canal isto eacute determina quando um noacute pode transmitir
comunicaccedilatildeo sobre o compartilhamento do canal deve usar o proacuteprio canal natildeo haacute canal fora da faixa para coordenar a transmissatildeo
5 Camada de Enlace 5-19
Protocolo Ideal de Acesso MuacuteltiploPara um canal de broadcast com taxa de R bps
1 Quando apenas um noacute tem dados para enviar esse noacute obteacutem uma vazatildeo de R bps
2 Quando M noacutes tecircm dados para enviar cada um desses noacutes poderaacute transmitir em meacutedia a uma taxa de RM bps
3 Completamente descentralizado nenhum noacute especial (mestre) para coordenar as
transmissotildees nenhuma sincronizaccedilatildeo de reloacutegios ou slots
4 Simples para que sua implementaccedilatildeo seja barata
5 Camada de Enlace 5-20
Taxonomia dos Protocolos MACTrecircs categorias gerais divisatildeo de Canal
divide o canal em pequenos ldquopedaccedilosrdquo (slotscompartimentos de tempo frequecircncia coacutedigo)
aloca pedaccedilo a um dado noacute para uso exclusivo deste acesso Aleatoacuterio
canal natildeo eacute dividido podem ocorrer colisotildees ldquorecuperaccedilatildeordquo das colisotildees
revezamento Noacutes se alternam em revezamento mas um noacute que
possui mais dados a transmitir pode demorar mais quando chegar a sua vez
5 Camada de Enlace 5-21
Protocolos MAC de divisatildeo de canal TDMA
TDMA Acesso Muacuteltiplo por Divisatildeo de Tempo acesso ao canal em ldquoturnos cada estaccedilatildeo recebe um comprimento fixo de
compartimento (comprimento = tempo de tx do pacote) em cada turno
compartimentos natildeo usados permanecem ociosos Exemplo LAN com 6 estaccedilotildees compartimentos 1 3 e 4
com pacotes compartimentos 2 5 e 6 ociosos
5 Camada de Enlace 5-22
Protocolos MAC de divisatildeo de canal FDMA
FDMA Acesso Muacuteltiplo por Divisatildeo de Frequecircncia espectro do canal dividido em bandas de frequecircncia a cada estaccedilatildeo eacute atribuiacuteda uma banda fixa de frequecircncia tempo de transmissatildeo natildeo usado nas bandas permanecem
ociosos exemplo LAN com 6 estaccedilotildees 134 com pacotes bandas
256 ociosas
Band
as d
e fre
quecircn
cia tempo
cabo FDM
5 Camada de Enlace 5-23
Protocolos de Acesso Aleatoacuterio Quando noacute tem um pacote para transmitir
transmite na taxa maacutexima Rnenhuma coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes
dois ou mais noacutes transmitindo ldquocolisatildeordquo O protocolo MAC de acesso aleatoacuterio
especifica como detectar colisotildeescomo se recuperar delas (atraveacutes de
retransmissotildees retardadas por exemplo) Exemplos de protocolos MAC de acesso
aleatoacuterioslotted ALOHAALOHACSMA CSMACD CSMACA
5 Camada de Enlace 5-24
Slotted ALOHA
Hipoacuteteses todos os quadros tecircm o
mesmo tamanho (L bits) tempo eacute dividido em slots
de tamanho igual tempo para transmitir 1 quadro (LR seg)
noacutes comeccedilam a transmitir quadros apenas no iniacutecio dos intervalos (slots)
noacutes satildeo sincronizados se 2 ou mais noacutes
transmitirem num slot todos os noacutes detectam a colisatildeo
Operaccedilatildeo quando o noacute obteacutem um novo
quadro ele espera ateacute o iniacutecio do proacuteximo slot e transmite o quadro inteiro
Se natildeo houver colisatildeo noacute poderaacute enviar um novo quadro no proacuteximo slot
caso haja uma colisatildeo (detectada antes do final do intervalo) noacute retransmite o quadro em cada intervalo subsequente com probabilidade p ateacute obter sucesso
5 Camada de Enlace 5-25
Slotted ALOHA
Vantagens uacutenico noacute ativo pode
transmitir continuamente na taxa maacutexima do canal
Altamente descentralizado apenas slots nos noacutes precisam estar sincronizados
simples
Desvantagens colisotildees slots
desperdiccedilados slots ociosos
(desperdiacutecio) noacutes podem ser capazes
de detectar colisotildees num tempo inferior ao da transmissatildeo do pacote
sincronizaccedilatildeo dos reloacutegios
5 Camada de Enlace 5-26
Eficiecircncia do Slotted Aloha
Assuma N noacutes com muitos quadros para enviar cada um transmite num slot com probabilidade p
probabilidade que noacute 1 tenha sucesso em um slot = p(1-p)N-1
probabilidade que qualquer noacute tenha sucesso = Np(1-p)N-
1
Para eficiecircncia maacutexima com N noacutes encontre p que maximiza Np(1-p)N-1
Para muitos noacutes faccedila limite para Np(1-p)N-1
quando N tende a infinito daacute
eficiecircncia maacutexima = 1e = 037
Eficiecircncia eacute a fraccedilatildeo de longo prazo de slots bem sucedidos quando haacute muitos noacutes cada um com muitos quadros para transmitir
Melhor caso canalusado para transmissotildees uacuteteis em apenas 37 do tempo
5 Camada de Enlace 5-27
ALOHA Puro (sem slots) Aloha puro (sem slots) mais simples sem sincronizaccedilatildeo Ao chegar um quadro no noacute
transmite imediatamente Probabilidade de colisatildeo aumenta
quadro enviado em t0 colide com outros quadros enviados em [t0-1t0+1]
5 Camada de Enlace 5-28
Eficiecircncia do Aloha puroP(sucesso por um dado noacute) = P(noacute transmita) P(nenhum outro noacute transmita em [t0-1t0] P(nenhum outro noacute transmita em [t0t0+1] = p (1-p)N-1 (1-p)N-1
= p (1-p)2(N-1)
hellip escolhendo o valor oacutetimo de p e deixando n -gt infinito
= 1(2e) = 018 Ainda pior do que o Slotted Aloha
5 Camada de Enlace 5-29
CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)
CSMA (Carrier Sense Multiple Access) Escuta antes de transmitir (detecccedilatildeo de portadora)
Se o canal estiver livre transmite todo o quadro
Se o canal estiver ocupado adia a transmissatildeo
Analogia humana natildeo interrompa outros
5 Camada de Enlace 5-30
Colisotildees no CSMA
colisotildees ainda podem aconteceratraso de propagaccedilatildeo significa que dois noacutes podem natildeo ouvira transmissatildeo do outro colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo eacute desperdiccedilado
Disposiccedilatildeo espacial dos noacutes
notapapel da distacircncia e atraso de propagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo
5 Camada de Enlace 5-31
CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)
CSMACD detecccedilatildeo da portadora adia a transmissatildeo como no CSMAAs colisotildees satildeo detectadas em pouco tempoTransmissotildees que sofreram colisotildees satildeo
abortadas reduzindo o desperdiacutecio do canal Detecccedilatildeo de colisotildees
Faacutecil em LANs cabeadas mede a potecircncia do sinal compara o sinal recebido com o transmitido
Difiacutecil em LANs sem fio o receptor eacute desligado durante a transmissatildeo
Analogia humana bate papo educado
5 Camada de Enlace 5-32
Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD
5 Camada de Enlace 5-33
Algoritmo CSMACD do Ethernet1 Adaptador recebe datagrama
da camada de rede e cria um quadro
2 Se o adaptador percebe que o canal estaacute ocioso comeccedila a transmitir o quadro Se percebe que o canal estaacute ocupado espera que o canal fique livre e transmite
3 Se o adaptador transmitir todo o quadro sem detectar outra transmissatildeo o adaptador concluiu a operaccedilatildeo com o quadro
4 Se o adaptador detectar outra transmissatildeo enquanto estiver transmitindo aborta e envia sinal de reforccedilo de colisatildeo de 48 bits
5 Apoacutes o aborto o adaptador entra na retirada (backoff) exponencial binaacuteria apoacutes a m-eacutesima colisatildeo o
adaptador escolhe um K aleatoriamente entre 012hellip2m-1 O adaptador espera K512 tempos de bit e retorna ao Passo 2
quanto mais colisotildees houver mas longos seratildeo os intervalos de retirada
5 Camada de Enlace 5-34
Eficiecircncia do CSMACD
tprop = atraso maacuteximo de prop entre 2 noacutes na LAN
ttrans = tempo para transmitir quadro de tamanho maacuteximo
Eficiecircncia vai para 1 agrave medida que tprop vai para 0ttrans vai para infinito
Muito melhor do que ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato
transprop tt 511eficiecircncia
5 Camada de Enlace 5-35
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoProtocolos MAC de divisatildeo de canal
Compartilha o canal eficientemente e de forma justa em altas cargas
Ineficiente em baixas cargas atraso no canal de acesso alocaccedilatildeo de 1N da largura de banda mesmo com apenas 1 noacute ativo
Protocolos MAC de acesso aleatoacuterioeficiente em baixas cargas um uacutenico noacute
pode utilizar completamente o canalAltas cargas overhead com colisotildees
Protocolos de revezamentoProcura oferecer o melhor dos dois mundos
5 Camada de Enlace 5-36
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoSeleccedilatildeo (Polling) Noacute mestre ldquoconvidardquo
noacutes escravos a transmitir em revezamento
Usado tipicamente com dispositivos escravo burros
Preocupaccedilotildees Overhead com as
consultas (polling) Latecircncia Ponto uacutenico de
falha (mestre)
mestre
escravos
poll
dados
dados
5 Camada de Enlace 5-37
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoPassagem de
permissatildeo (token) controla permissatildeo
passada de um noacute para o proacuteximo de forma sequencial
mensagem de passagem da permissatildeo
preocupaccedilotildees overhead com a
passagem de permissatildeo
latecircncia Ponto uacutenico de falha
(permissatildeo)
T
dados
(nada paramandar)
T
5 Camada de Enlace 5-38
Rede de acesso a cabo
Muacuteltiplos canais de difusatildeo downstream de 40Mbps Um uacutenico CMTS transmite para os diversos canais
Muacuteltiplos canais upstream de 30 Mbps Acesso muacuteltiplo todos os usuaacuterios disputam alguns slots
de tempo em canais upstream (outros satildeo preacute-alocados)
terminaccedilatildeo do cabo
CMTS
ISP
sistema de terminaccedilatildeo do cable modem
cablemodemsplitter
hellip
hellip
quadros Internet canais de TV e controle satildeo transmitidos downstream em frequecircncias diferentes
quadros Internet upstream e controle de TV satildeo transmitidos upstream em diferentes frequecircncias em slots de tempo
5 Camada de Enlace 5-39
Rede de acesso a cabo
DOCSIS espec da interface de serviccedilo de dados sobre cabo FDM sobre as frequecircncias dos canais up e downstream TDM upstream alguns slots satildeo alocados outros tecircm
disputabull quadro de mapeamento downstream aloca slots
upstreambull requisiccedilatildeo de slots upstream (e dados) satildeo transmitidos
atraveacutes de acesso aleatoacuterio (retirada binaacuteria) em slots selecionados
quadro de mapeamentop intervalo [t1 t2]
Residecircncias com cable modems
Canal downstream i
Canal Upstream j
t1 t2
Minislots alocados contendo quadros de dadosupstream do cable modem
Minislots contendo quadrosde requisiccedilatildeo de minislots
cable headend
CMTS
5 Camada de Enlace 5-40
Resumo dos protocolos MAC divisatildeo do canal por tempo frequecircncia ou
coacutedigoDivisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequecircncia
acesso aleatoacuterio (dinacircmico) ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDescutar a portadora faacutecil em algumas
tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)
CSMACD usado na EthernetCSMACA usado no 80211
RevezamentoSeleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto
central passagem de permissotildeesBluetooth FDDI Token Ring
5 Camada de Enlace 5-41
Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e
serviccedilos52 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais
Endereccedilamento ARP
EthernetSwitchesVLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-42
Endereccedilos MAC e ARP Endereccedilo IP de 32 bits
endereccedilos da camada de rede para a interface usado pelo repasse da camada 3 (rede)
Endereccedilo MAC (ou LAN ou fiacutesico ou Ethernet) Funccedilatildeo usado lsquolocalmentersquo para levar o quadro de
uma interface ateacute outra interface conectada fisicamente (na mesma rede no sentido do endereccedilamento IP)
Endereccedilo MAC de 48 bits (para a maioria das redes) gravado na ROM do adaptador ou configurado por software
Ex 1A-2F-BB-76-09-ADnotaccedilatildeo hexadecimal (base 16)
(cada ldquonuacutemerordquo representa 4 bits)
5 Camada de Enlace 5-43
Endereccedilos MAC e ARPcada adaptador na LAN possui um endereccedilo MAC uacutenico
Endereccedilo de Broadcast =FF-FF-FF-FF-FF-FF
= adaptador
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN(cabeada ousem fio)
5 Camada de Enlace 5-44
Endereccedilo MAC (cont) Alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC gerenciada pelo IEEE Um fabricante compra uma parte do espaccedilo de
endereccedilos (para garantir unicidade) Analogia (a) endereccedilo MAC como nuacutemero do CPF (b) endereccedilo IP como endereccedilo postal (CEP) endereccedilo MAC tem estrutura linear =gt
portabilidadePode mover um cartatildeo LAN de uma LAN para
outra endereccedilo IP hieraacuterquico NAtildeO eacute portaacutetil (requer IP
moacutevel)Depende da subrede IP agrave qual o noacute estaacute
conectado
5 Camada de Enlace 5-45
ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de Resoluccedilatildeo de Endereccedilos)
Cada noacute IP (Host Roteador) de uma LAN possui tabela ARP
Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN
lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt TTL (Time To Live) tempo
a partir do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute esquecido (valor tiacutepico de 20 min)
Pergunta como obter oendereccedilo MAC de B a partir do endereccedilo IP de B
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53 LAN
237196723
237196778
237196714
237196788
5 Camada de Enlace 5-46
Protocolo ARP mesma LAN (rede) A deseja enviar datagrama
para B e o endereccedilo MAC de B natildeo estaacute na tabela ARP
A difunde o pacote de solicitaccedilatildeo ARP que conteacutem o endereccedilo IP de B Endereccedilo MAC destino =
FF-FF-FF-FF-FF-FF todas as maacutequinas na
LAN recebem a consulta do ARP
B recebe o pacote ARP responde a A com o seu (de B) endereccedilo MAC Quadro enviado para o
endereccedilo MAC (unicast) de A
Uma cache (salva) o par de endereccedilos IP-para-MAC na sua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo fique antiquada (expire) lsquosoft statersquo informaccedilatildeo que expira (vai embora) a menos que seja renovada
ARP eacute ldquoplug-and-playrdquo os noacutes criam suas tabelas ARP sem a intervenccedilatildeo do administrador
da rede
5 Camada de Enlace 5-47
Endereccedilamento repassando para outra LAN encaminhamento envio de datagrama de A para B via R
foco no endereccedilamento ndash nas camadas IP (datagrama) e MAC (quadro)
assume que A conhece o endereccedilo IP de B assume que A conhece o endereccedilo IP do proacuteximo roteador
R (como) assume que A conhece o endereccedilo MAC de R (como)
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
5 Camada de Enlace 5-48
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IPEthPhy
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
A cria datagrama IP com IP origem A destino B A cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC
de R como destino quadro conteacutem o datagrama IP de A-para-B
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55 MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
5 Camada de Enlace 5-49
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IPEthPhy
quadro enviado de A para R
IPEthPhy
quadro recebido em R datagrama removido passado para o IP
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55 MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
5 Camada de Enlace 5-50
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
R repassa o datagrama com origem IP A destino B R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC
de B como destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9B MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
IPEthPhy
5 Camada de Enlace 5-51
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
R repassa o datagrama com origem IP A destino B R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC
de B como destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9B MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
IPEthPhy
5 Camada de Enlace 5-52
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
R repassa o datagrama com origem IP A destino B R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC
de B como destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9B MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
5 Camada de Enlace 5-53
Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e
serviccedilos52 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais
Endereccedilamento ARP
EthernetSwitchesVLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-54
Ethernet Muitiacutessimo difundida porque
Muito barata R$50 para placas 101001000Mbps A mais antiga das tecnologias de rede local (meados da
deacutecada de 70) Mais simples e menos cara que redes usando ficha ou
ATM Acompanhou o aumento de velocidade 10 Mbps ndash 10
Gbps
Rascunho de Metcalfe sobre o Ethernet
5 Camada de Enlace 5-55
Ethernet topologia fiacutesica barramento popular ateacute meados dos anos 90
Todos os noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo (podem colidir um com o outro)
estrela prevalecircncia hoje Comutador (switch) ativo no centro Cada porta roda o protocolo Ethernet separadamente (os
noacutes natildeo colidem uns com os outros)
barramento cabo coaxial
switch
estrela
5 Camada de Enlace 5-56
Estrutura do Quadro EthernetAdaptador remetente encapsula datagrama IP (ou pacote
de outro protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
preacircmbulo 7 bytes com o padratildeo 10101010 seguidos por um byte
com o padratildeo 10101011 usado para sincronizar receptor ao reloacutegio do
remetente (reloacutegios nunca satildeo exatos eacute muito provaacutevel que exista algum desvio entre eles)
5 Camada de Enlace 5-57
Estrutura de Quadro Ethernet (cont)
Endereccedilos 6 bytes para cada endereccedilo MAC se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo destino igual
ao seu ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede
caso contraacuterio o adaptador descarta o quadro Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior
usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)
CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado
5 Camada de Enlace 5-58
Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo sem conexatildeo natildeo haacute estabelecimento de
conexatildeo (saudaccedilatildeo) entre os adaptadores transmissor e receptor
Natildeo confiaacutevel o adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador transmissordados em quadros descartados satildeo
recuperados apenas se o transmissor usar transferecircncia confiaacutevel em camadas mais altas (ex TCP) caso contraacuterio os dados estaratildeo perdidos
Protocolo MAC do Ethernet CSMACD com retirada binaacuteria
5 Camada de Enlace 5-59
Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
diversos padrotildees Ethernet diferentes tecircm em comum o protocolo MAC e o formato do
quadro diferentes velocidades 2Mbps 10Mbps 100Mbps
1Gbps 10Gbps diferentes meios da camada fiacutesica fibra cabo
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
protocolo MACe formato do quadro
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)
5 Camada de Enlace 5-60
10Base5
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-61
10Base2
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-62
10BaseT
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-63
Conector RJ 45
5 Camada de Enlace 5-64
100Base-TX
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-65 10
Wireless Backhaul
Carrier Ethernet Access Expansion
Voice gateway
VoiceVideoTelephony
HD TVTVoD VoD
Video Source
Gaming BusinessBackup ERP
Internet Video Source
BusinessBroadband
E-Line andE-LAN service
GlobalNationalCarrierEthernet
GlobalNationalCarrierEthernet
SmallMedium Business
Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet
AccessCarrierEthernet
AccessCarrierEthernet
ResidentialTriple-Play
FTTx DSLAM Cable Modem
Broadbandmobile datavideo
Bringing vastly extended scalability for business and residential users
ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing
5 Camada de Enlace 5-66
Carrier Ethernet Defined
bull Carrier Ethernet is a ubiquitous standardized carrier-class SERVICE defined by five attributes that distinguish Carrier Ethernet from familiar LAN based Ethernet
bull It brings the compelling business benefit of the Ethernet cost model to achieve significant savings
Carrier Ethernet
bull Scalability
bull Standardized Services
bull Service Management
bull Quality of Service
bull Reliability
Carrier Ethernet Attributes
httpwwwmetroethernetforumorg
5 Camada de Enlace 5-67
Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e
serviccedilos52 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais
Endereccedilamento ARP
EthernetSwitchesVLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-68
Comutador (switch) Ethernet Dispositivo da camada de enlace tecircm papel
ativo armazena e retransmite quadros Ethernetexamina o cabeccedilalho do quadro e
seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento
transparentehospedeiros ignoram a presenccedila dos
switches plug-and-play self-learning (autodidatas)
os comutadores natildeo necessitam ser configurados
5 Camada de Enlace 5-69
Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas hospedeiros tecircm conexatildeo
direta e dedicada para o switch
os switches armazenam quadros
o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplex cada link eacute o seu proacuteprio
domiacutenio de colisatildeo comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-
para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch com seis interfaces(123456)
1 2 345
6
5 Camada de Enlace 5-70
Tabela de repasse do switch P como eacute que o switch sabe que
Arsquo eacute alcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel a partir da interface 5
R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutem (endereccedilo MAC do hospedeiro
interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)
parece uma tabela de repasse P como satildeo criadas e mantidas as
entradas na tabela de comutaccedilatildeo haacute algo como um protocolo de
roteamento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch with six interfaces(123456)
1 2 345
6
5 Camada de Enlace 5-71
switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfaces quando um quadro eacute
recebido o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada
registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo
Switch autoaprendizagemA
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
5 Camada de Enlace 5-725 Camada de Enlace
Switch filtragemrepasse de quadrosQuando o quadro eacute recebido em um comutador
registra o link de entrada endereccedilo MAC do hospedeiro transmissor
indexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo MAC do destino
if entrada encontrada para o destinothen
if dest estiver no segmento de onde veio o quadro then descarta o quadro
else repassa o quadro na interface indicada else usa inundaccedilatildeo
Repassa o quadro para todas as demais interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido
5 Camada de Enlace 5-73
Exemplo de auto aprendizagem e repasse
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo destino do quadro Arsquo
com localizaccedilatildeo desconhecida inundaccedilatildeo
Arsquo A
local do destino A conhecido
Arsquo 4 60
transmissatildeo seletiva
5 Camada de Enlace 5-74
Interligaccedilatildeo de comutadores
Podemos interligar comutadores (switches)
AB
P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe que deve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3
R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenico comutador)
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
5 Camada de Enlace 5-75
Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde
para C
P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4
AB
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
12
5 Camada de Enlace 5-76
Rede institucional
Para redeexterna
roteador
Subrede IP
Servidor de mensagens
Servidor web
5 Camada de Enlace 5-77
Comutadores x Roteadores
ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa roteadores dispositivos da
camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)
comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace
ambos possuem tabelas de repasse roteadores obteacutem
tabelas usando alg de roteamento endereccedilos IP
comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
redeenlacefiacutesica
enlacefiacutesica
switch
datagrama
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
quadro
quadro
quadrodatagrama
5 Camada de Enlace 5-78
Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e
serviccedilos52 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais
Endereccedilamento ARP
EthernetSwitchesVLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-79
Siacutentese um dia na vida de um pedido web jornada completa atravessando toda a pilha de
protocolos aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
colocando tudo junto siacutentese objetivo identificar revisar entender os
protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web
cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom
5 Camada de Enlace 5-80
Um dia na vida cenaacuterio
rede da Comcast68800013
rede do Google64233160019 64233169105
servidor web
Servidor DNS
rede da escola68802024
paacutegina web
navegador
5 Camada de Enlace 5-81
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPDHCP
quadro Ethernet difundido (dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador que executa o servidor DHCP Ethernet demultiplexado para IP demultiplexado para UDP e demultiplexado paraDHCP
o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilo do primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP Solicitaccedilatildeo DHCP encapsulada em UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023 Ethernet
5 Camada de Enlace 5-82
roteador(roda DHCP)
servidor DHCP prepara ACK DHCP contendo endereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiro roteador nome e endereccedilo IP do servidor DNS
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
encapsulamento no servidor DHCP quadro repassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente
Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador
cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
5 Camada de Enlace 5-83
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
consulta DNS criada encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviar quadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP
consulta ARP difundida recebida pelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccedilo MAC da interface do roteador
o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiro roteador podendo agora enviar o quadro contendo a consulta DNS
ARP query
EthPhy
ARP
ARP
ARP reply
antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
5 Camada de Enlace 5-84
roteador(roda DHCP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
datagrama IP conteacutem consulta DNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador
datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelos protocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS
demultiplexado pelo servidor DNS
servidor DNS responde ao cliente com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
rede da Comcast68800013
servidor DNSDNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
Um dia na vidahellip usando DNS
5 Camada de Enlace 5-85
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
para enviar pedido HTTP cliente primeiro abre um socket TCP para o servidor web segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web
conexatildeo TCP estabelecida64233169105servidor web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCPIPEthPhy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)
5 Camada de Enlace 5-86
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
solicitaccedilatildeo HTTP enviada para o socket TCP datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhado para wwwgooglecom
datagrama IP com a resposta HTTP eacute encaminhado de volta para o cliente
64233169105servidor web
HTTPTCPIPEthPhy
servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTPHTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
paacutegina web finalmente() apresentada
5 Camada de Enlace 5-87
Capiacutetulo 5 Resumo
princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dados detecccedilatildeo correccedilatildeo de erros compartilhamento de canal de difusatildeo acesso
muacuteltiplo endereccedilamento da camada de enlace
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlace Ethernet LANs comutadas VLANs redes virtualizadas como camada de enlace MPLS
siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web
5 Camada de Enlace 5-19
Protocolo Ideal de Acesso MuacuteltiploPara um canal de broadcast com taxa de R bps
1 Quando apenas um noacute tem dados para enviar esse noacute obteacutem uma vazatildeo de R bps
2 Quando M noacutes tecircm dados para enviar cada um desses noacutes poderaacute transmitir em meacutedia a uma taxa de RM bps
3 Completamente descentralizado nenhum noacute especial (mestre) para coordenar as
transmissotildees nenhuma sincronizaccedilatildeo de reloacutegios ou slots
4 Simples para que sua implementaccedilatildeo seja barata
5 Camada de Enlace 5-20
Taxonomia dos Protocolos MACTrecircs categorias gerais divisatildeo de Canal
divide o canal em pequenos ldquopedaccedilosrdquo (slotscompartimentos de tempo frequecircncia coacutedigo)
aloca pedaccedilo a um dado noacute para uso exclusivo deste acesso Aleatoacuterio
canal natildeo eacute dividido podem ocorrer colisotildees ldquorecuperaccedilatildeordquo das colisotildees
revezamento Noacutes se alternam em revezamento mas um noacute que
possui mais dados a transmitir pode demorar mais quando chegar a sua vez
5 Camada de Enlace 5-21
Protocolos MAC de divisatildeo de canal TDMA
TDMA Acesso Muacuteltiplo por Divisatildeo de Tempo acesso ao canal em ldquoturnos cada estaccedilatildeo recebe um comprimento fixo de
compartimento (comprimento = tempo de tx do pacote) em cada turno
compartimentos natildeo usados permanecem ociosos Exemplo LAN com 6 estaccedilotildees compartimentos 1 3 e 4
com pacotes compartimentos 2 5 e 6 ociosos
5 Camada de Enlace 5-22
Protocolos MAC de divisatildeo de canal FDMA
FDMA Acesso Muacuteltiplo por Divisatildeo de Frequecircncia espectro do canal dividido em bandas de frequecircncia a cada estaccedilatildeo eacute atribuiacuteda uma banda fixa de frequecircncia tempo de transmissatildeo natildeo usado nas bandas permanecem
ociosos exemplo LAN com 6 estaccedilotildees 134 com pacotes bandas
256 ociosas
Band
as d
e fre
quecircn
cia tempo
cabo FDM
5 Camada de Enlace 5-23
Protocolos de Acesso Aleatoacuterio Quando noacute tem um pacote para transmitir
transmite na taxa maacutexima Rnenhuma coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes
dois ou mais noacutes transmitindo ldquocolisatildeordquo O protocolo MAC de acesso aleatoacuterio
especifica como detectar colisotildeescomo se recuperar delas (atraveacutes de
retransmissotildees retardadas por exemplo) Exemplos de protocolos MAC de acesso
aleatoacuterioslotted ALOHAALOHACSMA CSMACD CSMACA
5 Camada de Enlace 5-24
Slotted ALOHA
Hipoacuteteses todos os quadros tecircm o
mesmo tamanho (L bits) tempo eacute dividido em slots
de tamanho igual tempo para transmitir 1 quadro (LR seg)
noacutes comeccedilam a transmitir quadros apenas no iniacutecio dos intervalos (slots)
noacutes satildeo sincronizados se 2 ou mais noacutes
transmitirem num slot todos os noacutes detectam a colisatildeo
Operaccedilatildeo quando o noacute obteacutem um novo
quadro ele espera ateacute o iniacutecio do proacuteximo slot e transmite o quadro inteiro
Se natildeo houver colisatildeo noacute poderaacute enviar um novo quadro no proacuteximo slot
caso haja uma colisatildeo (detectada antes do final do intervalo) noacute retransmite o quadro em cada intervalo subsequente com probabilidade p ateacute obter sucesso
5 Camada de Enlace 5-25
Slotted ALOHA
Vantagens uacutenico noacute ativo pode
transmitir continuamente na taxa maacutexima do canal
Altamente descentralizado apenas slots nos noacutes precisam estar sincronizados
simples
Desvantagens colisotildees slots
desperdiccedilados slots ociosos
(desperdiacutecio) noacutes podem ser capazes
de detectar colisotildees num tempo inferior ao da transmissatildeo do pacote
sincronizaccedilatildeo dos reloacutegios
5 Camada de Enlace 5-26
Eficiecircncia do Slotted Aloha
Assuma N noacutes com muitos quadros para enviar cada um transmite num slot com probabilidade p
probabilidade que noacute 1 tenha sucesso em um slot = p(1-p)N-1
probabilidade que qualquer noacute tenha sucesso = Np(1-p)N-
1
Para eficiecircncia maacutexima com N noacutes encontre p que maximiza Np(1-p)N-1
Para muitos noacutes faccedila limite para Np(1-p)N-1
quando N tende a infinito daacute
eficiecircncia maacutexima = 1e = 037
Eficiecircncia eacute a fraccedilatildeo de longo prazo de slots bem sucedidos quando haacute muitos noacutes cada um com muitos quadros para transmitir
Melhor caso canalusado para transmissotildees uacuteteis em apenas 37 do tempo
5 Camada de Enlace 5-27
ALOHA Puro (sem slots) Aloha puro (sem slots) mais simples sem sincronizaccedilatildeo Ao chegar um quadro no noacute
transmite imediatamente Probabilidade de colisatildeo aumenta
quadro enviado em t0 colide com outros quadros enviados em [t0-1t0+1]
5 Camada de Enlace 5-28
Eficiecircncia do Aloha puroP(sucesso por um dado noacute) = P(noacute transmita) P(nenhum outro noacute transmita em [t0-1t0] P(nenhum outro noacute transmita em [t0t0+1] = p (1-p)N-1 (1-p)N-1
= p (1-p)2(N-1)
hellip escolhendo o valor oacutetimo de p e deixando n -gt infinito
= 1(2e) = 018 Ainda pior do que o Slotted Aloha
5 Camada de Enlace 5-29
CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)
CSMA (Carrier Sense Multiple Access) Escuta antes de transmitir (detecccedilatildeo de portadora)
Se o canal estiver livre transmite todo o quadro
Se o canal estiver ocupado adia a transmissatildeo
Analogia humana natildeo interrompa outros
5 Camada de Enlace 5-30
Colisotildees no CSMA
colisotildees ainda podem aconteceratraso de propagaccedilatildeo significa que dois noacutes podem natildeo ouvira transmissatildeo do outro colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo eacute desperdiccedilado
Disposiccedilatildeo espacial dos noacutes
notapapel da distacircncia e atraso de propagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo
5 Camada de Enlace 5-31
CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)
CSMACD detecccedilatildeo da portadora adia a transmissatildeo como no CSMAAs colisotildees satildeo detectadas em pouco tempoTransmissotildees que sofreram colisotildees satildeo
abortadas reduzindo o desperdiacutecio do canal Detecccedilatildeo de colisotildees
Faacutecil em LANs cabeadas mede a potecircncia do sinal compara o sinal recebido com o transmitido
Difiacutecil em LANs sem fio o receptor eacute desligado durante a transmissatildeo
Analogia humana bate papo educado
5 Camada de Enlace 5-32
Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD
5 Camada de Enlace 5-33
Algoritmo CSMACD do Ethernet1 Adaptador recebe datagrama
da camada de rede e cria um quadro
2 Se o adaptador percebe que o canal estaacute ocioso comeccedila a transmitir o quadro Se percebe que o canal estaacute ocupado espera que o canal fique livre e transmite
3 Se o adaptador transmitir todo o quadro sem detectar outra transmissatildeo o adaptador concluiu a operaccedilatildeo com o quadro
4 Se o adaptador detectar outra transmissatildeo enquanto estiver transmitindo aborta e envia sinal de reforccedilo de colisatildeo de 48 bits
5 Apoacutes o aborto o adaptador entra na retirada (backoff) exponencial binaacuteria apoacutes a m-eacutesima colisatildeo o
adaptador escolhe um K aleatoriamente entre 012hellip2m-1 O adaptador espera K512 tempos de bit e retorna ao Passo 2
quanto mais colisotildees houver mas longos seratildeo os intervalos de retirada
5 Camada de Enlace 5-34
Eficiecircncia do CSMACD
tprop = atraso maacuteximo de prop entre 2 noacutes na LAN
ttrans = tempo para transmitir quadro de tamanho maacuteximo
Eficiecircncia vai para 1 agrave medida que tprop vai para 0ttrans vai para infinito
Muito melhor do que ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato
transprop tt 511eficiecircncia
5 Camada de Enlace 5-35
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoProtocolos MAC de divisatildeo de canal
Compartilha o canal eficientemente e de forma justa em altas cargas
Ineficiente em baixas cargas atraso no canal de acesso alocaccedilatildeo de 1N da largura de banda mesmo com apenas 1 noacute ativo
Protocolos MAC de acesso aleatoacuterioeficiente em baixas cargas um uacutenico noacute
pode utilizar completamente o canalAltas cargas overhead com colisotildees
Protocolos de revezamentoProcura oferecer o melhor dos dois mundos
5 Camada de Enlace 5-36
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoSeleccedilatildeo (Polling) Noacute mestre ldquoconvidardquo
noacutes escravos a transmitir em revezamento
Usado tipicamente com dispositivos escravo burros
Preocupaccedilotildees Overhead com as
consultas (polling) Latecircncia Ponto uacutenico de
falha (mestre)
mestre
escravos
poll
dados
dados
5 Camada de Enlace 5-37
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoPassagem de
permissatildeo (token) controla permissatildeo
passada de um noacute para o proacuteximo de forma sequencial
mensagem de passagem da permissatildeo
preocupaccedilotildees overhead com a
passagem de permissatildeo
latecircncia Ponto uacutenico de falha
(permissatildeo)
T
dados
(nada paramandar)
T
5 Camada de Enlace 5-38
Rede de acesso a cabo
Muacuteltiplos canais de difusatildeo downstream de 40Mbps Um uacutenico CMTS transmite para os diversos canais
Muacuteltiplos canais upstream de 30 Mbps Acesso muacuteltiplo todos os usuaacuterios disputam alguns slots
de tempo em canais upstream (outros satildeo preacute-alocados)
terminaccedilatildeo do cabo
CMTS
ISP
sistema de terminaccedilatildeo do cable modem
cablemodemsplitter
hellip
hellip
quadros Internet canais de TV e controle satildeo transmitidos downstream em frequecircncias diferentes
quadros Internet upstream e controle de TV satildeo transmitidos upstream em diferentes frequecircncias em slots de tempo
5 Camada de Enlace 5-39
Rede de acesso a cabo
DOCSIS espec da interface de serviccedilo de dados sobre cabo FDM sobre as frequecircncias dos canais up e downstream TDM upstream alguns slots satildeo alocados outros tecircm
disputabull quadro de mapeamento downstream aloca slots
upstreambull requisiccedilatildeo de slots upstream (e dados) satildeo transmitidos
atraveacutes de acesso aleatoacuterio (retirada binaacuteria) em slots selecionados
quadro de mapeamentop intervalo [t1 t2]
Residecircncias com cable modems
Canal downstream i
Canal Upstream j
t1 t2
Minislots alocados contendo quadros de dadosupstream do cable modem
Minislots contendo quadrosde requisiccedilatildeo de minislots
cable headend
CMTS
5 Camada de Enlace 5-40
Resumo dos protocolos MAC divisatildeo do canal por tempo frequecircncia ou
coacutedigoDivisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequecircncia
acesso aleatoacuterio (dinacircmico) ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDescutar a portadora faacutecil em algumas
tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)
CSMACD usado na EthernetCSMACA usado no 80211
RevezamentoSeleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto
central passagem de permissotildeesBluetooth FDDI Token Ring
5 Camada de Enlace 5-41
Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e
serviccedilos52 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais
Endereccedilamento ARP
EthernetSwitchesVLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-42
Endereccedilos MAC e ARP Endereccedilo IP de 32 bits
endereccedilos da camada de rede para a interface usado pelo repasse da camada 3 (rede)
Endereccedilo MAC (ou LAN ou fiacutesico ou Ethernet) Funccedilatildeo usado lsquolocalmentersquo para levar o quadro de
uma interface ateacute outra interface conectada fisicamente (na mesma rede no sentido do endereccedilamento IP)
Endereccedilo MAC de 48 bits (para a maioria das redes) gravado na ROM do adaptador ou configurado por software
Ex 1A-2F-BB-76-09-ADnotaccedilatildeo hexadecimal (base 16)
(cada ldquonuacutemerordquo representa 4 bits)
5 Camada de Enlace 5-43
Endereccedilos MAC e ARPcada adaptador na LAN possui um endereccedilo MAC uacutenico
Endereccedilo de Broadcast =FF-FF-FF-FF-FF-FF
= adaptador
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN(cabeada ousem fio)
5 Camada de Enlace 5-44
Endereccedilo MAC (cont) Alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC gerenciada pelo IEEE Um fabricante compra uma parte do espaccedilo de
endereccedilos (para garantir unicidade) Analogia (a) endereccedilo MAC como nuacutemero do CPF (b) endereccedilo IP como endereccedilo postal (CEP) endereccedilo MAC tem estrutura linear =gt
portabilidadePode mover um cartatildeo LAN de uma LAN para
outra endereccedilo IP hieraacuterquico NAtildeO eacute portaacutetil (requer IP
moacutevel)Depende da subrede IP agrave qual o noacute estaacute
conectado
5 Camada de Enlace 5-45
ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de Resoluccedilatildeo de Endereccedilos)
Cada noacute IP (Host Roteador) de uma LAN possui tabela ARP
Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN
lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt TTL (Time To Live) tempo
a partir do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute esquecido (valor tiacutepico de 20 min)
Pergunta como obter oendereccedilo MAC de B a partir do endereccedilo IP de B
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53 LAN
237196723
237196778
237196714
237196788
5 Camada de Enlace 5-46
Protocolo ARP mesma LAN (rede) A deseja enviar datagrama
para B e o endereccedilo MAC de B natildeo estaacute na tabela ARP
A difunde o pacote de solicitaccedilatildeo ARP que conteacutem o endereccedilo IP de B Endereccedilo MAC destino =
FF-FF-FF-FF-FF-FF todas as maacutequinas na
LAN recebem a consulta do ARP
B recebe o pacote ARP responde a A com o seu (de B) endereccedilo MAC Quadro enviado para o
endereccedilo MAC (unicast) de A
Uma cache (salva) o par de endereccedilos IP-para-MAC na sua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo fique antiquada (expire) lsquosoft statersquo informaccedilatildeo que expira (vai embora) a menos que seja renovada
ARP eacute ldquoplug-and-playrdquo os noacutes criam suas tabelas ARP sem a intervenccedilatildeo do administrador
da rede
5 Camada de Enlace 5-47
Endereccedilamento repassando para outra LAN encaminhamento envio de datagrama de A para B via R
foco no endereccedilamento ndash nas camadas IP (datagrama) e MAC (quadro)
assume que A conhece o endereccedilo IP de B assume que A conhece o endereccedilo IP do proacuteximo roteador
R (como) assume que A conhece o endereccedilo MAC de R (como)
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
5 Camada de Enlace 5-48
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IPEthPhy
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
A cria datagrama IP com IP origem A destino B A cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC
de R como destino quadro conteacutem o datagrama IP de A-para-B
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55 MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
5 Camada de Enlace 5-49
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IPEthPhy
quadro enviado de A para R
IPEthPhy
quadro recebido em R datagrama removido passado para o IP
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55 MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
5 Camada de Enlace 5-50
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
R repassa o datagrama com origem IP A destino B R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC
de B como destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9B MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
IPEthPhy
5 Camada de Enlace 5-51
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
R repassa o datagrama com origem IP A destino B R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC
de B como destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9B MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
IPEthPhy
5 Camada de Enlace 5-52
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
R repassa o datagrama com origem IP A destino B R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC
de B como destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9B MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
5 Camada de Enlace 5-53
Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e
serviccedilos52 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais
Endereccedilamento ARP
EthernetSwitchesVLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-54
Ethernet Muitiacutessimo difundida porque
Muito barata R$50 para placas 101001000Mbps A mais antiga das tecnologias de rede local (meados da
deacutecada de 70) Mais simples e menos cara que redes usando ficha ou
ATM Acompanhou o aumento de velocidade 10 Mbps ndash 10
Gbps
Rascunho de Metcalfe sobre o Ethernet
5 Camada de Enlace 5-55
Ethernet topologia fiacutesica barramento popular ateacute meados dos anos 90
Todos os noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo (podem colidir um com o outro)
estrela prevalecircncia hoje Comutador (switch) ativo no centro Cada porta roda o protocolo Ethernet separadamente (os
noacutes natildeo colidem uns com os outros)
barramento cabo coaxial
switch
estrela
5 Camada de Enlace 5-56
Estrutura do Quadro EthernetAdaptador remetente encapsula datagrama IP (ou pacote
de outro protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
preacircmbulo 7 bytes com o padratildeo 10101010 seguidos por um byte
com o padratildeo 10101011 usado para sincronizar receptor ao reloacutegio do
remetente (reloacutegios nunca satildeo exatos eacute muito provaacutevel que exista algum desvio entre eles)
5 Camada de Enlace 5-57
Estrutura de Quadro Ethernet (cont)
Endereccedilos 6 bytes para cada endereccedilo MAC se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo destino igual
ao seu ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede
caso contraacuterio o adaptador descarta o quadro Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior
usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)
CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado
5 Camada de Enlace 5-58
Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo sem conexatildeo natildeo haacute estabelecimento de
conexatildeo (saudaccedilatildeo) entre os adaptadores transmissor e receptor
Natildeo confiaacutevel o adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador transmissordados em quadros descartados satildeo
recuperados apenas se o transmissor usar transferecircncia confiaacutevel em camadas mais altas (ex TCP) caso contraacuterio os dados estaratildeo perdidos
Protocolo MAC do Ethernet CSMACD com retirada binaacuteria
5 Camada de Enlace 5-59
Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
diversos padrotildees Ethernet diferentes tecircm em comum o protocolo MAC e o formato do
quadro diferentes velocidades 2Mbps 10Mbps 100Mbps
1Gbps 10Gbps diferentes meios da camada fiacutesica fibra cabo
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
protocolo MACe formato do quadro
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)
5 Camada de Enlace 5-60
10Base5
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-61
10Base2
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-62
10BaseT
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-63
Conector RJ 45
5 Camada de Enlace 5-64
100Base-TX
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-65 10
Wireless Backhaul
Carrier Ethernet Access Expansion
Voice gateway
VoiceVideoTelephony
HD TVTVoD VoD
Video Source
Gaming BusinessBackup ERP
Internet Video Source
BusinessBroadband
E-Line andE-LAN service
GlobalNationalCarrierEthernet
GlobalNationalCarrierEthernet
SmallMedium Business
Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet
AccessCarrierEthernet
AccessCarrierEthernet
ResidentialTriple-Play
FTTx DSLAM Cable Modem
Broadbandmobile datavideo
Bringing vastly extended scalability for business and residential users
ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing
5 Camada de Enlace 5-66
Carrier Ethernet Defined
bull Carrier Ethernet is a ubiquitous standardized carrier-class SERVICE defined by five attributes that distinguish Carrier Ethernet from familiar LAN based Ethernet
bull It brings the compelling business benefit of the Ethernet cost model to achieve significant savings
Carrier Ethernet
bull Scalability
bull Standardized Services
bull Service Management
bull Quality of Service
bull Reliability
Carrier Ethernet Attributes
httpwwwmetroethernetforumorg
5 Camada de Enlace 5-67
Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e
serviccedilos52 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais
Endereccedilamento ARP
EthernetSwitchesVLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-68
Comutador (switch) Ethernet Dispositivo da camada de enlace tecircm papel
ativo armazena e retransmite quadros Ethernetexamina o cabeccedilalho do quadro e
seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento
transparentehospedeiros ignoram a presenccedila dos
switches plug-and-play self-learning (autodidatas)
os comutadores natildeo necessitam ser configurados
5 Camada de Enlace 5-69
Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas hospedeiros tecircm conexatildeo
direta e dedicada para o switch
os switches armazenam quadros
o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplex cada link eacute o seu proacuteprio
domiacutenio de colisatildeo comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-
para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch com seis interfaces(123456)
1 2 345
6
5 Camada de Enlace 5-70
Tabela de repasse do switch P como eacute que o switch sabe que
Arsquo eacute alcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel a partir da interface 5
R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutem (endereccedilo MAC do hospedeiro
interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)
parece uma tabela de repasse P como satildeo criadas e mantidas as
entradas na tabela de comutaccedilatildeo haacute algo como um protocolo de
roteamento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch with six interfaces(123456)
1 2 345
6
5 Camada de Enlace 5-71
switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfaces quando um quadro eacute
recebido o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada
registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo
Switch autoaprendizagemA
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
5 Camada de Enlace 5-725 Camada de Enlace
Switch filtragemrepasse de quadrosQuando o quadro eacute recebido em um comutador
registra o link de entrada endereccedilo MAC do hospedeiro transmissor
indexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo MAC do destino
if entrada encontrada para o destinothen
if dest estiver no segmento de onde veio o quadro then descarta o quadro
else repassa o quadro na interface indicada else usa inundaccedilatildeo
Repassa o quadro para todas as demais interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido
5 Camada de Enlace 5-73
Exemplo de auto aprendizagem e repasse
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo destino do quadro Arsquo
com localizaccedilatildeo desconhecida inundaccedilatildeo
Arsquo A
local do destino A conhecido
Arsquo 4 60
transmissatildeo seletiva
5 Camada de Enlace 5-74
Interligaccedilatildeo de comutadores
Podemos interligar comutadores (switches)
AB
P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe que deve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3
R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenico comutador)
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
5 Camada de Enlace 5-75
Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde
para C
P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4
AB
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
12
5 Camada de Enlace 5-76
Rede institucional
Para redeexterna
roteador
Subrede IP
Servidor de mensagens
Servidor web
5 Camada de Enlace 5-77
Comutadores x Roteadores
ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa roteadores dispositivos da
camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)
comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace
ambos possuem tabelas de repasse roteadores obteacutem
tabelas usando alg de roteamento endereccedilos IP
comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
redeenlacefiacutesica
enlacefiacutesica
switch
datagrama
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
quadro
quadro
quadrodatagrama
5 Camada de Enlace 5-78
Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e
serviccedilos52 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais
Endereccedilamento ARP
EthernetSwitchesVLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-79
Siacutentese um dia na vida de um pedido web jornada completa atravessando toda a pilha de
protocolos aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
colocando tudo junto siacutentese objetivo identificar revisar entender os
protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web
cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom
5 Camada de Enlace 5-80
Um dia na vida cenaacuterio
rede da Comcast68800013
rede do Google64233160019 64233169105
servidor web
Servidor DNS
rede da escola68802024
paacutegina web
navegador
5 Camada de Enlace 5-81
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPDHCP
quadro Ethernet difundido (dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador que executa o servidor DHCP Ethernet demultiplexado para IP demultiplexado para UDP e demultiplexado paraDHCP
o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilo do primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP Solicitaccedilatildeo DHCP encapsulada em UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023 Ethernet
5 Camada de Enlace 5-82
roteador(roda DHCP)
servidor DHCP prepara ACK DHCP contendo endereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiro roteador nome e endereccedilo IP do servidor DNS
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
encapsulamento no servidor DHCP quadro repassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente
Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador
cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
5 Camada de Enlace 5-83
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
consulta DNS criada encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviar quadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP
consulta ARP difundida recebida pelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccedilo MAC da interface do roteador
o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiro roteador podendo agora enviar o quadro contendo a consulta DNS
ARP query
EthPhy
ARP
ARP
ARP reply
antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
5 Camada de Enlace 5-84
roteador(roda DHCP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
datagrama IP conteacutem consulta DNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador
datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelos protocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS
demultiplexado pelo servidor DNS
servidor DNS responde ao cliente com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
rede da Comcast68800013
servidor DNSDNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
Um dia na vidahellip usando DNS
5 Camada de Enlace 5-85
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
para enviar pedido HTTP cliente primeiro abre um socket TCP para o servidor web segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web
conexatildeo TCP estabelecida64233169105servidor web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCPIPEthPhy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)
5 Camada de Enlace 5-86
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
solicitaccedilatildeo HTTP enviada para o socket TCP datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhado para wwwgooglecom
datagrama IP com a resposta HTTP eacute encaminhado de volta para o cliente
64233169105servidor web
HTTPTCPIPEthPhy
servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTPHTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
paacutegina web finalmente() apresentada
5 Camada de Enlace 5-87
Capiacutetulo 5 Resumo
princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dados detecccedilatildeo correccedilatildeo de erros compartilhamento de canal de difusatildeo acesso
muacuteltiplo endereccedilamento da camada de enlace
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlace Ethernet LANs comutadas VLANs redes virtualizadas como camada de enlace MPLS
siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web
5 Camada de Enlace 5-20
Taxonomia dos Protocolos MACTrecircs categorias gerais divisatildeo de Canal
divide o canal em pequenos ldquopedaccedilosrdquo (slotscompartimentos de tempo frequecircncia coacutedigo)
aloca pedaccedilo a um dado noacute para uso exclusivo deste acesso Aleatoacuterio
canal natildeo eacute dividido podem ocorrer colisotildees ldquorecuperaccedilatildeordquo das colisotildees
revezamento Noacutes se alternam em revezamento mas um noacute que
possui mais dados a transmitir pode demorar mais quando chegar a sua vez
5 Camada de Enlace 5-21
Protocolos MAC de divisatildeo de canal TDMA
TDMA Acesso Muacuteltiplo por Divisatildeo de Tempo acesso ao canal em ldquoturnos cada estaccedilatildeo recebe um comprimento fixo de
compartimento (comprimento = tempo de tx do pacote) em cada turno
compartimentos natildeo usados permanecem ociosos Exemplo LAN com 6 estaccedilotildees compartimentos 1 3 e 4
com pacotes compartimentos 2 5 e 6 ociosos
5 Camada de Enlace 5-22
Protocolos MAC de divisatildeo de canal FDMA
FDMA Acesso Muacuteltiplo por Divisatildeo de Frequecircncia espectro do canal dividido em bandas de frequecircncia a cada estaccedilatildeo eacute atribuiacuteda uma banda fixa de frequecircncia tempo de transmissatildeo natildeo usado nas bandas permanecem
ociosos exemplo LAN com 6 estaccedilotildees 134 com pacotes bandas
256 ociosas
Band
as d
e fre
quecircn
cia tempo
cabo FDM
5 Camada de Enlace 5-23
Protocolos de Acesso Aleatoacuterio Quando noacute tem um pacote para transmitir
transmite na taxa maacutexima Rnenhuma coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes
dois ou mais noacutes transmitindo ldquocolisatildeordquo O protocolo MAC de acesso aleatoacuterio
especifica como detectar colisotildeescomo se recuperar delas (atraveacutes de
retransmissotildees retardadas por exemplo) Exemplos de protocolos MAC de acesso
aleatoacuterioslotted ALOHAALOHACSMA CSMACD CSMACA
5 Camada de Enlace 5-24
Slotted ALOHA
Hipoacuteteses todos os quadros tecircm o
mesmo tamanho (L bits) tempo eacute dividido em slots
de tamanho igual tempo para transmitir 1 quadro (LR seg)
noacutes comeccedilam a transmitir quadros apenas no iniacutecio dos intervalos (slots)
noacutes satildeo sincronizados se 2 ou mais noacutes
transmitirem num slot todos os noacutes detectam a colisatildeo
Operaccedilatildeo quando o noacute obteacutem um novo
quadro ele espera ateacute o iniacutecio do proacuteximo slot e transmite o quadro inteiro
Se natildeo houver colisatildeo noacute poderaacute enviar um novo quadro no proacuteximo slot
caso haja uma colisatildeo (detectada antes do final do intervalo) noacute retransmite o quadro em cada intervalo subsequente com probabilidade p ateacute obter sucesso
5 Camada de Enlace 5-25
Slotted ALOHA
Vantagens uacutenico noacute ativo pode
transmitir continuamente na taxa maacutexima do canal
Altamente descentralizado apenas slots nos noacutes precisam estar sincronizados
simples
Desvantagens colisotildees slots
desperdiccedilados slots ociosos
(desperdiacutecio) noacutes podem ser capazes
de detectar colisotildees num tempo inferior ao da transmissatildeo do pacote
sincronizaccedilatildeo dos reloacutegios
5 Camada de Enlace 5-26
Eficiecircncia do Slotted Aloha
Assuma N noacutes com muitos quadros para enviar cada um transmite num slot com probabilidade p
probabilidade que noacute 1 tenha sucesso em um slot = p(1-p)N-1
probabilidade que qualquer noacute tenha sucesso = Np(1-p)N-
1
Para eficiecircncia maacutexima com N noacutes encontre p que maximiza Np(1-p)N-1
Para muitos noacutes faccedila limite para Np(1-p)N-1
quando N tende a infinito daacute
eficiecircncia maacutexima = 1e = 037
Eficiecircncia eacute a fraccedilatildeo de longo prazo de slots bem sucedidos quando haacute muitos noacutes cada um com muitos quadros para transmitir
Melhor caso canalusado para transmissotildees uacuteteis em apenas 37 do tempo
5 Camada de Enlace 5-27
ALOHA Puro (sem slots) Aloha puro (sem slots) mais simples sem sincronizaccedilatildeo Ao chegar um quadro no noacute
transmite imediatamente Probabilidade de colisatildeo aumenta
quadro enviado em t0 colide com outros quadros enviados em [t0-1t0+1]
5 Camada de Enlace 5-28
Eficiecircncia do Aloha puroP(sucesso por um dado noacute) = P(noacute transmita) P(nenhum outro noacute transmita em [t0-1t0] P(nenhum outro noacute transmita em [t0t0+1] = p (1-p)N-1 (1-p)N-1
= p (1-p)2(N-1)
hellip escolhendo o valor oacutetimo de p e deixando n -gt infinito
= 1(2e) = 018 Ainda pior do que o Slotted Aloha
5 Camada de Enlace 5-29
CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)
CSMA (Carrier Sense Multiple Access) Escuta antes de transmitir (detecccedilatildeo de portadora)
Se o canal estiver livre transmite todo o quadro
Se o canal estiver ocupado adia a transmissatildeo
Analogia humana natildeo interrompa outros
5 Camada de Enlace 5-30
Colisotildees no CSMA
colisotildees ainda podem aconteceratraso de propagaccedilatildeo significa que dois noacutes podem natildeo ouvira transmissatildeo do outro colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo eacute desperdiccedilado
Disposiccedilatildeo espacial dos noacutes
notapapel da distacircncia e atraso de propagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo
5 Camada de Enlace 5-31
CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)
CSMACD detecccedilatildeo da portadora adia a transmissatildeo como no CSMAAs colisotildees satildeo detectadas em pouco tempoTransmissotildees que sofreram colisotildees satildeo
abortadas reduzindo o desperdiacutecio do canal Detecccedilatildeo de colisotildees
Faacutecil em LANs cabeadas mede a potecircncia do sinal compara o sinal recebido com o transmitido
Difiacutecil em LANs sem fio o receptor eacute desligado durante a transmissatildeo
Analogia humana bate papo educado
5 Camada de Enlace 5-32
Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD
5 Camada de Enlace 5-33
Algoritmo CSMACD do Ethernet1 Adaptador recebe datagrama
da camada de rede e cria um quadro
2 Se o adaptador percebe que o canal estaacute ocioso comeccedila a transmitir o quadro Se percebe que o canal estaacute ocupado espera que o canal fique livre e transmite
3 Se o adaptador transmitir todo o quadro sem detectar outra transmissatildeo o adaptador concluiu a operaccedilatildeo com o quadro
4 Se o adaptador detectar outra transmissatildeo enquanto estiver transmitindo aborta e envia sinal de reforccedilo de colisatildeo de 48 bits
5 Apoacutes o aborto o adaptador entra na retirada (backoff) exponencial binaacuteria apoacutes a m-eacutesima colisatildeo o
adaptador escolhe um K aleatoriamente entre 012hellip2m-1 O adaptador espera K512 tempos de bit e retorna ao Passo 2
quanto mais colisotildees houver mas longos seratildeo os intervalos de retirada
5 Camada de Enlace 5-34
Eficiecircncia do CSMACD
tprop = atraso maacuteximo de prop entre 2 noacutes na LAN
ttrans = tempo para transmitir quadro de tamanho maacuteximo
Eficiecircncia vai para 1 agrave medida que tprop vai para 0ttrans vai para infinito
Muito melhor do que ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato
transprop tt 511eficiecircncia
5 Camada de Enlace 5-35
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoProtocolos MAC de divisatildeo de canal
Compartilha o canal eficientemente e de forma justa em altas cargas
Ineficiente em baixas cargas atraso no canal de acesso alocaccedilatildeo de 1N da largura de banda mesmo com apenas 1 noacute ativo
Protocolos MAC de acesso aleatoacuterioeficiente em baixas cargas um uacutenico noacute
pode utilizar completamente o canalAltas cargas overhead com colisotildees
Protocolos de revezamentoProcura oferecer o melhor dos dois mundos
5 Camada de Enlace 5-36
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoSeleccedilatildeo (Polling) Noacute mestre ldquoconvidardquo
noacutes escravos a transmitir em revezamento
Usado tipicamente com dispositivos escravo burros
Preocupaccedilotildees Overhead com as
consultas (polling) Latecircncia Ponto uacutenico de
falha (mestre)
mestre
escravos
poll
dados
dados
5 Camada de Enlace 5-37
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoPassagem de
permissatildeo (token) controla permissatildeo
passada de um noacute para o proacuteximo de forma sequencial
mensagem de passagem da permissatildeo
preocupaccedilotildees overhead com a
passagem de permissatildeo
latecircncia Ponto uacutenico de falha
(permissatildeo)
T
dados
(nada paramandar)
T
5 Camada de Enlace 5-38
Rede de acesso a cabo
Muacuteltiplos canais de difusatildeo downstream de 40Mbps Um uacutenico CMTS transmite para os diversos canais
Muacuteltiplos canais upstream de 30 Mbps Acesso muacuteltiplo todos os usuaacuterios disputam alguns slots
de tempo em canais upstream (outros satildeo preacute-alocados)
terminaccedilatildeo do cabo
CMTS
ISP
sistema de terminaccedilatildeo do cable modem
cablemodemsplitter
hellip
hellip
quadros Internet canais de TV e controle satildeo transmitidos downstream em frequecircncias diferentes
quadros Internet upstream e controle de TV satildeo transmitidos upstream em diferentes frequecircncias em slots de tempo
5 Camada de Enlace 5-39
Rede de acesso a cabo
DOCSIS espec da interface de serviccedilo de dados sobre cabo FDM sobre as frequecircncias dos canais up e downstream TDM upstream alguns slots satildeo alocados outros tecircm
disputabull quadro de mapeamento downstream aloca slots
upstreambull requisiccedilatildeo de slots upstream (e dados) satildeo transmitidos
atraveacutes de acesso aleatoacuterio (retirada binaacuteria) em slots selecionados
quadro de mapeamentop intervalo [t1 t2]
Residecircncias com cable modems
Canal downstream i
Canal Upstream j
t1 t2
Minislots alocados contendo quadros de dadosupstream do cable modem
Minislots contendo quadrosde requisiccedilatildeo de minislots
cable headend
CMTS
5 Camada de Enlace 5-40
Resumo dos protocolos MAC divisatildeo do canal por tempo frequecircncia ou
coacutedigoDivisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequecircncia
acesso aleatoacuterio (dinacircmico) ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDescutar a portadora faacutecil em algumas
tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)
CSMACD usado na EthernetCSMACA usado no 80211
RevezamentoSeleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto
central passagem de permissotildeesBluetooth FDDI Token Ring
5 Camada de Enlace 5-41
Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e
serviccedilos52 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais
Endereccedilamento ARP
EthernetSwitchesVLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-42
Endereccedilos MAC e ARP Endereccedilo IP de 32 bits
endereccedilos da camada de rede para a interface usado pelo repasse da camada 3 (rede)
Endereccedilo MAC (ou LAN ou fiacutesico ou Ethernet) Funccedilatildeo usado lsquolocalmentersquo para levar o quadro de
uma interface ateacute outra interface conectada fisicamente (na mesma rede no sentido do endereccedilamento IP)
Endereccedilo MAC de 48 bits (para a maioria das redes) gravado na ROM do adaptador ou configurado por software
Ex 1A-2F-BB-76-09-ADnotaccedilatildeo hexadecimal (base 16)
(cada ldquonuacutemerordquo representa 4 bits)
5 Camada de Enlace 5-43
Endereccedilos MAC e ARPcada adaptador na LAN possui um endereccedilo MAC uacutenico
Endereccedilo de Broadcast =FF-FF-FF-FF-FF-FF
= adaptador
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN(cabeada ousem fio)
5 Camada de Enlace 5-44
Endereccedilo MAC (cont) Alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC gerenciada pelo IEEE Um fabricante compra uma parte do espaccedilo de
endereccedilos (para garantir unicidade) Analogia (a) endereccedilo MAC como nuacutemero do CPF (b) endereccedilo IP como endereccedilo postal (CEP) endereccedilo MAC tem estrutura linear =gt
portabilidadePode mover um cartatildeo LAN de uma LAN para
outra endereccedilo IP hieraacuterquico NAtildeO eacute portaacutetil (requer IP
moacutevel)Depende da subrede IP agrave qual o noacute estaacute
conectado
5 Camada de Enlace 5-45
ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de Resoluccedilatildeo de Endereccedilos)
Cada noacute IP (Host Roteador) de uma LAN possui tabela ARP
Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN
lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt TTL (Time To Live) tempo
a partir do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute esquecido (valor tiacutepico de 20 min)
Pergunta como obter oendereccedilo MAC de B a partir do endereccedilo IP de B
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53 LAN
237196723
237196778
237196714
237196788
5 Camada de Enlace 5-46
Protocolo ARP mesma LAN (rede) A deseja enviar datagrama
para B e o endereccedilo MAC de B natildeo estaacute na tabela ARP
A difunde o pacote de solicitaccedilatildeo ARP que conteacutem o endereccedilo IP de B Endereccedilo MAC destino =
FF-FF-FF-FF-FF-FF todas as maacutequinas na
LAN recebem a consulta do ARP
B recebe o pacote ARP responde a A com o seu (de B) endereccedilo MAC Quadro enviado para o
endereccedilo MAC (unicast) de A
Uma cache (salva) o par de endereccedilos IP-para-MAC na sua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo fique antiquada (expire) lsquosoft statersquo informaccedilatildeo que expira (vai embora) a menos que seja renovada
ARP eacute ldquoplug-and-playrdquo os noacutes criam suas tabelas ARP sem a intervenccedilatildeo do administrador
da rede
5 Camada de Enlace 5-47
Endereccedilamento repassando para outra LAN encaminhamento envio de datagrama de A para B via R
foco no endereccedilamento ndash nas camadas IP (datagrama) e MAC (quadro)
assume que A conhece o endereccedilo IP de B assume que A conhece o endereccedilo IP do proacuteximo roteador
R (como) assume que A conhece o endereccedilo MAC de R (como)
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
5 Camada de Enlace 5-48
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IPEthPhy
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
A cria datagrama IP com IP origem A destino B A cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC
de R como destino quadro conteacutem o datagrama IP de A-para-B
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55 MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
5 Camada de Enlace 5-49
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IPEthPhy
quadro enviado de A para R
IPEthPhy
quadro recebido em R datagrama removido passado para o IP
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55 MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
5 Camada de Enlace 5-50
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
R repassa o datagrama com origem IP A destino B R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC
de B como destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9B MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
IPEthPhy
5 Camada de Enlace 5-51
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
R repassa o datagrama com origem IP A destino B R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC
de B como destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9B MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
IPEthPhy
5 Camada de Enlace 5-52
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
R repassa o datagrama com origem IP A destino B R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC
de B como destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9B MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
5 Camada de Enlace 5-53
Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e
serviccedilos52 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais
Endereccedilamento ARP
EthernetSwitchesVLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-54
Ethernet Muitiacutessimo difundida porque
Muito barata R$50 para placas 101001000Mbps A mais antiga das tecnologias de rede local (meados da
deacutecada de 70) Mais simples e menos cara que redes usando ficha ou
ATM Acompanhou o aumento de velocidade 10 Mbps ndash 10
Gbps
Rascunho de Metcalfe sobre o Ethernet
5 Camada de Enlace 5-55
Ethernet topologia fiacutesica barramento popular ateacute meados dos anos 90
Todos os noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo (podem colidir um com o outro)
estrela prevalecircncia hoje Comutador (switch) ativo no centro Cada porta roda o protocolo Ethernet separadamente (os
noacutes natildeo colidem uns com os outros)
barramento cabo coaxial
switch
estrela
5 Camada de Enlace 5-56
Estrutura do Quadro EthernetAdaptador remetente encapsula datagrama IP (ou pacote
de outro protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
preacircmbulo 7 bytes com o padratildeo 10101010 seguidos por um byte
com o padratildeo 10101011 usado para sincronizar receptor ao reloacutegio do
remetente (reloacutegios nunca satildeo exatos eacute muito provaacutevel que exista algum desvio entre eles)
5 Camada de Enlace 5-57
Estrutura de Quadro Ethernet (cont)
Endereccedilos 6 bytes para cada endereccedilo MAC se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo destino igual
ao seu ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede
caso contraacuterio o adaptador descarta o quadro Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior
usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)
CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado
5 Camada de Enlace 5-58
Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo sem conexatildeo natildeo haacute estabelecimento de
conexatildeo (saudaccedilatildeo) entre os adaptadores transmissor e receptor
Natildeo confiaacutevel o adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador transmissordados em quadros descartados satildeo
recuperados apenas se o transmissor usar transferecircncia confiaacutevel em camadas mais altas (ex TCP) caso contraacuterio os dados estaratildeo perdidos
Protocolo MAC do Ethernet CSMACD com retirada binaacuteria
5 Camada de Enlace 5-59
Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
diversos padrotildees Ethernet diferentes tecircm em comum o protocolo MAC e o formato do
quadro diferentes velocidades 2Mbps 10Mbps 100Mbps
1Gbps 10Gbps diferentes meios da camada fiacutesica fibra cabo
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
protocolo MACe formato do quadro
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)
5 Camada de Enlace 5-60
10Base5
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-61
10Base2
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-62
10BaseT
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-63
Conector RJ 45
5 Camada de Enlace 5-64
100Base-TX
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-65 10
Wireless Backhaul
Carrier Ethernet Access Expansion
Voice gateway
VoiceVideoTelephony
HD TVTVoD VoD
Video Source
Gaming BusinessBackup ERP
Internet Video Source
BusinessBroadband
E-Line andE-LAN service
GlobalNationalCarrierEthernet
GlobalNationalCarrierEthernet
SmallMedium Business
Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet
AccessCarrierEthernet
AccessCarrierEthernet
ResidentialTriple-Play
FTTx DSLAM Cable Modem
Broadbandmobile datavideo
Bringing vastly extended scalability for business and residential users
ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing
5 Camada de Enlace 5-66
Carrier Ethernet Defined
bull Carrier Ethernet is a ubiquitous standardized carrier-class SERVICE defined by five attributes that distinguish Carrier Ethernet from familiar LAN based Ethernet
bull It brings the compelling business benefit of the Ethernet cost model to achieve significant savings
Carrier Ethernet
bull Scalability
bull Standardized Services
bull Service Management
bull Quality of Service
bull Reliability
Carrier Ethernet Attributes
httpwwwmetroethernetforumorg
5 Camada de Enlace 5-67
Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e
serviccedilos52 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais
Endereccedilamento ARP
EthernetSwitchesVLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-68
Comutador (switch) Ethernet Dispositivo da camada de enlace tecircm papel
ativo armazena e retransmite quadros Ethernetexamina o cabeccedilalho do quadro e
seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento
transparentehospedeiros ignoram a presenccedila dos
switches plug-and-play self-learning (autodidatas)
os comutadores natildeo necessitam ser configurados
5 Camada de Enlace 5-69
Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas hospedeiros tecircm conexatildeo
direta e dedicada para o switch
os switches armazenam quadros
o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplex cada link eacute o seu proacuteprio
domiacutenio de colisatildeo comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-
para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch com seis interfaces(123456)
1 2 345
6
5 Camada de Enlace 5-70
Tabela de repasse do switch P como eacute que o switch sabe que
Arsquo eacute alcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel a partir da interface 5
R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutem (endereccedilo MAC do hospedeiro
interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)
parece uma tabela de repasse P como satildeo criadas e mantidas as
entradas na tabela de comutaccedilatildeo haacute algo como um protocolo de
roteamento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch with six interfaces(123456)
1 2 345
6
5 Camada de Enlace 5-71
switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfaces quando um quadro eacute
recebido o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada
registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo
Switch autoaprendizagemA
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
5 Camada de Enlace 5-725 Camada de Enlace
Switch filtragemrepasse de quadrosQuando o quadro eacute recebido em um comutador
registra o link de entrada endereccedilo MAC do hospedeiro transmissor
indexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo MAC do destino
if entrada encontrada para o destinothen
if dest estiver no segmento de onde veio o quadro then descarta o quadro
else repassa o quadro na interface indicada else usa inundaccedilatildeo
Repassa o quadro para todas as demais interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido
5 Camada de Enlace 5-73
Exemplo de auto aprendizagem e repasse
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo destino do quadro Arsquo
com localizaccedilatildeo desconhecida inundaccedilatildeo
Arsquo A
local do destino A conhecido
Arsquo 4 60
transmissatildeo seletiva
5 Camada de Enlace 5-74
Interligaccedilatildeo de comutadores
Podemos interligar comutadores (switches)
AB
P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe que deve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3
R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenico comutador)
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
5 Camada de Enlace 5-75
Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde
para C
P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4
AB
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
12
5 Camada de Enlace 5-76
Rede institucional
Para redeexterna
roteador
Subrede IP
Servidor de mensagens
Servidor web
5 Camada de Enlace 5-77
Comutadores x Roteadores
ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa roteadores dispositivos da
camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)
comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace
ambos possuem tabelas de repasse roteadores obteacutem
tabelas usando alg de roteamento endereccedilos IP
comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
redeenlacefiacutesica
enlacefiacutesica
switch
datagrama
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
quadro
quadro
quadrodatagrama
5 Camada de Enlace 5-78
Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e
serviccedilos52 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais
Endereccedilamento ARP
EthernetSwitchesVLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-79
Siacutentese um dia na vida de um pedido web jornada completa atravessando toda a pilha de
protocolos aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
colocando tudo junto siacutentese objetivo identificar revisar entender os
protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web
cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom
5 Camada de Enlace 5-80
Um dia na vida cenaacuterio
rede da Comcast68800013
rede do Google64233160019 64233169105
servidor web
Servidor DNS
rede da escola68802024
paacutegina web
navegador
5 Camada de Enlace 5-81
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPDHCP
quadro Ethernet difundido (dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador que executa o servidor DHCP Ethernet demultiplexado para IP demultiplexado para UDP e demultiplexado paraDHCP
o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilo do primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP Solicitaccedilatildeo DHCP encapsulada em UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023 Ethernet
5 Camada de Enlace 5-82
roteador(roda DHCP)
servidor DHCP prepara ACK DHCP contendo endereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiro roteador nome e endereccedilo IP do servidor DNS
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
encapsulamento no servidor DHCP quadro repassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente
Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador
cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
5 Camada de Enlace 5-83
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
consulta DNS criada encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviar quadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP
consulta ARP difundida recebida pelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccedilo MAC da interface do roteador
o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiro roteador podendo agora enviar o quadro contendo a consulta DNS
ARP query
EthPhy
ARP
ARP
ARP reply
antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
5 Camada de Enlace 5-84
roteador(roda DHCP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
datagrama IP conteacutem consulta DNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador
datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelos protocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS
demultiplexado pelo servidor DNS
servidor DNS responde ao cliente com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
rede da Comcast68800013
servidor DNSDNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
Um dia na vidahellip usando DNS
5 Camada de Enlace 5-85
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
para enviar pedido HTTP cliente primeiro abre um socket TCP para o servidor web segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web
conexatildeo TCP estabelecida64233169105servidor web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCPIPEthPhy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)
5 Camada de Enlace 5-86
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
solicitaccedilatildeo HTTP enviada para o socket TCP datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhado para wwwgooglecom
datagrama IP com a resposta HTTP eacute encaminhado de volta para o cliente
64233169105servidor web
HTTPTCPIPEthPhy
servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTPHTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
paacutegina web finalmente() apresentada
5 Camada de Enlace 5-87
Capiacutetulo 5 Resumo
princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dados detecccedilatildeo correccedilatildeo de erros compartilhamento de canal de difusatildeo acesso
muacuteltiplo endereccedilamento da camada de enlace
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlace Ethernet LANs comutadas VLANs redes virtualizadas como camada de enlace MPLS
siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web
5 Camada de Enlace 5-21
Protocolos MAC de divisatildeo de canal TDMA
TDMA Acesso Muacuteltiplo por Divisatildeo de Tempo acesso ao canal em ldquoturnos cada estaccedilatildeo recebe um comprimento fixo de
compartimento (comprimento = tempo de tx do pacote) em cada turno
compartimentos natildeo usados permanecem ociosos Exemplo LAN com 6 estaccedilotildees compartimentos 1 3 e 4
com pacotes compartimentos 2 5 e 6 ociosos
5 Camada de Enlace 5-22
Protocolos MAC de divisatildeo de canal FDMA
FDMA Acesso Muacuteltiplo por Divisatildeo de Frequecircncia espectro do canal dividido em bandas de frequecircncia a cada estaccedilatildeo eacute atribuiacuteda uma banda fixa de frequecircncia tempo de transmissatildeo natildeo usado nas bandas permanecem
ociosos exemplo LAN com 6 estaccedilotildees 134 com pacotes bandas
256 ociosas
Band
as d
e fre
quecircn
cia tempo
cabo FDM
5 Camada de Enlace 5-23
Protocolos de Acesso Aleatoacuterio Quando noacute tem um pacote para transmitir
transmite na taxa maacutexima Rnenhuma coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes
dois ou mais noacutes transmitindo ldquocolisatildeordquo O protocolo MAC de acesso aleatoacuterio
especifica como detectar colisotildeescomo se recuperar delas (atraveacutes de
retransmissotildees retardadas por exemplo) Exemplos de protocolos MAC de acesso
aleatoacuterioslotted ALOHAALOHACSMA CSMACD CSMACA
5 Camada de Enlace 5-24
Slotted ALOHA
Hipoacuteteses todos os quadros tecircm o
mesmo tamanho (L bits) tempo eacute dividido em slots
de tamanho igual tempo para transmitir 1 quadro (LR seg)
noacutes comeccedilam a transmitir quadros apenas no iniacutecio dos intervalos (slots)
noacutes satildeo sincronizados se 2 ou mais noacutes
transmitirem num slot todos os noacutes detectam a colisatildeo
Operaccedilatildeo quando o noacute obteacutem um novo
quadro ele espera ateacute o iniacutecio do proacuteximo slot e transmite o quadro inteiro
Se natildeo houver colisatildeo noacute poderaacute enviar um novo quadro no proacuteximo slot
caso haja uma colisatildeo (detectada antes do final do intervalo) noacute retransmite o quadro em cada intervalo subsequente com probabilidade p ateacute obter sucesso
5 Camada de Enlace 5-25
Slotted ALOHA
Vantagens uacutenico noacute ativo pode
transmitir continuamente na taxa maacutexima do canal
Altamente descentralizado apenas slots nos noacutes precisam estar sincronizados
simples
Desvantagens colisotildees slots
desperdiccedilados slots ociosos
(desperdiacutecio) noacutes podem ser capazes
de detectar colisotildees num tempo inferior ao da transmissatildeo do pacote
sincronizaccedilatildeo dos reloacutegios
5 Camada de Enlace 5-26
Eficiecircncia do Slotted Aloha
Assuma N noacutes com muitos quadros para enviar cada um transmite num slot com probabilidade p
probabilidade que noacute 1 tenha sucesso em um slot = p(1-p)N-1
probabilidade que qualquer noacute tenha sucesso = Np(1-p)N-
1
Para eficiecircncia maacutexima com N noacutes encontre p que maximiza Np(1-p)N-1
Para muitos noacutes faccedila limite para Np(1-p)N-1
quando N tende a infinito daacute
eficiecircncia maacutexima = 1e = 037
Eficiecircncia eacute a fraccedilatildeo de longo prazo de slots bem sucedidos quando haacute muitos noacutes cada um com muitos quadros para transmitir
Melhor caso canalusado para transmissotildees uacuteteis em apenas 37 do tempo
5 Camada de Enlace 5-27
ALOHA Puro (sem slots) Aloha puro (sem slots) mais simples sem sincronizaccedilatildeo Ao chegar um quadro no noacute
transmite imediatamente Probabilidade de colisatildeo aumenta
quadro enviado em t0 colide com outros quadros enviados em [t0-1t0+1]
5 Camada de Enlace 5-28
Eficiecircncia do Aloha puroP(sucesso por um dado noacute) = P(noacute transmita) P(nenhum outro noacute transmita em [t0-1t0] P(nenhum outro noacute transmita em [t0t0+1] = p (1-p)N-1 (1-p)N-1
= p (1-p)2(N-1)
hellip escolhendo o valor oacutetimo de p e deixando n -gt infinito
= 1(2e) = 018 Ainda pior do que o Slotted Aloha
5 Camada de Enlace 5-29
CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)
CSMA (Carrier Sense Multiple Access) Escuta antes de transmitir (detecccedilatildeo de portadora)
Se o canal estiver livre transmite todo o quadro
Se o canal estiver ocupado adia a transmissatildeo
Analogia humana natildeo interrompa outros
5 Camada de Enlace 5-30
Colisotildees no CSMA
colisotildees ainda podem aconteceratraso de propagaccedilatildeo significa que dois noacutes podem natildeo ouvira transmissatildeo do outro colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo eacute desperdiccedilado
Disposiccedilatildeo espacial dos noacutes
notapapel da distacircncia e atraso de propagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo
5 Camada de Enlace 5-31
CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)
CSMACD detecccedilatildeo da portadora adia a transmissatildeo como no CSMAAs colisotildees satildeo detectadas em pouco tempoTransmissotildees que sofreram colisotildees satildeo
abortadas reduzindo o desperdiacutecio do canal Detecccedilatildeo de colisotildees
Faacutecil em LANs cabeadas mede a potecircncia do sinal compara o sinal recebido com o transmitido
Difiacutecil em LANs sem fio o receptor eacute desligado durante a transmissatildeo
Analogia humana bate papo educado
5 Camada de Enlace 5-32
Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD
5 Camada de Enlace 5-33
Algoritmo CSMACD do Ethernet1 Adaptador recebe datagrama
da camada de rede e cria um quadro
2 Se o adaptador percebe que o canal estaacute ocioso comeccedila a transmitir o quadro Se percebe que o canal estaacute ocupado espera que o canal fique livre e transmite
3 Se o adaptador transmitir todo o quadro sem detectar outra transmissatildeo o adaptador concluiu a operaccedilatildeo com o quadro
4 Se o adaptador detectar outra transmissatildeo enquanto estiver transmitindo aborta e envia sinal de reforccedilo de colisatildeo de 48 bits
5 Apoacutes o aborto o adaptador entra na retirada (backoff) exponencial binaacuteria apoacutes a m-eacutesima colisatildeo o
adaptador escolhe um K aleatoriamente entre 012hellip2m-1 O adaptador espera K512 tempos de bit e retorna ao Passo 2
quanto mais colisotildees houver mas longos seratildeo os intervalos de retirada
5 Camada de Enlace 5-34
Eficiecircncia do CSMACD
tprop = atraso maacuteximo de prop entre 2 noacutes na LAN
ttrans = tempo para transmitir quadro de tamanho maacuteximo
Eficiecircncia vai para 1 agrave medida que tprop vai para 0ttrans vai para infinito
Muito melhor do que ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato
transprop tt 511eficiecircncia
5 Camada de Enlace 5-35
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoProtocolos MAC de divisatildeo de canal
Compartilha o canal eficientemente e de forma justa em altas cargas
Ineficiente em baixas cargas atraso no canal de acesso alocaccedilatildeo de 1N da largura de banda mesmo com apenas 1 noacute ativo
Protocolos MAC de acesso aleatoacuterioeficiente em baixas cargas um uacutenico noacute
pode utilizar completamente o canalAltas cargas overhead com colisotildees
Protocolos de revezamentoProcura oferecer o melhor dos dois mundos
5 Camada de Enlace 5-36
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoSeleccedilatildeo (Polling) Noacute mestre ldquoconvidardquo
noacutes escravos a transmitir em revezamento
Usado tipicamente com dispositivos escravo burros
Preocupaccedilotildees Overhead com as
consultas (polling) Latecircncia Ponto uacutenico de
falha (mestre)
mestre
escravos
poll
dados
dados
5 Camada de Enlace 5-37
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoPassagem de
permissatildeo (token) controla permissatildeo
passada de um noacute para o proacuteximo de forma sequencial
mensagem de passagem da permissatildeo
preocupaccedilotildees overhead com a
passagem de permissatildeo
latecircncia Ponto uacutenico de falha
(permissatildeo)
T
dados
(nada paramandar)
T
5 Camada de Enlace 5-38
Rede de acesso a cabo
Muacuteltiplos canais de difusatildeo downstream de 40Mbps Um uacutenico CMTS transmite para os diversos canais
Muacuteltiplos canais upstream de 30 Mbps Acesso muacuteltiplo todos os usuaacuterios disputam alguns slots
de tempo em canais upstream (outros satildeo preacute-alocados)
terminaccedilatildeo do cabo
CMTS
ISP
sistema de terminaccedilatildeo do cable modem
cablemodemsplitter
hellip
hellip
quadros Internet canais de TV e controle satildeo transmitidos downstream em frequecircncias diferentes
quadros Internet upstream e controle de TV satildeo transmitidos upstream em diferentes frequecircncias em slots de tempo
5 Camada de Enlace 5-39
Rede de acesso a cabo
DOCSIS espec da interface de serviccedilo de dados sobre cabo FDM sobre as frequecircncias dos canais up e downstream TDM upstream alguns slots satildeo alocados outros tecircm
disputabull quadro de mapeamento downstream aloca slots
upstreambull requisiccedilatildeo de slots upstream (e dados) satildeo transmitidos
atraveacutes de acesso aleatoacuterio (retirada binaacuteria) em slots selecionados
quadro de mapeamentop intervalo [t1 t2]
Residecircncias com cable modems
Canal downstream i
Canal Upstream j
t1 t2
Minislots alocados contendo quadros de dadosupstream do cable modem
Minislots contendo quadrosde requisiccedilatildeo de minislots
cable headend
CMTS
5 Camada de Enlace 5-40
Resumo dos protocolos MAC divisatildeo do canal por tempo frequecircncia ou
coacutedigoDivisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequecircncia
acesso aleatoacuterio (dinacircmico) ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDescutar a portadora faacutecil em algumas
tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)
CSMACD usado na EthernetCSMACA usado no 80211
RevezamentoSeleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto
central passagem de permissotildeesBluetooth FDDI Token Ring
5 Camada de Enlace 5-41
Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e
serviccedilos52 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais
Endereccedilamento ARP
EthernetSwitchesVLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-42
Endereccedilos MAC e ARP Endereccedilo IP de 32 bits
endereccedilos da camada de rede para a interface usado pelo repasse da camada 3 (rede)
Endereccedilo MAC (ou LAN ou fiacutesico ou Ethernet) Funccedilatildeo usado lsquolocalmentersquo para levar o quadro de
uma interface ateacute outra interface conectada fisicamente (na mesma rede no sentido do endereccedilamento IP)
Endereccedilo MAC de 48 bits (para a maioria das redes) gravado na ROM do adaptador ou configurado por software
Ex 1A-2F-BB-76-09-ADnotaccedilatildeo hexadecimal (base 16)
(cada ldquonuacutemerordquo representa 4 bits)
5 Camada de Enlace 5-43
Endereccedilos MAC e ARPcada adaptador na LAN possui um endereccedilo MAC uacutenico
Endereccedilo de Broadcast =FF-FF-FF-FF-FF-FF
= adaptador
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN(cabeada ousem fio)
5 Camada de Enlace 5-44
Endereccedilo MAC (cont) Alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC gerenciada pelo IEEE Um fabricante compra uma parte do espaccedilo de
endereccedilos (para garantir unicidade) Analogia (a) endereccedilo MAC como nuacutemero do CPF (b) endereccedilo IP como endereccedilo postal (CEP) endereccedilo MAC tem estrutura linear =gt
portabilidadePode mover um cartatildeo LAN de uma LAN para
outra endereccedilo IP hieraacuterquico NAtildeO eacute portaacutetil (requer IP
moacutevel)Depende da subrede IP agrave qual o noacute estaacute
conectado
5 Camada de Enlace 5-45
ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de Resoluccedilatildeo de Endereccedilos)
Cada noacute IP (Host Roteador) de uma LAN possui tabela ARP
Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN
lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt TTL (Time To Live) tempo
a partir do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute esquecido (valor tiacutepico de 20 min)
Pergunta como obter oendereccedilo MAC de B a partir do endereccedilo IP de B
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53 LAN
237196723
237196778
237196714
237196788
5 Camada de Enlace 5-46
Protocolo ARP mesma LAN (rede) A deseja enviar datagrama
para B e o endereccedilo MAC de B natildeo estaacute na tabela ARP
A difunde o pacote de solicitaccedilatildeo ARP que conteacutem o endereccedilo IP de B Endereccedilo MAC destino =
FF-FF-FF-FF-FF-FF todas as maacutequinas na
LAN recebem a consulta do ARP
B recebe o pacote ARP responde a A com o seu (de B) endereccedilo MAC Quadro enviado para o
endereccedilo MAC (unicast) de A
Uma cache (salva) o par de endereccedilos IP-para-MAC na sua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo fique antiquada (expire) lsquosoft statersquo informaccedilatildeo que expira (vai embora) a menos que seja renovada
ARP eacute ldquoplug-and-playrdquo os noacutes criam suas tabelas ARP sem a intervenccedilatildeo do administrador
da rede
5 Camada de Enlace 5-47
Endereccedilamento repassando para outra LAN encaminhamento envio de datagrama de A para B via R
foco no endereccedilamento ndash nas camadas IP (datagrama) e MAC (quadro)
assume que A conhece o endereccedilo IP de B assume que A conhece o endereccedilo IP do proacuteximo roteador
R (como) assume que A conhece o endereccedilo MAC de R (como)
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
5 Camada de Enlace 5-48
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IPEthPhy
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
A cria datagrama IP com IP origem A destino B A cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC
de R como destino quadro conteacutem o datagrama IP de A-para-B
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55 MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
5 Camada de Enlace 5-49
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IPEthPhy
quadro enviado de A para R
IPEthPhy
quadro recebido em R datagrama removido passado para o IP
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55 MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
5 Camada de Enlace 5-50
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
R repassa o datagrama com origem IP A destino B R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC
de B como destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9B MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
IPEthPhy
5 Camada de Enlace 5-51
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
R repassa o datagrama com origem IP A destino B R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC
de B como destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9B MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
IPEthPhy
5 Camada de Enlace 5-52
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
R repassa o datagrama com origem IP A destino B R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC
de B como destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9B MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
5 Camada de Enlace 5-53
Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e
serviccedilos52 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais
Endereccedilamento ARP
EthernetSwitchesVLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-54
Ethernet Muitiacutessimo difundida porque
Muito barata R$50 para placas 101001000Mbps A mais antiga das tecnologias de rede local (meados da
deacutecada de 70) Mais simples e menos cara que redes usando ficha ou
ATM Acompanhou o aumento de velocidade 10 Mbps ndash 10
Gbps
Rascunho de Metcalfe sobre o Ethernet
5 Camada de Enlace 5-55
Ethernet topologia fiacutesica barramento popular ateacute meados dos anos 90
Todos os noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo (podem colidir um com o outro)
estrela prevalecircncia hoje Comutador (switch) ativo no centro Cada porta roda o protocolo Ethernet separadamente (os
noacutes natildeo colidem uns com os outros)
barramento cabo coaxial
switch
estrela
5 Camada de Enlace 5-56
Estrutura do Quadro EthernetAdaptador remetente encapsula datagrama IP (ou pacote
de outro protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
preacircmbulo 7 bytes com o padratildeo 10101010 seguidos por um byte
com o padratildeo 10101011 usado para sincronizar receptor ao reloacutegio do
remetente (reloacutegios nunca satildeo exatos eacute muito provaacutevel que exista algum desvio entre eles)
5 Camada de Enlace 5-57
Estrutura de Quadro Ethernet (cont)
Endereccedilos 6 bytes para cada endereccedilo MAC se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo destino igual
ao seu ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede
caso contraacuterio o adaptador descarta o quadro Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior
usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)
CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado
5 Camada de Enlace 5-58
Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo sem conexatildeo natildeo haacute estabelecimento de
conexatildeo (saudaccedilatildeo) entre os adaptadores transmissor e receptor
Natildeo confiaacutevel o adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador transmissordados em quadros descartados satildeo
recuperados apenas se o transmissor usar transferecircncia confiaacutevel em camadas mais altas (ex TCP) caso contraacuterio os dados estaratildeo perdidos
Protocolo MAC do Ethernet CSMACD com retirada binaacuteria
5 Camada de Enlace 5-59
Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
diversos padrotildees Ethernet diferentes tecircm em comum o protocolo MAC e o formato do
quadro diferentes velocidades 2Mbps 10Mbps 100Mbps
1Gbps 10Gbps diferentes meios da camada fiacutesica fibra cabo
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
protocolo MACe formato do quadro
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)
5 Camada de Enlace 5-60
10Base5
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-61
10Base2
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-62
10BaseT
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-63
Conector RJ 45
5 Camada de Enlace 5-64
100Base-TX
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-65 10
Wireless Backhaul
Carrier Ethernet Access Expansion
Voice gateway
VoiceVideoTelephony
HD TVTVoD VoD
Video Source
Gaming BusinessBackup ERP
Internet Video Source
BusinessBroadband
E-Line andE-LAN service
GlobalNationalCarrierEthernet
GlobalNationalCarrierEthernet
SmallMedium Business
Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet
AccessCarrierEthernet
AccessCarrierEthernet
ResidentialTriple-Play
FTTx DSLAM Cable Modem
Broadbandmobile datavideo
Bringing vastly extended scalability for business and residential users
ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing
5 Camada de Enlace 5-66
Carrier Ethernet Defined
bull Carrier Ethernet is a ubiquitous standardized carrier-class SERVICE defined by five attributes that distinguish Carrier Ethernet from familiar LAN based Ethernet
bull It brings the compelling business benefit of the Ethernet cost model to achieve significant savings
Carrier Ethernet
bull Scalability
bull Standardized Services
bull Service Management
bull Quality of Service
bull Reliability
Carrier Ethernet Attributes
httpwwwmetroethernetforumorg
5 Camada de Enlace 5-67
Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e
serviccedilos52 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais
Endereccedilamento ARP
EthernetSwitchesVLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-68
Comutador (switch) Ethernet Dispositivo da camada de enlace tecircm papel
ativo armazena e retransmite quadros Ethernetexamina o cabeccedilalho do quadro e
seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento
transparentehospedeiros ignoram a presenccedila dos
switches plug-and-play self-learning (autodidatas)
os comutadores natildeo necessitam ser configurados
5 Camada de Enlace 5-69
Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas hospedeiros tecircm conexatildeo
direta e dedicada para o switch
os switches armazenam quadros
o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplex cada link eacute o seu proacuteprio
domiacutenio de colisatildeo comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-
para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch com seis interfaces(123456)
1 2 345
6
5 Camada de Enlace 5-70
Tabela de repasse do switch P como eacute que o switch sabe que
Arsquo eacute alcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel a partir da interface 5
R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutem (endereccedilo MAC do hospedeiro
interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)
parece uma tabela de repasse P como satildeo criadas e mantidas as
entradas na tabela de comutaccedilatildeo haacute algo como um protocolo de
roteamento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch with six interfaces(123456)
1 2 345
6
5 Camada de Enlace 5-71
switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfaces quando um quadro eacute
recebido o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada
registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo
Switch autoaprendizagemA
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
5 Camada de Enlace 5-725 Camada de Enlace
Switch filtragemrepasse de quadrosQuando o quadro eacute recebido em um comutador
registra o link de entrada endereccedilo MAC do hospedeiro transmissor
indexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo MAC do destino
if entrada encontrada para o destinothen
if dest estiver no segmento de onde veio o quadro then descarta o quadro
else repassa o quadro na interface indicada else usa inundaccedilatildeo
Repassa o quadro para todas as demais interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido
5 Camada de Enlace 5-73
Exemplo de auto aprendizagem e repasse
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo destino do quadro Arsquo
com localizaccedilatildeo desconhecida inundaccedilatildeo
Arsquo A
local do destino A conhecido
Arsquo 4 60
transmissatildeo seletiva
5 Camada de Enlace 5-74
Interligaccedilatildeo de comutadores
Podemos interligar comutadores (switches)
AB
P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe que deve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3
R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenico comutador)
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
5 Camada de Enlace 5-75
Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde
para C
P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4
AB
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
12
5 Camada de Enlace 5-76
Rede institucional
Para redeexterna
roteador
Subrede IP
Servidor de mensagens
Servidor web
5 Camada de Enlace 5-77
Comutadores x Roteadores
ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa roteadores dispositivos da
camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)
comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace
ambos possuem tabelas de repasse roteadores obteacutem
tabelas usando alg de roteamento endereccedilos IP
comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
redeenlacefiacutesica
enlacefiacutesica
switch
datagrama
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
quadro
quadro
quadrodatagrama
5 Camada de Enlace 5-78
Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e
serviccedilos52 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais
Endereccedilamento ARP
EthernetSwitchesVLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-79
Siacutentese um dia na vida de um pedido web jornada completa atravessando toda a pilha de
protocolos aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
colocando tudo junto siacutentese objetivo identificar revisar entender os
protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web
cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom
5 Camada de Enlace 5-80
Um dia na vida cenaacuterio
rede da Comcast68800013
rede do Google64233160019 64233169105
servidor web
Servidor DNS
rede da escola68802024
paacutegina web
navegador
5 Camada de Enlace 5-81
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPDHCP
quadro Ethernet difundido (dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador que executa o servidor DHCP Ethernet demultiplexado para IP demultiplexado para UDP e demultiplexado paraDHCP
o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilo do primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP Solicitaccedilatildeo DHCP encapsulada em UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023 Ethernet
5 Camada de Enlace 5-82
roteador(roda DHCP)
servidor DHCP prepara ACK DHCP contendo endereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiro roteador nome e endereccedilo IP do servidor DNS
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
encapsulamento no servidor DHCP quadro repassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente
Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador
cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
5 Camada de Enlace 5-83
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
consulta DNS criada encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviar quadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP
consulta ARP difundida recebida pelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccedilo MAC da interface do roteador
o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiro roteador podendo agora enviar o quadro contendo a consulta DNS
ARP query
EthPhy
ARP
ARP
ARP reply
antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
5 Camada de Enlace 5-84
roteador(roda DHCP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
datagrama IP conteacutem consulta DNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador
datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelos protocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS
demultiplexado pelo servidor DNS
servidor DNS responde ao cliente com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
rede da Comcast68800013
servidor DNSDNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
Um dia na vidahellip usando DNS
5 Camada de Enlace 5-85
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
para enviar pedido HTTP cliente primeiro abre um socket TCP para o servidor web segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web
conexatildeo TCP estabelecida64233169105servidor web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCPIPEthPhy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)
5 Camada de Enlace 5-86
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
solicitaccedilatildeo HTTP enviada para o socket TCP datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhado para wwwgooglecom
datagrama IP com a resposta HTTP eacute encaminhado de volta para o cliente
64233169105servidor web
HTTPTCPIPEthPhy
servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTPHTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
paacutegina web finalmente() apresentada
5 Camada de Enlace 5-87
Capiacutetulo 5 Resumo
princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dados detecccedilatildeo correccedilatildeo de erros compartilhamento de canal de difusatildeo acesso
muacuteltiplo endereccedilamento da camada de enlace
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlace Ethernet LANs comutadas VLANs redes virtualizadas como camada de enlace MPLS
siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web
5 Camada de Enlace 5-22
Protocolos MAC de divisatildeo de canal FDMA
FDMA Acesso Muacuteltiplo por Divisatildeo de Frequecircncia espectro do canal dividido em bandas de frequecircncia a cada estaccedilatildeo eacute atribuiacuteda uma banda fixa de frequecircncia tempo de transmissatildeo natildeo usado nas bandas permanecem
ociosos exemplo LAN com 6 estaccedilotildees 134 com pacotes bandas
256 ociosas
Band
as d
e fre
quecircn
cia tempo
cabo FDM
5 Camada de Enlace 5-23
Protocolos de Acesso Aleatoacuterio Quando noacute tem um pacote para transmitir
transmite na taxa maacutexima Rnenhuma coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes
dois ou mais noacutes transmitindo ldquocolisatildeordquo O protocolo MAC de acesso aleatoacuterio
especifica como detectar colisotildeescomo se recuperar delas (atraveacutes de
retransmissotildees retardadas por exemplo) Exemplos de protocolos MAC de acesso
aleatoacuterioslotted ALOHAALOHACSMA CSMACD CSMACA
5 Camada de Enlace 5-24
Slotted ALOHA
Hipoacuteteses todos os quadros tecircm o
mesmo tamanho (L bits) tempo eacute dividido em slots
de tamanho igual tempo para transmitir 1 quadro (LR seg)
noacutes comeccedilam a transmitir quadros apenas no iniacutecio dos intervalos (slots)
noacutes satildeo sincronizados se 2 ou mais noacutes
transmitirem num slot todos os noacutes detectam a colisatildeo
Operaccedilatildeo quando o noacute obteacutem um novo
quadro ele espera ateacute o iniacutecio do proacuteximo slot e transmite o quadro inteiro
Se natildeo houver colisatildeo noacute poderaacute enviar um novo quadro no proacuteximo slot
caso haja uma colisatildeo (detectada antes do final do intervalo) noacute retransmite o quadro em cada intervalo subsequente com probabilidade p ateacute obter sucesso
5 Camada de Enlace 5-25
Slotted ALOHA
Vantagens uacutenico noacute ativo pode
transmitir continuamente na taxa maacutexima do canal
Altamente descentralizado apenas slots nos noacutes precisam estar sincronizados
simples
Desvantagens colisotildees slots
desperdiccedilados slots ociosos
(desperdiacutecio) noacutes podem ser capazes
de detectar colisotildees num tempo inferior ao da transmissatildeo do pacote
sincronizaccedilatildeo dos reloacutegios
5 Camada de Enlace 5-26
Eficiecircncia do Slotted Aloha
Assuma N noacutes com muitos quadros para enviar cada um transmite num slot com probabilidade p
probabilidade que noacute 1 tenha sucesso em um slot = p(1-p)N-1
probabilidade que qualquer noacute tenha sucesso = Np(1-p)N-
1
Para eficiecircncia maacutexima com N noacutes encontre p que maximiza Np(1-p)N-1
Para muitos noacutes faccedila limite para Np(1-p)N-1
quando N tende a infinito daacute
eficiecircncia maacutexima = 1e = 037
Eficiecircncia eacute a fraccedilatildeo de longo prazo de slots bem sucedidos quando haacute muitos noacutes cada um com muitos quadros para transmitir
Melhor caso canalusado para transmissotildees uacuteteis em apenas 37 do tempo
5 Camada de Enlace 5-27
ALOHA Puro (sem slots) Aloha puro (sem slots) mais simples sem sincronizaccedilatildeo Ao chegar um quadro no noacute
transmite imediatamente Probabilidade de colisatildeo aumenta
quadro enviado em t0 colide com outros quadros enviados em [t0-1t0+1]
5 Camada de Enlace 5-28
Eficiecircncia do Aloha puroP(sucesso por um dado noacute) = P(noacute transmita) P(nenhum outro noacute transmita em [t0-1t0] P(nenhum outro noacute transmita em [t0t0+1] = p (1-p)N-1 (1-p)N-1
= p (1-p)2(N-1)
hellip escolhendo o valor oacutetimo de p e deixando n -gt infinito
= 1(2e) = 018 Ainda pior do que o Slotted Aloha
5 Camada de Enlace 5-29
CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)
CSMA (Carrier Sense Multiple Access) Escuta antes de transmitir (detecccedilatildeo de portadora)
Se o canal estiver livre transmite todo o quadro
Se o canal estiver ocupado adia a transmissatildeo
Analogia humana natildeo interrompa outros
5 Camada de Enlace 5-30
Colisotildees no CSMA
colisotildees ainda podem aconteceratraso de propagaccedilatildeo significa que dois noacutes podem natildeo ouvira transmissatildeo do outro colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo eacute desperdiccedilado
Disposiccedilatildeo espacial dos noacutes
notapapel da distacircncia e atraso de propagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo
5 Camada de Enlace 5-31
CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)
CSMACD detecccedilatildeo da portadora adia a transmissatildeo como no CSMAAs colisotildees satildeo detectadas em pouco tempoTransmissotildees que sofreram colisotildees satildeo
abortadas reduzindo o desperdiacutecio do canal Detecccedilatildeo de colisotildees
Faacutecil em LANs cabeadas mede a potecircncia do sinal compara o sinal recebido com o transmitido
Difiacutecil em LANs sem fio o receptor eacute desligado durante a transmissatildeo
Analogia humana bate papo educado
5 Camada de Enlace 5-32
Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD
5 Camada de Enlace 5-33
Algoritmo CSMACD do Ethernet1 Adaptador recebe datagrama
da camada de rede e cria um quadro
2 Se o adaptador percebe que o canal estaacute ocioso comeccedila a transmitir o quadro Se percebe que o canal estaacute ocupado espera que o canal fique livre e transmite
3 Se o adaptador transmitir todo o quadro sem detectar outra transmissatildeo o adaptador concluiu a operaccedilatildeo com o quadro
4 Se o adaptador detectar outra transmissatildeo enquanto estiver transmitindo aborta e envia sinal de reforccedilo de colisatildeo de 48 bits
5 Apoacutes o aborto o adaptador entra na retirada (backoff) exponencial binaacuteria apoacutes a m-eacutesima colisatildeo o
adaptador escolhe um K aleatoriamente entre 012hellip2m-1 O adaptador espera K512 tempos de bit e retorna ao Passo 2
quanto mais colisotildees houver mas longos seratildeo os intervalos de retirada
5 Camada de Enlace 5-34
Eficiecircncia do CSMACD
tprop = atraso maacuteximo de prop entre 2 noacutes na LAN
ttrans = tempo para transmitir quadro de tamanho maacuteximo
Eficiecircncia vai para 1 agrave medida que tprop vai para 0ttrans vai para infinito
Muito melhor do que ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato
transprop tt 511eficiecircncia
5 Camada de Enlace 5-35
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoProtocolos MAC de divisatildeo de canal
Compartilha o canal eficientemente e de forma justa em altas cargas
Ineficiente em baixas cargas atraso no canal de acesso alocaccedilatildeo de 1N da largura de banda mesmo com apenas 1 noacute ativo
Protocolos MAC de acesso aleatoacuterioeficiente em baixas cargas um uacutenico noacute
pode utilizar completamente o canalAltas cargas overhead com colisotildees
Protocolos de revezamentoProcura oferecer o melhor dos dois mundos
5 Camada de Enlace 5-36
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoSeleccedilatildeo (Polling) Noacute mestre ldquoconvidardquo
noacutes escravos a transmitir em revezamento
Usado tipicamente com dispositivos escravo burros
Preocupaccedilotildees Overhead com as
consultas (polling) Latecircncia Ponto uacutenico de
falha (mestre)
mestre
escravos
poll
dados
dados
5 Camada de Enlace 5-37
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoPassagem de
permissatildeo (token) controla permissatildeo
passada de um noacute para o proacuteximo de forma sequencial
mensagem de passagem da permissatildeo
preocupaccedilotildees overhead com a
passagem de permissatildeo
latecircncia Ponto uacutenico de falha
(permissatildeo)
T
dados
(nada paramandar)
T
5 Camada de Enlace 5-38
Rede de acesso a cabo
Muacuteltiplos canais de difusatildeo downstream de 40Mbps Um uacutenico CMTS transmite para os diversos canais
Muacuteltiplos canais upstream de 30 Mbps Acesso muacuteltiplo todos os usuaacuterios disputam alguns slots
de tempo em canais upstream (outros satildeo preacute-alocados)
terminaccedilatildeo do cabo
CMTS
ISP
sistema de terminaccedilatildeo do cable modem
cablemodemsplitter
hellip
hellip
quadros Internet canais de TV e controle satildeo transmitidos downstream em frequecircncias diferentes
quadros Internet upstream e controle de TV satildeo transmitidos upstream em diferentes frequecircncias em slots de tempo
5 Camada de Enlace 5-39
Rede de acesso a cabo
DOCSIS espec da interface de serviccedilo de dados sobre cabo FDM sobre as frequecircncias dos canais up e downstream TDM upstream alguns slots satildeo alocados outros tecircm
disputabull quadro de mapeamento downstream aloca slots
upstreambull requisiccedilatildeo de slots upstream (e dados) satildeo transmitidos
atraveacutes de acesso aleatoacuterio (retirada binaacuteria) em slots selecionados
quadro de mapeamentop intervalo [t1 t2]
Residecircncias com cable modems
Canal downstream i
Canal Upstream j
t1 t2
Minislots alocados contendo quadros de dadosupstream do cable modem
Minislots contendo quadrosde requisiccedilatildeo de minislots
cable headend
CMTS
5 Camada de Enlace 5-40
Resumo dos protocolos MAC divisatildeo do canal por tempo frequecircncia ou
coacutedigoDivisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequecircncia
acesso aleatoacuterio (dinacircmico) ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDescutar a portadora faacutecil em algumas
tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)
CSMACD usado na EthernetCSMACA usado no 80211
RevezamentoSeleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto
central passagem de permissotildeesBluetooth FDDI Token Ring
5 Camada de Enlace 5-41
Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e
serviccedilos52 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais
Endereccedilamento ARP
EthernetSwitchesVLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-42
Endereccedilos MAC e ARP Endereccedilo IP de 32 bits
endereccedilos da camada de rede para a interface usado pelo repasse da camada 3 (rede)
Endereccedilo MAC (ou LAN ou fiacutesico ou Ethernet) Funccedilatildeo usado lsquolocalmentersquo para levar o quadro de
uma interface ateacute outra interface conectada fisicamente (na mesma rede no sentido do endereccedilamento IP)
Endereccedilo MAC de 48 bits (para a maioria das redes) gravado na ROM do adaptador ou configurado por software
Ex 1A-2F-BB-76-09-ADnotaccedilatildeo hexadecimal (base 16)
(cada ldquonuacutemerordquo representa 4 bits)
5 Camada de Enlace 5-43
Endereccedilos MAC e ARPcada adaptador na LAN possui um endereccedilo MAC uacutenico
Endereccedilo de Broadcast =FF-FF-FF-FF-FF-FF
= adaptador
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN(cabeada ousem fio)
5 Camada de Enlace 5-44
Endereccedilo MAC (cont) Alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC gerenciada pelo IEEE Um fabricante compra uma parte do espaccedilo de
endereccedilos (para garantir unicidade) Analogia (a) endereccedilo MAC como nuacutemero do CPF (b) endereccedilo IP como endereccedilo postal (CEP) endereccedilo MAC tem estrutura linear =gt
portabilidadePode mover um cartatildeo LAN de uma LAN para
outra endereccedilo IP hieraacuterquico NAtildeO eacute portaacutetil (requer IP
moacutevel)Depende da subrede IP agrave qual o noacute estaacute
conectado
5 Camada de Enlace 5-45
ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de Resoluccedilatildeo de Endereccedilos)
Cada noacute IP (Host Roteador) de uma LAN possui tabela ARP
Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN
lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt TTL (Time To Live) tempo
a partir do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute esquecido (valor tiacutepico de 20 min)
Pergunta como obter oendereccedilo MAC de B a partir do endereccedilo IP de B
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53 LAN
237196723
237196778
237196714
237196788
5 Camada de Enlace 5-46
Protocolo ARP mesma LAN (rede) A deseja enviar datagrama
para B e o endereccedilo MAC de B natildeo estaacute na tabela ARP
A difunde o pacote de solicitaccedilatildeo ARP que conteacutem o endereccedilo IP de B Endereccedilo MAC destino =
FF-FF-FF-FF-FF-FF todas as maacutequinas na
LAN recebem a consulta do ARP
B recebe o pacote ARP responde a A com o seu (de B) endereccedilo MAC Quadro enviado para o
endereccedilo MAC (unicast) de A
Uma cache (salva) o par de endereccedilos IP-para-MAC na sua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo fique antiquada (expire) lsquosoft statersquo informaccedilatildeo que expira (vai embora) a menos que seja renovada
ARP eacute ldquoplug-and-playrdquo os noacutes criam suas tabelas ARP sem a intervenccedilatildeo do administrador
da rede
5 Camada de Enlace 5-47
Endereccedilamento repassando para outra LAN encaminhamento envio de datagrama de A para B via R
foco no endereccedilamento ndash nas camadas IP (datagrama) e MAC (quadro)
assume que A conhece o endereccedilo IP de B assume que A conhece o endereccedilo IP do proacuteximo roteador
R (como) assume que A conhece o endereccedilo MAC de R (como)
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
5 Camada de Enlace 5-48
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IPEthPhy
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
A cria datagrama IP com IP origem A destino B A cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC
de R como destino quadro conteacutem o datagrama IP de A-para-B
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55 MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
5 Camada de Enlace 5-49
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IPEthPhy
quadro enviado de A para R
IPEthPhy
quadro recebido em R datagrama removido passado para o IP
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55 MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
5 Camada de Enlace 5-50
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
R repassa o datagrama com origem IP A destino B R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC
de B como destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9B MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
IPEthPhy
5 Camada de Enlace 5-51
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
R repassa o datagrama com origem IP A destino B R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC
de B como destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9B MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
IPEthPhy
5 Camada de Enlace 5-52
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
R repassa o datagrama com origem IP A destino B R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC
de B como destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9B MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
5 Camada de Enlace 5-53
Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e
serviccedilos52 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais
Endereccedilamento ARP
EthernetSwitchesVLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-54
Ethernet Muitiacutessimo difundida porque
Muito barata R$50 para placas 101001000Mbps A mais antiga das tecnologias de rede local (meados da
deacutecada de 70) Mais simples e menos cara que redes usando ficha ou
ATM Acompanhou o aumento de velocidade 10 Mbps ndash 10
Gbps
Rascunho de Metcalfe sobre o Ethernet
5 Camada de Enlace 5-55
Ethernet topologia fiacutesica barramento popular ateacute meados dos anos 90
Todos os noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo (podem colidir um com o outro)
estrela prevalecircncia hoje Comutador (switch) ativo no centro Cada porta roda o protocolo Ethernet separadamente (os
noacutes natildeo colidem uns com os outros)
barramento cabo coaxial
switch
estrela
5 Camada de Enlace 5-56
Estrutura do Quadro EthernetAdaptador remetente encapsula datagrama IP (ou pacote
de outro protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
preacircmbulo 7 bytes com o padratildeo 10101010 seguidos por um byte
com o padratildeo 10101011 usado para sincronizar receptor ao reloacutegio do
remetente (reloacutegios nunca satildeo exatos eacute muito provaacutevel que exista algum desvio entre eles)
5 Camada de Enlace 5-57
Estrutura de Quadro Ethernet (cont)
Endereccedilos 6 bytes para cada endereccedilo MAC se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo destino igual
ao seu ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede
caso contraacuterio o adaptador descarta o quadro Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior
usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)
CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado
5 Camada de Enlace 5-58
Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo sem conexatildeo natildeo haacute estabelecimento de
conexatildeo (saudaccedilatildeo) entre os adaptadores transmissor e receptor
Natildeo confiaacutevel o adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador transmissordados em quadros descartados satildeo
recuperados apenas se o transmissor usar transferecircncia confiaacutevel em camadas mais altas (ex TCP) caso contraacuterio os dados estaratildeo perdidos
Protocolo MAC do Ethernet CSMACD com retirada binaacuteria
5 Camada de Enlace 5-59
Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
diversos padrotildees Ethernet diferentes tecircm em comum o protocolo MAC e o formato do
quadro diferentes velocidades 2Mbps 10Mbps 100Mbps
1Gbps 10Gbps diferentes meios da camada fiacutesica fibra cabo
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
protocolo MACe formato do quadro
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)
5 Camada de Enlace 5-60
10Base5
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-61
10Base2
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-62
10BaseT
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-63
Conector RJ 45
5 Camada de Enlace 5-64
100Base-TX
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-65 10
Wireless Backhaul
Carrier Ethernet Access Expansion
Voice gateway
VoiceVideoTelephony
HD TVTVoD VoD
Video Source
Gaming BusinessBackup ERP
Internet Video Source
BusinessBroadband
E-Line andE-LAN service
GlobalNationalCarrierEthernet
GlobalNationalCarrierEthernet
SmallMedium Business
Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet
AccessCarrierEthernet
AccessCarrierEthernet
ResidentialTriple-Play
FTTx DSLAM Cable Modem
Broadbandmobile datavideo
Bringing vastly extended scalability for business and residential users
ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing
5 Camada de Enlace 5-66
Carrier Ethernet Defined
bull Carrier Ethernet is a ubiquitous standardized carrier-class SERVICE defined by five attributes that distinguish Carrier Ethernet from familiar LAN based Ethernet
bull It brings the compelling business benefit of the Ethernet cost model to achieve significant savings
Carrier Ethernet
bull Scalability
bull Standardized Services
bull Service Management
bull Quality of Service
bull Reliability
Carrier Ethernet Attributes
httpwwwmetroethernetforumorg
5 Camada de Enlace 5-67
Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e
serviccedilos52 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais
Endereccedilamento ARP
EthernetSwitchesVLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-68
Comutador (switch) Ethernet Dispositivo da camada de enlace tecircm papel
ativo armazena e retransmite quadros Ethernetexamina o cabeccedilalho do quadro e
seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento
transparentehospedeiros ignoram a presenccedila dos
switches plug-and-play self-learning (autodidatas)
os comutadores natildeo necessitam ser configurados
5 Camada de Enlace 5-69
Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas hospedeiros tecircm conexatildeo
direta e dedicada para o switch
os switches armazenam quadros
o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplex cada link eacute o seu proacuteprio
domiacutenio de colisatildeo comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-
para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch com seis interfaces(123456)
1 2 345
6
5 Camada de Enlace 5-70
Tabela de repasse do switch P como eacute que o switch sabe que
Arsquo eacute alcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel a partir da interface 5
R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutem (endereccedilo MAC do hospedeiro
interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)
parece uma tabela de repasse P como satildeo criadas e mantidas as
entradas na tabela de comutaccedilatildeo haacute algo como um protocolo de
roteamento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch with six interfaces(123456)
1 2 345
6
5 Camada de Enlace 5-71
switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfaces quando um quadro eacute
recebido o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada
registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo
Switch autoaprendizagemA
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
5 Camada de Enlace 5-725 Camada de Enlace
Switch filtragemrepasse de quadrosQuando o quadro eacute recebido em um comutador
registra o link de entrada endereccedilo MAC do hospedeiro transmissor
indexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo MAC do destino
if entrada encontrada para o destinothen
if dest estiver no segmento de onde veio o quadro then descarta o quadro
else repassa o quadro na interface indicada else usa inundaccedilatildeo
Repassa o quadro para todas as demais interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido
5 Camada de Enlace 5-73
Exemplo de auto aprendizagem e repasse
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo destino do quadro Arsquo
com localizaccedilatildeo desconhecida inundaccedilatildeo
Arsquo A
local do destino A conhecido
Arsquo 4 60
transmissatildeo seletiva
5 Camada de Enlace 5-74
Interligaccedilatildeo de comutadores
Podemos interligar comutadores (switches)
AB
P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe que deve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3
R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenico comutador)
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
5 Camada de Enlace 5-75
Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde
para C
P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4
AB
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
12
5 Camada de Enlace 5-76
Rede institucional
Para redeexterna
roteador
Subrede IP
Servidor de mensagens
Servidor web
5 Camada de Enlace 5-77
Comutadores x Roteadores
ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa roteadores dispositivos da
camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)
comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace
ambos possuem tabelas de repasse roteadores obteacutem
tabelas usando alg de roteamento endereccedilos IP
comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
redeenlacefiacutesica
enlacefiacutesica
switch
datagrama
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
quadro
quadro
quadrodatagrama
5 Camada de Enlace 5-78
Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e
serviccedilos52 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais
Endereccedilamento ARP
EthernetSwitchesVLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-79
Siacutentese um dia na vida de um pedido web jornada completa atravessando toda a pilha de
protocolos aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
colocando tudo junto siacutentese objetivo identificar revisar entender os
protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web
cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom
5 Camada de Enlace 5-80
Um dia na vida cenaacuterio
rede da Comcast68800013
rede do Google64233160019 64233169105
servidor web
Servidor DNS
rede da escola68802024
paacutegina web
navegador
5 Camada de Enlace 5-81
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPDHCP
quadro Ethernet difundido (dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador que executa o servidor DHCP Ethernet demultiplexado para IP demultiplexado para UDP e demultiplexado paraDHCP
o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilo do primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP Solicitaccedilatildeo DHCP encapsulada em UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023 Ethernet
5 Camada de Enlace 5-82
roteador(roda DHCP)
servidor DHCP prepara ACK DHCP contendo endereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiro roteador nome e endereccedilo IP do servidor DNS
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
encapsulamento no servidor DHCP quadro repassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente
Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador
cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
5 Camada de Enlace 5-83
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
consulta DNS criada encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviar quadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP
consulta ARP difundida recebida pelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccedilo MAC da interface do roteador
o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiro roteador podendo agora enviar o quadro contendo a consulta DNS
ARP query
EthPhy
ARP
ARP
ARP reply
antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
5 Camada de Enlace 5-84
roteador(roda DHCP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
datagrama IP conteacutem consulta DNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador
datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelos protocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS
demultiplexado pelo servidor DNS
servidor DNS responde ao cliente com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
rede da Comcast68800013
servidor DNSDNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
Um dia na vidahellip usando DNS
5 Camada de Enlace 5-85
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
para enviar pedido HTTP cliente primeiro abre um socket TCP para o servidor web segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web
conexatildeo TCP estabelecida64233169105servidor web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCPIPEthPhy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)
5 Camada de Enlace 5-86
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
solicitaccedilatildeo HTTP enviada para o socket TCP datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhado para wwwgooglecom
datagrama IP com a resposta HTTP eacute encaminhado de volta para o cliente
64233169105servidor web
HTTPTCPIPEthPhy
servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTPHTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
paacutegina web finalmente() apresentada
5 Camada de Enlace 5-87
Capiacutetulo 5 Resumo
princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dados detecccedilatildeo correccedilatildeo de erros compartilhamento de canal de difusatildeo acesso
muacuteltiplo endereccedilamento da camada de enlace
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlace Ethernet LANs comutadas VLANs redes virtualizadas como camada de enlace MPLS
siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web
5 Camada de Enlace 5-23
Protocolos de Acesso Aleatoacuterio Quando noacute tem um pacote para transmitir
transmite na taxa maacutexima Rnenhuma coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes
dois ou mais noacutes transmitindo ldquocolisatildeordquo O protocolo MAC de acesso aleatoacuterio
especifica como detectar colisotildeescomo se recuperar delas (atraveacutes de
retransmissotildees retardadas por exemplo) Exemplos de protocolos MAC de acesso
aleatoacuterioslotted ALOHAALOHACSMA CSMACD CSMACA
5 Camada de Enlace 5-24
Slotted ALOHA
Hipoacuteteses todos os quadros tecircm o
mesmo tamanho (L bits) tempo eacute dividido em slots
de tamanho igual tempo para transmitir 1 quadro (LR seg)
noacutes comeccedilam a transmitir quadros apenas no iniacutecio dos intervalos (slots)
noacutes satildeo sincronizados se 2 ou mais noacutes
transmitirem num slot todos os noacutes detectam a colisatildeo
Operaccedilatildeo quando o noacute obteacutem um novo
quadro ele espera ateacute o iniacutecio do proacuteximo slot e transmite o quadro inteiro
Se natildeo houver colisatildeo noacute poderaacute enviar um novo quadro no proacuteximo slot
caso haja uma colisatildeo (detectada antes do final do intervalo) noacute retransmite o quadro em cada intervalo subsequente com probabilidade p ateacute obter sucesso
5 Camada de Enlace 5-25
Slotted ALOHA
Vantagens uacutenico noacute ativo pode
transmitir continuamente na taxa maacutexima do canal
Altamente descentralizado apenas slots nos noacutes precisam estar sincronizados
simples
Desvantagens colisotildees slots
desperdiccedilados slots ociosos
(desperdiacutecio) noacutes podem ser capazes
de detectar colisotildees num tempo inferior ao da transmissatildeo do pacote
sincronizaccedilatildeo dos reloacutegios
5 Camada de Enlace 5-26
Eficiecircncia do Slotted Aloha
Assuma N noacutes com muitos quadros para enviar cada um transmite num slot com probabilidade p
probabilidade que noacute 1 tenha sucesso em um slot = p(1-p)N-1
probabilidade que qualquer noacute tenha sucesso = Np(1-p)N-
1
Para eficiecircncia maacutexima com N noacutes encontre p que maximiza Np(1-p)N-1
Para muitos noacutes faccedila limite para Np(1-p)N-1
quando N tende a infinito daacute
eficiecircncia maacutexima = 1e = 037
Eficiecircncia eacute a fraccedilatildeo de longo prazo de slots bem sucedidos quando haacute muitos noacutes cada um com muitos quadros para transmitir
Melhor caso canalusado para transmissotildees uacuteteis em apenas 37 do tempo
5 Camada de Enlace 5-27
ALOHA Puro (sem slots) Aloha puro (sem slots) mais simples sem sincronizaccedilatildeo Ao chegar um quadro no noacute
transmite imediatamente Probabilidade de colisatildeo aumenta
quadro enviado em t0 colide com outros quadros enviados em [t0-1t0+1]
5 Camada de Enlace 5-28
Eficiecircncia do Aloha puroP(sucesso por um dado noacute) = P(noacute transmita) P(nenhum outro noacute transmita em [t0-1t0] P(nenhum outro noacute transmita em [t0t0+1] = p (1-p)N-1 (1-p)N-1
= p (1-p)2(N-1)
hellip escolhendo o valor oacutetimo de p e deixando n -gt infinito
= 1(2e) = 018 Ainda pior do que o Slotted Aloha
5 Camada de Enlace 5-29
CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)
CSMA (Carrier Sense Multiple Access) Escuta antes de transmitir (detecccedilatildeo de portadora)
Se o canal estiver livre transmite todo o quadro
Se o canal estiver ocupado adia a transmissatildeo
Analogia humana natildeo interrompa outros
5 Camada de Enlace 5-30
Colisotildees no CSMA
colisotildees ainda podem aconteceratraso de propagaccedilatildeo significa que dois noacutes podem natildeo ouvira transmissatildeo do outro colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo eacute desperdiccedilado
Disposiccedilatildeo espacial dos noacutes
notapapel da distacircncia e atraso de propagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo
5 Camada de Enlace 5-31
CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)
CSMACD detecccedilatildeo da portadora adia a transmissatildeo como no CSMAAs colisotildees satildeo detectadas em pouco tempoTransmissotildees que sofreram colisotildees satildeo
abortadas reduzindo o desperdiacutecio do canal Detecccedilatildeo de colisotildees
Faacutecil em LANs cabeadas mede a potecircncia do sinal compara o sinal recebido com o transmitido
Difiacutecil em LANs sem fio o receptor eacute desligado durante a transmissatildeo
Analogia humana bate papo educado
5 Camada de Enlace 5-32
Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD
5 Camada de Enlace 5-33
Algoritmo CSMACD do Ethernet1 Adaptador recebe datagrama
da camada de rede e cria um quadro
2 Se o adaptador percebe que o canal estaacute ocioso comeccedila a transmitir o quadro Se percebe que o canal estaacute ocupado espera que o canal fique livre e transmite
3 Se o adaptador transmitir todo o quadro sem detectar outra transmissatildeo o adaptador concluiu a operaccedilatildeo com o quadro
4 Se o adaptador detectar outra transmissatildeo enquanto estiver transmitindo aborta e envia sinal de reforccedilo de colisatildeo de 48 bits
5 Apoacutes o aborto o adaptador entra na retirada (backoff) exponencial binaacuteria apoacutes a m-eacutesima colisatildeo o
adaptador escolhe um K aleatoriamente entre 012hellip2m-1 O adaptador espera K512 tempos de bit e retorna ao Passo 2
quanto mais colisotildees houver mas longos seratildeo os intervalos de retirada
5 Camada de Enlace 5-34
Eficiecircncia do CSMACD
tprop = atraso maacuteximo de prop entre 2 noacutes na LAN
ttrans = tempo para transmitir quadro de tamanho maacuteximo
Eficiecircncia vai para 1 agrave medida que tprop vai para 0ttrans vai para infinito
Muito melhor do que ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato
transprop tt 511eficiecircncia
5 Camada de Enlace 5-35
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoProtocolos MAC de divisatildeo de canal
Compartilha o canal eficientemente e de forma justa em altas cargas
Ineficiente em baixas cargas atraso no canal de acesso alocaccedilatildeo de 1N da largura de banda mesmo com apenas 1 noacute ativo
Protocolos MAC de acesso aleatoacuterioeficiente em baixas cargas um uacutenico noacute
pode utilizar completamente o canalAltas cargas overhead com colisotildees
Protocolos de revezamentoProcura oferecer o melhor dos dois mundos
5 Camada de Enlace 5-36
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoSeleccedilatildeo (Polling) Noacute mestre ldquoconvidardquo
noacutes escravos a transmitir em revezamento
Usado tipicamente com dispositivos escravo burros
Preocupaccedilotildees Overhead com as
consultas (polling) Latecircncia Ponto uacutenico de
falha (mestre)
mestre
escravos
poll
dados
dados
5 Camada de Enlace 5-37
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoPassagem de
permissatildeo (token) controla permissatildeo
passada de um noacute para o proacuteximo de forma sequencial
mensagem de passagem da permissatildeo
preocupaccedilotildees overhead com a
passagem de permissatildeo
latecircncia Ponto uacutenico de falha
(permissatildeo)
T
dados
(nada paramandar)
T
5 Camada de Enlace 5-38
Rede de acesso a cabo
Muacuteltiplos canais de difusatildeo downstream de 40Mbps Um uacutenico CMTS transmite para os diversos canais
Muacuteltiplos canais upstream de 30 Mbps Acesso muacuteltiplo todos os usuaacuterios disputam alguns slots
de tempo em canais upstream (outros satildeo preacute-alocados)
terminaccedilatildeo do cabo
CMTS
ISP
sistema de terminaccedilatildeo do cable modem
cablemodemsplitter
hellip
hellip
quadros Internet canais de TV e controle satildeo transmitidos downstream em frequecircncias diferentes
quadros Internet upstream e controle de TV satildeo transmitidos upstream em diferentes frequecircncias em slots de tempo
5 Camada de Enlace 5-39
Rede de acesso a cabo
DOCSIS espec da interface de serviccedilo de dados sobre cabo FDM sobre as frequecircncias dos canais up e downstream TDM upstream alguns slots satildeo alocados outros tecircm
disputabull quadro de mapeamento downstream aloca slots
upstreambull requisiccedilatildeo de slots upstream (e dados) satildeo transmitidos
atraveacutes de acesso aleatoacuterio (retirada binaacuteria) em slots selecionados
quadro de mapeamentop intervalo [t1 t2]
Residecircncias com cable modems
Canal downstream i
Canal Upstream j
t1 t2
Minislots alocados contendo quadros de dadosupstream do cable modem
Minislots contendo quadrosde requisiccedilatildeo de minislots
cable headend
CMTS
5 Camada de Enlace 5-40
Resumo dos protocolos MAC divisatildeo do canal por tempo frequecircncia ou
coacutedigoDivisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequecircncia
acesso aleatoacuterio (dinacircmico) ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDescutar a portadora faacutecil em algumas
tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)
CSMACD usado na EthernetCSMACA usado no 80211
RevezamentoSeleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto
central passagem de permissotildeesBluetooth FDDI Token Ring
5 Camada de Enlace 5-41
Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e
serviccedilos52 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais
Endereccedilamento ARP
EthernetSwitchesVLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-42
Endereccedilos MAC e ARP Endereccedilo IP de 32 bits
endereccedilos da camada de rede para a interface usado pelo repasse da camada 3 (rede)
Endereccedilo MAC (ou LAN ou fiacutesico ou Ethernet) Funccedilatildeo usado lsquolocalmentersquo para levar o quadro de
uma interface ateacute outra interface conectada fisicamente (na mesma rede no sentido do endereccedilamento IP)
Endereccedilo MAC de 48 bits (para a maioria das redes) gravado na ROM do adaptador ou configurado por software
Ex 1A-2F-BB-76-09-ADnotaccedilatildeo hexadecimal (base 16)
(cada ldquonuacutemerordquo representa 4 bits)
5 Camada de Enlace 5-43
Endereccedilos MAC e ARPcada adaptador na LAN possui um endereccedilo MAC uacutenico
Endereccedilo de Broadcast =FF-FF-FF-FF-FF-FF
= adaptador
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN(cabeada ousem fio)
5 Camada de Enlace 5-44
Endereccedilo MAC (cont) Alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC gerenciada pelo IEEE Um fabricante compra uma parte do espaccedilo de
endereccedilos (para garantir unicidade) Analogia (a) endereccedilo MAC como nuacutemero do CPF (b) endereccedilo IP como endereccedilo postal (CEP) endereccedilo MAC tem estrutura linear =gt
portabilidadePode mover um cartatildeo LAN de uma LAN para
outra endereccedilo IP hieraacuterquico NAtildeO eacute portaacutetil (requer IP
moacutevel)Depende da subrede IP agrave qual o noacute estaacute
conectado
5 Camada de Enlace 5-45
ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de Resoluccedilatildeo de Endereccedilos)
Cada noacute IP (Host Roteador) de uma LAN possui tabela ARP
Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN
lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt TTL (Time To Live) tempo
a partir do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute esquecido (valor tiacutepico de 20 min)
Pergunta como obter oendereccedilo MAC de B a partir do endereccedilo IP de B
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53 LAN
237196723
237196778
237196714
237196788
5 Camada de Enlace 5-46
Protocolo ARP mesma LAN (rede) A deseja enviar datagrama
para B e o endereccedilo MAC de B natildeo estaacute na tabela ARP
A difunde o pacote de solicitaccedilatildeo ARP que conteacutem o endereccedilo IP de B Endereccedilo MAC destino =
FF-FF-FF-FF-FF-FF todas as maacutequinas na
LAN recebem a consulta do ARP
B recebe o pacote ARP responde a A com o seu (de B) endereccedilo MAC Quadro enviado para o
endereccedilo MAC (unicast) de A
Uma cache (salva) o par de endereccedilos IP-para-MAC na sua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo fique antiquada (expire) lsquosoft statersquo informaccedilatildeo que expira (vai embora) a menos que seja renovada
ARP eacute ldquoplug-and-playrdquo os noacutes criam suas tabelas ARP sem a intervenccedilatildeo do administrador
da rede
5 Camada de Enlace 5-47
Endereccedilamento repassando para outra LAN encaminhamento envio de datagrama de A para B via R
foco no endereccedilamento ndash nas camadas IP (datagrama) e MAC (quadro)
assume que A conhece o endereccedilo IP de B assume que A conhece o endereccedilo IP do proacuteximo roteador
R (como) assume que A conhece o endereccedilo MAC de R (como)
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
5 Camada de Enlace 5-48
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IPEthPhy
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
A cria datagrama IP com IP origem A destino B A cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC
de R como destino quadro conteacutem o datagrama IP de A-para-B
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55 MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
5 Camada de Enlace 5-49
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IPEthPhy
quadro enviado de A para R
IPEthPhy
quadro recebido em R datagrama removido passado para o IP
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55 MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
5 Camada de Enlace 5-50
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
R repassa o datagrama com origem IP A destino B R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC
de B como destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9B MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
IPEthPhy
5 Camada de Enlace 5-51
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
R repassa o datagrama com origem IP A destino B R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC
de B como destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9B MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
IPEthPhy
5 Camada de Enlace 5-52
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
R repassa o datagrama com origem IP A destino B R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC
de B como destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9B MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
5 Camada de Enlace 5-53
Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e
serviccedilos52 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais
Endereccedilamento ARP
EthernetSwitchesVLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-54
Ethernet Muitiacutessimo difundida porque
Muito barata R$50 para placas 101001000Mbps A mais antiga das tecnologias de rede local (meados da
deacutecada de 70) Mais simples e menos cara que redes usando ficha ou
ATM Acompanhou o aumento de velocidade 10 Mbps ndash 10
Gbps
Rascunho de Metcalfe sobre o Ethernet
5 Camada de Enlace 5-55
Ethernet topologia fiacutesica barramento popular ateacute meados dos anos 90
Todos os noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo (podem colidir um com o outro)
estrela prevalecircncia hoje Comutador (switch) ativo no centro Cada porta roda o protocolo Ethernet separadamente (os
noacutes natildeo colidem uns com os outros)
barramento cabo coaxial
switch
estrela
5 Camada de Enlace 5-56
Estrutura do Quadro EthernetAdaptador remetente encapsula datagrama IP (ou pacote
de outro protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
preacircmbulo 7 bytes com o padratildeo 10101010 seguidos por um byte
com o padratildeo 10101011 usado para sincronizar receptor ao reloacutegio do
remetente (reloacutegios nunca satildeo exatos eacute muito provaacutevel que exista algum desvio entre eles)
5 Camada de Enlace 5-57
Estrutura de Quadro Ethernet (cont)
Endereccedilos 6 bytes para cada endereccedilo MAC se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo destino igual
ao seu ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede
caso contraacuterio o adaptador descarta o quadro Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior
usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)
CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado
5 Camada de Enlace 5-58
Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo sem conexatildeo natildeo haacute estabelecimento de
conexatildeo (saudaccedilatildeo) entre os adaptadores transmissor e receptor
Natildeo confiaacutevel o adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador transmissordados em quadros descartados satildeo
recuperados apenas se o transmissor usar transferecircncia confiaacutevel em camadas mais altas (ex TCP) caso contraacuterio os dados estaratildeo perdidos
Protocolo MAC do Ethernet CSMACD com retirada binaacuteria
5 Camada de Enlace 5-59
Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
diversos padrotildees Ethernet diferentes tecircm em comum o protocolo MAC e o formato do
quadro diferentes velocidades 2Mbps 10Mbps 100Mbps
1Gbps 10Gbps diferentes meios da camada fiacutesica fibra cabo
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
protocolo MACe formato do quadro
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)
5 Camada de Enlace 5-60
10Base5
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-61
10Base2
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-62
10BaseT
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-63
Conector RJ 45
5 Camada de Enlace 5-64
100Base-TX
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-65 10
Wireless Backhaul
Carrier Ethernet Access Expansion
Voice gateway
VoiceVideoTelephony
HD TVTVoD VoD
Video Source
Gaming BusinessBackup ERP
Internet Video Source
BusinessBroadband
E-Line andE-LAN service
GlobalNationalCarrierEthernet
GlobalNationalCarrierEthernet
SmallMedium Business
Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet
AccessCarrierEthernet
AccessCarrierEthernet
ResidentialTriple-Play
FTTx DSLAM Cable Modem
Broadbandmobile datavideo
Bringing vastly extended scalability for business and residential users
ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing
5 Camada de Enlace 5-66
Carrier Ethernet Defined
bull Carrier Ethernet is a ubiquitous standardized carrier-class SERVICE defined by five attributes that distinguish Carrier Ethernet from familiar LAN based Ethernet
bull It brings the compelling business benefit of the Ethernet cost model to achieve significant savings
Carrier Ethernet
bull Scalability
bull Standardized Services
bull Service Management
bull Quality of Service
bull Reliability
Carrier Ethernet Attributes
httpwwwmetroethernetforumorg
5 Camada de Enlace 5-67
Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e
serviccedilos52 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais
Endereccedilamento ARP
EthernetSwitchesVLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-68
Comutador (switch) Ethernet Dispositivo da camada de enlace tecircm papel
ativo armazena e retransmite quadros Ethernetexamina o cabeccedilalho do quadro e
seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento
transparentehospedeiros ignoram a presenccedila dos
switches plug-and-play self-learning (autodidatas)
os comutadores natildeo necessitam ser configurados
5 Camada de Enlace 5-69
Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas hospedeiros tecircm conexatildeo
direta e dedicada para o switch
os switches armazenam quadros
o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplex cada link eacute o seu proacuteprio
domiacutenio de colisatildeo comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-
para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch com seis interfaces(123456)
1 2 345
6
5 Camada de Enlace 5-70
Tabela de repasse do switch P como eacute que o switch sabe que
Arsquo eacute alcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel a partir da interface 5
R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutem (endereccedilo MAC do hospedeiro
interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)
parece uma tabela de repasse P como satildeo criadas e mantidas as
entradas na tabela de comutaccedilatildeo haacute algo como um protocolo de
roteamento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch with six interfaces(123456)
1 2 345
6
5 Camada de Enlace 5-71
switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfaces quando um quadro eacute
recebido o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada
registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo
Switch autoaprendizagemA
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
5 Camada de Enlace 5-725 Camada de Enlace
Switch filtragemrepasse de quadrosQuando o quadro eacute recebido em um comutador
registra o link de entrada endereccedilo MAC do hospedeiro transmissor
indexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo MAC do destino
if entrada encontrada para o destinothen
if dest estiver no segmento de onde veio o quadro then descarta o quadro
else repassa o quadro na interface indicada else usa inundaccedilatildeo
Repassa o quadro para todas as demais interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido
5 Camada de Enlace 5-73
Exemplo de auto aprendizagem e repasse
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo destino do quadro Arsquo
com localizaccedilatildeo desconhecida inundaccedilatildeo
Arsquo A
local do destino A conhecido
Arsquo 4 60
transmissatildeo seletiva
5 Camada de Enlace 5-74
Interligaccedilatildeo de comutadores
Podemos interligar comutadores (switches)
AB
P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe que deve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3
R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenico comutador)
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
5 Camada de Enlace 5-75
Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde
para C
P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4
AB
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
12
5 Camada de Enlace 5-76
Rede institucional
Para redeexterna
roteador
Subrede IP
Servidor de mensagens
Servidor web
5 Camada de Enlace 5-77
Comutadores x Roteadores
ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa roteadores dispositivos da
camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)
comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace
ambos possuem tabelas de repasse roteadores obteacutem
tabelas usando alg de roteamento endereccedilos IP
comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
redeenlacefiacutesica
enlacefiacutesica
switch
datagrama
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
quadro
quadro
quadrodatagrama
5 Camada de Enlace 5-78
Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e
serviccedilos52 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais
Endereccedilamento ARP
EthernetSwitchesVLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-79
Siacutentese um dia na vida de um pedido web jornada completa atravessando toda a pilha de
protocolos aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
colocando tudo junto siacutentese objetivo identificar revisar entender os
protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web
cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom
5 Camada de Enlace 5-80
Um dia na vida cenaacuterio
rede da Comcast68800013
rede do Google64233160019 64233169105
servidor web
Servidor DNS
rede da escola68802024
paacutegina web
navegador
5 Camada de Enlace 5-81
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPDHCP
quadro Ethernet difundido (dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador que executa o servidor DHCP Ethernet demultiplexado para IP demultiplexado para UDP e demultiplexado paraDHCP
o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilo do primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP Solicitaccedilatildeo DHCP encapsulada em UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023 Ethernet
5 Camada de Enlace 5-82
roteador(roda DHCP)
servidor DHCP prepara ACK DHCP contendo endereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiro roteador nome e endereccedilo IP do servidor DNS
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
encapsulamento no servidor DHCP quadro repassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente
Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador
cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
5 Camada de Enlace 5-83
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
consulta DNS criada encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviar quadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP
consulta ARP difundida recebida pelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccedilo MAC da interface do roteador
o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiro roteador podendo agora enviar o quadro contendo a consulta DNS
ARP query
EthPhy
ARP
ARP
ARP reply
antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
5 Camada de Enlace 5-84
roteador(roda DHCP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
datagrama IP conteacutem consulta DNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador
datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelos protocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS
demultiplexado pelo servidor DNS
servidor DNS responde ao cliente com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
rede da Comcast68800013
servidor DNSDNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
Um dia na vidahellip usando DNS
5 Camada de Enlace 5-85
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
para enviar pedido HTTP cliente primeiro abre um socket TCP para o servidor web segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web
conexatildeo TCP estabelecida64233169105servidor web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCPIPEthPhy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)
5 Camada de Enlace 5-86
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
solicitaccedilatildeo HTTP enviada para o socket TCP datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhado para wwwgooglecom
datagrama IP com a resposta HTTP eacute encaminhado de volta para o cliente
64233169105servidor web
HTTPTCPIPEthPhy
servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTPHTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
paacutegina web finalmente() apresentada
5 Camada de Enlace 5-87
Capiacutetulo 5 Resumo
princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dados detecccedilatildeo correccedilatildeo de erros compartilhamento de canal de difusatildeo acesso
muacuteltiplo endereccedilamento da camada de enlace
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlace Ethernet LANs comutadas VLANs redes virtualizadas como camada de enlace MPLS
siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web
5 Camada de Enlace 5-24
Slotted ALOHA
Hipoacuteteses todos os quadros tecircm o
mesmo tamanho (L bits) tempo eacute dividido em slots
de tamanho igual tempo para transmitir 1 quadro (LR seg)
noacutes comeccedilam a transmitir quadros apenas no iniacutecio dos intervalos (slots)
noacutes satildeo sincronizados se 2 ou mais noacutes
transmitirem num slot todos os noacutes detectam a colisatildeo
Operaccedilatildeo quando o noacute obteacutem um novo
quadro ele espera ateacute o iniacutecio do proacuteximo slot e transmite o quadro inteiro
Se natildeo houver colisatildeo noacute poderaacute enviar um novo quadro no proacuteximo slot
caso haja uma colisatildeo (detectada antes do final do intervalo) noacute retransmite o quadro em cada intervalo subsequente com probabilidade p ateacute obter sucesso
5 Camada de Enlace 5-25
Slotted ALOHA
Vantagens uacutenico noacute ativo pode
transmitir continuamente na taxa maacutexima do canal
Altamente descentralizado apenas slots nos noacutes precisam estar sincronizados
simples
Desvantagens colisotildees slots
desperdiccedilados slots ociosos
(desperdiacutecio) noacutes podem ser capazes
de detectar colisotildees num tempo inferior ao da transmissatildeo do pacote
sincronizaccedilatildeo dos reloacutegios
5 Camada de Enlace 5-26
Eficiecircncia do Slotted Aloha
Assuma N noacutes com muitos quadros para enviar cada um transmite num slot com probabilidade p
probabilidade que noacute 1 tenha sucesso em um slot = p(1-p)N-1
probabilidade que qualquer noacute tenha sucesso = Np(1-p)N-
1
Para eficiecircncia maacutexima com N noacutes encontre p que maximiza Np(1-p)N-1
Para muitos noacutes faccedila limite para Np(1-p)N-1
quando N tende a infinito daacute
eficiecircncia maacutexima = 1e = 037
Eficiecircncia eacute a fraccedilatildeo de longo prazo de slots bem sucedidos quando haacute muitos noacutes cada um com muitos quadros para transmitir
Melhor caso canalusado para transmissotildees uacuteteis em apenas 37 do tempo
5 Camada de Enlace 5-27
ALOHA Puro (sem slots) Aloha puro (sem slots) mais simples sem sincronizaccedilatildeo Ao chegar um quadro no noacute
transmite imediatamente Probabilidade de colisatildeo aumenta
quadro enviado em t0 colide com outros quadros enviados em [t0-1t0+1]
5 Camada de Enlace 5-28
Eficiecircncia do Aloha puroP(sucesso por um dado noacute) = P(noacute transmita) P(nenhum outro noacute transmita em [t0-1t0] P(nenhum outro noacute transmita em [t0t0+1] = p (1-p)N-1 (1-p)N-1
= p (1-p)2(N-1)
hellip escolhendo o valor oacutetimo de p e deixando n -gt infinito
= 1(2e) = 018 Ainda pior do que o Slotted Aloha
5 Camada de Enlace 5-29
CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)
CSMA (Carrier Sense Multiple Access) Escuta antes de transmitir (detecccedilatildeo de portadora)
Se o canal estiver livre transmite todo o quadro
Se o canal estiver ocupado adia a transmissatildeo
Analogia humana natildeo interrompa outros
5 Camada de Enlace 5-30
Colisotildees no CSMA
colisotildees ainda podem aconteceratraso de propagaccedilatildeo significa que dois noacutes podem natildeo ouvira transmissatildeo do outro colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo eacute desperdiccedilado
Disposiccedilatildeo espacial dos noacutes
notapapel da distacircncia e atraso de propagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo
5 Camada de Enlace 5-31
CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)
CSMACD detecccedilatildeo da portadora adia a transmissatildeo como no CSMAAs colisotildees satildeo detectadas em pouco tempoTransmissotildees que sofreram colisotildees satildeo
abortadas reduzindo o desperdiacutecio do canal Detecccedilatildeo de colisotildees
Faacutecil em LANs cabeadas mede a potecircncia do sinal compara o sinal recebido com o transmitido
Difiacutecil em LANs sem fio o receptor eacute desligado durante a transmissatildeo
Analogia humana bate papo educado
5 Camada de Enlace 5-32
Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD
5 Camada de Enlace 5-33
Algoritmo CSMACD do Ethernet1 Adaptador recebe datagrama
da camada de rede e cria um quadro
2 Se o adaptador percebe que o canal estaacute ocioso comeccedila a transmitir o quadro Se percebe que o canal estaacute ocupado espera que o canal fique livre e transmite
3 Se o adaptador transmitir todo o quadro sem detectar outra transmissatildeo o adaptador concluiu a operaccedilatildeo com o quadro
4 Se o adaptador detectar outra transmissatildeo enquanto estiver transmitindo aborta e envia sinal de reforccedilo de colisatildeo de 48 bits
5 Apoacutes o aborto o adaptador entra na retirada (backoff) exponencial binaacuteria apoacutes a m-eacutesima colisatildeo o
adaptador escolhe um K aleatoriamente entre 012hellip2m-1 O adaptador espera K512 tempos de bit e retorna ao Passo 2
quanto mais colisotildees houver mas longos seratildeo os intervalos de retirada
5 Camada de Enlace 5-34
Eficiecircncia do CSMACD
tprop = atraso maacuteximo de prop entre 2 noacutes na LAN
ttrans = tempo para transmitir quadro de tamanho maacuteximo
Eficiecircncia vai para 1 agrave medida que tprop vai para 0ttrans vai para infinito
Muito melhor do que ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato
transprop tt 511eficiecircncia
5 Camada de Enlace 5-35
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoProtocolos MAC de divisatildeo de canal
Compartilha o canal eficientemente e de forma justa em altas cargas
Ineficiente em baixas cargas atraso no canal de acesso alocaccedilatildeo de 1N da largura de banda mesmo com apenas 1 noacute ativo
Protocolos MAC de acesso aleatoacuterioeficiente em baixas cargas um uacutenico noacute
pode utilizar completamente o canalAltas cargas overhead com colisotildees
Protocolos de revezamentoProcura oferecer o melhor dos dois mundos
5 Camada de Enlace 5-36
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoSeleccedilatildeo (Polling) Noacute mestre ldquoconvidardquo
noacutes escravos a transmitir em revezamento
Usado tipicamente com dispositivos escravo burros
Preocupaccedilotildees Overhead com as
consultas (polling) Latecircncia Ponto uacutenico de
falha (mestre)
mestre
escravos
poll
dados
dados
5 Camada de Enlace 5-37
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoPassagem de
permissatildeo (token) controla permissatildeo
passada de um noacute para o proacuteximo de forma sequencial
mensagem de passagem da permissatildeo
preocupaccedilotildees overhead com a
passagem de permissatildeo
latecircncia Ponto uacutenico de falha
(permissatildeo)
T
dados
(nada paramandar)
T
5 Camada de Enlace 5-38
Rede de acesso a cabo
Muacuteltiplos canais de difusatildeo downstream de 40Mbps Um uacutenico CMTS transmite para os diversos canais
Muacuteltiplos canais upstream de 30 Mbps Acesso muacuteltiplo todos os usuaacuterios disputam alguns slots
de tempo em canais upstream (outros satildeo preacute-alocados)
terminaccedilatildeo do cabo
CMTS
ISP
sistema de terminaccedilatildeo do cable modem
cablemodemsplitter
hellip
hellip
quadros Internet canais de TV e controle satildeo transmitidos downstream em frequecircncias diferentes
quadros Internet upstream e controle de TV satildeo transmitidos upstream em diferentes frequecircncias em slots de tempo
5 Camada de Enlace 5-39
Rede de acesso a cabo
DOCSIS espec da interface de serviccedilo de dados sobre cabo FDM sobre as frequecircncias dos canais up e downstream TDM upstream alguns slots satildeo alocados outros tecircm
disputabull quadro de mapeamento downstream aloca slots
upstreambull requisiccedilatildeo de slots upstream (e dados) satildeo transmitidos
atraveacutes de acesso aleatoacuterio (retirada binaacuteria) em slots selecionados
quadro de mapeamentop intervalo [t1 t2]
Residecircncias com cable modems
Canal downstream i
Canal Upstream j
t1 t2
Minislots alocados contendo quadros de dadosupstream do cable modem
Minislots contendo quadrosde requisiccedilatildeo de minislots
cable headend
CMTS
5 Camada de Enlace 5-40
Resumo dos protocolos MAC divisatildeo do canal por tempo frequecircncia ou
coacutedigoDivisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequecircncia
acesso aleatoacuterio (dinacircmico) ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDescutar a portadora faacutecil em algumas
tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)
CSMACD usado na EthernetCSMACA usado no 80211
RevezamentoSeleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto
central passagem de permissotildeesBluetooth FDDI Token Ring
5 Camada de Enlace 5-41
Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e
serviccedilos52 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais
Endereccedilamento ARP
EthernetSwitchesVLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-42
Endereccedilos MAC e ARP Endereccedilo IP de 32 bits
endereccedilos da camada de rede para a interface usado pelo repasse da camada 3 (rede)
Endereccedilo MAC (ou LAN ou fiacutesico ou Ethernet) Funccedilatildeo usado lsquolocalmentersquo para levar o quadro de
uma interface ateacute outra interface conectada fisicamente (na mesma rede no sentido do endereccedilamento IP)
Endereccedilo MAC de 48 bits (para a maioria das redes) gravado na ROM do adaptador ou configurado por software
Ex 1A-2F-BB-76-09-ADnotaccedilatildeo hexadecimal (base 16)
(cada ldquonuacutemerordquo representa 4 bits)
5 Camada de Enlace 5-43
Endereccedilos MAC e ARPcada adaptador na LAN possui um endereccedilo MAC uacutenico
Endereccedilo de Broadcast =FF-FF-FF-FF-FF-FF
= adaptador
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN(cabeada ousem fio)
5 Camada de Enlace 5-44
Endereccedilo MAC (cont) Alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC gerenciada pelo IEEE Um fabricante compra uma parte do espaccedilo de
endereccedilos (para garantir unicidade) Analogia (a) endereccedilo MAC como nuacutemero do CPF (b) endereccedilo IP como endereccedilo postal (CEP) endereccedilo MAC tem estrutura linear =gt
portabilidadePode mover um cartatildeo LAN de uma LAN para
outra endereccedilo IP hieraacuterquico NAtildeO eacute portaacutetil (requer IP
moacutevel)Depende da subrede IP agrave qual o noacute estaacute
conectado
5 Camada de Enlace 5-45
ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de Resoluccedilatildeo de Endereccedilos)
Cada noacute IP (Host Roteador) de uma LAN possui tabela ARP
Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN
lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt TTL (Time To Live) tempo
a partir do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute esquecido (valor tiacutepico de 20 min)
Pergunta como obter oendereccedilo MAC de B a partir do endereccedilo IP de B
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53 LAN
237196723
237196778
237196714
237196788
5 Camada de Enlace 5-46
Protocolo ARP mesma LAN (rede) A deseja enviar datagrama
para B e o endereccedilo MAC de B natildeo estaacute na tabela ARP
A difunde o pacote de solicitaccedilatildeo ARP que conteacutem o endereccedilo IP de B Endereccedilo MAC destino =
FF-FF-FF-FF-FF-FF todas as maacutequinas na
LAN recebem a consulta do ARP
B recebe o pacote ARP responde a A com o seu (de B) endereccedilo MAC Quadro enviado para o
endereccedilo MAC (unicast) de A
Uma cache (salva) o par de endereccedilos IP-para-MAC na sua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo fique antiquada (expire) lsquosoft statersquo informaccedilatildeo que expira (vai embora) a menos que seja renovada
ARP eacute ldquoplug-and-playrdquo os noacutes criam suas tabelas ARP sem a intervenccedilatildeo do administrador
da rede
5 Camada de Enlace 5-47
Endereccedilamento repassando para outra LAN encaminhamento envio de datagrama de A para B via R
foco no endereccedilamento ndash nas camadas IP (datagrama) e MAC (quadro)
assume que A conhece o endereccedilo IP de B assume que A conhece o endereccedilo IP do proacuteximo roteador
R (como) assume que A conhece o endereccedilo MAC de R (como)
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
5 Camada de Enlace 5-48
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IPEthPhy
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
A cria datagrama IP com IP origem A destino B A cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC
de R como destino quadro conteacutem o datagrama IP de A-para-B
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55 MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
5 Camada de Enlace 5-49
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IPEthPhy
quadro enviado de A para R
IPEthPhy
quadro recebido em R datagrama removido passado para o IP
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55 MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
5 Camada de Enlace 5-50
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
R repassa o datagrama com origem IP A destino B R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC
de B como destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9B MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
IPEthPhy
5 Camada de Enlace 5-51
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
R repassa o datagrama com origem IP A destino B R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC
de B como destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9B MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
IPEthPhy
5 Camada de Enlace 5-52
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
R repassa o datagrama com origem IP A destino B R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC
de B como destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9B MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
5 Camada de Enlace 5-53
Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e
serviccedilos52 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais
Endereccedilamento ARP
EthernetSwitchesVLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-54
Ethernet Muitiacutessimo difundida porque
Muito barata R$50 para placas 101001000Mbps A mais antiga das tecnologias de rede local (meados da
deacutecada de 70) Mais simples e menos cara que redes usando ficha ou
ATM Acompanhou o aumento de velocidade 10 Mbps ndash 10
Gbps
Rascunho de Metcalfe sobre o Ethernet
5 Camada de Enlace 5-55
Ethernet topologia fiacutesica barramento popular ateacute meados dos anos 90
Todos os noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo (podem colidir um com o outro)
estrela prevalecircncia hoje Comutador (switch) ativo no centro Cada porta roda o protocolo Ethernet separadamente (os
noacutes natildeo colidem uns com os outros)
barramento cabo coaxial
switch
estrela
5 Camada de Enlace 5-56
Estrutura do Quadro EthernetAdaptador remetente encapsula datagrama IP (ou pacote
de outro protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
preacircmbulo 7 bytes com o padratildeo 10101010 seguidos por um byte
com o padratildeo 10101011 usado para sincronizar receptor ao reloacutegio do
remetente (reloacutegios nunca satildeo exatos eacute muito provaacutevel que exista algum desvio entre eles)
5 Camada de Enlace 5-57
Estrutura de Quadro Ethernet (cont)
Endereccedilos 6 bytes para cada endereccedilo MAC se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo destino igual
ao seu ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede
caso contraacuterio o adaptador descarta o quadro Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior
usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)
CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado
5 Camada de Enlace 5-58
Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo sem conexatildeo natildeo haacute estabelecimento de
conexatildeo (saudaccedilatildeo) entre os adaptadores transmissor e receptor
Natildeo confiaacutevel o adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador transmissordados em quadros descartados satildeo
recuperados apenas se o transmissor usar transferecircncia confiaacutevel em camadas mais altas (ex TCP) caso contraacuterio os dados estaratildeo perdidos
Protocolo MAC do Ethernet CSMACD com retirada binaacuteria
5 Camada de Enlace 5-59
Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
diversos padrotildees Ethernet diferentes tecircm em comum o protocolo MAC e o formato do
quadro diferentes velocidades 2Mbps 10Mbps 100Mbps
1Gbps 10Gbps diferentes meios da camada fiacutesica fibra cabo
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
protocolo MACe formato do quadro
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)
5 Camada de Enlace 5-60
10Base5
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-61
10Base2
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-62
10BaseT
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-63
Conector RJ 45
5 Camada de Enlace 5-64
100Base-TX
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-65 10
Wireless Backhaul
Carrier Ethernet Access Expansion
Voice gateway
VoiceVideoTelephony
HD TVTVoD VoD
Video Source
Gaming BusinessBackup ERP
Internet Video Source
BusinessBroadband
E-Line andE-LAN service
GlobalNationalCarrierEthernet
GlobalNationalCarrierEthernet
SmallMedium Business
Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet
AccessCarrierEthernet
AccessCarrierEthernet
ResidentialTriple-Play
FTTx DSLAM Cable Modem
Broadbandmobile datavideo
Bringing vastly extended scalability for business and residential users
ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing
5 Camada de Enlace 5-66
Carrier Ethernet Defined
bull Carrier Ethernet is a ubiquitous standardized carrier-class SERVICE defined by five attributes that distinguish Carrier Ethernet from familiar LAN based Ethernet
bull It brings the compelling business benefit of the Ethernet cost model to achieve significant savings
Carrier Ethernet
bull Scalability
bull Standardized Services
bull Service Management
bull Quality of Service
bull Reliability
Carrier Ethernet Attributes
httpwwwmetroethernetforumorg
5 Camada de Enlace 5-67
Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e
serviccedilos52 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais
Endereccedilamento ARP
EthernetSwitchesVLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-68
Comutador (switch) Ethernet Dispositivo da camada de enlace tecircm papel
ativo armazena e retransmite quadros Ethernetexamina o cabeccedilalho do quadro e
seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento
transparentehospedeiros ignoram a presenccedila dos
switches plug-and-play self-learning (autodidatas)
os comutadores natildeo necessitam ser configurados
5 Camada de Enlace 5-69
Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas hospedeiros tecircm conexatildeo
direta e dedicada para o switch
os switches armazenam quadros
o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplex cada link eacute o seu proacuteprio
domiacutenio de colisatildeo comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-
para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch com seis interfaces(123456)
1 2 345
6
5 Camada de Enlace 5-70
Tabela de repasse do switch P como eacute que o switch sabe que
Arsquo eacute alcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel a partir da interface 5
R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutem (endereccedilo MAC do hospedeiro
interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)
parece uma tabela de repasse P como satildeo criadas e mantidas as
entradas na tabela de comutaccedilatildeo haacute algo como um protocolo de
roteamento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch with six interfaces(123456)
1 2 345
6
5 Camada de Enlace 5-71
switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfaces quando um quadro eacute
recebido o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada
registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo
Switch autoaprendizagemA
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
5 Camada de Enlace 5-725 Camada de Enlace
Switch filtragemrepasse de quadrosQuando o quadro eacute recebido em um comutador
registra o link de entrada endereccedilo MAC do hospedeiro transmissor
indexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo MAC do destino
if entrada encontrada para o destinothen
if dest estiver no segmento de onde veio o quadro then descarta o quadro
else repassa o quadro na interface indicada else usa inundaccedilatildeo
Repassa o quadro para todas as demais interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido
5 Camada de Enlace 5-73
Exemplo de auto aprendizagem e repasse
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo destino do quadro Arsquo
com localizaccedilatildeo desconhecida inundaccedilatildeo
Arsquo A
local do destino A conhecido
Arsquo 4 60
transmissatildeo seletiva
5 Camada de Enlace 5-74
Interligaccedilatildeo de comutadores
Podemos interligar comutadores (switches)
AB
P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe que deve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3
R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenico comutador)
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
5 Camada de Enlace 5-75
Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde
para C
P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4
AB
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
12
5 Camada de Enlace 5-76
Rede institucional
Para redeexterna
roteador
Subrede IP
Servidor de mensagens
Servidor web
5 Camada de Enlace 5-77
Comutadores x Roteadores
ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa roteadores dispositivos da
camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)
comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace
ambos possuem tabelas de repasse roteadores obteacutem
tabelas usando alg de roteamento endereccedilos IP
comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
redeenlacefiacutesica
enlacefiacutesica
switch
datagrama
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
quadro
quadro
quadrodatagrama
5 Camada de Enlace 5-78
Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e
serviccedilos52 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais
Endereccedilamento ARP
EthernetSwitchesVLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-79
Siacutentese um dia na vida de um pedido web jornada completa atravessando toda a pilha de
protocolos aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
colocando tudo junto siacutentese objetivo identificar revisar entender os
protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web
cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom
5 Camada de Enlace 5-80
Um dia na vida cenaacuterio
rede da Comcast68800013
rede do Google64233160019 64233169105
servidor web
Servidor DNS
rede da escola68802024
paacutegina web
navegador
5 Camada de Enlace 5-81
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPDHCP
quadro Ethernet difundido (dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador que executa o servidor DHCP Ethernet demultiplexado para IP demultiplexado para UDP e demultiplexado paraDHCP
o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilo do primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP Solicitaccedilatildeo DHCP encapsulada em UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023 Ethernet
5 Camada de Enlace 5-82
roteador(roda DHCP)
servidor DHCP prepara ACK DHCP contendo endereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiro roteador nome e endereccedilo IP do servidor DNS
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
encapsulamento no servidor DHCP quadro repassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente
Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador
cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
5 Camada de Enlace 5-83
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
consulta DNS criada encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviar quadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP
consulta ARP difundida recebida pelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccedilo MAC da interface do roteador
o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiro roteador podendo agora enviar o quadro contendo a consulta DNS
ARP query
EthPhy
ARP
ARP
ARP reply
antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
5 Camada de Enlace 5-84
roteador(roda DHCP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
datagrama IP conteacutem consulta DNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador
datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelos protocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS
demultiplexado pelo servidor DNS
servidor DNS responde ao cliente com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
rede da Comcast68800013
servidor DNSDNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
Um dia na vidahellip usando DNS
5 Camada de Enlace 5-85
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
para enviar pedido HTTP cliente primeiro abre um socket TCP para o servidor web segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web
conexatildeo TCP estabelecida64233169105servidor web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCPIPEthPhy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)
5 Camada de Enlace 5-86
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
solicitaccedilatildeo HTTP enviada para o socket TCP datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhado para wwwgooglecom
datagrama IP com a resposta HTTP eacute encaminhado de volta para o cliente
64233169105servidor web
HTTPTCPIPEthPhy
servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTPHTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
paacutegina web finalmente() apresentada
5 Camada de Enlace 5-87
Capiacutetulo 5 Resumo
princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dados detecccedilatildeo correccedilatildeo de erros compartilhamento de canal de difusatildeo acesso
muacuteltiplo endereccedilamento da camada de enlace
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlace Ethernet LANs comutadas VLANs redes virtualizadas como camada de enlace MPLS
siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web
5 Camada de Enlace 5-25
Slotted ALOHA
Vantagens uacutenico noacute ativo pode
transmitir continuamente na taxa maacutexima do canal
Altamente descentralizado apenas slots nos noacutes precisam estar sincronizados
simples
Desvantagens colisotildees slots
desperdiccedilados slots ociosos
(desperdiacutecio) noacutes podem ser capazes
de detectar colisotildees num tempo inferior ao da transmissatildeo do pacote
sincronizaccedilatildeo dos reloacutegios
5 Camada de Enlace 5-26
Eficiecircncia do Slotted Aloha
Assuma N noacutes com muitos quadros para enviar cada um transmite num slot com probabilidade p
probabilidade que noacute 1 tenha sucesso em um slot = p(1-p)N-1
probabilidade que qualquer noacute tenha sucesso = Np(1-p)N-
1
Para eficiecircncia maacutexima com N noacutes encontre p que maximiza Np(1-p)N-1
Para muitos noacutes faccedila limite para Np(1-p)N-1
quando N tende a infinito daacute
eficiecircncia maacutexima = 1e = 037
Eficiecircncia eacute a fraccedilatildeo de longo prazo de slots bem sucedidos quando haacute muitos noacutes cada um com muitos quadros para transmitir
Melhor caso canalusado para transmissotildees uacuteteis em apenas 37 do tempo
5 Camada de Enlace 5-27
ALOHA Puro (sem slots) Aloha puro (sem slots) mais simples sem sincronizaccedilatildeo Ao chegar um quadro no noacute
transmite imediatamente Probabilidade de colisatildeo aumenta
quadro enviado em t0 colide com outros quadros enviados em [t0-1t0+1]
5 Camada de Enlace 5-28
Eficiecircncia do Aloha puroP(sucesso por um dado noacute) = P(noacute transmita) P(nenhum outro noacute transmita em [t0-1t0] P(nenhum outro noacute transmita em [t0t0+1] = p (1-p)N-1 (1-p)N-1
= p (1-p)2(N-1)
hellip escolhendo o valor oacutetimo de p e deixando n -gt infinito
= 1(2e) = 018 Ainda pior do que o Slotted Aloha
5 Camada de Enlace 5-29
CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)
CSMA (Carrier Sense Multiple Access) Escuta antes de transmitir (detecccedilatildeo de portadora)
Se o canal estiver livre transmite todo o quadro
Se o canal estiver ocupado adia a transmissatildeo
Analogia humana natildeo interrompa outros
5 Camada de Enlace 5-30
Colisotildees no CSMA
colisotildees ainda podem aconteceratraso de propagaccedilatildeo significa que dois noacutes podem natildeo ouvira transmissatildeo do outro colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo eacute desperdiccedilado
Disposiccedilatildeo espacial dos noacutes
notapapel da distacircncia e atraso de propagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo
5 Camada de Enlace 5-31
CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)
CSMACD detecccedilatildeo da portadora adia a transmissatildeo como no CSMAAs colisotildees satildeo detectadas em pouco tempoTransmissotildees que sofreram colisotildees satildeo
abortadas reduzindo o desperdiacutecio do canal Detecccedilatildeo de colisotildees
Faacutecil em LANs cabeadas mede a potecircncia do sinal compara o sinal recebido com o transmitido
Difiacutecil em LANs sem fio o receptor eacute desligado durante a transmissatildeo
Analogia humana bate papo educado
5 Camada de Enlace 5-32
Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD
5 Camada de Enlace 5-33
Algoritmo CSMACD do Ethernet1 Adaptador recebe datagrama
da camada de rede e cria um quadro
2 Se o adaptador percebe que o canal estaacute ocioso comeccedila a transmitir o quadro Se percebe que o canal estaacute ocupado espera que o canal fique livre e transmite
3 Se o adaptador transmitir todo o quadro sem detectar outra transmissatildeo o adaptador concluiu a operaccedilatildeo com o quadro
4 Se o adaptador detectar outra transmissatildeo enquanto estiver transmitindo aborta e envia sinal de reforccedilo de colisatildeo de 48 bits
5 Apoacutes o aborto o adaptador entra na retirada (backoff) exponencial binaacuteria apoacutes a m-eacutesima colisatildeo o
adaptador escolhe um K aleatoriamente entre 012hellip2m-1 O adaptador espera K512 tempos de bit e retorna ao Passo 2
quanto mais colisotildees houver mas longos seratildeo os intervalos de retirada
5 Camada de Enlace 5-34
Eficiecircncia do CSMACD
tprop = atraso maacuteximo de prop entre 2 noacutes na LAN
ttrans = tempo para transmitir quadro de tamanho maacuteximo
Eficiecircncia vai para 1 agrave medida que tprop vai para 0ttrans vai para infinito
Muito melhor do que ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato
transprop tt 511eficiecircncia
5 Camada de Enlace 5-35
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoProtocolos MAC de divisatildeo de canal
Compartilha o canal eficientemente e de forma justa em altas cargas
Ineficiente em baixas cargas atraso no canal de acesso alocaccedilatildeo de 1N da largura de banda mesmo com apenas 1 noacute ativo
Protocolos MAC de acesso aleatoacuterioeficiente em baixas cargas um uacutenico noacute
pode utilizar completamente o canalAltas cargas overhead com colisotildees
Protocolos de revezamentoProcura oferecer o melhor dos dois mundos
5 Camada de Enlace 5-36
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoSeleccedilatildeo (Polling) Noacute mestre ldquoconvidardquo
noacutes escravos a transmitir em revezamento
Usado tipicamente com dispositivos escravo burros
Preocupaccedilotildees Overhead com as
consultas (polling) Latecircncia Ponto uacutenico de
falha (mestre)
mestre
escravos
poll
dados
dados
5 Camada de Enlace 5-37
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoPassagem de
permissatildeo (token) controla permissatildeo
passada de um noacute para o proacuteximo de forma sequencial
mensagem de passagem da permissatildeo
preocupaccedilotildees overhead com a
passagem de permissatildeo
latecircncia Ponto uacutenico de falha
(permissatildeo)
T
dados
(nada paramandar)
T
5 Camada de Enlace 5-38
Rede de acesso a cabo
Muacuteltiplos canais de difusatildeo downstream de 40Mbps Um uacutenico CMTS transmite para os diversos canais
Muacuteltiplos canais upstream de 30 Mbps Acesso muacuteltiplo todos os usuaacuterios disputam alguns slots
de tempo em canais upstream (outros satildeo preacute-alocados)
terminaccedilatildeo do cabo
CMTS
ISP
sistema de terminaccedilatildeo do cable modem
cablemodemsplitter
hellip
hellip
quadros Internet canais de TV e controle satildeo transmitidos downstream em frequecircncias diferentes
quadros Internet upstream e controle de TV satildeo transmitidos upstream em diferentes frequecircncias em slots de tempo
5 Camada de Enlace 5-39
Rede de acesso a cabo
DOCSIS espec da interface de serviccedilo de dados sobre cabo FDM sobre as frequecircncias dos canais up e downstream TDM upstream alguns slots satildeo alocados outros tecircm
disputabull quadro de mapeamento downstream aloca slots
upstreambull requisiccedilatildeo de slots upstream (e dados) satildeo transmitidos
atraveacutes de acesso aleatoacuterio (retirada binaacuteria) em slots selecionados
quadro de mapeamentop intervalo [t1 t2]
Residecircncias com cable modems
Canal downstream i
Canal Upstream j
t1 t2
Minislots alocados contendo quadros de dadosupstream do cable modem
Minislots contendo quadrosde requisiccedilatildeo de minislots
cable headend
CMTS
5 Camada de Enlace 5-40
Resumo dos protocolos MAC divisatildeo do canal por tempo frequecircncia ou
coacutedigoDivisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequecircncia
acesso aleatoacuterio (dinacircmico) ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDescutar a portadora faacutecil em algumas
tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)
CSMACD usado na EthernetCSMACA usado no 80211
RevezamentoSeleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto
central passagem de permissotildeesBluetooth FDDI Token Ring
5 Camada de Enlace 5-41
Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e
serviccedilos52 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais
Endereccedilamento ARP
EthernetSwitchesVLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-42
Endereccedilos MAC e ARP Endereccedilo IP de 32 bits
endereccedilos da camada de rede para a interface usado pelo repasse da camada 3 (rede)
Endereccedilo MAC (ou LAN ou fiacutesico ou Ethernet) Funccedilatildeo usado lsquolocalmentersquo para levar o quadro de
uma interface ateacute outra interface conectada fisicamente (na mesma rede no sentido do endereccedilamento IP)
Endereccedilo MAC de 48 bits (para a maioria das redes) gravado na ROM do adaptador ou configurado por software
Ex 1A-2F-BB-76-09-ADnotaccedilatildeo hexadecimal (base 16)
(cada ldquonuacutemerordquo representa 4 bits)
5 Camada de Enlace 5-43
Endereccedilos MAC e ARPcada adaptador na LAN possui um endereccedilo MAC uacutenico
Endereccedilo de Broadcast =FF-FF-FF-FF-FF-FF
= adaptador
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN(cabeada ousem fio)
5 Camada de Enlace 5-44
Endereccedilo MAC (cont) Alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC gerenciada pelo IEEE Um fabricante compra uma parte do espaccedilo de
endereccedilos (para garantir unicidade) Analogia (a) endereccedilo MAC como nuacutemero do CPF (b) endereccedilo IP como endereccedilo postal (CEP) endereccedilo MAC tem estrutura linear =gt
portabilidadePode mover um cartatildeo LAN de uma LAN para
outra endereccedilo IP hieraacuterquico NAtildeO eacute portaacutetil (requer IP
moacutevel)Depende da subrede IP agrave qual o noacute estaacute
conectado
5 Camada de Enlace 5-45
ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de Resoluccedilatildeo de Endereccedilos)
Cada noacute IP (Host Roteador) de uma LAN possui tabela ARP
Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN
lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt TTL (Time To Live) tempo
a partir do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute esquecido (valor tiacutepico de 20 min)
Pergunta como obter oendereccedilo MAC de B a partir do endereccedilo IP de B
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53 LAN
237196723
237196778
237196714
237196788
5 Camada de Enlace 5-46
Protocolo ARP mesma LAN (rede) A deseja enviar datagrama
para B e o endereccedilo MAC de B natildeo estaacute na tabela ARP
A difunde o pacote de solicitaccedilatildeo ARP que conteacutem o endereccedilo IP de B Endereccedilo MAC destino =
FF-FF-FF-FF-FF-FF todas as maacutequinas na
LAN recebem a consulta do ARP
B recebe o pacote ARP responde a A com o seu (de B) endereccedilo MAC Quadro enviado para o
endereccedilo MAC (unicast) de A
Uma cache (salva) o par de endereccedilos IP-para-MAC na sua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo fique antiquada (expire) lsquosoft statersquo informaccedilatildeo que expira (vai embora) a menos que seja renovada
ARP eacute ldquoplug-and-playrdquo os noacutes criam suas tabelas ARP sem a intervenccedilatildeo do administrador
da rede
5 Camada de Enlace 5-47
Endereccedilamento repassando para outra LAN encaminhamento envio de datagrama de A para B via R
foco no endereccedilamento ndash nas camadas IP (datagrama) e MAC (quadro)
assume que A conhece o endereccedilo IP de B assume que A conhece o endereccedilo IP do proacuteximo roteador
R (como) assume que A conhece o endereccedilo MAC de R (como)
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
5 Camada de Enlace 5-48
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IPEthPhy
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
A cria datagrama IP com IP origem A destino B A cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC
de R como destino quadro conteacutem o datagrama IP de A-para-B
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55 MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
5 Camada de Enlace 5-49
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IPEthPhy
quadro enviado de A para R
IPEthPhy
quadro recebido em R datagrama removido passado para o IP
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55 MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
5 Camada de Enlace 5-50
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
R repassa o datagrama com origem IP A destino B R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC
de B como destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9B MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
IPEthPhy
5 Camada de Enlace 5-51
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
R repassa o datagrama com origem IP A destino B R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC
de B como destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9B MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
IPEthPhy
5 Camada de Enlace 5-52
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
R repassa o datagrama com origem IP A destino B R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC
de B como destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9B MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
5 Camada de Enlace 5-53
Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e
serviccedilos52 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais
Endereccedilamento ARP
EthernetSwitchesVLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-54
Ethernet Muitiacutessimo difundida porque
Muito barata R$50 para placas 101001000Mbps A mais antiga das tecnologias de rede local (meados da
deacutecada de 70) Mais simples e menos cara que redes usando ficha ou
ATM Acompanhou o aumento de velocidade 10 Mbps ndash 10
Gbps
Rascunho de Metcalfe sobre o Ethernet
5 Camada de Enlace 5-55
Ethernet topologia fiacutesica barramento popular ateacute meados dos anos 90
Todos os noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo (podem colidir um com o outro)
estrela prevalecircncia hoje Comutador (switch) ativo no centro Cada porta roda o protocolo Ethernet separadamente (os
noacutes natildeo colidem uns com os outros)
barramento cabo coaxial
switch
estrela
5 Camada de Enlace 5-56
Estrutura do Quadro EthernetAdaptador remetente encapsula datagrama IP (ou pacote
de outro protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
preacircmbulo 7 bytes com o padratildeo 10101010 seguidos por um byte
com o padratildeo 10101011 usado para sincronizar receptor ao reloacutegio do
remetente (reloacutegios nunca satildeo exatos eacute muito provaacutevel que exista algum desvio entre eles)
5 Camada de Enlace 5-57
Estrutura de Quadro Ethernet (cont)
Endereccedilos 6 bytes para cada endereccedilo MAC se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo destino igual
ao seu ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede
caso contraacuterio o adaptador descarta o quadro Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior
usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)
CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado
5 Camada de Enlace 5-58
Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo sem conexatildeo natildeo haacute estabelecimento de
conexatildeo (saudaccedilatildeo) entre os adaptadores transmissor e receptor
Natildeo confiaacutevel o adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador transmissordados em quadros descartados satildeo
recuperados apenas se o transmissor usar transferecircncia confiaacutevel em camadas mais altas (ex TCP) caso contraacuterio os dados estaratildeo perdidos
Protocolo MAC do Ethernet CSMACD com retirada binaacuteria
5 Camada de Enlace 5-59
Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
diversos padrotildees Ethernet diferentes tecircm em comum o protocolo MAC e o formato do
quadro diferentes velocidades 2Mbps 10Mbps 100Mbps
1Gbps 10Gbps diferentes meios da camada fiacutesica fibra cabo
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
protocolo MACe formato do quadro
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)
5 Camada de Enlace 5-60
10Base5
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-61
10Base2
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-62
10BaseT
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-63
Conector RJ 45
5 Camada de Enlace 5-64
100Base-TX
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-65 10
Wireless Backhaul
Carrier Ethernet Access Expansion
Voice gateway
VoiceVideoTelephony
HD TVTVoD VoD
Video Source
Gaming BusinessBackup ERP
Internet Video Source
BusinessBroadband
E-Line andE-LAN service
GlobalNationalCarrierEthernet
GlobalNationalCarrierEthernet
SmallMedium Business
Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet
AccessCarrierEthernet
AccessCarrierEthernet
ResidentialTriple-Play
FTTx DSLAM Cable Modem
Broadbandmobile datavideo
Bringing vastly extended scalability for business and residential users
ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing
5 Camada de Enlace 5-66
Carrier Ethernet Defined
bull Carrier Ethernet is a ubiquitous standardized carrier-class SERVICE defined by five attributes that distinguish Carrier Ethernet from familiar LAN based Ethernet
bull It brings the compelling business benefit of the Ethernet cost model to achieve significant savings
Carrier Ethernet
bull Scalability
bull Standardized Services
bull Service Management
bull Quality of Service
bull Reliability
Carrier Ethernet Attributes
httpwwwmetroethernetforumorg
5 Camada de Enlace 5-67
Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e
serviccedilos52 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais
Endereccedilamento ARP
EthernetSwitchesVLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-68
Comutador (switch) Ethernet Dispositivo da camada de enlace tecircm papel
ativo armazena e retransmite quadros Ethernetexamina o cabeccedilalho do quadro e
seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento
transparentehospedeiros ignoram a presenccedila dos
switches plug-and-play self-learning (autodidatas)
os comutadores natildeo necessitam ser configurados
5 Camada de Enlace 5-69
Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas hospedeiros tecircm conexatildeo
direta e dedicada para o switch
os switches armazenam quadros
o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplex cada link eacute o seu proacuteprio
domiacutenio de colisatildeo comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-
para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch com seis interfaces(123456)
1 2 345
6
5 Camada de Enlace 5-70
Tabela de repasse do switch P como eacute que o switch sabe que
Arsquo eacute alcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel a partir da interface 5
R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutem (endereccedilo MAC do hospedeiro
interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)
parece uma tabela de repasse P como satildeo criadas e mantidas as
entradas na tabela de comutaccedilatildeo haacute algo como um protocolo de
roteamento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch with six interfaces(123456)
1 2 345
6
5 Camada de Enlace 5-71
switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfaces quando um quadro eacute
recebido o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada
registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo
Switch autoaprendizagemA
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
5 Camada de Enlace 5-725 Camada de Enlace
Switch filtragemrepasse de quadrosQuando o quadro eacute recebido em um comutador
registra o link de entrada endereccedilo MAC do hospedeiro transmissor
indexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo MAC do destino
if entrada encontrada para o destinothen
if dest estiver no segmento de onde veio o quadro then descarta o quadro
else repassa o quadro na interface indicada else usa inundaccedilatildeo
Repassa o quadro para todas as demais interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido
5 Camada de Enlace 5-73
Exemplo de auto aprendizagem e repasse
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo destino do quadro Arsquo
com localizaccedilatildeo desconhecida inundaccedilatildeo
Arsquo A
local do destino A conhecido
Arsquo 4 60
transmissatildeo seletiva
5 Camada de Enlace 5-74
Interligaccedilatildeo de comutadores
Podemos interligar comutadores (switches)
AB
P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe que deve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3
R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenico comutador)
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
5 Camada de Enlace 5-75
Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde
para C
P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4
AB
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
12
5 Camada de Enlace 5-76
Rede institucional
Para redeexterna
roteador
Subrede IP
Servidor de mensagens
Servidor web
5 Camada de Enlace 5-77
Comutadores x Roteadores
ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa roteadores dispositivos da
camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)
comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace
ambos possuem tabelas de repasse roteadores obteacutem
tabelas usando alg de roteamento endereccedilos IP
comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
redeenlacefiacutesica
enlacefiacutesica
switch
datagrama
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
quadro
quadro
quadrodatagrama
5 Camada de Enlace 5-78
Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e
serviccedilos52 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais
Endereccedilamento ARP
EthernetSwitchesVLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-79
Siacutentese um dia na vida de um pedido web jornada completa atravessando toda a pilha de
protocolos aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
colocando tudo junto siacutentese objetivo identificar revisar entender os
protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web
cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom
5 Camada de Enlace 5-80
Um dia na vida cenaacuterio
rede da Comcast68800013
rede do Google64233160019 64233169105
servidor web
Servidor DNS
rede da escola68802024
paacutegina web
navegador
5 Camada de Enlace 5-81
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPDHCP
quadro Ethernet difundido (dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador que executa o servidor DHCP Ethernet demultiplexado para IP demultiplexado para UDP e demultiplexado paraDHCP
o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilo do primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP Solicitaccedilatildeo DHCP encapsulada em UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023 Ethernet
5 Camada de Enlace 5-82
roteador(roda DHCP)
servidor DHCP prepara ACK DHCP contendo endereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiro roteador nome e endereccedilo IP do servidor DNS
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
encapsulamento no servidor DHCP quadro repassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente
Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador
cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
5 Camada de Enlace 5-83
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
consulta DNS criada encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviar quadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP
consulta ARP difundida recebida pelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccedilo MAC da interface do roteador
o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiro roteador podendo agora enviar o quadro contendo a consulta DNS
ARP query
EthPhy
ARP
ARP
ARP reply
antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
5 Camada de Enlace 5-84
roteador(roda DHCP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
datagrama IP conteacutem consulta DNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador
datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelos protocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS
demultiplexado pelo servidor DNS
servidor DNS responde ao cliente com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
rede da Comcast68800013
servidor DNSDNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
Um dia na vidahellip usando DNS
5 Camada de Enlace 5-85
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
para enviar pedido HTTP cliente primeiro abre um socket TCP para o servidor web segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web
conexatildeo TCP estabelecida64233169105servidor web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCPIPEthPhy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)
5 Camada de Enlace 5-86
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
solicitaccedilatildeo HTTP enviada para o socket TCP datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhado para wwwgooglecom
datagrama IP com a resposta HTTP eacute encaminhado de volta para o cliente
64233169105servidor web
HTTPTCPIPEthPhy
servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTPHTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
paacutegina web finalmente() apresentada
5 Camada de Enlace 5-87
Capiacutetulo 5 Resumo
princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dados detecccedilatildeo correccedilatildeo de erros compartilhamento de canal de difusatildeo acesso
muacuteltiplo endereccedilamento da camada de enlace
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlace Ethernet LANs comutadas VLANs redes virtualizadas como camada de enlace MPLS
siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web
5 Camada de Enlace 5-26
Eficiecircncia do Slotted Aloha
Assuma N noacutes com muitos quadros para enviar cada um transmite num slot com probabilidade p
probabilidade que noacute 1 tenha sucesso em um slot = p(1-p)N-1
probabilidade que qualquer noacute tenha sucesso = Np(1-p)N-
1
Para eficiecircncia maacutexima com N noacutes encontre p que maximiza Np(1-p)N-1
Para muitos noacutes faccedila limite para Np(1-p)N-1
quando N tende a infinito daacute
eficiecircncia maacutexima = 1e = 037
Eficiecircncia eacute a fraccedilatildeo de longo prazo de slots bem sucedidos quando haacute muitos noacutes cada um com muitos quadros para transmitir
Melhor caso canalusado para transmissotildees uacuteteis em apenas 37 do tempo
5 Camada de Enlace 5-27
ALOHA Puro (sem slots) Aloha puro (sem slots) mais simples sem sincronizaccedilatildeo Ao chegar um quadro no noacute
transmite imediatamente Probabilidade de colisatildeo aumenta
quadro enviado em t0 colide com outros quadros enviados em [t0-1t0+1]
5 Camada de Enlace 5-28
Eficiecircncia do Aloha puroP(sucesso por um dado noacute) = P(noacute transmita) P(nenhum outro noacute transmita em [t0-1t0] P(nenhum outro noacute transmita em [t0t0+1] = p (1-p)N-1 (1-p)N-1
= p (1-p)2(N-1)
hellip escolhendo o valor oacutetimo de p e deixando n -gt infinito
= 1(2e) = 018 Ainda pior do que o Slotted Aloha
5 Camada de Enlace 5-29
CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)
CSMA (Carrier Sense Multiple Access) Escuta antes de transmitir (detecccedilatildeo de portadora)
Se o canal estiver livre transmite todo o quadro
Se o canal estiver ocupado adia a transmissatildeo
Analogia humana natildeo interrompa outros
5 Camada de Enlace 5-30
Colisotildees no CSMA
colisotildees ainda podem aconteceratraso de propagaccedilatildeo significa que dois noacutes podem natildeo ouvira transmissatildeo do outro colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo eacute desperdiccedilado
Disposiccedilatildeo espacial dos noacutes
notapapel da distacircncia e atraso de propagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo
5 Camada de Enlace 5-31
CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)
CSMACD detecccedilatildeo da portadora adia a transmissatildeo como no CSMAAs colisotildees satildeo detectadas em pouco tempoTransmissotildees que sofreram colisotildees satildeo
abortadas reduzindo o desperdiacutecio do canal Detecccedilatildeo de colisotildees
Faacutecil em LANs cabeadas mede a potecircncia do sinal compara o sinal recebido com o transmitido
Difiacutecil em LANs sem fio o receptor eacute desligado durante a transmissatildeo
Analogia humana bate papo educado
5 Camada de Enlace 5-32
Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD
5 Camada de Enlace 5-33
Algoritmo CSMACD do Ethernet1 Adaptador recebe datagrama
da camada de rede e cria um quadro
2 Se o adaptador percebe que o canal estaacute ocioso comeccedila a transmitir o quadro Se percebe que o canal estaacute ocupado espera que o canal fique livre e transmite
3 Se o adaptador transmitir todo o quadro sem detectar outra transmissatildeo o adaptador concluiu a operaccedilatildeo com o quadro
4 Se o adaptador detectar outra transmissatildeo enquanto estiver transmitindo aborta e envia sinal de reforccedilo de colisatildeo de 48 bits
5 Apoacutes o aborto o adaptador entra na retirada (backoff) exponencial binaacuteria apoacutes a m-eacutesima colisatildeo o
adaptador escolhe um K aleatoriamente entre 012hellip2m-1 O adaptador espera K512 tempos de bit e retorna ao Passo 2
quanto mais colisotildees houver mas longos seratildeo os intervalos de retirada
5 Camada de Enlace 5-34
Eficiecircncia do CSMACD
tprop = atraso maacuteximo de prop entre 2 noacutes na LAN
ttrans = tempo para transmitir quadro de tamanho maacuteximo
Eficiecircncia vai para 1 agrave medida que tprop vai para 0ttrans vai para infinito
Muito melhor do que ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato
transprop tt 511eficiecircncia
5 Camada de Enlace 5-35
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoProtocolos MAC de divisatildeo de canal
Compartilha o canal eficientemente e de forma justa em altas cargas
Ineficiente em baixas cargas atraso no canal de acesso alocaccedilatildeo de 1N da largura de banda mesmo com apenas 1 noacute ativo
Protocolos MAC de acesso aleatoacuterioeficiente em baixas cargas um uacutenico noacute
pode utilizar completamente o canalAltas cargas overhead com colisotildees
Protocolos de revezamentoProcura oferecer o melhor dos dois mundos
5 Camada de Enlace 5-36
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoSeleccedilatildeo (Polling) Noacute mestre ldquoconvidardquo
noacutes escravos a transmitir em revezamento
Usado tipicamente com dispositivos escravo burros
Preocupaccedilotildees Overhead com as
consultas (polling) Latecircncia Ponto uacutenico de
falha (mestre)
mestre
escravos
poll
dados
dados
5 Camada de Enlace 5-37
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoPassagem de
permissatildeo (token) controla permissatildeo
passada de um noacute para o proacuteximo de forma sequencial
mensagem de passagem da permissatildeo
preocupaccedilotildees overhead com a
passagem de permissatildeo
latecircncia Ponto uacutenico de falha
(permissatildeo)
T
dados
(nada paramandar)
T
5 Camada de Enlace 5-38
Rede de acesso a cabo
Muacuteltiplos canais de difusatildeo downstream de 40Mbps Um uacutenico CMTS transmite para os diversos canais
Muacuteltiplos canais upstream de 30 Mbps Acesso muacuteltiplo todos os usuaacuterios disputam alguns slots
de tempo em canais upstream (outros satildeo preacute-alocados)
terminaccedilatildeo do cabo
CMTS
ISP
sistema de terminaccedilatildeo do cable modem
cablemodemsplitter
hellip
hellip
quadros Internet canais de TV e controle satildeo transmitidos downstream em frequecircncias diferentes
quadros Internet upstream e controle de TV satildeo transmitidos upstream em diferentes frequecircncias em slots de tempo
5 Camada de Enlace 5-39
Rede de acesso a cabo
DOCSIS espec da interface de serviccedilo de dados sobre cabo FDM sobre as frequecircncias dos canais up e downstream TDM upstream alguns slots satildeo alocados outros tecircm
disputabull quadro de mapeamento downstream aloca slots
upstreambull requisiccedilatildeo de slots upstream (e dados) satildeo transmitidos
atraveacutes de acesso aleatoacuterio (retirada binaacuteria) em slots selecionados
quadro de mapeamentop intervalo [t1 t2]
Residecircncias com cable modems
Canal downstream i
Canal Upstream j
t1 t2
Minislots alocados contendo quadros de dadosupstream do cable modem
Minislots contendo quadrosde requisiccedilatildeo de minislots
cable headend
CMTS
5 Camada de Enlace 5-40
Resumo dos protocolos MAC divisatildeo do canal por tempo frequecircncia ou
coacutedigoDivisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequecircncia
acesso aleatoacuterio (dinacircmico) ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDescutar a portadora faacutecil em algumas
tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)
CSMACD usado na EthernetCSMACA usado no 80211
RevezamentoSeleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto
central passagem de permissotildeesBluetooth FDDI Token Ring
5 Camada de Enlace 5-41
Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e
serviccedilos52 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais
Endereccedilamento ARP
EthernetSwitchesVLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-42
Endereccedilos MAC e ARP Endereccedilo IP de 32 bits
endereccedilos da camada de rede para a interface usado pelo repasse da camada 3 (rede)
Endereccedilo MAC (ou LAN ou fiacutesico ou Ethernet) Funccedilatildeo usado lsquolocalmentersquo para levar o quadro de
uma interface ateacute outra interface conectada fisicamente (na mesma rede no sentido do endereccedilamento IP)
Endereccedilo MAC de 48 bits (para a maioria das redes) gravado na ROM do adaptador ou configurado por software
Ex 1A-2F-BB-76-09-ADnotaccedilatildeo hexadecimal (base 16)
(cada ldquonuacutemerordquo representa 4 bits)
5 Camada de Enlace 5-43
Endereccedilos MAC e ARPcada adaptador na LAN possui um endereccedilo MAC uacutenico
Endereccedilo de Broadcast =FF-FF-FF-FF-FF-FF
= adaptador
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN(cabeada ousem fio)
5 Camada de Enlace 5-44
Endereccedilo MAC (cont) Alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC gerenciada pelo IEEE Um fabricante compra uma parte do espaccedilo de
endereccedilos (para garantir unicidade) Analogia (a) endereccedilo MAC como nuacutemero do CPF (b) endereccedilo IP como endereccedilo postal (CEP) endereccedilo MAC tem estrutura linear =gt
portabilidadePode mover um cartatildeo LAN de uma LAN para
outra endereccedilo IP hieraacuterquico NAtildeO eacute portaacutetil (requer IP
moacutevel)Depende da subrede IP agrave qual o noacute estaacute
conectado
5 Camada de Enlace 5-45
ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de Resoluccedilatildeo de Endereccedilos)
Cada noacute IP (Host Roteador) de uma LAN possui tabela ARP
Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN
lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt TTL (Time To Live) tempo
a partir do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute esquecido (valor tiacutepico de 20 min)
Pergunta como obter oendereccedilo MAC de B a partir do endereccedilo IP de B
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53 LAN
237196723
237196778
237196714
237196788
5 Camada de Enlace 5-46
Protocolo ARP mesma LAN (rede) A deseja enviar datagrama
para B e o endereccedilo MAC de B natildeo estaacute na tabela ARP
A difunde o pacote de solicitaccedilatildeo ARP que conteacutem o endereccedilo IP de B Endereccedilo MAC destino =
FF-FF-FF-FF-FF-FF todas as maacutequinas na
LAN recebem a consulta do ARP
B recebe o pacote ARP responde a A com o seu (de B) endereccedilo MAC Quadro enviado para o
endereccedilo MAC (unicast) de A
Uma cache (salva) o par de endereccedilos IP-para-MAC na sua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo fique antiquada (expire) lsquosoft statersquo informaccedilatildeo que expira (vai embora) a menos que seja renovada
ARP eacute ldquoplug-and-playrdquo os noacutes criam suas tabelas ARP sem a intervenccedilatildeo do administrador
da rede
5 Camada de Enlace 5-47
Endereccedilamento repassando para outra LAN encaminhamento envio de datagrama de A para B via R
foco no endereccedilamento ndash nas camadas IP (datagrama) e MAC (quadro)
assume que A conhece o endereccedilo IP de B assume que A conhece o endereccedilo IP do proacuteximo roteador
R (como) assume que A conhece o endereccedilo MAC de R (como)
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
5 Camada de Enlace 5-48
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IPEthPhy
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
A cria datagrama IP com IP origem A destino B A cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC
de R como destino quadro conteacutem o datagrama IP de A-para-B
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55 MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
5 Camada de Enlace 5-49
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IPEthPhy
quadro enviado de A para R
IPEthPhy
quadro recebido em R datagrama removido passado para o IP
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55 MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
5 Camada de Enlace 5-50
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
R repassa o datagrama com origem IP A destino B R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC
de B como destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9B MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
IPEthPhy
5 Camada de Enlace 5-51
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
R repassa o datagrama com origem IP A destino B R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC
de B como destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9B MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
IPEthPhy
5 Camada de Enlace 5-52
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
R repassa o datagrama com origem IP A destino B R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC
de B como destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9B MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
5 Camada de Enlace 5-53
Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e
serviccedilos52 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais
Endereccedilamento ARP
EthernetSwitchesVLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-54
Ethernet Muitiacutessimo difundida porque
Muito barata R$50 para placas 101001000Mbps A mais antiga das tecnologias de rede local (meados da
deacutecada de 70) Mais simples e menos cara que redes usando ficha ou
ATM Acompanhou o aumento de velocidade 10 Mbps ndash 10
Gbps
Rascunho de Metcalfe sobre o Ethernet
5 Camada de Enlace 5-55
Ethernet topologia fiacutesica barramento popular ateacute meados dos anos 90
Todos os noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo (podem colidir um com o outro)
estrela prevalecircncia hoje Comutador (switch) ativo no centro Cada porta roda o protocolo Ethernet separadamente (os
noacutes natildeo colidem uns com os outros)
barramento cabo coaxial
switch
estrela
5 Camada de Enlace 5-56
Estrutura do Quadro EthernetAdaptador remetente encapsula datagrama IP (ou pacote
de outro protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
preacircmbulo 7 bytes com o padratildeo 10101010 seguidos por um byte
com o padratildeo 10101011 usado para sincronizar receptor ao reloacutegio do
remetente (reloacutegios nunca satildeo exatos eacute muito provaacutevel que exista algum desvio entre eles)
5 Camada de Enlace 5-57
Estrutura de Quadro Ethernet (cont)
Endereccedilos 6 bytes para cada endereccedilo MAC se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo destino igual
ao seu ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede
caso contraacuterio o adaptador descarta o quadro Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior
usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)
CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado
5 Camada de Enlace 5-58
Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo sem conexatildeo natildeo haacute estabelecimento de
conexatildeo (saudaccedilatildeo) entre os adaptadores transmissor e receptor
Natildeo confiaacutevel o adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador transmissordados em quadros descartados satildeo
recuperados apenas se o transmissor usar transferecircncia confiaacutevel em camadas mais altas (ex TCP) caso contraacuterio os dados estaratildeo perdidos
Protocolo MAC do Ethernet CSMACD com retirada binaacuteria
5 Camada de Enlace 5-59
Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
diversos padrotildees Ethernet diferentes tecircm em comum o protocolo MAC e o formato do
quadro diferentes velocidades 2Mbps 10Mbps 100Mbps
1Gbps 10Gbps diferentes meios da camada fiacutesica fibra cabo
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
protocolo MACe formato do quadro
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)
5 Camada de Enlace 5-60
10Base5
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-61
10Base2
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-62
10BaseT
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-63
Conector RJ 45
5 Camada de Enlace 5-64
100Base-TX
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-65 10
Wireless Backhaul
Carrier Ethernet Access Expansion
Voice gateway
VoiceVideoTelephony
HD TVTVoD VoD
Video Source
Gaming BusinessBackup ERP
Internet Video Source
BusinessBroadband
E-Line andE-LAN service
GlobalNationalCarrierEthernet
GlobalNationalCarrierEthernet
SmallMedium Business
Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet
AccessCarrierEthernet
AccessCarrierEthernet
ResidentialTriple-Play
FTTx DSLAM Cable Modem
Broadbandmobile datavideo
Bringing vastly extended scalability for business and residential users
ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing
5 Camada de Enlace 5-66
Carrier Ethernet Defined
bull Carrier Ethernet is a ubiquitous standardized carrier-class SERVICE defined by five attributes that distinguish Carrier Ethernet from familiar LAN based Ethernet
bull It brings the compelling business benefit of the Ethernet cost model to achieve significant savings
Carrier Ethernet
bull Scalability
bull Standardized Services
bull Service Management
bull Quality of Service
bull Reliability
Carrier Ethernet Attributes
httpwwwmetroethernetforumorg
5 Camada de Enlace 5-67
Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e
serviccedilos52 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais
Endereccedilamento ARP
EthernetSwitchesVLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-68
Comutador (switch) Ethernet Dispositivo da camada de enlace tecircm papel
ativo armazena e retransmite quadros Ethernetexamina o cabeccedilalho do quadro e
seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento
transparentehospedeiros ignoram a presenccedila dos
switches plug-and-play self-learning (autodidatas)
os comutadores natildeo necessitam ser configurados
5 Camada de Enlace 5-69
Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas hospedeiros tecircm conexatildeo
direta e dedicada para o switch
os switches armazenam quadros
o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplex cada link eacute o seu proacuteprio
domiacutenio de colisatildeo comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-
para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch com seis interfaces(123456)
1 2 345
6
5 Camada de Enlace 5-70
Tabela de repasse do switch P como eacute que o switch sabe que
Arsquo eacute alcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel a partir da interface 5
R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutem (endereccedilo MAC do hospedeiro
interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)
parece uma tabela de repasse P como satildeo criadas e mantidas as
entradas na tabela de comutaccedilatildeo haacute algo como um protocolo de
roteamento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch with six interfaces(123456)
1 2 345
6
5 Camada de Enlace 5-71
switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfaces quando um quadro eacute
recebido o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada
registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo
Switch autoaprendizagemA
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
5 Camada de Enlace 5-725 Camada de Enlace
Switch filtragemrepasse de quadrosQuando o quadro eacute recebido em um comutador
registra o link de entrada endereccedilo MAC do hospedeiro transmissor
indexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo MAC do destino
if entrada encontrada para o destinothen
if dest estiver no segmento de onde veio o quadro then descarta o quadro
else repassa o quadro na interface indicada else usa inundaccedilatildeo
Repassa o quadro para todas as demais interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido
5 Camada de Enlace 5-73
Exemplo de auto aprendizagem e repasse
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo destino do quadro Arsquo
com localizaccedilatildeo desconhecida inundaccedilatildeo
Arsquo A
local do destino A conhecido
Arsquo 4 60
transmissatildeo seletiva
5 Camada de Enlace 5-74
Interligaccedilatildeo de comutadores
Podemos interligar comutadores (switches)
AB
P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe que deve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3
R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenico comutador)
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
5 Camada de Enlace 5-75
Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde
para C
P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4
AB
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
12
5 Camada de Enlace 5-76
Rede institucional
Para redeexterna
roteador
Subrede IP
Servidor de mensagens
Servidor web
5 Camada de Enlace 5-77
Comutadores x Roteadores
ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa roteadores dispositivos da
camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)
comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace
ambos possuem tabelas de repasse roteadores obteacutem
tabelas usando alg de roteamento endereccedilos IP
comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
redeenlacefiacutesica
enlacefiacutesica
switch
datagrama
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
quadro
quadro
quadrodatagrama
5 Camada de Enlace 5-78
Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e
serviccedilos52 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais
Endereccedilamento ARP
EthernetSwitchesVLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-79
Siacutentese um dia na vida de um pedido web jornada completa atravessando toda a pilha de
protocolos aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
colocando tudo junto siacutentese objetivo identificar revisar entender os
protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web
cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom
5 Camada de Enlace 5-80
Um dia na vida cenaacuterio
rede da Comcast68800013
rede do Google64233160019 64233169105
servidor web
Servidor DNS
rede da escola68802024
paacutegina web
navegador
5 Camada de Enlace 5-81
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPDHCP
quadro Ethernet difundido (dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador que executa o servidor DHCP Ethernet demultiplexado para IP demultiplexado para UDP e demultiplexado paraDHCP
o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilo do primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP Solicitaccedilatildeo DHCP encapsulada em UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023 Ethernet
5 Camada de Enlace 5-82
roteador(roda DHCP)
servidor DHCP prepara ACK DHCP contendo endereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiro roteador nome e endereccedilo IP do servidor DNS
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
encapsulamento no servidor DHCP quadro repassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente
Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador
cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
5 Camada de Enlace 5-83
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
consulta DNS criada encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviar quadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP
consulta ARP difundida recebida pelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccedilo MAC da interface do roteador
o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiro roteador podendo agora enviar o quadro contendo a consulta DNS
ARP query
EthPhy
ARP
ARP
ARP reply
antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
5 Camada de Enlace 5-84
roteador(roda DHCP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
datagrama IP conteacutem consulta DNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador
datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelos protocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS
demultiplexado pelo servidor DNS
servidor DNS responde ao cliente com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
rede da Comcast68800013
servidor DNSDNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
Um dia na vidahellip usando DNS
5 Camada de Enlace 5-85
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
para enviar pedido HTTP cliente primeiro abre um socket TCP para o servidor web segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web
conexatildeo TCP estabelecida64233169105servidor web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCPIPEthPhy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)
5 Camada de Enlace 5-86
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
solicitaccedilatildeo HTTP enviada para o socket TCP datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhado para wwwgooglecom
datagrama IP com a resposta HTTP eacute encaminhado de volta para o cliente
64233169105servidor web
HTTPTCPIPEthPhy
servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTPHTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
paacutegina web finalmente() apresentada
5 Camada de Enlace 5-87
Capiacutetulo 5 Resumo
princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dados detecccedilatildeo correccedilatildeo de erros compartilhamento de canal de difusatildeo acesso
muacuteltiplo endereccedilamento da camada de enlace
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlace Ethernet LANs comutadas VLANs redes virtualizadas como camada de enlace MPLS
siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web
5 Camada de Enlace 5-27
ALOHA Puro (sem slots) Aloha puro (sem slots) mais simples sem sincronizaccedilatildeo Ao chegar um quadro no noacute
transmite imediatamente Probabilidade de colisatildeo aumenta
quadro enviado em t0 colide com outros quadros enviados em [t0-1t0+1]
5 Camada de Enlace 5-28
Eficiecircncia do Aloha puroP(sucesso por um dado noacute) = P(noacute transmita) P(nenhum outro noacute transmita em [t0-1t0] P(nenhum outro noacute transmita em [t0t0+1] = p (1-p)N-1 (1-p)N-1
= p (1-p)2(N-1)
hellip escolhendo o valor oacutetimo de p e deixando n -gt infinito
= 1(2e) = 018 Ainda pior do que o Slotted Aloha
5 Camada de Enlace 5-29
CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)
CSMA (Carrier Sense Multiple Access) Escuta antes de transmitir (detecccedilatildeo de portadora)
Se o canal estiver livre transmite todo o quadro
Se o canal estiver ocupado adia a transmissatildeo
Analogia humana natildeo interrompa outros
5 Camada de Enlace 5-30
Colisotildees no CSMA
colisotildees ainda podem aconteceratraso de propagaccedilatildeo significa que dois noacutes podem natildeo ouvira transmissatildeo do outro colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo eacute desperdiccedilado
Disposiccedilatildeo espacial dos noacutes
notapapel da distacircncia e atraso de propagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo
5 Camada de Enlace 5-31
CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)
CSMACD detecccedilatildeo da portadora adia a transmissatildeo como no CSMAAs colisotildees satildeo detectadas em pouco tempoTransmissotildees que sofreram colisotildees satildeo
abortadas reduzindo o desperdiacutecio do canal Detecccedilatildeo de colisotildees
Faacutecil em LANs cabeadas mede a potecircncia do sinal compara o sinal recebido com o transmitido
Difiacutecil em LANs sem fio o receptor eacute desligado durante a transmissatildeo
Analogia humana bate papo educado
5 Camada de Enlace 5-32
Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD
5 Camada de Enlace 5-33
Algoritmo CSMACD do Ethernet1 Adaptador recebe datagrama
da camada de rede e cria um quadro
2 Se o adaptador percebe que o canal estaacute ocioso comeccedila a transmitir o quadro Se percebe que o canal estaacute ocupado espera que o canal fique livre e transmite
3 Se o adaptador transmitir todo o quadro sem detectar outra transmissatildeo o adaptador concluiu a operaccedilatildeo com o quadro
4 Se o adaptador detectar outra transmissatildeo enquanto estiver transmitindo aborta e envia sinal de reforccedilo de colisatildeo de 48 bits
5 Apoacutes o aborto o adaptador entra na retirada (backoff) exponencial binaacuteria apoacutes a m-eacutesima colisatildeo o
adaptador escolhe um K aleatoriamente entre 012hellip2m-1 O adaptador espera K512 tempos de bit e retorna ao Passo 2
quanto mais colisotildees houver mas longos seratildeo os intervalos de retirada
5 Camada de Enlace 5-34
Eficiecircncia do CSMACD
tprop = atraso maacuteximo de prop entre 2 noacutes na LAN
ttrans = tempo para transmitir quadro de tamanho maacuteximo
Eficiecircncia vai para 1 agrave medida que tprop vai para 0ttrans vai para infinito
Muito melhor do que ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato
transprop tt 511eficiecircncia
5 Camada de Enlace 5-35
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoProtocolos MAC de divisatildeo de canal
Compartilha o canal eficientemente e de forma justa em altas cargas
Ineficiente em baixas cargas atraso no canal de acesso alocaccedilatildeo de 1N da largura de banda mesmo com apenas 1 noacute ativo
Protocolos MAC de acesso aleatoacuterioeficiente em baixas cargas um uacutenico noacute
pode utilizar completamente o canalAltas cargas overhead com colisotildees
Protocolos de revezamentoProcura oferecer o melhor dos dois mundos
5 Camada de Enlace 5-36
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoSeleccedilatildeo (Polling) Noacute mestre ldquoconvidardquo
noacutes escravos a transmitir em revezamento
Usado tipicamente com dispositivos escravo burros
Preocupaccedilotildees Overhead com as
consultas (polling) Latecircncia Ponto uacutenico de
falha (mestre)
mestre
escravos
poll
dados
dados
5 Camada de Enlace 5-37
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoPassagem de
permissatildeo (token) controla permissatildeo
passada de um noacute para o proacuteximo de forma sequencial
mensagem de passagem da permissatildeo
preocupaccedilotildees overhead com a
passagem de permissatildeo
latecircncia Ponto uacutenico de falha
(permissatildeo)
T
dados
(nada paramandar)
T
5 Camada de Enlace 5-38
Rede de acesso a cabo
Muacuteltiplos canais de difusatildeo downstream de 40Mbps Um uacutenico CMTS transmite para os diversos canais
Muacuteltiplos canais upstream de 30 Mbps Acesso muacuteltiplo todos os usuaacuterios disputam alguns slots
de tempo em canais upstream (outros satildeo preacute-alocados)
terminaccedilatildeo do cabo
CMTS
ISP
sistema de terminaccedilatildeo do cable modem
cablemodemsplitter
hellip
hellip
quadros Internet canais de TV e controle satildeo transmitidos downstream em frequecircncias diferentes
quadros Internet upstream e controle de TV satildeo transmitidos upstream em diferentes frequecircncias em slots de tempo
5 Camada de Enlace 5-39
Rede de acesso a cabo
DOCSIS espec da interface de serviccedilo de dados sobre cabo FDM sobre as frequecircncias dos canais up e downstream TDM upstream alguns slots satildeo alocados outros tecircm
disputabull quadro de mapeamento downstream aloca slots
upstreambull requisiccedilatildeo de slots upstream (e dados) satildeo transmitidos
atraveacutes de acesso aleatoacuterio (retirada binaacuteria) em slots selecionados
quadro de mapeamentop intervalo [t1 t2]
Residecircncias com cable modems
Canal downstream i
Canal Upstream j
t1 t2
Minislots alocados contendo quadros de dadosupstream do cable modem
Minislots contendo quadrosde requisiccedilatildeo de minislots
cable headend
CMTS
5 Camada de Enlace 5-40
Resumo dos protocolos MAC divisatildeo do canal por tempo frequecircncia ou
coacutedigoDivisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequecircncia
acesso aleatoacuterio (dinacircmico) ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDescutar a portadora faacutecil em algumas
tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)
CSMACD usado na EthernetCSMACA usado no 80211
RevezamentoSeleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto
central passagem de permissotildeesBluetooth FDDI Token Ring
5 Camada de Enlace 5-41
Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e
serviccedilos52 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais
Endereccedilamento ARP
EthernetSwitchesVLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-42
Endereccedilos MAC e ARP Endereccedilo IP de 32 bits
endereccedilos da camada de rede para a interface usado pelo repasse da camada 3 (rede)
Endereccedilo MAC (ou LAN ou fiacutesico ou Ethernet) Funccedilatildeo usado lsquolocalmentersquo para levar o quadro de
uma interface ateacute outra interface conectada fisicamente (na mesma rede no sentido do endereccedilamento IP)
Endereccedilo MAC de 48 bits (para a maioria das redes) gravado na ROM do adaptador ou configurado por software
Ex 1A-2F-BB-76-09-ADnotaccedilatildeo hexadecimal (base 16)
(cada ldquonuacutemerordquo representa 4 bits)
5 Camada de Enlace 5-43
Endereccedilos MAC e ARPcada adaptador na LAN possui um endereccedilo MAC uacutenico
Endereccedilo de Broadcast =FF-FF-FF-FF-FF-FF
= adaptador
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN(cabeada ousem fio)
5 Camada de Enlace 5-44
Endereccedilo MAC (cont) Alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC gerenciada pelo IEEE Um fabricante compra uma parte do espaccedilo de
endereccedilos (para garantir unicidade) Analogia (a) endereccedilo MAC como nuacutemero do CPF (b) endereccedilo IP como endereccedilo postal (CEP) endereccedilo MAC tem estrutura linear =gt
portabilidadePode mover um cartatildeo LAN de uma LAN para
outra endereccedilo IP hieraacuterquico NAtildeO eacute portaacutetil (requer IP
moacutevel)Depende da subrede IP agrave qual o noacute estaacute
conectado
5 Camada de Enlace 5-45
ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de Resoluccedilatildeo de Endereccedilos)
Cada noacute IP (Host Roteador) de uma LAN possui tabela ARP
Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN
lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt TTL (Time To Live) tempo
a partir do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute esquecido (valor tiacutepico de 20 min)
Pergunta como obter oendereccedilo MAC de B a partir do endereccedilo IP de B
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53 LAN
237196723
237196778
237196714
237196788
5 Camada de Enlace 5-46
Protocolo ARP mesma LAN (rede) A deseja enviar datagrama
para B e o endereccedilo MAC de B natildeo estaacute na tabela ARP
A difunde o pacote de solicitaccedilatildeo ARP que conteacutem o endereccedilo IP de B Endereccedilo MAC destino =
FF-FF-FF-FF-FF-FF todas as maacutequinas na
LAN recebem a consulta do ARP
B recebe o pacote ARP responde a A com o seu (de B) endereccedilo MAC Quadro enviado para o
endereccedilo MAC (unicast) de A
Uma cache (salva) o par de endereccedilos IP-para-MAC na sua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo fique antiquada (expire) lsquosoft statersquo informaccedilatildeo que expira (vai embora) a menos que seja renovada
ARP eacute ldquoplug-and-playrdquo os noacutes criam suas tabelas ARP sem a intervenccedilatildeo do administrador
da rede
5 Camada de Enlace 5-47
Endereccedilamento repassando para outra LAN encaminhamento envio de datagrama de A para B via R
foco no endereccedilamento ndash nas camadas IP (datagrama) e MAC (quadro)
assume que A conhece o endereccedilo IP de B assume que A conhece o endereccedilo IP do proacuteximo roteador
R (como) assume que A conhece o endereccedilo MAC de R (como)
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
5 Camada de Enlace 5-48
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IPEthPhy
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
A cria datagrama IP com IP origem A destino B A cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC
de R como destino quadro conteacutem o datagrama IP de A-para-B
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55 MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
5 Camada de Enlace 5-49
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IPEthPhy
quadro enviado de A para R
IPEthPhy
quadro recebido em R datagrama removido passado para o IP
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55 MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
5 Camada de Enlace 5-50
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
R repassa o datagrama com origem IP A destino B R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC
de B como destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9B MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
IPEthPhy
5 Camada de Enlace 5-51
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
R repassa o datagrama com origem IP A destino B R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC
de B como destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9B MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
IPEthPhy
5 Camada de Enlace 5-52
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
R repassa o datagrama com origem IP A destino B R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC
de B como destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9B MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
5 Camada de Enlace 5-53
Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e
serviccedilos52 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais
Endereccedilamento ARP
EthernetSwitchesVLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-54
Ethernet Muitiacutessimo difundida porque
Muito barata R$50 para placas 101001000Mbps A mais antiga das tecnologias de rede local (meados da
deacutecada de 70) Mais simples e menos cara que redes usando ficha ou
ATM Acompanhou o aumento de velocidade 10 Mbps ndash 10
Gbps
Rascunho de Metcalfe sobre o Ethernet
5 Camada de Enlace 5-55
Ethernet topologia fiacutesica barramento popular ateacute meados dos anos 90
Todos os noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo (podem colidir um com o outro)
estrela prevalecircncia hoje Comutador (switch) ativo no centro Cada porta roda o protocolo Ethernet separadamente (os
noacutes natildeo colidem uns com os outros)
barramento cabo coaxial
switch
estrela
5 Camada de Enlace 5-56
Estrutura do Quadro EthernetAdaptador remetente encapsula datagrama IP (ou pacote
de outro protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
preacircmbulo 7 bytes com o padratildeo 10101010 seguidos por um byte
com o padratildeo 10101011 usado para sincronizar receptor ao reloacutegio do
remetente (reloacutegios nunca satildeo exatos eacute muito provaacutevel que exista algum desvio entre eles)
5 Camada de Enlace 5-57
Estrutura de Quadro Ethernet (cont)
Endereccedilos 6 bytes para cada endereccedilo MAC se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo destino igual
ao seu ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede
caso contraacuterio o adaptador descarta o quadro Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior
usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)
CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado
5 Camada de Enlace 5-58
Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo sem conexatildeo natildeo haacute estabelecimento de
conexatildeo (saudaccedilatildeo) entre os adaptadores transmissor e receptor
Natildeo confiaacutevel o adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador transmissordados em quadros descartados satildeo
recuperados apenas se o transmissor usar transferecircncia confiaacutevel em camadas mais altas (ex TCP) caso contraacuterio os dados estaratildeo perdidos
Protocolo MAC do Ethernet CSMACD com retirada binaacuteria
5 Camada de Enlace 5-59
Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
diversos padrotildees Ethernet diferentes tecircm em comum o protocolo MAC e o formato do
quadro diferentes velocidades 2Mbps 10Mbps 100Mbps
1Gbps 10Gbps diferentes meios da camada fiacutesica fibra cabo
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
protocolo MACe formato do quadro
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)
5 Camada de Enlace 5-60
10Base5
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-61
10Base2
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-62
10BaseT
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-63
Conector RJ 45
5 Camada de Enlace 5-64
100Base-TX
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-65 10
Wireless Backhaul
Carrier Ethernet Access Expansion
Voice gateway
VoiceVideoTelephony
HD TVTVoD VoD
Video Source
Gaming BusinessBackup ERP
Internet Video Source
BusinessBroadband
E-Line andE-LAN service
GlobalNationalCarrierEthernet
GlobalNationalCarrierEthernet
SmallMedium Business
Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet
AccessCarrierEthernet
AccessCarrierEthernet
ResidentialTriple-Play
FTTx DSLAM Cable Modem
Broadbandmobile datavideo
Bringing vastly extended scalability for business and residential users
ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing
5 Camada de Enlace 5-66
Carrier Ethernet Defined
bull Carrier Ethernet is a ubiquitous standardized carrier-class SERVICE defined by five attributes that distinguish Carrier Ethernet from familiar LAN based Ethernet
bull It brings the compelling business benefit of the Ethernet cost model to achieve significant savings
Carrier Ethernet
bull Scalability
bull Standardized Services
bull Service Management
bull Quality of Service
bull Reliability
Carrier Ethernet Attributes
httpwwwmetroethernetforumorg
5 Camada de Enlace 5-67
Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e
serviccedilos52 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais
Endereccedilamento ARP
EthernetSwitchesVLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-68
Comutador (switch) Ethernet Dispositivo da camada de enlace tecircm papel
ativo armazena e retransmite quadros Ethernetexamina o cabeccedilalho do quadro e
seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento
transparentehospedeiros ignoram a presenccedila dos
switches plug-and-play self-learning (autodidatas)
os comutadores natildeo necessitam ser configurados
5 Camada de Enlace 5-69
Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas hospedeiros tecircm conexatildeo
direta e dedicada para o switch
os switches armazenam quadros
o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplex cada link eacute o seu proacuteprio
domiacutenio de colisatildeo comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-
para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch com seis interfaces(123456)
1 2 345
6
5 Camada de Enlace 5-70
Tabela de repasse do switch P como eacute que o switch sabe que
Arsquo eacute alcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel a partir da interface 5
R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutem (endereccedilo MAC do hospedeiro
interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)
parece uma tabela de repasse P como satildeo criadas e mantidas as
entradas na tabela de comutaccedilatildeo haacute algo como um protocolo de
roteamento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch with six interfaces(123456)
1 2 345
6
5 Camada de Enlace 5-71
switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfaces quando um quadro eacute
recebido o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada
registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo
Switch autoaprendizagemA
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
5 Camada de Enlace 5-725 Camada de Enlace
Switch filtragemrepasse de quadrosQuando o quadro eacute recebido em um comutador
registra o link de entrada endereccedilo MAC do hospedeiro transmissor
indexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo MAC do destino
if entrada encontrada para o destinothen
if dest estiver no segmento de onde veio o quadro then descarta o quadro
else repassa o quadro na interface indicada else usa inundaccedilatildeo
Repassa o quadro para todas as demais interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido
5 Camada de Enlace 5-73
Exemplo de auto aprendizagem e repasse
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo destino do quadro Arsquo
com localizaccedilatildeo desconhecida inundaccedilatildeo
Arsquo A
local do destino A conhecido
Arsquo 4 60
transmissatildeo seletiva
5 Camada de Enlace 5-74
Interligaccedilatildeo de comutadores
Podemos interligar comutadores (switches)
AB
P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe que deve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3
R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenico comutador)
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
5 Camada de Enlace 5-75
Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde
para C
P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4
AB
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
12
5 Camada de Enlace 5-76
Rede institucional
Para redeexterna
roteador
Subrede IP
Servidor de mensagens
Servidor web
5 Camada de Enlace 5-77
Comutadores x Roteadores
ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa roteadores dispositivos da
camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)
comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace
ambos possuem tabelas de repasse roteadores obteacutem
tabelas usando alg de roteamento endereccedilos IP
comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
redeenlacefiacutesica
enlacefiacutesica
switch
datagrama
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
quadro
quadro
quadrodatagrama
5 Camada de Enlace 5-78
Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e
serviccedilos52 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais
Endereccedilamento ARP
EthernetSwitchesVLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-79
Siacutentese um dia na vida de um pedido web jornada completa atravessando toda a pilha de
protocolos aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
colocando tudo junto siacutentese objetivo identificar revisar entender os
protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web
cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom
5 Camada de Enlace 5-80
Um dia na vida cenaacuterio
rede da Comcast68800013
rede do Google64233160019 64233169105
servidor web
Servidor DNS
rede da escola68802024
paacutegina web
navegador
5 Camada de Enlace 5-81
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPDHCP
quadro Ethernet difundido (dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador que executa o servidor DHCP Ethernet demultiplexado para IP demultiplexado para UDP e demultiplexado paraDHCP
o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilo do primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP Solicitaccedilatildeo DHCP encapsulada em UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023 Ethernet
5 Camada de Enlace 5-82
roteador(roda DHCP)
servidor DHCP prepara ACK DHCP contendo endereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiro roteador nome e endereccedilo IP do servidor DNS
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
encapsulamento no servidor DHCP quadro repassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente
Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador
cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
5 Camada de Enlace 5-83
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
consulta DNS criada encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviar quadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP
consulta ARP difundida recebida pelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccedilo MAC da interface do roteador
o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiro roteador podendo agora enviar o quadro contendo a consulta DNS
ARP query
EthPhy
ARP
ARP
ARP reply
antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
5 Camada de Enlace 5-84
roteador(roda DHCP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
datagrama IP conteacutem consulta DNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador
datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelos protocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS
demultiplexado pelo servidor DNS
servidor DNS responde ao cliente com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
rede da Comcast68800013
servidor DNSDNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
Um dia na vidahellip usando DNS
5 Camada de Enlace 5-85
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
para enviar pedido HTTP cliente primeiro abre um socket TCP para o servidor web segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web
conexatildeo TCP estabelecida64233169105servidor web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCPIPEthPhy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)
5 Camada de Enlace 5-86
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
solicitaccedilatildeo HTTP enviada para o socket TCP datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhado para wwwgooglecom
datagrama IP com a resposta HTTP eacute encaminhado de volta para o cliente
64233169105servidor web
HTTPTCPIPEthPhy
servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTPHTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
paacutegina web finalmente() apresentada
5 Camada de Enlace 5-87
Capiacutetulo 5 Resumo
princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dados detecccedilatildeo correccedilatildeo de erros compartilhamento de canal de difusatildeo acesso
muacuteltiplo endereccedilamento da camada de enlace
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlace Ethernet LANs comutadas VLANs redes virtualizadas como camada de enlace MPLS
siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web
5 Camada de Enlace 5-28
Eficiecircncia do Aloha puroP(sucesso por um dado noacute) = P(noacute transmita) P(nenhum outro noacute transmita em [t0-1t0] P(nenhum outro noacute transmita em [t0t0+1] = p (1-p)N-1 (1-p)N-1
= p (1-p)2(N-1)
hellip escolhendo o valor oacutetimo de p e deixando n -gt infinito
= 1(2e) = 018 Ainda pior do que o Slotted Aloha
5 Camada de Enlace 5-29
CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)
CSMA (Carrier Sense Multiple Access) Escuta antes de transmitir (detecccedilatildeo de portadora)
Se o canal estiver livre transmite todo o quadro
Se o canal estiver ocupado adia a transmissatildeo
Analogia humana natildeo interrompa outros
5 Camada de Enlace 5-30
Colisotildees no CSMA
colisotildees ainda podem aconteceratraso de propagaccedilatildeo significa que dois noacutes podem natildeo ouvira transmissatildeo do outro colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo eacute desperdiccedilado
Disposiccedilatildeo espacial dos noacutes
notapapel da distacircncia e atraso de propagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo
5 Camada de Enlace 5-31
CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)
CSMACD detecccedilatildeo da portadora adia a transmissatildeo como no CSMAAs colisotildees satildeo detectadas em pouco tempoTransmissotildees que sofreram colisotildees satildeo
abortadas reduzindo o desperdiacutecio do canal Detecccedilatildeo de colisotildees
Faacutecil em LANs cabeadas mede a potecircncia do sinal compara o sinal recebido com o transmitido
Difiacutecil em LANs sem fio o receptor eacute desligado durante a transmissatildeo
Analogia humana bate papo educado
5 Camada de Enlace 5-32
Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD
5 Camada de Enlace 5-33
Algoritmo CSMACD do Ethernet1 Adaptador recebe datagrama
da camada de rede e cria um quadro
2 Se o adaptador percebe que o canal estaacute ocioso comeccedila a transmitir o quadro Se percebe que o canal estaacute ocupado espera que o canal fique livre e transmite
3 Se o adaptador transmitir todo o quadro sem detectar outra transmissatildeo o adaptador concluiu a operaccedilatildeo com o quadro
4 Se o adaptador detectar outra transmissatildeo enquanto estiver transmitindo aborta e envia sinal de reforccedilo de colisatildeo de 48 bits
5 Apoacutes o aborto o adaptador entra na retirada (backoff) exponencial binaacuteria apoacutes a m-eacutesima colisatildeo o
adaptador escolhe um K aleatoriamente entre 012hellip2m-1 O adaptador espera K512 tempos de bit e retorna ao Passo 2
quanto mais colisotildees houver mas longos seratildeo os intervalos de retirada
5 Camada de Enlace 5-34
Eficiecircncia do CSMACD
tprop = atraso maacuteximo de prop entre 2 noacutes na LAN
ttrans = tempo para transmitir quadro de tamanho maacuteximo
Eficiecircncia vai para 1 agrave medida que tprop vai para 0ttrans vai para infinito
Muito melhor do que ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato
transprop tt 511eficiecircncia
5 Camada de Enlace 5-35
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoProtocolos MAC de divisatildeo de canal
Compartilha o canal eficientemente e de forma justa em altas cargas
Ineficiente em baixas cargas atraso no canal de acesso alocaccedilatildeo de 1N da largura de banda mesmo com apenas 1 noacute ativo
Protocolos MAC de acesso aleatoacuterioeficiente em baixas cargas um uacutenico noacute
pode utilizar completamente o canalAltas cargas overhead com colisotildees
Protocolos de revezamentoProcura oferecer o melhor dos dois mundos
5 Camada de Enlace 5-36
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoSeleccedilatildeo (Polling) Noacute mestre ldquoconvidardquo
noacutes escravos a transmitir em revezamento
Usado tipicamente com dispositivos escravo burros
Preocupaccedilotildees Overhead com as
consultas (polling) Latecircncia Ponto uacutenico de
falha (mestre)
mestre
escravos
poll
dados
dados
5 Camada de Enlace 5-37
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoPassagem de
permissatildeo (token) controla permissatildeo
passada de um noacute para o proacuteximo de forma sequencial
mensagem de passagem da permissatildeo
preocupaccedilotildees overhead com a
passagem de permissatildeo
latecircncia Ponto uacutenico de falha
(permissatildeo)
T
dados
(nada paramandar)
T
5 Camada de Enlace 5-38
Rede de acesso a cabo
Muacuteltiplos canais de difusatildeo downstream de 40Mbps Um uacutenico CMTS transmite para os diversos canais
Muacuteltiplos canais upstream de 30 Mbps Acesso muacuteltiplo todos os usuaacuterios disputam alguns slots
de tempo em canais upstream (outros satildeo preacute-alocados)
terminaccedilatildeo do cabo
CMTS
ISP
sistema de terminaccedilatildeo do cable modem
cablemodemsplitter
hellip
hellip
quadros Internet canais de TV e controle satildeo transmitidos downstream em frequecircncias diferentes
quadros Internet upstream e controle de TV satildeo transmitidos upstream em diferentes frequecircncias em slots de tempo
5 Camada de Enlace 5-39
Rede de acesso a cabo
DOCSIS espec da interface de serviccedilo de dados sobre cabo FDM sobre as frequecircncias dos canais up e downstream TDM upstream alguns slots satildeo alocados outros tecircm
disputabull quadro de mapeamento downstream aloca slots
upstreambull requisiccedilatildeo de slots upstream (e dados) satildeo transmitidos
atraveacutes de acesso aleatoacuterio (retirada binaacuteria) em slots selecionados
quadro de mapeamentop intervalo [t1 t2]
Residecircncias com cable modems
Canal downstream i
Canal Upstream j
t1 t2
Minislots alocados contendo quadros de dadosupstream do cable modem
Minislots contendo quadrosde requisiccedilatildeo de minislots
cable headend
CMTS
5 Camada de Enlace 5-40
Resumo dos protocolos MAC divisatildeo do canal por tempo frequecircncia ou
coacutedigoDivisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequecircncia
acesso aleatoacuterio (dinacircmico) ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDescutar a portadora faacutecil em algumas
tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)
CSMACD usado na EthernetCSMACA usado no 80211
RevezamentoSeleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto
central passagem de permissotildeesBluetooth FDDI Token Ring
5 Camada de Enlace 5-41
Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e
serviccedilos52 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais
Endereccedilamento ARP
EthernetSwitchesVLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-42
Endereccedilos MAC e ARP Endereccedilo IP de 32 bits
endereccedilos da camada de rede para a interface usado pelo repasse da camada 3 (rede)
Endereccedilo MAC (ou LAN ou fiacutesico ou Ethernet) Funccedilatildeo usado lsquolocalmentersquo para levar o quadro de
uma interface ateacute outra interface conectada fisicamente (na mesma rede no sentido do endereccedilamento IP)
Endereccedilo MAC de 48 bits (para a maioria das redes) gravado na ROM do adaptador ou configurado por software
Ex 1A-2F-BB-76-09-ADnotaccedilatildeo hexadecimal (base 16)
(cada ldquonuacutemerordquo representa 4 bits)
5 Camada de Enlace 5-43
Endereccedilos MAC e ARPcada adaptador na LAN possui um endereccedilo MAC uacutenico
Endereccedilo de Broadcast =FF-FF-FF-FF-FF-FF
= adaptador
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN(cabeada ousem fio)
5 Camada de Enlace 5-44
Endereccedilo MAC (cont) Alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC gerenciada pelo IEEE Um fabricante compra uma parte do espaccedilo de
endereccedilos (para garantir unicidade) Analogia (a) endereccedilo MAC como nuacutemero do CPF (b) endereccedilo IP como endereccedilo postal (CEP) endereccedilo MAC tem estrutura linear =gt
portabilidadePode mover um cartatildeo LAN de uma LAN para
outra endereccedilo IP hieraacuterquico NAtildeO eacute portaacutetil (requer IP
moacutevel)Depende da subrede IP agrave qual o noacute estaacute
conectado
5 Camada de Enlace 5-45
ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de Resoluccedilatildeo de Endereccedilos)
Cada noacute IP (Host Roteador) de uma LAN possui tabela ARP
Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN
lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt TTL (Time To Live) tempo
a partir do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute esquecido (valor tiacutepico de 20 min)
Pergunta como obter oendereccedilo MAC de B a partir do endereccedilo IP de B
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53 LAN
237196723
237196778
237196714
237196788
5 Camada de Enlace 5-46
Protocolo ARP mesma LAN (rede) A deseja enviar datagrama
para B e o endereccedilo MAC de B natildeo estaacute na tabela ARP
A difunde o pacote de solicitaccedilatildeo ARP que conteacutem o endereccedilo IP de B Endereccedilo MAC destino =
FF-FF-FF-FF-FF-FF todas as maacutequinas na
LAN recebem a consulta do ARP
B recebe o pacote ARP responde a A com o seu (de B) endereccedilo MAC Quadro enviado para o
endereccedilo MAC (unicast) de A
Uma cache (salva) o par de endereccedilos IP-para-MAC na sua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo fique antiquada (expire) lsquosoft statersquo informaccedilatildeo que expira (vai embora) a menos que seja renovada
ARP eacute ldquoplug-and-playrdquo os noacutes criam suas tabelas ARP sem a intervenccedilatildeo do administrador
da rede
5 Camada de Enlace 5-47
Endereccedilamento repassando para outra LAN encaminhamento envio de datagrama de A para B via R
foco no endereccedilamento ndash nas camadas IP (datagrama) e MAC (quadro)
assume que A conhece o endereccedilo IP de B assume que A conhece o endereccedilo IP do proacuteximo roteador
R (como) assume que A conhece o endereccedilo MAC de R (como)
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
5 Camada de Enlace 5-48
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IPEthPhy
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
A cria datagrama IP com IP origem A destino B A cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC
de R como destino quadro conteacutem o datagrama IP de A-para-B
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55 MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
5 Camada de Enlace 5-49
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IPEthPhy
quadro enviado de A para R
IPEthPhy
quadro recebido em R datagrama removido passado para o IP
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55 MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
5 Camada de Enlace 5-50
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
R repassa o datagrama com origem IP A destino B R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC
de B como destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9B MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
IPEthPhy
5 Camada de Enlace 5-51
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
R repassa o datagrama com origem IP A destino B R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC
de B como destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9B MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
IPEthPhy
5 Camada de Enlace 5-52
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
R repassa o datagrama com origem IP A destino B R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC
de B como destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9B MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
5 Camada de Enlace 5-53
Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e
serviccedilos52 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais
Endereccedilamento ARP
EthernetSwitchesVLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-54
Ethernet Muitiacutessimo difundida porque
Muito barata R$50 para placas 101001000Mbps A mais antiga das tecnologias de rede local (meados da
deacutecada de 70) Mais simples e menos cara que redes usando ficha ou
ATM Acompanhou o aumento de velocidade 10 Mbps ndash 10
Gbps
Rascunho de Metcalfe sobre o Ethernet
5 Camada de Enlace 5-55
Ethernet topologia fiacutesica barramento popular ateacute meados dos anos 90
Todos os noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo (podem colidir um com o outro)
estrela prevalecircncia hoje Comutador (switch) ativo no centro Cada porta roda o protocolo Ethernet separadamente (os
noacutes natildeo colidem uns com os outros)
barramento cabo coaxial
switch
estrela
5 Camada de Enlace 5-56
Estrutura do Quadro EthernetAdaptador remetente encapsula datagrama IP (ou pacote
de outro protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
preacircmbulo 7 bytes com o padratildeo 10101010 seguidos por um byte
com o padratildeo 10101011 usado para sincronizar receptor ao reloacutegio do
remetente (reloacutegios nunca satildeo exatos eacute muito provaacutevel que exista algum desvio entre eles)
5 Camada de Enlace 5-57
Estrutura de Quadro Ethernet (cont)
Endereccedilos 6 bytes para cada endereccedilo MAC se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo destino igual
ao seu ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede
caso contraacuterio o adaptador descarta o quadro Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior
usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)
CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado
5 Camada de Enlace 5-58
Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo sem conexatildeo natildeo haacute estabelecimento de
conexatildeo (saudaccedilatildeo) entre os adaptadores transmissor e receptor
Natildeo confiaacutevel o adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador transmissordados em quadros descartados satildeo
recuperados apenas se o transmissor usar transferecircncia confiaacutevel em camadas mais altas (ex TCP) caso contraacuterio os dados estaratildeo perdidos
Protocolo MAC do Ethernet CSMACD com retirada binaacuteria
5 Camada de Enlace 5-59
Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
diversos padrotildees Ethernet diferentes tecircm em comum o protocolo MAC e o formato do
quadro diferentes velocidades 2Mbps 10Mbps 100Mbps
1Gbps 10Gbps diferentes meios da camada fiacutesica fibra cabo
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
protocolo MACe formato do quadro
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)
5 Camada de Enlace 5-60
10Base5
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-61
10Base2
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-62
10BaseT
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-63
Conector RJ 45
5 Camada de Enlace 5-64
100Base-TX
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-65 10
Wireless Backhaul
Carrier Ethernet Access Expansion
Voice gateway
VoiceVideoTelephony
HD TVTVoD VoD
Video Source
Gaming BusinessBackup ERP
Internet Video Source
BusinessBroadband
E-Line andE-LAN service
GlobalNationalCarrierEthernet
GlobalNationalCarrierEthernet
SmallMedium Business
Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet
AccessCarrierEthernet
AccessCarrierEthernet
ResidentialTriple-Play
FTTx DSLAM Cable Modem
Broadbandmobile datavideo
Bringing vastly extended scalability for business and residential users
ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing
5 Camada de Enlace 5-66
Carrier Ethernet Defined
bull Carrier Ethernet is a ubiquitous standardized carrier-class SERVICE defined by five attributes that distinguish Carrier Ethernet from familiar LAN based Ethernet
bull It brings the compelling business benefit of the Ethernet cost model to achieve significant savings
Carrier Ethernet
bull Scalability
bull Standardized Services
bull Service Management
bull Quality of Service
bull Reliability
Carrier Ethernet Attributes
httpwwwmetroethernetforumorg
5 Camada de Enlace 5-67
Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e
serviccedilos52 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais
Endereccedilamento ARP
EthernetSwitchesVLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-68
Comutador (switch) Ethernet Dispositivo da camada de enlace tecircm papel
ativo armazena e retransmite quadros Ethernetexamina o cabeccedilalho do quadro e
seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento
transparentehospedeiros ignoram a presenccedila dos
switches plug-and-play self-learning (autodidatas)
os comutadores natildeo necessitam ser configurados
5 Camada de Enlace 5-69
Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas hospedeiros tecircm conexatildeo
direta e dedicada para o switch
os switches armazenam quadros
o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplex cada link eacute o seu proacuteprio
domiacutenio de colisatildeo comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-
para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch com seis interfaces(123456)
1 2 345
6
5 Camada de Enlace 5-70
Tabela de repasse do switch P como eacute que o switch sabe que
Arsquo eacute alcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel a partir da interface 5
R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutem (endereccedilo MAC do hospedeiro
interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)
parece uma tabela de repasse P como satildeo criadas e mantidas as
entradas na tabela de comutaccedilatildeo haacute algo como um protocolo de
roteamento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch with six interfaces(123456)
1 2 345
6
5 Camada de Enlace 5-71
switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfaces quando um quadro eacute
recebido o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada
registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo
Switch autoaprendizagemA
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
5 Camada de Enlace 5-725 Camada de Enlace
Switch filtragemrepasse de quadrosQuando o quadro eacute recebido em um comutador
registra o link de entrada endereccedilo MAC do hospedeiro transmissor
indexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo MAC do destino
if entrada encontrada para o destinothen
if dest estiver no segmento de onde veio o quadro then descarta o quadro
else repassa o quadro na interface indicada else usa inundaccedilatildeo
Repassa o quadro para todas as demais interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido
5 Camada de Enlace 5-73
Exemplo de auto aprendizagem e repasse
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo destino do quadro Arsquo
com localizaccedilatildeo desconhecida inundaccedilatildeo
Arsquo A
local do destino A conhecido
Arsquo 4 60
transmissatildeo seletiva
5 Camada de Enlace 5-74
Interligaccedilatildeo de comutadores
Podemos interligar comutadores (switches)
AB
P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe que deve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3
R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenico comutador)
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
5 Camada de Enlace 5-75
Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde
para C
P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4
AB
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
12
5 Camada de Enlace 5-76
Rede institucional
Para redeexterna
roteador
Subrede IP
Servidor de mensagens
Servidor web
5 Camada de Enlace 5-77
Comutadores x Roteadores
ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa roteadores dispositivos da
camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)
comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace
ambos possuem tabelas de repasse roteadores obteacutem
tabelas usando alg de roteamento endereccedilos IP
comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
redeenlacefiacutesica
enlacefiacutesica
switch
datagrama
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
quadro
quadro
quadrodatagrama
5 Camada de Enlace 5-78
Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e
serviccedilos52 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais
Endereccedilamento ARP
EthernetSwitchesVLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-79
Siacutentese um dia na vida de um pedido web jornada completa atravessando toda a pilha de
protocolos aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
colocando tudo junto siacutentese objetivo identificar revisar entender os
protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web
cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom
5 Camada de Enlace 5-80
Um dia na vida cenaacuterio
rede da Comcast68800013
rede do Google64233160019 64233169105
servidor web
Servidor DNS
rede da escola68802024
paacutegina web
navegador
5 Camada de Enlace 5-81
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPDHCP
quadro Ethernet difundido (dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador que executa o servidor DHCP Ethernet demultiplexado para IP demultiplexado para UDP e demultiplexado paraDHCP
o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilo do primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP Solicitaccedilatildeo DHCP encapsulada em UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023 Ethernet
5 Camada de Enlace 5-82
roteador(roda DHCP)
servidor DHCP prepara ACK DHCP contendo endereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiro roteador nome e endereccedilo IP do servidor DNS
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
encapsulamento no servidor DHCP quadro repassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente
Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador
cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
5 Camada de Enlace 5-83
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
consulta DNS criada encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviar quadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP
consulta ARP difundida recebida pelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccedilo MAC da interface do roteador
o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiro roteador podendo agora enviar o quadro contendo a consulta DNS
ARP query
EthPhy
ARP
ARP
ARP reply
antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
5 Camada de Enlace 5-84
roteador(roda DHCP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
datagrama IP conteacutem consulta DNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador
datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelos protocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS
demultiplexado pelo servidor DNS
servidor DNS responde ao cliente com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
rede da Comcast68800013
servidor DNSDNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
Um dia na vidahellip usando DNS
5 Camada de Enlace 5-85
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
para enviar pedido HTTP cliente primeiro abre um socket TCP para o servidor web segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web
conexatildeo TCP estabelecida64233169105servidor web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCPIPEthPhy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)
5 Camada de Enlace 5-86
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
solicitaccedilatildeo HTTP enviada para o socket TCP datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhado para wwwgooglecom
datagrama IP com a resposta HTTP eacute encaminhado de volta para o cliente
64233169105servidor web
HTTPTCPIPEthPhy
servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTPHTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
paacutegina web finalmente() apresentada
5 Camada de Enlace 5-87
Capiacutetulo 5 Resumo
princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dados detecccedilatildeo correccedilatildeo de erros compartilhamento de canal de difusatildeo acesso
muacuteltiplo endereccedilamento da camada de enlace
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlace Ethernet LANs comutadas VLANs redes virtualizadas como camada de enlace MPLS
siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web
5 Camada de Enlace 5-29
CSMA (Acesso muacuteltiplo com detecccedilatildeo de portadora)
CSMA (Carrier Sense Multiple Access) Escuta antes de transmitir (detecccedilatildeo de portadora)
Se o canal estiver livre transmite todo o quadro
Se o canal estiver ocupado adia a transmissatildeo
Analogia humana natildeo interrompa outros
5 Camada de Enlace 5-30
Colisotildees no CSMA
colisotildees ainda podem aconteceratraso de propagaccedilatildeo significa que dois noacutes podem natildeo ouvira transmissatildeo do outro colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo eacute desperdiccedilado
Disposiccedilatildeo espacial dos noacutes
notapapel da distacircncia e atraso de propagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo
5 Camada de Enlace 5-31
CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)
CSMACD detecccedilatildeo da portadora adia a transmissatildeo como no CSMAAs colisotildees satildeo detectadas em pouco tempoTransmissotildees que sofreram colisotildees satildeo
abortadas reduzindo o desperdiacutecio do canal Detecccedilatildeo de colisotildees
Faacutecil em LANs cabeadas mede a potecircncia do sinal compara o sinal recebido com o transmitido
Difiacutecil em LANs sem fio o receptor eacute desligado durante a transmissatildeo
Analogia humana bate papo educado
5 Camada de Enlace 5-32
Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD
5 Camada de Enlace 5-33
Algoritmo CSMACD do Ethernet1 Adaptador recebe datagrama
da camada de rede e cria um quadro
2 Se o adaptador percebe que o canal estaacute ocioso comeccedila a transmitir o quadro Se percebe que o canal estaacute ocupado espera que o canal fique livre e transmite
3 Se o adaptador transmitir todo o quadro sem detectar outra transmissatildeo o adaptador concluiu a operaccedilatildeo com o quadro
4 Se o adaptador detectar outra transmissatildeo enquanto estiver transmitindo aborta e envia sinal de reforccedilo de colisatildeo de 48 bits
5 Apoacutes o aborto o adaptador entra na retirada (backoff) exponencial binaacuteria apoacutes a m-eacutesima colisatildeo o
adaptador escolhe um K aleatoriamente entre 012hellip2m-1 O adaptador espera K512 tempos de bit e retorna ao Passo 2
quanto mais colisotildees houver mas longos seratildeo os intervalos de retirada
5 Camada de Enlace 5-34
Eficiecircncia do CSMACD
tprop = atraso maacuteximo de prop entre 2 noacutes na LAN
ttrans = tempo para transmitir quadro de tamanho maacuteximo
Eficiecircncia vai para 1 agrave medida que tprop vai para 0ttrans vai para infinito
Muito melhor do que ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato
transprop tt 511eficiecircncia
5 Camada de Enlace 5-35
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoProtocolos MAC de divisatildeo de canal
Compartilha o canal eficientemente e de forma justa em altas cargas
Ineficiente em baixas cargas atraso no canal de acesso alocaccedilatildeo de 1N da largura de banda mesmo com apenas 1 noacute ativo
Protocolos MAC de acesso aleatoacuterioeficiente em baixas cargas um uacutenico noacute
pode utilizar completamente o canalAltas cargas overhead com colisotildees
Protocolos de revezamentoProcura oferecer o melhor dos dois mundos
5 Camada de Enlace 5-36
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoSeleccedilatildeo (Polling) Noacute mestre ldquoconvidardquo
noacutes escravos a transmitir em revezamento
Usado tipicamente com dispositivos escravo burros
Preocupaccedilotildees Overhead com as
consultas (polling) Latecircncia Ponto uacutenico de
falha (mestre)
mestre
escravos
poll
dados
dados
5 Camada de Enlace 5-37
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoPassagem de
permissatildeo (token) controla permissatildeo
passada de um noacute para o proacuteximo de forma sequencial
mensagem de passagem da permissatildeo
preocupaccedilotildees overhead com a
passagem de permissatildeo
latecircncia Ponto uacutenico de falha
(permissatildeo)
T
dados
(nada paramandar)
T
5 Camada de Enlace 5-38
Rede de acesso a cabo
Muacuteltiplos canais de difusatildeo downstream de 40Mbps Um uacutenico CMTS transmite para os diversos canais
Muacuteltiplos canais upstream de 30 Mbps Acesso muacuteltiplo todos os usuaacuterios disputam alguns slots
de tempo em canais upstream (outros satildeo preacute-alocados)
terminaccedilatildeo do cabo
CMTS
ISP
sistema de terminaccedilatildeo do cable modem
cablemodemsplitter
hellip
hellip
quadros Internet canais de TV e controle satildeo transmitidos downstream em frequecircncias diferentes
quadros Internet upstream e controle de TV satildeo transmitidos upstream em diferentes frequecircncias em slots de tempo
5 Camada de Enlace 5-39
Rede de acesso a cabo
DOCSIS espec da interface de serviccedilo de dados sobre cabo FDM sobre as frequecircncias dos canais up e downstream TDM upstream alguns slots satildeo alocados outros tecircm
disputabull quadro de mapeamento downstream aloca slots
upstreambull requisiccedilatildeo de slots upstream (e dados) satildeo transmitidos
atraveacutes de acesso aleatoacuterio (retirada binaacuteria) em slots selecionados
quadro de mapeamentop intervalo [t1 t2]
Residecircncias com cable modems
Canal downstream i
Canal Upstream j
t1 t2
Minislots alocados contendo quadros de dadosupstream do cable modem
Minislots contendo quadrosde requisiccedilatildeo de minislots
cable headend
CMTS
5 Camada de Enlace 5-40
Resumo dos protocolos MAC divisatildeo do canal por tempo frequecircncia ou
coacutedigoDivisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequecircncia
acesso aleatoacuterio (dinacircmico) ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDescutar a portadora faacutecil em algumas
tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)
CSMACD usado na EthernetCSMACA usado no 80211
RevezamentoSeleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto
central passagem de permissotildeesBluetooth FDDI Token Ring
5 Camada de Enlace 5-41
Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e
serviccedilos52 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais
Endereccedilamento ARP
EthernetSwitchesVLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-42
Endereccedilos MAC e ARP Endereccedilo IP de 32 bits
endereccedilos da camada de rede para a interface usado pelo repasse da camada 3 (rede)
Endereccedilo MAC (ou LAN ou fiacutesico ou Ethernet) Funccedilatildeo usado lsquolocalmentersquo para levar o quadro de
uma interface ateacute outra interface conectada fisicamente (na mesma rede no sentido do endereccedilamento IP)
Endereccedilo MAC de 48 bits (para a maioria das redes) gravado na ROM do adaptador ou configurado por software
Ex 1A-2F-BB-76-09-ADnotaccedilatildeo hexadecimal (base 16)
(cada ldquonuacutemerordquo representa 4 bits)
5 Camada de Enlace 5-43
Endereccedilos MAC e ARPcada adaptador na LAN possui um endereccedilo MAC uacutenico
Endereccedilo de Broadcast =FF-FF-FF-FF-FF-FF
= adaptador
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN(cabeada ousem fio)
5 Camada de Enlace 5-44
Endereccedilo MAC (cont) Alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC gerenciada pelo IEEE Um fabricante compra uma parte do espaccedilo de
endereccedilos (para garantir unicidade) Analogia (a) endereccedilo MAC como nuacutemero do CPF (b) endereccedilo IP como endereccedilo postal (CEP) endereccedilo MAC tem estrutura linear =gt
portabilidadePode mover um cartatildeo LAN de uma LAN para
outra endereccedilo IP hieraacuterquico NAtildeO eacute portaacutetil (requer IP
moacutevel)Depende da subrede IP agrave qual o noacute estaacute
conectado
5 Camada de Enlace 5-45
ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de Resoluccedilatildeo de Endereccedilos)
Cada noacute IP (Host Roteador) de uma LAN possui tabela ARP
Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN
lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt TTL (Time To Live) tempo
a partir do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute esquecido (valor tiacutepico de 20 min)
Pergunta como obter oendereccedilo MAC de B a partir do endereccedilo IP de B
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53 LAN
237196723
237196778
237196714
237196788
5 Camada de Enlace 5-46
Protocolo ARP mesma LAN (rede) A deseja enviar datagrama
para B e o endereccedilo MAC de B natildeo estaacute na tabela ARP
A difunde o pacote de solicitaccedilatildeo ARP que conteacutem o endereccedilo IP de B Endereccedilo MAC destino =
FF-FF-FF-FF-FF-FF todas as maacutequinas na
LAN recebem a consulta do ARP
B recebe o pacote ARP responde a A com o seu (de B) endereccedilo MAC Quadro enviado para o
endereccedilo MAC (unicast) de A
Uma cache (salva) o par de endereccedilos IP-para-MAC na sua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo fique antiquada (expire) lsquosoft statersquo informaccedilatildeo que expira (vai embora) a menos que seja renovada
ARP eacute ldquoplug-and-playrdquo os noacutes criam suas tabelas ARP sem a intervenccedilatildeo do administrador
da rede
5 Camada de Enlace 5-47
Endereccedilamento repassando para outra LAN encaminhamento envio de datagrama de A para B via R
foco no endereccedilamento ndash nas camadas IP (datagrama) e MAC (quadro)
assume que A conhece o endereccedilo IP de B assume que A conhece o endereccedilo IP do proacuteximo roteador
R (como) assume que A conhece o endereccedilo MAC de R (como)
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
5 Camada de Enlace 5-48
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IPEthPhy
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
A cria datagrama IP com IP origem A destino B A cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC
de R como destino quadro conteacutem o datagrama IP de A-para-B
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55 MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
5 Camada de Enlace 5-49
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IPEthPhy
quadro enviado de A para R
IPEthPhy
quadro recebido em R datagrama removido passado para o IP
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55 MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
5 Camada de Enlace 5-50
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
R repassa o datagrama com origem IP A destino B R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC
de B como destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9B MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
IPEthPhy
5 Camada de Enlace 5-51
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
R repassa o datagrama com origem IP A destino B R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC
de B como destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9B MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
IPEthPhy
5 Camada de Enlace 5-52
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
R repassa o datagrama com origem IP A destino B R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC
de B como destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9B MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
5 Camada de Enlace 5-53
Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e
serviccedilos52 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais
Endereccedilamento ARP
EthernetSwitchesVLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-54
Ethernet Muitiacutessimo difundida porque
Muito barata R$50 para placas 101001000Mbps A mais antiga das tecnologias de rede local (meados da
deacutecada de 70) Mais simples e menos cara que redes usando ficha ou
ATM Acompanhou o aumento de velocidade 10 Mbps ndash 10
Gbps
Rascunho de Metcalfe sobre o Ethernet
5 Camada de Enlace 5-55
Ethernet topologia fiacutesica barramento popular ateacute meados dos anos 90
Todos os noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo (podem colidir um com o outro)
estrela prevalecircncia hoje Comutador (switch) ativo no centro Cada porta roda o protocolo Ethernet separadamente (os
noacutes natildeo colidem uns com os outros)
barramento cabo coaxial
switch
estrela
5 Camada de Enlace 5-56
Estrutura do Quadro EthernetAdaptador remetente encapsula datagrama IP (ou pacote
de outro protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
preacircmbulo 7 bytes com o padratildeo 10101010 seguidos por um byte
com o padratildeo 10101011 usado para sincronizar receptor ao reloacutegio do
remetente (reloacutegios nunca satildeo exatos eacute muito provaacutevel que exista algum desvio entre eles)
5 Camada de Enlace 5-57
Estrutura de Quadro Ethernet (cont)
Endereccedilos 6 bytes para cada endereccedilo MAC se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo destino igual
ao seu ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede
caso contraacuterio o adaptador descarta o quadro Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior
usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)
CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado
5 Camada de Enlace 5-58
Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo sem conexatildeo natildeo haacute estabelecimento de
conexatildeo (saudaccedilatildeo) entre os adaptadores transmissor e receptor
Natildeo confiaacutevel o adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador transmissordados em quadros descartados satildeo
recuperados apenas se o transmissor usar transferecircncia confiaacutevel em camadas mais altas (ex TCP) caso contraacuterio os dados estaratildeo perdidos
Protocolo MAC do Ethernet CSMACD com retirada binaacuteria
5 Camada de Enlace 5-59
Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
diversos padrotildees Ethernet diferentes tecircm em comum o protocolo MAC e o formato do
quadro diferentes velocidades 2Mbps 10Mbps 100Mbps
1Gbps 10Gbps diferentes meios da camada fiacutesica fibra cabo
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
protocolo MACe formato do quadro
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)
5 Camada de Enlace 5-60
10Base5
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-61
10Base2
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-62
10BaseT
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-63
Conector RJ 45
5 Camada de Enlace 5-64
100Base-TX
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-65 10
Wireless Backhaul
Carrier Ethernet Access Expansion
Voice gateway
VoiceVideoTelephony
HD TVTVoD VoD
Video Source
Gaming BusinessBackup ERP
Internet Video Source
BusinessBroadband
E-Line andE-LAN service
GlobalNationalCarrierEthernet
GlobalNationalCarrierEthernet
SmallMedium Business
Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet
AccessCarrierEthernet
AccessCarrierEthernet
ResidentialTriple-Play
FTTx DSLAM Cable Modem
Broadbandmobile datavideo
Bringing vastly extended scalability for business and residential users
ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing
5 Camada de Enlace 5-66
Carrier Ethernet Defined
bull Carrier Ethernet is a ubiquitous standardized carrier-class SERVICE defined by five attributes that distinguish Carrier Ethernet from familiar LAN based Ethernet
bull It brings the compelling business benefit of the Ethernet cost model to achieve significant savings
Carrier Ethernet
bull Scalability
bull Standardized Services
bull Service Management
bull Quality of Service
bull Reliability
Carrier Ethernet Attributes
httpwwwmetroethernetforumorg
5 Camada de Enlace 5-67
Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e
serviccedilos52 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais
Endereccedilamento ARP
EthernetSwitchesVLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-68
Comutador (switch) Ethernet Dispositivo da camada de enlace tecircm papel
ativo armazena e retransmite quadros Ethernetexamina o cabeccedilalho do quadro e
seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento
transparentehospedeiros ignoram a presenccedila dos
switches plug-and-play self-learning (autodidatas)
os comutadores natildeo necessitam ser configurados
5 Camada de Enlace 5-69
Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas hospedeiros tecircm conexatildeo
direta e dedicada para o switch
os switches armazenam quadros
o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplex cada link eacute o seu proacuteprio
domiacutenio de colisatildeo comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-
para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch com seis interfaces(123456)
1 2 345
6
5 Camada de Enlace 5-70
Tabela de repasse do switch P como eacute que o switch sabe que
Arsquo eacute alcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel a partir da interface 5
R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutem (endereccedilo MAC do hospedeiro
interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)
parece uma tabela de repasse P como satildeo criadas e mantidas as
entradas na tabela de comutaccedilatildeo haacute algo como um protocolo de
roteamento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch with six interfaces(123456)
1 2 345
6
5 Camada de Enlace 5-71
switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfaces quando um quadro eacute
recebido o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada
registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo
Switch autoaprendizagemA
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
5 Camada de Enlace 5-725 Camada de Enlace
Switch filtragemrepasse de quadrosQuando o quadro eacute recebido em um comutador
registra o link de entrada endereccedilo MAC do hospedeiro transmissor
indexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo MAC do destino
if entrada encontrada para o destinothen
if dest estiver no segmento de onde veio o quadro then descarta o quadro
else repassa o quadro na interface indicada else usa inundaccedilatildeo
Repassa o quadro para todas as demais interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido
5 Camada de Enlace 5-73
Exemplo de auto aprendizagem e repasse
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo destino do quadro Arsquo
com localizaccedilatildeo desconhecida inundaccedilatildeo
Arsquo A
local do destino A conhecido
Arsquo 4 60
transmissatildeo seletiva
5 Camada de Enlace 5-74
Interligaccedilatildeo de comutadores
Podemos interligar comutadores (switches)
AB
P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe que deve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3
R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenico comutador)
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
5 Camada de Enlace 5-75
Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde
para C
P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4
AB
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
12
5 Camada de Enlace 5-76
Rede institucional
Para redeexterna
roteador
Subrede IP
Servidor de mensagens
Servidor web
5 Camada de Enlace 5-77
Comutadores x Roteadores
ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa roteadores dispositivos da
camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)
comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace
ambos possuem tabelas de repasse roteadores obteacutem
tabelas usando alg de roteamento endereccedilos IP
comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
redeenlacefiacutesica
enlacefiacutesica
switch
datagrama
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
quadro
quadro
quadrodatagrama
5 Camada de Enlace 5-78
Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e
serviccedilos52 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais
Endereccedilamento ARP
EthernetSwitchesVLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-79
Siacutentese um dia na vida de um pedido web jornada completa atravessando toda a pilha de
protocolos aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
colocando tudo junto siacutentese objetivo identificar revisar entender os
protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web
cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom
5 Camada de Enlace 5-80
Um dia na vida cenaacuterio
rede da Comcast68800013
rede do Google64233160019 64233169105
servidor web
Servidor DNS
rede da escola68802024
paacutegina web
navegador
5 Camada de Enlace 5-81
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPDHCP
quadro Ethernet difundido (dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador que executa o servidor DHCP Ethernet demultiplexado para IP demultiplexado para UDP e demultiplexado paraDHCP
o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilo do primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP Solicitaccedilatildeo DHCP encapsulada em UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023 Ethernet
5 Camada de Enlace 5-82
roteador(roda DHCP)
servidor DHCP prepara ACK DHCP contendo endereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiro roteador nome e endereccedilo IP do servidor DNS
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
encapsulamento no servidor DHCP quadro repassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente
Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador
cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
5 Camada de Enlace 5-83
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
consulta DNS criada encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviar quadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP
consulta ARP difundida recebida pelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccedilo MAC da interface do roteador
o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiro roteador podendo agora enviar o quadro contendo a consulta DNS
ARP query
EthPhy
ARP
ARP
ARP reply
antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
5 Camada de Enlace 5-84
roteador(roda DHCP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
datagrama IP conteacutem consulta DNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador
datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelos protocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS
demultiplexado pelo servidor DNS
servidor DNS responde ao cliente com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
rede da Comcast68800013
servidor DNSDNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
Um dia na vidahellip usando DNS
5 Camada de Enlace 5-85
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
para enviar pedido HTTP cliente primeiro abre um socket TCP para o servidor web segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web
conexatildeo TCP estabelecida64233169105servidor web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCPIPEthPhy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)
5 Camada de Enlace 5-86
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
solicitaccedilatildeo HTTP enviada para o socket TCP datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhado para wwwgooglecom
datagrama IP com a resposta HTTP eacute encaminhado de volta para o cliente
64233169105servidor web
HTTPTCPIPEthPhy
servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTPHTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
paacutegina web finalmente() apresentada
5 Camada de Enlace 5-87
Capiacutetulo 5 Resumo
princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dados detecccedilatildeo correccedilatildeo de erros compartilhamento de canal de difusatildeo acesso
muacuteltiplo endereccedilamento da camada de enlace
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlace Ethernet LANs comutadas VLANs redes virtualizadas como camada de enlace MPLS
siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web
5 Camada de Enlace 5-30
Colisotildees no CSMA
colisotildees ainda podem aconteceratraso de propagaccedilatildeo significa que dois noacutes podem natildeo ouvira transmissatildeo do outro colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo eacute desperdiccedilado
Disposiccedilatildeo espacial dos noacutes
notapapel da distacircncia e atraso de propagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo
5 Camada de Enlace 5-31
CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)
CSMACD detecccedilatildeo da portadora adia a transmissatildeo como no CSMAAs colisotildees satildeo detectadas em pouco tempoTransmissotildees que sofreram colisotildees satildeo
abortadas reduzindo o desperdiacutecio do canal Detecccedilatildeo de colisotildees
Faacutecil em LANs cabeadas mede a potecircncia do sinal compara o sinal recebido com o transmitido
Difiacutecil em LANs sem fio o receptor eacute desligado durante a transmissatildeo
Analogia humana bate papo educado
5 Camada de Enlace 5-32
Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD
5 Camada de Enlace 5-33
Algoritmo CSMACD do Ethernet1 Adaptador recebe datagrama
da camada de rede e cria um quadro
2 Se o adaptador percebe que o canal estaacute ocioso comeccedila a transmitir o quadro Se percebe que o canal estaacute ocupado espera que o canal fique livre e transmite
3 Se o adaptador transmitir todo o quadro sem detectar outra transmissatildeo o adaptador concluiu a operaccedilatildeo com o quadro
4 Se o adaptador detectar outra transmissatildeo enquanto estiver transmitindo aborta e envia sinal de reforccedilo de colisatildeo de 48 bits
5 Apoacutes o aborto o adaptador entra na retirada (backoff) exponencial binaacuteria apoacutes a m-eacutesima colisatildeo o
adaptador escolhe um K aleatoriamente entre 012hellip2m-1 O adaptador espera K512 tempos de bit e retorna ao Passo 2
quanto mais colisotildees houver mas longos seratildeo os intervalos de retirada
5 Camada de Enlace 5-34
Eficiecircncia do CSMACD
tprop = atraso maacuteximo de prop entre 2 noacutes na LAN
ttrans = tempo para transmitir quadro de tamanho maacuteximo
Eficiecircncia vai para 1 agrave medida que tprop vai para 0ttrans vai para infinito
Muito melhor do que ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato
transprop tt 511eficiecircncia
5 Camada de Enlace 5-35
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoProtocolos MAC de divisatildeo de canal
Compartilha o canal eficientemente e de forma justa em altas cargas
Ineficiente em baixas cargas atraso no canal de acesso alocaccedilatildeo de 1N da largura de banda mesmo com apenas 1 noacute ativo
Protocolos MAC de acesso aleatoacuterioeficiente em baixas cargas um uacutenico noacute
pode utilizar completamente o canalAltas cargas overhead com colisotildees
Protocolos de revezamentoProcura oferecer o melhor dos dois mundos
5 Camada de Enlace 5-36
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoSeleccedilatildeo (Polling) Noacute mestre ldquoconvidardquo
noacutes escravos a transmitir em revezamento
Usado tipicamente com dispositivos escravo burros
Preocupaccedilotildees Overhead com as
consultas (polling) Latecircncia Ponto uacutenico de
falha (mestre)
mestre
escravos
poll
dados
dados
5 Camada de Enlace 5-37
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoPassagem de
permissatildeo (token) controla permissatildeo
passada de um noacute para o proacuteximo de forma sequencial
mensagem de passagem da permissatildeo
preocupaccedilotildees overhead com a
passagem de permissatildeo
latecircncia Ponto uacutenico de falha
(permissatildeo)
T
dados
(nada paramandar)
T
5 Camada de Enlace 5-38
Rede de acesso a cabo
Muacuteltiplos canais de difusatildeo downstream de 40Mbps Um uacutenico CMTS transmite para os diversos canais
Muacuteltiplos canais upstream de 30 Mbps Acesso muacuteltiplo todos os usuaacuterios disputam alguns slots
de tempo em canais upstream (outros satildeo preacute-alocados)
terminaccedilatildeo do cabo
CMTS
ISP
sistema de terminaccedilatildeo do cable modem
cablemodemsplitter
hellip
hellip
quadros Internet canais de TV e controle satildeo transmitidos downstream em frequecircncias diferentes
quadros Internet upstream e controle de TV satildeo transmitidos upstream em diferentes frequecircncias em slots de tempo
5 Camada de Enlace 5-39
Rede de acesso a cabo
DOCSIS espec da interface de serviccedilo de dados sobre cabo FDM sobre as frequecircncias dos canais up e downstream TDM upstream alguns slots satildeo alocados outros tecircm
disputabull quadro de mapeamento downstream aloca slots
upstreambull requisiccedilatildeo de slots upstream (e dados) satildeo transmitidos
atraveacutes de acesso aleatoacuterio (retirada binaacuteria) em slots selecionados
quadro de mapeamentop intervalo [t1 t2]
Residecircncias com cable modems
Canal downstream i
Canal Upstream j
t1 t2
Minislots alocados contendo quadros de dadosupstream do cable modem
Minislots contendo quadrosde requisiccedilatildeo de minislots
cable headend
CMTS
5 Camada de Enlace 5-40
Resumo dos protocolos MAC divisatildeo do canal por tempo frequecircncia ou
coacutedigoDivisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequecircncia
acesso aleatoacuterio (dinacircmico) ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDescutar a portadora faacutecil em algumas
tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)
CSMACD usado na EthernetCSMACA usado no 80211
RevezamentoSeleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto
central passagem de permissotildeesBluetooth FDDI Token Ring
5 Camada de Enlace 5-41
Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e
serviccedilos52 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais
Endereccedilamento ARP
EthernetSwitchesVLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-42
Endereccedilos MAC e ARP Endereccedilo IP de 32 bits
endereccedilos da camada de rede para a interface usado pelo repasse da camada 3 (rede)
Endereccedilo MAC (ou LAN ou fiacutesico ou Ethernet) Funccedilatildeo usado lsquolocalmentersquo para levar o quadro de
uma interface ateacute outra interface conectada fisicamente (na mesma rede no sentido do endereccedilamento IP)
Endereccedilo MAC de 48 bits (para a maioria das redes) gravado na ROM do adaptador ou configurado por software
Ex 1A-2F-BB-76-09-ADnotaccedilatildeo hexadecimal (base 16)
(cada ldquonuacutemerordquo representa 4 bits)
5 Camada de Enlace 5-43
Endereccedilos MAC e ARPcada adaptador na LAN possui um endereccedilo MAC uacutenico
Endereccedilo de Broadcast =FF-FF-FF-FF-FF-FF
= adaptador
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN(cabeada ousem fio)
5 Camada de Enlace 5-44
Endereccedilo MAC (cont) Alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC gerenciada pelo IEEE Um fabricante compra uma parte do espaccedilo de
endereccedilos (para garantir unicidade) Analogia (a) endereccedilo MAC como nuacutemero do CPF (b) endereccedilo IP como endereccedilo postal (CEP) endereccedilo MAC tem estrutura linear =gt
portabilidadePode mover um cartatildeo LAN de uma LAN para
outra endereccedilo IP hieraacuterquico NAtildeO eacute portaacutetil (requer IP
moacutevel)Depende da subrede IP agrave qual o noacute estaacute
conectado
5 Camada de Enlace 5-45
ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de Resoluccedilatildeo de Endereccedilos)
Cada noacute IP (Host Roteador) de uma LAN possui tabela ARP
Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN
lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt TTL (Time To Live) tempo
a partir do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute esquecido (valor tiacutepico de 20 min)
Pergunta como obter oendereccedilo MAC de B a partir do endereccedilo IP de B
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53 LAN
237196723
237196778
237196714
237196788
5 Camada de Enlace 5-46
Protocolo ARP mesma LAN (rede) A deseja enviar datagrama
para B e o endereccedilo MAC de B natildeo estaacute na tabela ARP
A difunde o pacote de solicitaccedilatildeo ARP que conteacutem o endereccedilo IP de B Endereccedilo MAC destino =
FF-FF-FF-FF-FF-FF todas as maacutequinas na
LAN recebem a consulta do ARP
B recebe o pacote ARP responde a A com o seu (de B) endereccedilo MAC Quadro enviado para o
endereccedilo MAC (unicast) de A
Uma cache (salva) o par de endereccedilos IP-para-MAC na sua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo fique antiquada (expire) lsquosoft statersquo informaccedilatildeo que expira (vai embora) a menos que seja renovada
ARP eacute ldquoplug-and-playrdquo os noacutes criam suas tabelas ARP sem a intervenccedilatildeo do administrador
da rede
5 Camada de Enlace 5-47
Endereccedilamento repassando para outra LAN encaminhamento envio de datagrama de A para B via R
foco no endereccedilamento ndash nas camadas IP (datagrama) e MAC (quadro)
assume que A conhece o endereccedilo IP de B assume que A conhece o endereccedilo IP do proacuteximo roteador
R (como) assume que A conhece o endereccedilo MAC de R (como)
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
5 Camada de Enlace 5-48
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IPEthPhy
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
A cria datagrama IP com IP origem A destino B A cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC
de R como destino quadro conteacutem o datagrama IP de A-para-B
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55 MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
5 Camada de Enlace 5-49
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IPEthPhy
quadro enviado de A para R
IPEthPhy
quadro recebido em R datagrama removido passado para o IP
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55 MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
5 Camada de Enlace 5-50
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
R repassa o datagrama com origem IP A destino B R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC
de B como destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9B MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
IPEthPhy
5 Camada de Enlace 5-51
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
R repassa o datagrama com origem IP A destino B R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC
de B como destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9B MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
IPEthPhy
5 Camada de Enlace 5-52
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
R repassa o datagrama com origem IP A destino B R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC
de B como destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9B MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
5 Camada de Enlace 5-53
Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e
serviccedilos52 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais
Endereccedilamento ARP
EthernetSwitchesVLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-54
Ethernet Muitiacutessimo difundida porque
Muito barata R$50 para placas 101001000Mbps A mais antiga das tecnologias de rede local (meados da
deacutecada de 70) Mais simples e menos cara que redes usando ficha ou
ATM Acompanhou o aumento de velocidade 10 Mbps ndash 10
Gbps
Rascunho de Metcalfe sobre o Ethernet
5 Camada de Enlace 5-55
Ethernet topologia fiacutesica barramento popular ateacute meados dos anos 90
Todos os noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo (podem colidir um com o outro)
estrela prevalecircncia hoje Comutador (switch) ativo no centro Cada porta roda o protocolo Ethernet separadamente (os
noacutes natildeo colidem uns com os outros)
barramento cabo coaxial
switch
estrela
5 Camada de Enlace 5-56
Estrutura do Quadro EthernetAdaptador remetente encapsula datagrama IP (ou pacote
de outro protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
preacircmbulo 7 bytes com o padratildeo 10101010 seguidos por um byte
com o padratildeo 10101011 usado para sincronizar receptor ao reloacutegio do
remetente (reloacutegios nunca satildeo exatos eacute muito provaacutevel que exista algum desvio entre eles)
5 Camada de Enlace 5-57
Estrutura de Quadro Ethernet (cont)
Endereccedilos 6 bytes para cada endereccedilo MAC se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo destino igual
ao seu ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede
caso contraacuterio o adaptador descarta o quadro Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior
usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)
CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado
5 Camada de Enlace 5-58
Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo sem conexatildeo natildeo haacute estabelecimento de
conexatildeo (saudaccedilatildeo) entre os adaptadores transmissor e receptor
Natildeo confiaacutevel o adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador transmissordados em quadros descartados satildeo
recuperados apenas se o transmissor usar transferecircncia confiaacutevel em camadas mais altas (ex TCP) caso contraacuterio os dados estaratildeo perdidos
Protocolo MAC do Ethernet CSMACD com retirada binaacuteria
5 Camada de Enlace 5-59
Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
diversos padrotildees Ethernet diferentes tecircm em comum o protocolo MAC e o formato do
quadro diferentes velocidades 2Mbps 10Mbps 100Mbps
1Gbps 10Gbps diferentes meios da camada fiacutesica fibra cabo
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
protocolo MACe formato do quadro
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)
5 Camada de Enlace 5-60
10Base5
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-61
10Base2
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-62
10BaseT
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-63
Conector RJ 45
5 Camada de Enlace 5-64
100Base-TX
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-65 10
Wireless Backhaul
Carrier Ethernet Access Expansion
Voice gateway
VoiceVideoTelephony
HD TVTVoD VoD
Video Source
Gaming BusinessBackup ERP
Internet Video Source
BusinessBroadband
E-Line andE-LAN service
GlobalNationalCarrierEthernet
GlobalNationalCarrierEthernet
SmallMedium Business
Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet
AccessCarrierEthernet
AccessCarrierEthernet
ResidentialTriple-Play
FTTx DSLAM Cable Modem
Broadbandmobile datavideo
Bringing vastly extended scalability for business and residential users
ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing
5 Camada de Enlace 5-66
Carrier Ethernet Defined
bull Carrier Ethernet is a ubiquitous standardized carrier-class SERVICE defined by five attributes that distinguish Carrier Ethernet from familiar LAN based Ethernet
bull It brings the compelling business benefit of the Ethernet cost model to achieve significant savings
Carrier Ethernet
bull Scalability
bull Standardized Services
bull Service Management
bull Quality of Service
bull Reliability
Carrier Ethernet Attributes
httpwwwmetroethernetforumorg
5 Camada de Enlace 5-67
Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e
serviccedilos52 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais
Endereccedilamento ARP
EthernetSwitchesVLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-68
Comutador (switch) Ethernet Dispositivo da camada de enlace tecircm papel
ativo armazena e retransmite quadros Ethernetexamina o cabeccedilalho do quadro e
seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento
transparentehospedeiros ignoram a presenccedila dos
switches plug-and-play self-learning (autodidatas)
os comutadores natildeo necessitam ser configurados
5 Camada de Enlace 5-69
Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas hospedeiros tecircm conexatildeo
direta e dedicada para o switch
os switches armazenam quadros
o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplex cada link eacute o seu proacuteprio
domiacutenio de colisatildeo comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-
para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch com seis interfaces(123456)
1 2 345
6
5 Camada de Enlace 5-70
Tabela de repasse do switch P como eacute que o switch sabe que
Arsquo eacute alcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel a partir da interface 5
R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutem (endereccedilo MAC do hospedeiro
interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)
parece uma tabela de repasse P como satildeo criadas e mantidas as
entradas na tabela de comutaccedilatildeo haacute algo como um protocolo de
roteamento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch with six interfaces(123456)
1 2 345
6
5 Camada de Enlace 5-71
switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfaces quando um quadro eacute
recebido o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada
registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo
Switch autoaprendizagemA
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
5 Camada de Enlace 5-725 Camada de Enlace
Switch filtragemrepasse de quadrosQuando o quadro eacute recebido em um comutador
registra o link de entrada endereccedilo MAC do hospedeiro transmissor
indexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo MAC do destino
if entrada encontrada para o destinothen
if dest estiver no segmento de onde veio o quadro then descarta o quadro
else repassa o quadro na interface indicada else usa inundaccedilatildeo
Repassa o quadro para todas as demais interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido
5 Camada de Enlace 5-73
Exemplo de auto aprendizagem e repasse
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo destino do quadro Arsquo
com localizaccedilatildeo desconhecida inundaccedilatildeo
Arsquo A
local do destino A conhecido
Arsquo 4 60
transmissatildeo seletiva
5 Camada de Enlace 5-74
Interligaccedilatildeo de comutadores
Podemos interligar comutadores (switches)
AB
P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe que deve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3
R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenico comutador)
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
5 Camada de Enlace 5-75
Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde
para C
P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4
AB
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
12
5 Camada de Enlace 5-76
Rede institucional
Para redeexterna
roteador
Subrede IP
Servidor de mensagens
Servidor web
5 Camada de Enlace 5-77
Comutadores x Roteadores
ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa roteadores dispositivos da
camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)
comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace
ambos possuem tabelas de repasse roteadores obteacutem
tabelas usando alg de roteamento endereccedilos IP
comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
redeenlacefiacutesica
enlacefiacutesica
switch
datagrama
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
quadro
quadro
quadrodatagrama
5 Camada de Enlace 5-78
Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e
serviccedilos52 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais
Endereccedilamento ARP
EthernetSwitchesVLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-79
Siacutentese um dia na vida de um pedido web jornada completa atravessando toda a pilha de
protocolos aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
colocando tudo junto siacutentese objetivo identificar revisar entender os
protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web
cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom
5 Camada de Enlace 5-80
Um dia na vida cenaacuterio
rede da Comcast68800013
rede do Google64233160019 64233169105
servidor web
Servidor DNS
rede da escola68802024
paacutegina web
navegador
5 Camada de Enlace 5-81
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPDHCP
quadro Ethernet difundido (dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador que executa o servidor DHCP Ethernet demultiplexado para IP demultiplexado para UDP e demultiplexado paraDHCP
o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilo do primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP Solicitaccedilatildeo DHCP encapsulada em UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023 Ethernet
5 Camada de Enlace 5-82
roteador(roda DHCP)
servidor DHCP prepara ACK DHCP contendo endereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiro roteador nome e endereccedilo IP do servidor DNS
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
encapsulamento no servidor DHCP quadro repassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente
Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador
cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
5 Camada de Enlace 5-83
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
consulta DNS criada encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviar quadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP
consulta ARP difundida recebida pelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccedilo MAC da interface do roteador
o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiro roteador podendo agora enviar o quadro contendo a consulta DNS
ARP query
EthPhy
ARP
ARP
ARP reply
antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
5 Camada de Enlace 5-84
roteador(roda DHCP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
datagrama IP conteacutem consulta DNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador
datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelos protocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS
demultiplexado pelo servidor DNS
servidor DNS responde ao cliente com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
rede da Comcast68800013
servidor DNSDNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
Um dia na vidahellip usando DNS
5 Camada de Enlace 5-85
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
para enviar pedido HTTP cliente primeiro abre um socket TCP para o servidor web segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web
conexatildeo TCP estabelecida64233169105servidor web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCPIPEthPhy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)
5 Camada de Enlace 5-86
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
solicitaccedilatildeo HTTP enviada para o socket TCP datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhado para wwwgooglecom
datagrama IP com a resposta HTTP eacute encaminhado de volta para o cliente
64233169105servidor web
HTTPTCPIPEthPhy
servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTPHTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
paacutegina web finalmente() apresentada
5 Camada de Enlace 5-87
Capiacutetulo 5 Resumo
princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dados detecccedilatildeo correccedilatildeo de erros compartilhamento de canal de difusatildeo acesso
muacuteltiplo endereccedilamento da camada de enlace
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlace Ethernet LANs comutadas VLANs redes virtualizadas como camada de enlace MPLS
siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web
5 Camada de Enlace 5-31
CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)
CSMACD detecccedilatildeo da portadora adia a transmissatildeo como no CSMAAs colisotildees satildeo detectadas em pouco tempoTransmissotildees que sofreram colisotildees satildeo
abortadas reduzindo o desperdiacutecio do canal Detecccedilatildeo de colisotildees
Faacutecil em LANs cabeadas mede a potecircncia do sinal compara o sinal recebido com o transmitido
Difiacutecil em LANs sem fio o receptor eacute desligado durante a transmissatildeo
Analogia humana bate papo educado
5 Camada de Enlace 5-32
Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD
5 Camada de Enlace 5-33
Algoritmo CSMACD do Ethernet1 Adaptador recebe datagrama
da camada de rede e cria um quadro
2 Se o adaptador percebe que o canal estaacute ocioso comeccedila a transmitir o quadro Se percebe que o canal estaacute ocupado espera que o canal fique livre e transmite
3 Se o adaptador transmitir todo o quadro sem detectar outra transmissatildeo o adaptador concluiu a operaccedilatildeo com o quadro
4 Se o adaptador detectar outra transmissatildeo enquanto estiver transmitindo aborta e envia sinal de reforccedilo de colisatildeo de 48 bits
5 Apoacutes o aborto o adaptador entra na retirada (backoff) exponencial binaacuteria apoacutes a m-eacutesima colisatildeo o
adaptador escolhe um K aleatoriamente entre 012hellip2m-1 O adaptador espera K512 tempos de bit e retorna ao Passo 2
quanto mais colisotildees houver mas longos seratildeo os intervalos de retirada
5 Camada de Enlace 5-34
Eficiecircncia do CSMACD
tprop = atraso maacuteximo de prop entre 2 noacutes na LAN
ttrans = tempo para transmitir quadro de tamanho maacuteximo
Eficiecircncia vai para 1 agrave medida que tprop vai para 0ttrans vai para infinito
Muito melhor do que ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato
transprop tt 511eficiecircncia
5 Camada de Enlace 5-35
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoProtocolos MAC de divisatildeo de canal
Compartilha o canal eficientemente e de forma justa em altas cargas
Ineficiente em baixas cargas atraso no canal de acesso alocaccedilatildeo de 1N da largura de banda mesmo com apenas 1 noacute ativo
Protocolos MAC de acesso aleatoacuterioeficiente em baixas cargas um uacutenico noacute
pode utilizar completamente o canalAltas cargas overhead com colisotildees
Protocolos de revezamentoProcura oferecer o melhor dos dois mundos
5 Camada de Enlace 5-36
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoSeleccedilatildeo (Polling) Noacute mestre ldquoconvidardquo
noacutes escravos a transmitir em revezamento
Usado tipicamente com dispositivos escravo burros
Preocupaccedilotildees Overhead com as
consultas (polling) Latecircncia Ponto uacutenico de
falha (mestre)
mestre
escravos
poll
dados
dados
5 Camada de Enlace 5-37
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoPassagem de
permissatildeo (token) controla permissatildeo
passada de um noacute para o proacuteximo de forma sequencial
mensagem de passagem da permissatildeo
preocupaccedilotildees overhead com a
passagem de permissatildeo
latecircncia Ponto uacutenico de falha
(permissatildeo)
T
dados
(nada paramandar)
T
5 Camada de Enlace 5-38
Rede de acesso a cabo
Muacuteltiplos canais de difusatildeo downstream de 40Mbps Um uacutenico CMTS transmite para os diversos canais
Muacuteltiplos canais upstream de 30 Mbps Acesso muacuteltiplo todos os usuaacuterios disputam alguns slots
de tempo em canais upstream (outros satildeo preacute-alocados)
terminaccedilatildeo do cabo
CMTS
ISP
sistema de terminaccedilatildeo do cable modem
cablemodemsplitter
hellip
hellip
quadros Internet canais de TV e controle satildeo transmitidos downstream em frequecircncias diferentes
quadros Internet upstream e controle de TV satildeo transmitidos upstream em diferentes frequecircncias em slots de tempo
5 Camada de Enlace 5-39
Rede de acesso a cabo
DOCSIS espec da interface de serviccedilo de dados sobre cabo FDM sobre as frequecircncias dos canais up e downstream TDM upstream alguns slots satildeo alocados outros tecircm
disputabull quadro de mapeamento downstream aloca slots
upstreambull requisiccedilatildeo de slots upstream (e dados) satildeo transmitidos
atraveacutes de acesso aleatoacuterio (retirada binaacuteria) em slots selecionados
quadro de mapeamentop intervalo [t1 t2]
Residecircncias com cable modems
Canal downstream i
Canal Upstream j
t1 t2
Minislots alocados contendo quadros de dadosupstream do cable modem
Minislots contendo quadrosde requisiccedilatildeo de minislots
cable headend
CMTS
5 Camada de Enlace 5-40
Resumo dos protocolos MAC divisatildeo do canal por tempo frequecircncia ou
coacutedigoDivisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequecircncia
acesso aleatoacuterio (dinacircmico) ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDescutar a portadora faacutecil em algumas
tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)
CSMACD usado na EthernetCSMACA usado no 80211
RevezamentoSeleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto
central passagem de permissotildeesBluetooth FDDI Token Ring
5 Camada de Enlace 5-41
Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e
serviccedilos52 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais
Endereccedilamento ARP
EthernetSwitchesVLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-42
Endereccedilos MAC e ARP Endereccedilo IP de 32 bits
endereccedilos da camada de rede para a interface usado pelo repasse da camada 3 (rede)
Endereccedilo MAC (ou LAN ou fiacutesico ou Ethernet) Funccedilatildeo usado lsquolocalmentersquo para levar o quadro de
uma interface ateacute outra interface conectada fisicamente (na mesma rede no sentido do endereccedilamento IP)
Endereccedilo MAC de 48 bits (para a maioria das redes) gravado na ROM do adaptador ou configurado por software
Ex 1A-2F-BB-76-09-ADnotaccedilatildeo hexadecimal (base 16)
(cada ldquonuacutemerordquo representa 4 bits)
5 Camada de Enlace 5-43
Endereccedilos MAC e ARPcada adaptador na LAN possui um endereccedilo MAC uacutenico
Endereccedilo de Broadcast =FF-FF-FF-FF-FF-FF
= adaptador
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN(cabeada ousem fio)
5 Camada de Enlace 5-44
Endereccedilo MAC (cont) Alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC gerenciada pelo IEEE Um fabricante compra uma parte do espaccedilo de
endereccedilos (para garantir unicidade) Analogia (a) endereccedilo MAC como nuacutemero do CPF (b) endereccedilo IP como endereccedilo postal (CEP) endereccedilo MAC tem estrutura linear =gt
portabilidadePode mover um cartatildeo LAN de uma LAN para
outra endereccedilo IP hieraacuterquico NAtildeO eacute portaacutetil (requer IP
moacutevel)Depende da subrede IP agrave qual o noacute estaacute
conectado
5 Camada de Enlace 5-45
ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de Resoluccedilatildeo de Endereccedilos)
Cada noacute IP (Host Roteador) de uma LAN possui tabela ARP
Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN
lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt TTL (Time To Live) tempo
a partir do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute esquecido (valor tiacutepico de 20 min)
Pergunta como obter oendereccedilo MAC de B a partir do endereccedilo IP de B
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53 LAN
237196723
237196778
237196714
237196788
5 Camada de Enlace 5-46
Protocolo ARP mesma LAN (rede) A deseja enviar datagrama
para B e o endereccedilo MAC de B natildeo estaacute na tabela ARP
A difunde o pacote de solicitaccedilatildeo ARP que conteacutem o endereccedilo IP de B Endereccedilo MAC destino =
FF-FF-FF-FF-FF-FF todas as maacutequinas na
LAN recebem a consulta do ARP
B recebe o pacote ARP responde a A com o seu (de B) endereccedilo MAC Quadro enviado para o
endereccedilo MAC (unicast) de A
Uma cache (salva) o par de endereccedilos IP-para-MAC na sua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo fique antiquada (expire) lsquosoft statersquo informaccedilatildeo que expira (vai embora) a menos que seja renovada
ARP eacute ldquoplug-and-playrdquo os noacutes criam suas tabelas ARP sem a intervenccedilatildeo do administrador
da rede
5 Camada de Enlace 5-47
Endereccedilamento repassando para outra LAN encaminhamento envio de datagrama de A para B via R
foco no endereccedilamento ndash nas camadas IP (datagrama) e MAC (quadro)
assume que A conhece o endereccedilo IP de B assume que A conhece o endereccedilo IP do proacuteximo roteador
R (como) assume que A conhece o endereccedilo MAC de R (como)
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
5 Camada de Enlace 5-48
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IPEthPhy
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
A cria datagrama IP com IP origem A destino B A cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC
de R como destino quadro conteacutem o datagrama IP de A-para-B
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55 MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
5 Camada de Enlace 5-49
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IPEthPhy
quadro enviado de A para R
IPEthPhy
quadro recebido em R datagrama removido passado para o IP
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55 MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
5 Camada de Enlace 5-50
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
R repassa o datagrama com origem IP A destino B R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC
de B como destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9B MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
IPEthPhy
5 Camada de Enlace 5-51
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
R repassa o datagrama com origem IP A destino B R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC
de B como destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9B MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
IPEthPhy
5 Camada de Enlace 5-52
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
R repassa o datagrama com origem IP A destino B R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC
de B como destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9B MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
5 Camada de Enlace 5-53
Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e
serviccedilos52 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais
Endereccedilamento ARP
EthernetSwitchesVLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-54
Ethernet Muitiacutessimo difundida porque
Muito barata R$50 para placas 101001000Mbps A mais antiga das tecnologias de rede local (meados da
deacutecada de 70) Mais simples e menos cara que redes usando ficha ou
ATM Acompanhou o aumento de velocidade 10 Mbps ndash 10
Gbps
Rascunho de Metcalfe sobre o Ethernet
5 Camada de Enlace 5-55
Ethernet topologia fiacutesica barramento popular ateacute meados dos anos 90
Todos os noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo (podem colidir um com o outro)
estrela prevalecircncia hoje Comutador (switch) ativo no centro Cada porta roda o protocolo Ethernet separadamente (os
noacutes natildeo colidem uns com os outros)
barramento cabo coaxial
switch
estrela
5 Camada de Enlace 5-56
Estrutura do Quadro EthernetAdaptador remetente encapsula datagrama IP (ou pacote
de outro protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
preacircmbulo 7 bytes com o padratildeo 10101010 seguidos por um byte
com o padratildeo 10101011 usado para sincronizar receptor ao reloacutegio do
remetente (reloacutegios nunca satildeo exatos eacute muito provaacutevel que exista algum desvio entre eles)
5 Camada de Enlace 5-57
Estrutura de Quadro Ethernet (cont)
Endereccedilos 6 bytes para cada endereccedilo MAC se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo destino igual
ao seu ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede
caso contraacuterio o adaptador descarta o quadro Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior
usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)
CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado
5 Camada de Enlace 5-58
Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo sem conexatildeo natildeo haacute estabelecimento de
conexatildeo (saudaccedilatildeo) entre os adaptadores transmissor e receptor
Natildeo confiaacutevel o adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador transmissordados em quadros descartados satildeo
recuperados apenas se o transmissor usar transferecircncia confiaacutevel em camadas mais altas (ex TCP) caso contraacuterio os dados estaratildeo perdidos
Protocolo MAC do Ethernet CSMACD com retirada binaacuteria
5 Camada de Enlace 5-59
Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
diversos padrotildees Ethernet diferentes tecircm em comum o protocolo MAC e o formato do
quadro diferentes velocidades 2Mbps 10Mbps 100Mbps
1Gbps 10Gbps diferentes meios da camada fiacutesica fibra cabo
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
protocolo MACe formato do quadro
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)
5 Camada de Enlace 5-60
10Base5
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-61
10Base2
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-62
10BaseT
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-63
Conector RJ 45
5 Camada de Enlace 5-64
100Base-TX
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-65 10
Wireless Backhaul
Carrier Ethernet Access Expansion
Voice gateway
VoiceVideoTelephony
HD TVTVoD VoD
Video Source
Gaming BusinessBackup ERP
Internet Video Source
BusinessBroadband
E-Line andE-LAN service
GlobalNationalCarrierEthernet
GlobalNationalCarrierEthernet
SmallMedium Business
Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet
AccessCarrierEthernet
AccessCarrierEthernet
ResidentialTriple-Play
FTTx DSLAM Cable Modem
Broadbandmobile datavideo
Bringing vastly extended scalability for business and residential users
ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing
5 Camada de Enlace 5-66
Carrier Ethernet Defined
bull Carrier Ethernet is a ubiquitous standardized carrier-class SERVICE defined by five attributes that distinguish Carrier Ethernet from familiar LAN based Ethernet
bull It brings the compelling business benefit of the Ethernet cost model to achieve significant savings
Carrier Ethernet
bull Scalability
bull Standardized Services
bull Service Management
bull Quality of Service
bull Reliability
Carrier Ethernet Attributes
httpwwwmetroethernetforumorg
5 Camada de Enlace 5-67
Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e
serviccedilos52 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais
Endereccedilamento ARP
EthernetSwitchesVLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-68
Comutador (switch) Ethernet Dispositivo da camada de enlace tecircm papel
ativo armazena e retransmite quadros Ethernetexamina o cabeccedilalho do quadro e
seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento
transparentehospedeiros ignoram a presenccedila dos
switches plug-and-play self-learning (autodidatas)
os comutadores natildeo necessitam ser configurados
5 Camada de Enlace 5-69
Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas hospedeiros tecircm conexatildeo
direta e dedicada para o switch
os switches armazenam quadros
o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplex cada link eacute o seu proacuteprio
domiacutenio de colisatildeo comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-
para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch com seis interfaces(123456)
1 2 345
6
5 Camada de Enlace 5-70
Tabela de repasse do switch P como eacute que o switch sabe que
Arsquo eacute alcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel a partir da interface 5
R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutem (endereccedilo MAC do hospedeiro
interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)
parece uma tabela de repasse P como satildeo criadas e mantidas as
entradas na tabela de comutaccedilatildeo haacute algo como um protocolo de
roteamento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch with six interfaces(123456)
1 2 345
6
5 Camada de Enlace 5-71
switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfaces quando um quadro eacute
recebido o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada
registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo
Switch autoaprendizagemA
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
5 Camada de Enlace 5-725 Camada de Enlace
Switch filtragemrepasse de quadrosQuando o quadro eacute recebido em um comutador
registra o link de entrada endereccedilo MAC do hospedeiro transmissor
indexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo MAC do destino
if entrada encontrada para o destinothen
if dest estiver no segmento de onde veio o quadro then descarta o quadro
else repassa o quadro na interface indicada else usa inundaccedilatildeo
Repassa o quadro para todas as demais interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido
5 Camada de Enlace 5-73
Exemplo de auto aprendizagem e repasse
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo destino do quadro Arsquo
com localizaccedilatildeo desconhecida inundaccedilatildeo
Arsquo A
local do destino A conhecido
Arsquo 4 60
transmissatildeo seletiva
5 Camada de Enlace 5-74
Interligaccedilatildeo de comutadores
Podemos interligar comutadores (switches)
AB
P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe que deve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3
R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenico comutador)
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
5 Camada de Enlace 5-75
Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde
para C
P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4
AB
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
12
5 Camada de Enlace 5-76
Rede institucional
Para redeexterna
roteador
Subrede IP
Servidor de mensagens
Servidor web
5 Camada de Enlace 5-77
Comutadores x Roteadores
ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa roteadores dispositivos da
camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)
comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace
ambos possuem tabelas de repasse roteadores obteacutem
tabelas usando alg de roteamento endereccedilos IP
comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
redeenlacefiacutesica
enlacefiacutesica
switch
datagrama
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
quadro
quadro
quadrodatagrama
5 Camada de Enlace 5-78
Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e
serviccedilos52 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais
Endereccedilamento ARP
EthernetSwitchesVLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-79
Siacutentese um dia na vida de um pedido web jornada completa atravessando toda a pilha de
protocolos aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
colocando tudo junto siacutentese objetivo identificar revisar entender os
protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web
cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom
5 Camada de Enlace 5-80
Um dia na vida cenaacuterio
rede da Comcast68800013
rede do Google64233160019 64233169105
servidor web
Servidor DNS
rede da escola68802024
paacutegina web
navegador
5 Camada de Enlace 5-81
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPDHCP
quadro Ethernet difundido (dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador que executa o servidor DHCP Ethernet demultiplexado para IP demultiplexado para UDP e demultiplexado paraDHCP
o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilo do primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP Solicitaccedilatildeo DHCP encapsulada em UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023 Ethernet
5 Camada de Enlace 5-82
roteador(roda DHCP)
servidor DHCP prepara ACK DHCP contendo endereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiro roteador nome e endereccedilo IP do servidor DNS
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
encapsulamento no servidor DHCP quadro repassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente
Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador
cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
5 Camada de Enlace 5-83
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
consulta DNS criada encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviar quadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP
consulta ARP difundida recebida pelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccedilo MAC da interface do roteador
o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiro roteador podendo agora enviar o quadro contendo a consulta DNS
ARP query
EthPhy
ARP
ARP
ARP reply
antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
5 Camada de Enlace 5-84
roteador(roda DHCP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
datagrama IP conteacutem consulta DNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador
datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelos protocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS
demultiplexado pelo servidor DNS
servidor DNS responde ao cliente com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
rede da Comcast68800013
servidor DNSDNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
Um dia na vidahellip usando DNS
5 Camada de Enlace 5-85
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
para enviar pedido HTTP cliente primeiro abre um socket TCP para o servidor web segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web
conexatildeo TCP estabelecida64233169105servidor web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCPIPEthPhy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)
5 Camada de Enlace 5-86
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
solicitaccedilatildeo HTTP enviada para o socket TCP datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhado para wwwgooglecom
datagrama IP com a resposta HTTP eacute encaminhado de volta para o cliente
64233169105servidor web
HTTPTCPIPEthPhy
servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTPHTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
paacutegina web finalmente() apresentada
5 Camada de Enlace 5-87
Capiacutetulo 5 Resumo
princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dados detecccedilatildeo correccedilatildeo de erros compartilhamento de canal de difusatildeo acesso
muacuteltiplo endereccedilamento da camada de enlace
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlace Ethernet LANs comutadas VLANs redes virtualizadas como camada de enlace MPLS
siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web
5 Camada de Enlace 5-32
Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD
5 Camada de Enlace 5-33
Algoritmo CSMACD do Ethernet1 Adaptador recebe datagrama
da camada de rede e cria um quadro
2 Se o adaptador percebe que o canal estaacute ocioso comeccedila a transmitir o quadro Se percebe que o canal estaacute ocupado espera que o canal fique livre e transmite
3 Se o adaptador transmitir todo o quadro sem detectar outra transmissatildeo o adaptador concluiu a operaccedilatildeo com o quadro
4 Se o adaptador detectar outra transmissatildeo enquanto estiver transmitindo aborta e envia sinal de reforccedilo de colisatildeo de 48 bits
5 Apoacutes o aborto o adaptador entra na retirada (backoff) exponencial binaacuteria apoacutes a m-eacutesima colisatildeo o
adaptador escolhe um K aleatoriamente entre 012hellip2m-1 O adaptador espera K512 tempos de bit e retorna ao Passo 2
quanto mais colisotildees houver mas longos seratildeo os intervalos de retirada
5 Camada de Enlace 5-34
Eficiecircncia do CSMACD
tprop = atraso maacuteximo de prop entre 2 noacutes na LAN
ttrans = tempo para transmitir quadro de tamanho maacuteximo
Eficiecircncia vai para 1 agrave medida que tprop vai para 0ttrans vai para infinito
Muito melhor do que ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato
transprop tt 511eficiecircncia
5 Camada de Enlace 5-35
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoProtocolos MAC de divisatildeo de canal
Compartilha o canal eficientemente e de forma justa em altas cargas
Ineficiente em baixas cargas atraso no canal de acesso alocaccedilatildeo de 1N da largura de banda mesmo com apenas 1 noacute ativo
Protocolos MAC de acesso aleatoacuterioeficiente em baixas cargas um uacutenico noacute
pode utilizar completamente o canalAltas cargas overhead com colisotildees
Protocolos de revezamentoProcura oferecer o melhor dos dois mundos
5 Camada de Enlace 5-36
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoSeleccedilatildeo (Polling) Noacute mestre ldquoconvidardquo
noacutes escravos a transmitir em revezamento
Usado tipicamente com dispositivos escravo burros
Preocupaccedilotildees Overhead com as
consultas (polling) Latecircncia Ponto uacutenico de
falha (mestre)
mestre
escravos
poll
dados
dados
5 Camada de Enlace 5-37
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoPassagem de
permissatildeo (token) controla permissatildeo
passada de um noacute para o proacuteximo de forma sequencial
mensagem de passagem da permissatildeo
preocupaccedilotildees overhead com a
passagem de permissatildeo
latecircncia Ponto uacutenico de falha
(permissatildeo)
T
dados
(nada paramandar)
T
5 Camada de Enlace 5-38
Rede de acesso a cabo
Muacuteltiplos canais de difusatildeo downstream de 40Mbps Um uacutenico CMTS transmite para os diversos canais
Muacuteltiplos canais upstream de 30 Mbps Acesso muacuteltiplo todos os usuaacuterios disputam alguns slots
de tempo em canais upstream (outros satildeo preacute-alocados)
terminaccedilatildeo do cabo
CMTS
ISP
sistema de terminaccedilatildeo do cable modem
cablemodemsplitter
hellip
hellip
quadros Internet canais de TV e controle satildeo transmitidos downstream em frequecircncias diferentes
quadros Internet upstream e controle de TV satildeo transmitidos upstream em diferentes frequecircncias em slots de tempo
5 Camada de Enlace 5-39
Rede de acesso a cabo
DOCSIS espec da interface de serviccedilo de dados sobre cabo FDM sobre as frequecircncias dos canais up e downstream TDM upstream alguns slots satildeo alocados outros tecircm
disputabull quadro de mapeamento downstream aloca slots
upstreambull requisiccedilatildeo de slots upstream (e dados) satildeo transmitidos
atraveacutes de acesso aleatoacuterio (retirada binaacuteria) em slots selecionados
quadro de mapeamentop intervalo [t1 t2]
Residecircncias com cable modems
Canal downstream i
Canal Upstream j
t1 t2
Minislots alocados contendo quadros de dadosupstream do cable modem
Minislots contendo quadrosde requisiccedilatildeo de minislots
cable headend
CMTS
5 Camada de Enlace 5-40
Resumo dos protocolos MAC divisatildeo do canal por tempo frequecircncia ou
coacutedigoDivisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequecircncia
acesso aleatoacuterio (dinacircmico) ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDescutar a portadora faacutecil em algumas
tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)
CSMACD usado na EthernetCSMACA usado no 80211
RevezamentoSeleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto
central passagem de permissotildeesBluetooth FDDI Token Ring
5 Camada de Enlace 5-41
Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e
serviccedilos52 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais
Endereccedilamento ARP
EthernetSwitchesVLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-42
Endereccedilos MAC e ARP Endereccedilo IP de 32 bits
endereccedilos da camada de rede para a interface usado pelo repasse da camada 3 (rede)
Endereccedilo MAC (ou LAN ou fiacutesico ou Ethernet) Funccedilatildeo usado lsquolocalmentersquo para levar o quadro de
uma interface ateacute outra interface conectada fisicamente (na mesma rede no sentido do endereccedilamento IP)
Endereccedilo MAC de 48 bits (para a maioria das redes) gravado na ROM do adaptador ou configurado por software
Ex 1A-2F-BB-76-09-ADnotaccedilatildeo hexadecimal (base 16)
(cada ldquonuacutemerordquo representa 4 bits)
5 Camada de Enlace 5-43
Endereccedilos MAC e ARPcada adaptador na LAN possui um endereccedilo MAC uacutenico
Endereccedilo de Broadcast =FF-FF-FF-FF-FF-FF
= adaptador
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN(cabeada ousem fio)
5 Camada de Enlace 5-44
Endereccedilo MAC (cont) Alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC gerenciada pelo IEEE Um fabricante compra uma parte do espaccedilo de
endereccedilos (para garantir unicidade) Analogia (a) endereccedilo MAC como nuacutemero do CPF (b) endereccedilo IP como endereccedilo postal (CEP) endereccedilo MAC tem estrutura linear =gt
portabilidadePode mover um cartatildeo LAN de uma LAN para
outra endereccedilo IP hieraacuterquico NAtildeO eacute portaacutetil (requer IP
moacutevel)Depende da subrede IP agrave qual o noacute estaacute
conectado
5 Camada de Enlace 5-45
ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de Resoluccedilatildeo de Endereccedilos)
Cada noacute IP (Host Roteador) de uma LAN possui tabela ARP
Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN
lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt TTL (Time To Live) tempo
a partir do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute esquecido (valor tiacutepico de 20 min)
Pergunta como obter oendereccedilo MAC de B a partir do endereccedilo IP de B
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53 LAN
237196723
237196778
237196714
237196788
5 Camada de Enlace 5-46
Protocolo ARP mesma LAN (rede) A deseja enviar datagrama
para B e o endereccedilo MAC de B natildeo estaacute na tabela ARP
A difunde o pacote de solicitaccedilatildeo ARP que conteacutem o endereccedilo IP de B Endereccedilo MAC destino =
FF-FF-FF-FF-FF-FF todas as maacutequinas na
LAN recebem a consulta do ARP
B recebe o pacote ARP responde a A com o seu (de B) endereccedilo MAC Quadro enviado para o
endereccedilo MAC (unicast) de A
Uma cache (salva) o par de endereccedilos IP-para-MAC na sua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo fique antiquada (expire) lsquosoft statersquo informaccedilatildeo que expira (vai embora) a menos que seja renovada
ARP eacute ldquoplug-and-playrdquo os noacutes criam suas tabelas ARP sem a intervenccedilatildeo do administrador
da rede
5 Camada de Enlace 5-47
Endereccedilamento repassando para outra LAN encaminhamento envio de datagrama de A para B via R
foco no endereccedilamento ndash nas camadas IP (datagrama) e MAC (quadro)
assume que A conhece o endereccedilo IP de B assume que A conhece o endereccedilo IP do proacuteximo roteador
R (como) assume que A conhece o endereccedilo MAC de R (como)
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
5 Camada de Enlace 5-48
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IPEthPhy
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
A cria datagrama IP com IP origem A destino B A cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC
de R como destino quadro conteacutem o datagrama IP de A-para-B
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55 MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
5 Camada de Enlace 5-49
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IPEthPhy
quadro enviado de A para R
IPEthPhy
quadro recebido em R datagrama removido passado para o IP
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55 MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
5 Camada de Enlace 5-50
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
R repassa o datagrama com origem IP A destino B R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC
de B como destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9B MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
IPEthPhy
5 Camada de Enlace 5-51
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
R repassa o datagrama com origem IP A destino B R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC
de B como destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9B MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
IPEthPhy
5 Camada de Enlace 5-52
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
R repassa o datagrama com origem IP A destino B R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC
de B como destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9B MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
5 Camada de Enlace 5-53
Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e
serviccedilos52 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais
Endereccedilamento ARP
EthernetSwitchesVLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-54
Ethernet Muitiacutessimo difundida porque
Muito barata R$50 para placas 101001000Mbps A mais antiga das tecnologias de rede local (meados da
deacutecada de 70) Mais simples e menos cara que redes usando ficha ou
ATM Acompanhou o aumento de velocidade 10 Mbps ndash 10
Gbps
Rascunho de Metcalfe sobre o Ethernet
5 Camada de Enlace 5-55
Ethernet topologia fiacutesica barramento popular ateacute meados dos anos 90
Todos os noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo (podem colidir um com o outro)
estrela prevalecircncia hoje Comutador (switch) ativo no centro Cada porta roda o protocolo Ethernet separadamente (os
noacutes natildeo colidem uns com os outros)
barramento cabo coaxial
switch
estrela
5 Camada de Enlace 5-56
Estrutura do Quadro EthernetAdaptador remetente encapsula datagrama IP (ou pacote
de outro protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
preacircmbulo 7 bytes com o padratildeo 10101010 seguidos por um byte
com o padratildeo 10101011 usado para sincronizar receptor ao reloacutegio do
remetente (reloacutegios nunca satildeo exatos eacute muito provaacutevel que exista algum desvio entre eles)
5 Camada de Enlace 5-57
Estrutura de Quadro Ethernet (cont)
Endereccedilos 6 bytes para cada endereccedilo MAC se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo destino igual
ao seu ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede
caso contraacuterio o adaptador descarta o quadro Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior
usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)
CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado
5 Camada de Enlace 5-58
Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo sem conexatildeo natildeo haacute estabelecimento de
conexatildeo (saudaccedilatildeo) entre os adaptadores transmissor e receptor
Natildeo confiaacutevel o adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador transmissordados em quadros descartados satildeo
recuperados apenas se o transmissor usar transferecircncia confiaacutevel em camadas mais altas (ex TCP) caso contraacuterio os dados estaratildeo perdidos
Protocolo MAC do Ethernet CSMACD com retirada binaacuteria
5 Camada de Enlace 5-59
Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
diversos padrotildees Ethernet diferentes tecircm em comum o protocolo MAC e o formato do
quadro diferentes velocidades 2Mbps 10Mbps 100Mbps
1Gbps 10Gbps diferentes meios da camada fiacutesica fibra cabo
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
protocolo MACe formato do quadro
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)
5 Camada de Enlace 5-60
10Base5
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-61
10Base2
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-62
10BaseT
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-63
Conector RJ 45
5 Camada de Enlace 5-64
100Base-TX
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-65 10
Wireless Backhaul
Carrier Ethernet Access Expansion
Voice gateway
VoiceVideoTelephony
HD TVTVoD VoD
Video Source
Gaming BusinessBackup ERP
Internet Video Source
BusinessBroadband
E-Line andE-LAN service
GlobalNationalCarrierEthernet
GlobalNationalCarrierEthernet
SmallMedium Business
Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet
AccessCarrierEthernet
AccessCarrierEthernet
ResidentialTriple-Play
FTTx DSLAM Cable Modem
Broadbandmobile datavideo
Bringing vastly extended scalability for business and residential users
ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing
5 Camada de Enlace 5-66
Carrier Ethernet Defined
bull Carrier Ethernet is a ubiquitous standardized carrier-class SERVICE defined by five attributes that distinguish Carrier Ethernet from familiar LAN based Ethernet
bull It brings the compelling business benefit of the Ethernet cost model to achieve significant savings
Carrier Ethernet
bull Scalability
bull Standardized Services
bull Service Management
bull Quality of Service
bull Reliability
Carrier Ethernet Attributes
httpwwwmetroethernetforumorg
5 Camada de Enlace 5-67
Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e
serviccedilos52 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais
Endereccedilamento ARP
EthernetSwitchesVLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-68
Comutador (switch) Ethernet Dispositivo da camada de enlace tecircm papel
ativo armazena e retransmite quadros Ethernetexamina o cabeccedilalho do quadro e
seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento
transparentehospedeiros ignoram a presenccedila dos
switches plug-and-play self-learning (autodidatas)
os comutadores natildeo necessitam ser configurados
5 Camada de Enlace 5-69
Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas hospedeiros tecircm conexatildeo
direta e dedicada para o switch
os switches armazenam quadros
o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplex cada link eacute o seu proacuteprio
domiacutenio de colisatildeo comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-
para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch com seis interfaces(123456)
1 2 345
6
5 Camada de Enlace 5-70
Tabela de repasse do switch P como eacute que o switch sabe que
Arsquo eacute alcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel a partir da interface 5
R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutem (endereccedilo MAC do hospedeiro
interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)
parece uma tabela de repasse P como satildeo criadas e mantidas as
entradas na tabela de comutaccedilatildeo haacute algo como um protocolo de
roteamento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch with six interfaces(123456)
1 2 345
6
5 Camada de Enlace 5-71
switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfaces quando um quadro eacute
recebido o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada
registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo
Switch autoaprendizagemA
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
5 Camada de Enlace 5-725 Camada de Enlace
Switch filtragemrepasse de quadrosQuando o quadro eacute recebido em um comutador
registra o link de entrada endereccedilo MAC do hospedeiro transmissor
indexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo MAC do destino
if entrada encontrada para o destinothen
if dest estiver no segmento de onde veio o quadro then descarta o quadro
else repassa o quadro na interface indicada else usa inundaccedilatildeo
Repassa o quadro para todas as demais interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido
5 Camada de Enlace 5-73
Exemplo de auto aprendizagem e repasse
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo destino do quadro Arsquo
com localizaccedilatildeo desconhecida inundaccedilatildeo
Arsquo A
local do destino A conhecido
Arsquo 4 60
transmissatildeo seletiva
5 Camada de Enlace 5-74
Interligaccedilatildeo de comutadores
Podemos interligar comutadores (switches)
AB
P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe que deve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3
R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenico comutador)
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
5 Camada de Enlace 5-75
Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde
para C
P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4
AB
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
12
5 Camada de Enlace 5-76
Rede institucional
Para redeexterna
roteador
Subrede IP
Servidor de mensagens
Servidor web
5 Camada de Enlace 5-77
Comutadores x Roteadores
ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa roteadores dispositivos da
camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)
comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace
ambos possuem tabelas de repasse roteadores obteacutem
tabelas usando alg de roteamento endereccedilos IP
comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
redeenlacefiacutesica
enlacefiacutesica
switch
datagrama
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
quadro
quadro
quadrodatagrama
5 Camada de Enlace 5-78
Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e
serviccedilos52 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais
Endereccedilamento ARP
EthernetSwitchesVLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-79
Siacutentese um dia na vida de um pedido web jornada completa atravessando toda a pilha de
protocolos aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
colocando tudo junto siacutentese objetivo identificar revisar entender os
protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web
cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom
5 Camada de Enlace 5-80
Um dia na vida cenaacuterio
rede da Comcast68800013
rede do Google64233160019 64233169105
servidor web
Servidor DNS
rede da escola68802024
paacutegina web
navegador
5 Camada de Enlace 5-81
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPDHCP
quadro Ethernet difundido (dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador que executa o servidor DHCP Ethernet demultiplexado para IP demultiplexado para UDP e demultiplexado paraDHCP
o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilo do primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP Solicitaccedilatildeo DHCP encapsulada em UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023 Ethernet
5 Camada de Enlace 5-82
roteador(roda DHCP)
servidor DHCP prepara ACK DHCP contendo endereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiro roteador nome e endereccedilo IP do servidor DNS
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
encapsulamento no servidor DHCP quadro repassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente
Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador
cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
5 Camada de Enlace 5-83
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
consulta DNS criada encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviar quadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP
consulta ARP difundida recebida pelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccedilo MAC da interface do roteador
o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiro roteador podendo agora enviar o quadro contendo a consulta DNS
ARP query
EthPhy
ARP
ARP
ARP reply
antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
5 Camada de Enlace 5-84
roteador(roda DHCP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
datagrama IP conteacutem consulta DNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador
datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelos protocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS
demultiplexado pelo servidor DNS
servidor DNS responde ao cliente com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
rede da Comcast68800013
servidor DNSDNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
Um dia na vidahellip usando DNS
5 Camada de Enlace 5-85
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
para enviar pedido HTTP cliente primeiro abre um socket TCP para o servidor web segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web
conexatildeo TCP estabelecida64233169105servidor web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCPIPEthPhy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)
5 Camada de Enlace 5-86
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
solicitaccedilatildeo HTTP enviada para o socket TCP datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhado para wwwgooglecom
datagrama IP com a resposta HTTP eacute encaminhado de volta para o cliente
64233169105servidor web
HTTPTCPIPEthPhy
servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTPHTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
paacutegina web finalmente() apresentada
5 Camada de Enlace 5-87
Capiacutetulo 5 Resumo
princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dados detecccedilatildeo correccedilatildeo de erros compartilhamento de canal de difusatildeo acesso
muacuteltiplo endereccedilamento da camada de enlace
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlace Ethernet LANs comutadas VLANs redes virtualizadas como camada de enlace MPLS
siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web
5 Camada de Enlace 5-33
Algoritmo CSMACD do Ethernet1 Adaptador recebe datagrama
da camada de rede e cria um quadro
2 Se o adaptador percebe que o canal estaacute ocioso comeccedila a transmitir o quadro Se percebe que o canal estaacute ocupado espera que o canal fique livre e transmite
3 Se o adaptador transmitir todo o quadro sem detectar outra transmissatildeo o adaptador concluiu a operaccedilatildeo com o quadro
4 Se o adaptador detectar outra transmissatildeo enquanto estiver transmitindo aborta e envia sinal de reforccedilo de colisatildeo de 48 bits
5 Apoacutes o aborto o adaptador entra na retirada (backoff) exponencial binaacuteria apoacutes a m-eacutesima colisatildeo o
adaptador escolhe um K aleatoriamente entre 012hellip2m-1 O adaptador espera K512 tempos de bit e retorna ao Passo 2
quanto mais colisotildees houver mas longos seratildeo os intervalos de retirada
5 Camada de Enlace 5-34
Eficiecircncia do CSMACD
tprop = atraso maacuteximo de prop entre 2 noacutes na LAN
ttrans = tempo para transmitir quadro de tamanho maacuteximo
Eficiecircncia vai para 1 agrave medida que tprop vai para 0ttrans vai para infinito
Muito melhor do que ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato
transprop tt 511eficiecircncia
5 Camada de Enlace 5-35
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoProtocolos MAC de divisatildeo de canal
Compartilha o canal eficientemente e de forma justa em altas cargas
Ineficiente em baixas cargas atraso no canal de acesso alocaccedilatildeo de 1N da largura de banda mesmo com apenas 1 noacute ativo
Protocolos MAC de acesso aleatoacuterioeficiente em baixas cargas um uacutenico noacute
pode utilizar completamente o canalAltas cargas overhead com colisotildees
Protocolos de revezamentoProcura oferecer o melhor dos dois mundos
5 Camada de Enlace 5-36
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoSeleccedilatildeo (Polling) Noacute mestre ldquoconvidardquo
noacutes escravos a transmitir em revezamento
Usado tipicamente com dispositivos escravo burros
Preocupaccedilotildees Overhead com as
consultas (polling) Latecircncia Ponto uacutenico de
falha (mestre)
mestre
escravos
poll
dados
dados
5 Camada de Enlace 5-37
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoPassagem de
permissatildeo (token) controla permissatildeo
passada de um noacute para o proacuteximo de forma sequencial
mensagem de passagem da permissatildeo
preocupaccedilotildees overhead com a
passagem de permissatildeo
latecircncia Ponto uacutenico de falha
(permissatildeo)
T
dados
(nada paramandar)
T
5 Camada de Enlace 5-38
Rede de acesso a cabo
Muacuteltiplos canais de difusatildeo downstream de 40Mbps Um uacutenico CMTS transmite para os diversos canais
Muacuteltiplos canais upstream de 30 Mbps Acesso muacuteltiplo todos os usuaacuterios disputam alguns slots
de tempo em canais upstream (outros satildeo preacute-alocados)
terminaccedilatildeo do cabo
CMTS
ISP
sistema de terminaccedilatildeo do cable modem
cablemodemsplitter
hellip
hellip
quadros Internet canais de TV e controle satildeo transmitidos downstream em frequecircncias diferentes
quadros Internet upstream e controle de TV satildeo transmitidos upstream em diferentes frequecircncias em slots de tempo
5 Camada de Enlace 5-39
Rede de acesso a cabo
DOCSIS espec da interface de serviccedilo de dados sobre cabo FDM sobre as frequecircncias dos canais up e downstream TDM upstream alguns slots satildeo alocados outros tecircm
disputabull quadro de mapeamento downstream aloca slots
upstreambull requisiccedilatildeo de slots upstream (e dados) satildeo transmitidos
atraveacutes de acesso aleatoacuterio (retirada binaacuteria) em slots selecionados
quadro de mapeamentop intervalo [t1 t2]
Residecircncias com cable modems
Canal downstream i
Canal Upstream j
t1 t2
Minislots alocados contendo quadros de dadosupstream do cable modem
Minislots contendo quadrosde requisiccedilatildeo de minislots
cable headend
CMTS
5 Camada de Enlace 5-40
Resumo dos protocolos MAC divisatildeo do canal por tempo frequecircncia ou
coacutedigoDivisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequecircncia
acesso aleatoacuterio (dinacircmico) ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDescutar a portadora faacutecil em algumas
tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)
CSMACD usado na EthernetCSMACA usado no 80211
RevezamentoSeleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto
central passagem de permissotildeesBluetooth FDDI Token Ring
5 Camada de Enlace 5-41
Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e
serviccedilos52 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais
Endereccedilamento ARP
EthernetSwitchesVLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-42
Endereccedilos MAC e ARP Endereccedilo IP de 32 bits
endereccedilos da camada de rede para a interface usado pelo repasse da camada 3 (rede)
Endereccedilo MAC (ou LAN ou fiacutesico ou Ethernet) Funccedilatildeo usado lsquolocalmentersquo para levar o quadro de
uma interface ateacute outra interface conectada fisicamente (na mesma rede no sentido do endereccedilamento IP)
Endereccedilo MAC de 48 bits (para a maioria das redes) gravado na ROM do adaptador ou configurado por software
Ex 1A-2F-BB-76-09-ADnotaccedilatildeo hexadecimal (base 16)
(cada ldquonuacutemerordquo representa 4 bits)
5 Camada de Enlace 5-43
Endereccedilos MAC e ARPcada adaptador na LAN possui um endereccedilo MAC uacutenico
Endereccedilo de Broadcast =FF-FF-FF-FF-FF-FF
= adaptador
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN(cabeada ousem fio)
5 Camada de Enlace 5-44
Endereccedilo MAC (cont) Alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC gerenciada pelo IEEE Um fabricante compra uma parte do espaccedilo de
endereccedilos (para garantir unicidade) Analogia (a) endereccedilo MAC como nuacutemero do CPF (b) endereccedilo IP como endereccedilo postal (CEP) endereccedilo MAC tem estrutura linear =gt
portabilidadePode mover um cartatildeo LAN de uma LAN para
outra endereccedilo IP hieraacuterquico NAtildeO eacute portaacutetil (requer IP
moacutevel)Depende da subrede IP agrave qual o noacute estaacute
conectado
5 Camada de Enlace 5-45
ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de Resoluccedilatildeo de Endereccedilos)
Cada noacute IP (Host Roteador) de uma LAN possui tabela ARP
Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN
lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt TTL (Time To Live) tempo
a partir do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute esquecido (valor tiacutepico de 20 min)
Pergunta como obter oendereccedilo MAC de B a partir do endereccedilo IP de B
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53 LAN
237196723
237196778
237196714
237196788
5 Camada de Enlace 5-46
Protocolo ARP mesma LAN (rede) A deseja enviar datagrama
para B e o endereccedilo MAC de B natildeo estaacute na tabela ARP
A difunde o pacote de solicitaccedilatildeo ARP que conteacutem o endereccedilo IP de B Endereccedilo MAC destino =
FF-FF-FF-FF-FF-FF todas as maacutequinas na
LAN recebem a consulta do ARP
B recebe o pacote ARP responde a A com o seu (de B) endereccedilo MAC Quadro enviado para o
endereccedilo MAC (unicast) de A
Uma cache (salva) o par de endereccedilos IP-para-MAC na sua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo fique antiquada (expire) lsquosoft statersquo informaccedilatildeo que expira (vai embora) a menos que seja renovada
ARP eacute ldquoplug-and-playrdquo os noacutes criam suas tabelas ARP sem a intervenccedilatildeo do administrador
da rede
5 Camada de Enlace 5-47
Endereccedilamento repassando para outra LAN encaminhamento envio de datagrama de A para B via R
foco no endereccedilamento ndash nas camadas IP (datagrama) e MAC (quadro)
assume que A conhece o endereccedilo IP de B assume que A conhece o endereccedilo IP do proacuteximo roteador
R (como) assume que A conhece o endereccedilo MAC de R (como)
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
5 Camada de Enlace 5-48
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IPEthPhy
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
A cria datagrama IP com IP origem A destino B A cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC
de R como destino quadro conteacutem o datagrama IP de A-para-B
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55 MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
5 Camada de Enlace 5-49
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IPEthPhy
quadro enviado de A para R
IPEthPhy
quadro recebido em R datagrama removido passado para o IP
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55 MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
5 Camada de Enlace 5-50
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
R repassa o datagrama com origem IP A destino B R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC
de B como destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9B MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
IPEthPhy
5 Camada de Enlace 5-51
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
R repassa o datagrama com origem IP A destino B R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC
de B como destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9B MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
IPEthPhy
5 Camada de Enlace 5-52
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
R repassa o datagrama com origem IP A destino B R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC
de B como destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9B MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
5 Camada de Enlace 5-53
Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e
serviccedilos52 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais
Endereccedilamento ARP
EthernetSwitchesVLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-54
Ethernet Muitiacutessimo difundida porque
Muito barata R$50 para placas 101001000Mbps A mais antiga das tecnologias de rede local (meados da
deacutecada de 70) Mais simples e menos cara que redes usando ficha ou
ATM Acompanhou o aumento de velocidade 10 Mbps ndash 10
Gbps
Rascunho de Metcalfe sobre o Ethernet
5 Camada de Enlace 5-55
Ethernet topologia fiacutesica barramento popular ateacute meados dos anos 90
Todos os noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo (podem colidir um com o outro)
estrela prevalecircncia hoje Comutador (switch) ativo no centro Cada porta roda o protocolo Ethernet separadamente (os
noacutes natildeo colidem uns com os outros)
barramento cabo coaxial
switch
estrela
5 Camada de Enlace 5-56
Estrutura do Quadro EthernetAdaptador remetente encapsula datagrama IP (ou pacote
de outro protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
preacircmbulo 7 bytes com o padratildeo 10101010 seguidos por um byte
com o padratildeo 10101011 usado para sincronizar receptor ao reloacutegio do
remetente (reloacutegios nunca satildeo exatos eacute muito provaacutevel que exista algum desvio entre eles)
5 Camada de Enlace 5-57
Estrutura de Quadro Ethernet (cont)
Endereccedilos 6 bytes para cada endereccedilo MAC se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo destino igual
ao seu ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede
caso contraacuterio o adaptador descarta o quadro Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior
usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)
CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado
5 Camada de Enlace 5-58
Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo sem conexatildeo natildeo haacute estabelecimento de
conexatildeo (saudaccedilatildeo) entre os adaptadores transmissor e receptor
Natildeo confiaacutevel o adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador transmissordados em quadros descartados satildeo
recuperados apenas se o transmissor usar transferecircncia confiaacutevel em camadas mais altas (ex TCP) caso contraacuterio os dados estaratildeo perdidos
Protocolo MAC do Ethernet CSMACD com retirada binaacuteria
5 Camada de Enlace 5-59
Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
diversos padrotildees Ethernet diferentes tecircm em comum o protocolo MAC e o formato do
quadro diferentes velocidades 2Mbps 10Mbps 100Mbps
1Gbps 10Gbps diferentes meios da camada fiacutesica fibra cabo
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
protocolo MACe formato do quadro
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)
5 Camada de Enlace 5-60
10Base5
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-61
10Base2
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-62
10BaseT
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-63
Conector RJ 45
5 Camada de Enlace 5-64
100Base-TX
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-65 10
Wireless Backhaul
Carrier Ethernet Access Expansion
Voice gateway
VoiceVideoTelephony
HD TVTVoD VoD
Video Source
Gaming BusinessBackup ERP
Internet Video Source
BusinessBroadband
E-Line andE-LAN service
GlobalNationalCarrierEthernet
GlobalNationalCarrierEthernet
SmallMedium Business
Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet
AccessCarrierEthernet
AccessCarrierEthernet
ResidentialTriple-Play
FTTx DSLAM Cable Modem
Broadbandmobile datavideo
Bringing vastly extended scalability for business and residential users
ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing
5 Camada de Enlace 5-66
Carrier Ethernet Defined
bull Carrier Ethernet is a ubiquitous standardized carrier-class SERVICE defined by five attributes that distinguish Carrier Ethernet from familiar LAN based Ethernet
bull It brings the compelling business benefit of the Ethernet cost model to achieve significant savings
Carrier Ethernet
bull Scalability
bull Standardized Services
bull Service Management
bull Quality of Service
bull Reliability
Carrier Ethernet Attributes
httpwwwmetroethernetforumorg
5 Camada de Enlace 5-67
Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e
serviccedilos52 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais
Endereccedilamento ARP
EthernetSwitchesVLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-68
Comutador (switch) Ethernet Dispositivo da camada de enlace tecircm papel
ativo armazena e retransmite quadros Ethernetexamina o cabeccedilalho do quadro e
seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento
transparentehospedeiros ignoram a presenccedila dos
switches plug-and-play self-learning (autodidatas)
os comutadores natildeo necessitam ser configurados
5 Camada de Enlace 5-69
Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas hospedeiros tecircm conexatildeo
direta e dedicada para o switch
os switches armazenam quadros
o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplex cada link eacute o seu proacuteprio
domiacutenio de colisatildeo comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-
para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch com seis interfaces(123456)
1 2 345
6
5 Camada de Enlace 5-70
Tabela de repasse do switch P como eacute que o switch sabe que
Arsquo eacute alcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel a partir da interface 5
R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutem (endereccedilo MAC do hospedeiro
interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)
parece uma tabela de repasse P como satildeo criadas e mantidas as
entradas na tabela de comutaccedilatildeo haacute algo como um protocolo de
roteamento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch with six interfaces(123456)
1 2 345
6
5 Camada de Enlace 5-71
switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfaces quando um quadro eacute
recebido o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada
registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo
Switch autoaprendizagemA
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
5 Camada de Enlace 5-725 Camada de Enlace
Switch filtragemrepasse de quadrosQuando o quadro eacute recebido em um comutador
registra o link de entrada endereccedilo MAC do hospedeiro transmissor
indexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo MAC do destino
if entrada encontrada para o destinothen
if dest estiver no segmento de onde veio o quadro then descarta o quadro
else repassa o quadro na interface indicada else usa inundaccedilatildeo
Repassa o quadro para todas as demais interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido
5 Camada de Enlace 5-73
Exemplo de auto aprendizagem e repasse
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo destino do quadro Arsquo
com localizaccedilatildeo desconhecida inundaccedilatildeo
Arsquo A
local do destino A conhecido
Arsquo 4 60
transmissatildeo seletiva
5 Camada de Enlace 5-74
Interligaccedilatildeo de comutadores
Podemos interligar comutadores (switches)
AB
P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe que deve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3
R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenico comutador)
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
5 Camada de Enlace 5-75
Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde
para C
P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4
AB
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
12
5 Camada de Enlace 5-76
Rede institucional
Para redeexterna
roteador
Subrede IP
Servidor de mensagens
Servidor web
5 Camada de Enlace 5-77
Comutadores x Roteadores
ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa roteadores dispositivos da
camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)
comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace
ambos possuem tabelas de repasse roteadores obteacutem
tabelas usando alg de roteamento endereccedilos IP
comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
redeenlacefiacutesica
enlacefiacutesica
switch
datagrama
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
quadro
quadro
quadrodatagrama
5 Camada de Enlace 5-78
Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e
serviccedilos52 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais
Endereccedilamento ARP
EthernetSwitchesVLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-79
Siacutentese um dia na vida de um pedido web jornada completa atravessando toda a pilha de
protocolos aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
colocando tudo junto siacutentese objetivo identificar revisar entender os
protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web
cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom
5 Camada de Enlace 5-80
Um dia na vida cenaacuterio
rede da Comcast68800013
rede do Google64233160019 64233169105
servidor web
Servidor DNS
rede da escola68802024
paacutegina web
navegador
5 Camada de Enlace 5-81
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPDHCP
quadro Ethernet difundido (dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador que executa o servidor DHCP Ethernet demultiplexado para IP demultiplexado para UDP e demultiplexado paraDHCP
o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilo do primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP Solicitaccedilatildeo DHCP encapsulada em UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023 Ethernet
5 Camada de Enlace 5-82
roteador(roda DHCP)
servidor DHCP prepara ACK DHCP contendo endereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiro roteador nome e endereccedilo IP do servidor DNS
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
encapsulamento no servidor DHCP quadro repassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente
Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador
cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
5 Camada de Enlace 5-83
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
consulta DNS criada encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviar quadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP
consulta ARP difundida recebida pelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccedilo MAC da interface do roteador
o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiro roteador podendo agora enviar o quadro contendo a consulta DNS
ARP query
EthPhy
ARP
ARP
ARP reply
antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
5 Camada de Enlace 5-84
roteador(roda DHCP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
datagrama IP conteacutem consulta DNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador
datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelos protocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS
demultiplexado pelo servidor DNS
servidor DNS responde ao cliente com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
rede da Comcast68800013
servidor DNSDNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
Um dia na vidahellip usando DNS
5 Camada de Enlace 5-85
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
para enviar pedido HTTP cliente primeiro abre um socket TCP para o servidor web segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web
conexatildeo TCP estabelecida64233169105servidor web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCPIPEthPhy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)
5 Camada de Enlace 5-86
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
solicitaccedilatildeo HTTP enviada para o socket TCP datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhado para wwwgooglecom
datagrama IP com a resposta HTTP eacute encaminhado de volta para o cliente
64233169105servidor web
HTTPTCPIPEthPhy
servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTPHTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
paacutegina web finalmente() apresentada
5 Camada de Enlace 5-87
Capiacutetulo 5 Resumo
princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dados detecccedilatildeo correccedilatildeo de erros compartilhamento de canal de difusatildeo acesso
muacuteltiplo endereccedilamento da camada de enlace
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlace Ethernet LANs comutadas VLANs redes virtualizadas como camada de enlace MPLS
siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web
5 Camada de Enlace 5-34
Eficiecircncia do CSMACD
tprop = atraso maacuteximo de prop entre 2 noacutes na LAN
ttrans = tempo para transmitir quadro de tamanho maacuteximo
Eficiecircncia vai para 1 agrave medida que tprop vai para 0ttrans vai para infinito
Muito melhor do que ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato
transprop tt 511eficiecircncia
5 Camada de Enlace 5-35
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoProtocolos MAC de divisatildeo de canal
Compartilha o canal eficientemente e de forma justa em altas cargas
Ineficiente em baixas cargas atraso no canal de acesso alocaccedilatildeo de 1N da largura de banda mesmo com apenas 1 noacute ativo
Protocolos MAC de acesso aleatoacuterioeficiente em baixas cargas um uacutenico noacute
pode utilizar completamente o canalAltas cargas overhead com colisotildees
Protocolos de revezamentoProcura oferecer o melhor dos dois mundos
5 Camada de Enlace 5-36
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoSeleccedilatildeo (Polling) Noacute mestre ldquoconvidardquo
noacutes escravos a transmitir em revezamento
Usado tipicamente com dispositivos escravo burros
Preocupaccedilotildees Overhead com as
consultas (polling) Latecircncia Ponto uacutenico de
falha (mestre)
mestre
escravos
poll
dados
dados
5 Camada de Enlace 5-37
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoPassagem de
permissatildeo (token) controla permissatildeo
passada de um noacute para o proacuteximo de forma sequencial
mensagem de passagem da permissatildeo
preocupaccedilotildees overhead com a
passagem de permissatildeo
latecircncia Ponto uacutenico de falha
(permissatildeo)
T
dados
(nada paramandar)
T
5 Camada de Enlace 5-38
Rede de acesso a cabo
Muacuteltiplos canais de difusatildeo downstream de 40Mbps Um uacutenico CMTS transmite para os diversos canais
Muacuteltiplos canais upstream de 30 Mbps Acesso muacuteltiplo todos os usuaacuterios disputam alguns slots
de tempo em canais upstream (outros satildeo preacute-alocados)
terminaccedilatildeo do cabo
CMTS
ISP
sistema de terminaccedilatildeo do cable modem
cablemodemsplitter
hellip
hellip
quadros Internet canais de TV e controle satildeo transmitidos downstream em frequecircncias diferentes
quadros Internet upstream e controle de TV satildeo transmitidos upstream em diferentes frequecircncias em slots de tempo
5 Camada de Enlace 5-39
Rede de acesso a cabo
DOCSIS espec da interface de serviccedilo de dados sobre cabo FDM sobre as frequecircncias dos canais up e downstream TDM upstream alguns slots satildeo alocados outros tecircm
disputabull quadro de mapeamento downstream aloca slots
upstreambull requisiccedilatildeo de slots upstream (e dados) satildeo transmitidos
atraveacutes de acesso aleatoacuterio (retirada binaacuteria) em slots selecionados
quadro de mapeamentop intervalo [t1 t2]
Residecircncias com cable modems
Canal downstream i
Canal Upstream j
t1 t2
Minislots alocados contendo quadros de dadosupstream do cable modem
Minislots contendo quadrosde requisiccedilatildeo de minislots
cable headend
CMTS
5 Camada de Enlace 5-40
Resumo dos protocolos MAC divisatildeo do canal por tempo frequecircncia ou
coacutedigoDivisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequecircncia
acesso aleatoacuterio (dinacircmico) ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDescutar a portadora faacutecil em algumas
tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)
CSMACD usado na EthernetCSMACA usado no 80211
RevezamentoSeleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto
central passagem de permissotildeesBluetooth FDDI Token Ring
5 Camada de Enlace 5-41
Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e
serviccedilos52 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais
Endereccedilamento ARP
EthernetSwitchesVLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-42
Endereccedilos MAC e ARP Endereccedilo IP de 32 bits
endereccedilos da camada de rede para a interface usado pelo repasse da camada 3 (rede)
Endereccedilo MAC (ou LAN ou fiacutesico ou Ethernet) Funccedilatildeo usado lsquolocalmentersquo para levar o quadro de
uma interface ateacute outra interface conectada fisicamente (na mesma rede no sentido do endereccedilamento IP)
Endereccedilo MAC de 48 bits (para a maioria das redes) gravado na ROM do adaptador ou configurado por software
Ex 1A-2F-BB-76-09-ADnotaccedilatildeo hexadecimal (base 16)
(cada ldquonuacutemerordquo representa 4 bits)
5 Camada de Enlace 5-43
Endereccedilos MAC e ARPcada adaptador na LAN possui um endereccedilo MAC uacutenico
Endereccedilo de Broadcast =FF-FF-FF-FF-FF-FF
= adaptador
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN(cabeada ousem fio)
5 Camada de Enlace 5-44
Endereccedilo MAC (cont) Alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC gerenciada pelo IEEE Um fabricante compra uma parte do espaccedilo de
endereccedilos (para garantir unicidade) Analogia (a) endereccedilo MAC como nuacutemero do CPF (b) endereccedilo IP como endereccedilo postal (CEP) endereccedilo MAC tem estrutura linear =gt
portabilidadePode mover um cartatildeo LAN de uma LAN para
outra endereccedilo IP hieraacuterquico NAtildeO eacute portaacutetil (requer IP
moacutevel)Depende da subrede IP agrave qual o noacute estaacute
conectado
5 Camada de Enlace 5-45
ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de Resoluccedilatildeo de Endereccedilos)
Cada noacute IP (Host Roteador) de uma LAN possui tabela ARP
Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN
lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt TTL (Time To Live) tempo
a partir do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute esquecido (valor tiacutepico de 20 min)
Pergunta como obter oendereccedilo MAC de B a partir do endereccedilo IP de B
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53 LAN
237196723
237196778
237196714
237196788
5 Camada de Enlace 5-46
Protocolo ARP mesma LAN (rede) A deseja enviar datagrama
para B e o endereccedilo MAC de B natildeo estaacute na tabela ARP
A difunde o pacote de solicitaccedilatildeo ARP que conteacutem o endereccedilo IP de B Endereccedilo MAC destino =
FF-FF-FF-FF-FF-FF todas as maacutequinas na
LAN recebem a consulta do ARP
B recebe o pacote ARP responde a A com o seu (de B) endereccedilo MAC Quadro enviado para o
endereccedilo MAC (unicast) de A
Uma cache (salva) o par de endereccedilos IP-para-MAC na sua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo fique antiquada (expire) lsquosoft statersquo informaccedilatildeo que expira (vai embora) a menos que seja renovada
ARP eacute ldquoplug-and-playrdquo os noacutes criam suas tabelas ARP sem a intervenccedilatildeo do administrador
da rede
5 Camada de Enlace 5-47
Endereccedilamento repassando para outra LAN encaminhamento envio de datagrama de A para B via R
foco no endereccedilamento ndash nas camadas IP (datagrama) e MAC (quadro)
assume que A conhece o endereccedilo IP de B assume que A conhece o endereccedilo IP do proacuteximo roteador
R (como) assume que A conhece o endereccedilo MAC de R (como)
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
5 Camada de Enlace 5-48
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IPEthPhy
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
A cria datagrama IP com IP origem A destino B A cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC
de R como destino quadro conteacutem o datagrama IP de A-para-B
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55 MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
5 Camada de Enlace 5-49
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IPEthPhy
quadro enviado de A para R
IPEthPhy
quadro recebido em R datagrama removido passado para o IP
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55 MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
5 Camada de Enlace 5-50
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
R repassa o datagrama com origem IP A destino B R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC
de B como destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9B MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
IPEthPhy
5 Camada de Enlace 5-51
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
R repassa o datagrama com origem IP A destino B R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC
de B como destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9B MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
IPEthPhy
5 Camada de Enlace 5-52
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
R repassa o datagrama com origem IP A destino B R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC
de B como destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9B MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
5 Camada de Enlace 5-53
Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e
serviccedilos52 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais
Endereccedilamento ARP
EthernetSwitchesVLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-54
Ethernet Muitiacutessimo difundida porque
Muito barata R$50 para placas 101001000Mbps A mais antiga das tecnologias de rede local (meados da
deacutecada de 70) Mais simples e menos cara que redes usando ficha ou
ATM Acompanhou o aumento de velocidade 10 Mbps ndash 10
Gbps
Rascunho de Metcalfe sobre o Ethernet
5 Camada de Enlace 5-55
Ethernet topologia fiacutesica barramento popular ateacute meados dos anos 90
Todos os noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo (podem colidir um com o outro)
estrela prevalecircncia hoje Comutador (switch) ativo no centro Cada porta roda o protocolo Ethernet separadamente (os
noacutes natildeo colidem uns com os outros)
barramento cabo coaxial
switch
estrela
5 Camada de Enlace 5-56
Estrutura do Quadro EthernetAdaptador remetente encapsula datagrama IP (ou pacote
de outro protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
preacircmbulo 7 bytes com o padratildeo 10101010 seguidos por um byte
com o padratildeo 10101011 usado para sincronizar receptor ao reloacutegio do
remetente (reloacutegios nunca satildeo exatos eacute muito provaacutevel que exista algum desvio entre eles)
5 Camada de Enlace 5-57
Estrutura de Quadro Ethernet (cont)
Endereccedilos 6 bytes para cada endereccedilo MAC se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo destino igual
ao seu ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede
caso contraacuterio o adaptador descarta o quadro Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior
usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)
CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado
5 Camada de Enlace 5-58
Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo sem conexatildeo natildeo haacute estabelecimento de
conexatildeo (saudaccedilatildeo) entre os adaptadores transmissor e receptor
Natildeo confiaacutevel o adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador transmissordados em quadros descartados satildeo
recuperados apenas se o transmissor usar transferecircncia confiaacutevel em camadas mais altas (ex TCP) caso contraacuterio os dados estaratildeo perdidos
Protocolo MAC do Ethernet CSMACD com retirada binaacuteria
5 Camada de Enlace 5-59
Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
diversos padrotildees Ethernet diferentes tecircm em comum o protocolo MAC e o formato do
quadro diferentes velocidades 2Mbps 10Mbps 100Mbps
1Gbps 10Gbps diferentes meios da camada fiacutesica fibra cabo
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
protocolo MACe formato do quadro
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)
5 Camada de Enlace 5-60
10Base5
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-61
10Base2
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-62
10BaseT
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-63
Conector RJ 45
5 Camada de Enlace 5-64
100Base-TX
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-65 10
Wireless Backhaul
Carrier Ethernet Access Expansion
Voice gateway
VoiceVideoTelephony
HD TVTVoD VoD
Video Source
Gaming BusinessBackup ERP
Internet Video Source
BusinessBroadband
E-Line andE-LAN service
GlobalNationalCarrierEthernet
GlobalNationalCarrierEthernet
SmallMedium Business
Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet
AccessCarrierEthernet
AccessCarrierEthernet
ResidentialTriple-Play
FTTx DSLAM Cable Modem
Broadbandmobile datavideo
Bringing vastly extended scalability for business and residential users
ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing
5 Camada de Enlace 5-66
Carrier Ethernet Defined
bull Carrier Ethernet is a ubiquitous standardized carrier-class SERVICE defined by five attributes that distinguish Carrier Ethernet from familiar LAN based Ethernet
bull It brings the compelling business benefit of the Ethernet cost model to achieve significant savings
Carrier Ethernet
bull Scalability
bull Standardized Services
bull Service Management
bull Quality of Service
bull Reliability
Carrier Ethernet Attributes
httpwwwmetroethernetforumorg
5 Camada de Enlace 5-67
Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e
serviccedilos52 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais
Endereccedilamento ARP
EthernetSwitchesVLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-68
Comutador (switch) Ethernet Dispositivo da camada de enlace tecircm papel
ativo armazena e retransmite quadros Ethernetexamina o cabeccedilalho do quadro e
seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento
transparentehospedeiros ignoram a presenccedila dos
switches plug-and-play self-learning (autodidatas)
os comutadores natildeo necessitam ser configurados
5 Camada de Enlace 5-69
Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas hospedeiros tecircm conexatildeo
direta e dedicada para o switch
os switches armazenam quadros
o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplex cada link eacute o seu proacuteprio
domiacutenio de colisatildeo comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-
para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch com seis interfaces(123456)
1 2 345
6
5 Camada de Enlace 5-70
Tabela de repasse do switch P como eacute que o switch sabe que
Arsquo eacute alcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel a partir da interface 5
R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutem (endereccedilo MAC do hospedeiro
interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)
parece uma tabela de repasse P como satildeo criadas e mantidas as
entradas na tabela de comutaccedilatildeo haacute algo como um protocolo de
roteamento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch with six interfaces(123456)
1 2 345
6
5 Camada de Enlace 5-71
switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfaces quando um quadro eacute
recebido o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada
registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo
Switch autoaprendizagemA
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
5 Camada de Enlace 5-725 Camada de Enlace
Switch filtragemrepasse de quadrosQuando o quadro eacute recebido em um comutador
registra o link de entrada endereccedilo MAC do hospedeiro transmissor
indexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo MAC do destino
if entrada encontrada para o destinothen
if dest estiver no segmento de onde veio o quadro then descarta o quadro
else repassa o quadro na interface indicada else usa inundaccedilatildeo
Repassa o quadro para todas as demais interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido
5 Camada de Enlace 5-73
Exemplo de auto aprendizagem e repasse
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo destino do quadro Arsquo
com localizaccedilatildeo desconhecida inundaccedilatildeo
Arsquo A
local do destino A conhecido
Arsquo 4 60
transmissatildeo seletiva
5 Camada de Enlace 5-74
Interligaccedilatildeo de comutadores
Podemos interligar comutadores (switches)
AB
P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe que deve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3
R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenico comutador)
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
5 Camada de Enlace 5-75
Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde
para C
P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4
AB
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
12
5 Camada de Enlace 5-76
Rede institucional
Para redeexterna
roteador
Subrede IP
Servidor de mensagens
Servidor web
5 Camada de Enlace 5-77
Comutadores x Roteadores
ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa roteadores dispositivos da
camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)
comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace
ambos possuem tabelas de repasse roteadores obteacutem
tabelas usando alg de roteamento endereccedilos IP
comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
redeenlacefiacutesica
enlacefiacutesica
switch
datagrama
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
quadro
quadro
quadrodatagrama
5 Camada de Enlace 5-78
Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e
serviccedilos52 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais
Endereccedilamento ARP
EthernetSwitchesVLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-79
Siacutentese um dia na vida de um pedido web jornada completa atravessando toda a pilha de
protocolos aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
colocando tudo junto siacutentese objetivo identificar revisar entender os
protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web
cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom
5 Camada de Enlace 5-80
Um dia na vida cenaacuterio
rede da Comcast68800013
rede do Google64233160019 64233169105
servidor web
Servidor DNS
rede da escola68802024
paacutegina web
navegador
5 Camada de Enlace 5-81
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPDHCP
quadro Ethernet difundido (dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador que executa o servidor DHCP Ethernet demultiplexado para IP demultiplexado para UDP e demultiplexado paraDHCP
o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilo do primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP Solicitaccedilatildeo DHCP encapsulada em UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023 Ethernet
5 Camada de Enlace 5-82
roteador(roda DHCP)
servidor DHCP prepara ACK DHCP contendo endereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiro roteador nome e endereccedilo IP do servidor DNS
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
encapsulamento no servidor DHCP quadro repassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente
Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador
cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
5 Camada de Enlace 5-83
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
consulta DNS criada encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviar quadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP
consulta ARP difundida recebida pelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccedilo MAC da interface do roteador
o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiro roteador podendo agora enviar o quadro contendo a consulta DNS
ARP query
EthPhy
ARP
ARP
ARP reply
antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
5 Camada de Enlace 5-84
roteador(roda DHCP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
datagrama IP conteacutem consulta DNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador
datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelos protocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS
demultiplexado pelo servidor DNS
servidor DNS responde ao cliente com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
rede da Comcast68800013
servidor DNSDNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
Um dia na vidahellip usando DNS
5 Camada de Enlace 5-85
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
para enviar pedido HTTP cliente primeiro abre um socket TCP para o servidor web segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web
conexatildeo TCP estabelecida64233169105servidor web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCPIPEthPhy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)
5 Camada de Enlace 5-86
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
solicitaccedilatildeo HTTP enviada para o socket TCP datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhado para wwwgooglecom
datagrama IP com a resposta HTTP eacute encaminhado de volta para o cliente
64233169105servidor web
HTTPTCPIPEthPhy
servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTPHTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
paacutegina web finalmente() apresentada
5 Camada de Enlace 5-87
Capiacutetulo 5 Resumo
princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dados detecccedilatildeo correccedilatildeo de erros compartilhamento de canal de difusatildeo acesso
muacuteltiplo endereccedilamento da camada de enlace
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlace Ethernet LANs comutadas VLANs redes virtualizadas como camada de enlace MPLS
siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web
5 Camada de Enlace 5-35
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoProtocolos MAC de divisatildeo de canal
Compartilha o canal eficientemente e de forma justa em altas cargas
Ineficiente em baixas cargas atraso no canal de acesso alocaccedilatildeo de 1N da largura de banda mesmo com apenas 1 noacute ativo
Protocolos MAC de acesso aleatoacuterioeficiente em baixas cargas um uacutenico noacute
pode utilizar completamente o canalAltas cargas overhead com colisotildees
Protocolos de revezamentoProcura oferecer o melhor dos dois mundos
5 Camada de Enlace 5-36
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoSeleccedilatildeo (Polling) Noacute mestre ldquoconvidardquo
noacutes escravos a transmitir em revezamento
Usado tipicamente com dispositivos escravo burros
Preocupaccedilotildees Overhead com as
consultas (polling) Latecircncia Ponto uacutenico de
falha (mestre)
mestre
escravos
poll
dados
dados
5 Camada de Enlace 5-37
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoPassagem de
permissatildeo (token) controla permissatildeo
passada de um noacute para o proacuteximo de forma sequencial
mensagem de passagem da permissatildeo
preocupaccedilotildees overhead com a
passagem de permissatildeo
latecircncia Ponto uacutenico de falha
(permissatildeo)
T
dados
(nada paramandar)
T
5 Camada de Enlace 5-38
Rede de acesso a cabo
Muacuteltiplos canais de difusatildeo downstream de 40Mbps Um uacutenico CMTS transmite para os diversos canais
Muacuteltiplos canais upstream de 30 Mbps Acesso muacuteltiplo todos os usuaacuterios disputam alguns slots
de tempo em canais upstream (outros satildeo preacute-alocados)
terminaccedilatildeo do cabo
CMTS
ISP
sistema de terminaccedilatildeo do cable modem
cablemodemsplitter
hellip
hellip
quadros Internet canais de TV e controle satildeo transmitidos downstream em frequecircncias diferentes
quadros Internet upstream e controle de TV satildeo transmitidos upstream em diferentes frequecircncias em slots de tempo
5 Camada de Enlace 5-39
Rede de acesso a cabo
DOCSIS espec da interface de serviccedilo de dados sobre cabo FDM sobre as frequecircncias dos canais up e downstream TDM upstream alguns slots satildeo alocados outros tecircm
disputabull quadro de mapeamento downstream aloca slots
upstreambull requisiccedilatildeo de slots upstream (e dados) satildeo transmitidos
atraveacutes de acesso aleatoacuterio (retirada binaacuteria) em slots selecionados
quadro de mapeamentop intervalo [t1 t2]
Residecircncias com cable modems
Canal downstream i
Canal Upstream j
t1 t2
Minislots alocados contendo quadros de dadosupstream do cable modem
Minislots contendo quadrosde requisiccedilatildeo de minislots
cable headend
CMTS
5 Camada de Enlace 5-40
Resumo dos protocolos MAC divisatildeo do canal por tempo frequecircncia ou
coacutedigoDivisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequecircncia
acesso aleatoacuterio (dinacircmico) ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDescutar a portadora faacutecil em algumas
tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)
CSMACD usado na EthernetCSMACA usado no 80211
RevezamentoSeleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto
central passagem de permissotildeesBluetooth FDDI Token Ring
5 Camada de Enlace 5-41
Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e
serviccedilos52 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais
Endereccedilamento ARP
EthernetSwitchesVLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-42
Endereccedilos MAC e ARP Endereccedilo IP de 32 bits
endereccedilos da camada de rede para a interface usado pelo repasse da camada 3 (rede)
Endereccedilo MAC (ou LAN ou fiacutesico ou Ethernet) Funccedilatildeo usado lsquolocalmentersquo para levar o quadro de
uma interface ateacute outra interface conectada fisicamente (na mesma rede no sentido do endereccedilamento IP)
Endereccedilo MAC de 48 bits (para a maioria das redes) gravado na ROM do adaptador ou configurado por software
Ex 1A-2F-BB-76-09-ADnotaccedilatildeo hexadecimal (base 16)
(cada ldquonuacutemerordquo representa 4 bits)
5 Camada de Enlace 5-43
Endereccedilos MAC e ARPcada adaptador na LAN possui um endereccedilo MAC uacutenico
Endereccedilo de Broadcast =FF-FF-FF-FF-FF-FF
= adaptador
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN(cabeada ousem fio)
5 Camada de Enlace 5-44
Endereccedilo MAC (cont) Alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC gerenciada pelo IEEE Um fabricante compra uma parte do espaccedilo de
endereccedilos (para garantir unicidade) Analogia (a) endereccedilo MAC como nuacutemero do CPF (b) endereccedilo IP como endereccedilo postal (CEP) endereccedilo MAC tem estrutura linear =gt
portabilidadePode mover um cartatildeo LAN de uma LAN para
outra endereccedilo IP hieraacuterquico NAtildeO eacute portaacutetil (requer IP
moacutevel)Depende da subrede IP agrave qual o noacute estaacute
conectado
5 Camada de Enlace 5-45
ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de Resoluccedilatildeo de Endereccedilos)
Cada noacute IP (Host Roteador) de uma LAN possui tabela ARP
Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN
lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt TTL (Time To Live) tempo
a partir do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute esquecido (valor tiacutepico de 20 min)
Pergunta como obter oendereccedilo MAC de B a partir do endereccedilo IP de B
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53 LAN
237196723
237196778
237196714
237196788
5 Camada de Enlace 5-46
Protocolo ARP mesma LAN (rede) A deseja enviar datagrama
para B e o endereccedilo MAC de B natildeo estaacute na tabela ARP
A difunde o pacote de solicitaccedilatildeo ARP que conteacutem o endereccedilo IP de B Endereccedilo MAC destino =
FF-FF-FF-FF-FF-FF todas as maacutequinas na
LAN recebem a consulta do ARP
B recebe o pacote ARP responde a A com o seu (de B) endereccedilo MAC Quadro enviado para o
endereccedilo MAC (unicast) de A
Uma cache (salva) o par de endereccedilos IP-para-MAC na sua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo fique antiquada (expire) lsquosoft statersquo informaccedilatildeo que expira (vai embora) a menos que seja renovada
ARP eacute ldquoplug-and-playrdquo os noacutes criam suas tabelas ARP sem a intervenccedilatildeo do administrador
da rede
5 Camada de Enlace 5-47
Endereccedilamento repassando para outra LAN encaminhamento envio de datagrama de A para B via R
foco no endereccedilamento ndash nas camadas IP (datagrama) e MAC (quadro)
assume que A conhece o endereccedilo IP de B assume que A conhece o endereccedilo IP do proacuteximo roteador
R (como) assume que A conhece o endereccedilo MAC de R (como)
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
5 Camada de Enlace 5-48
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IPEthPhy
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
A cria datagrama IP com IP origem A destino B A cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC
de R como destino quadro conteacutem o datagrama IP de A-para-B
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55 MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
5 Camada de Enlace 5-49
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IPEthPhy
quadro enviado de A para R
IPEthPhy
quadro recebido em R datagrama removido passado para o IP
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55 MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
5 Camada de Enlace 5-50
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
R repassa o datagrama com origem IP A destino B R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC
de B como destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9B MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
IPEthPhy
5 Camada de Enlace 5-51
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
R repassa o datagrama com origem IP A destino B R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC
de B como destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9B MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
IPEthPhy
5 Camada de Enlace 5-52
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
R repassa o datagrama com origem IP A destino B R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC
de B como destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9B MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
5 Camada de Enlace 5-53
Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e
serviccedilos52 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais
Endereccedilamento ARP
EthernetSwitchesVLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-54
Ethernet Muitiacutessimo difundida porque
Muito barata R$50 para placas 101001000Mbps A mais antiga das tecnologias de rede local (meados da
deacutecada de 70) Mais simples e menos cara que redes usando ficha ou
ATM Acompanhou o aumento de velocidade 10 Mbps ndash 10
Gbps
Rascunho de Metcalfe sobre o Ethernet
5 Camada de Enlace 5-55
Ethernet topologia fiacutesica barramento popular ateacute meados dos anos 90
Todos os noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo (podem colidir um com o outro)
estrela prevalecircncia hoje Comutador (switch) ativo no centro Cada porta roda o protocolo Ethernet separadamente (os
noacutes natildeo colidem uns com os outros)
barramento cabo coaxial
switch
estrela
5 Camada de Enlace 5-56
Estrutura do Quadro EthernetAdaptador remetente encapsula datagrama IP (ou pacote
de outro protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
preacircmbulo 7 bytes com o padratildeo 10101010 seguidos por um byte
com o padratildeo 10101011 usado para sincronizar receptor ao reloacutegio do
remetente (reloacutegios nunca satildeo exatos eacute muito provaacutevel que exista algum desvio entre eles)
5 Camada de Enlace 5-57
Estrutura de Quadro Ethernet (cont)
Endereccedilos 6 bytes para cada endereccedilo MAC se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo destino igual
ao seu ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede
caso contraacuterio o adaptador descarta o quadro Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior
usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)
CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado
5 Camada de Enlace 5-58
Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo sem conexatildeo natildeo haacute estabelecimento de
conexatildeo (saudaccedilatildeo) entre os adaptadores transmissor e receptor
Natildeo confiaacutevel o adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador transmissordados em quadros descartados satildeo
recuperados apenas se o transmissor usar transferecircncia confiaacutevel em camadas mais altas (ex TCP) caso contraacuterio os dados estaratildeo perdidos
Protocolo MAC do Ethernet CSMACD com retirada binaacuteria
5 Camada de Enlace 5-59
Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
diversos padrotildees Ethernet diferentes tecircm em comum o protocolo MAC e o formato do
quadro diferentes velocidades 2Mbps 10Mbps 100Mbps
1Gbps 10Gbps diferentes meios da camada fiacutesica fibra cabo
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
protocolo MACe formato do quadro
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)
5 Camada de Enlace 5-60
10Base5
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-61
10Base2
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-62
10BaseT
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-63
Conector RJ 45
5 Camada de Enlace 5-64
100Base-TX
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-65 10
Wireless Backhaul
Carrier Ethernet Access Expansion
Voice gateway
VoiceVideoTelephony
HD TVTVoD VoD
Video Source
Gaming BusinessBackup ERP
Internet Video Source
BusinessBroadband
E-Line andE-LAN service
GlobalNationalCarrierEthernet
GlobalNationalCarrierEthernet
SmallMedium Business
Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet
AccessCarrierEthernet
AccessCarrierEthernet
ResidentialTriple-Play
FTTx DSLAM Cable Modem
Broadbandmobile datavideo
Bringing vastly extended scalability for business and residential users
ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing
5 Camada de Enlace 5-66
Carrier Ethernet Defined
bull Carrier Ethernet is a ubiquitous standardized carrier-class SERVICE defined by five attributes that distinguish Carrier Ethernet from familiar LAN based Ethernet
bull It brings the compelling business benefit of the Ethernet cost model to achieve significant savings
Carrier Ethernet
bull Scalability
bull Standardized Services
bull Service Management
bull Quality of Service
bull Reliability
Carrier Ethernet Attributes
httpwwwmetroethernetforumorg
5 Camada de Enlace 5-67
Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e
serviccedilos52 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais
Endereccedilamento ARP
EthernetSwitchesVLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-68
Comutador (switch) Ethernet Dispositivo da camada de enlace tecircm papel
ativo armazena e retransmite quadros Ethernetexamina o cabeccedilalho do quadro e
seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento
transparentehospedeiros ignoram a presenccedila dos
switches plug-and-play self-learning (autodidatas)
os comutadores natildeo necessitam ser configurados
5 Camada de Enlace 5-69
Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas hospedeiros tecircm conexatildeo
direta e dedicada para o switch
os switches armazenam quadros
o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplex cada link eacute o seu proacuteprio
domiacutenio de colisatildeo comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-
para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch com seis interfaces(123456)
1 2 345
6
5 Camada de Enlace 5-70
Tabela de repasse do switch P como eacute que o switch sabe que
Arsquo eacute alcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel a partir da interface 5
R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutem (endereccedilo MAC do hospedeiro
interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)
parece uma tabela de repasse P como satildeo criadas e mantidas as
entradas na tabela de comutaccedilatildeo haacute algo como um protocolo de
roteamento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch with six interfaces(123456)
1 2 345
6
5 Camada de Enlace 5-71
switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfaces quando um quadro eacute
recebido o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada
registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo
Switch autoaprendizagemA
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
5 Camada de Enlace 5-725 Camada de Enlace
Switch filtragemrepasse de quadrosQuando o quadro eacute recebido em um comutador
registra o link de entrada endereccedilo MAC do hospedeiro transmissor
indexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo MAC do destino
if entrada encontrada para o destinothen
if dest estiver no segmento de onde veio o quadro then descarta o quadro
else repassa o quadro na interface indicada else usa inundaccedilatildeo
Repassa o quadro para todas as demais interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido
5 Camada de Enlace 5-73
Exemplo de auto aprendizagem e repasse
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo destino do quadro Arsquo
com localizaccedilatildeo desconhecida inundaccedilatildeo
Arsquo A
local do destino A conhecido
Arsquo 4 60
transmissatildeo seletiva
5 Camada de Enlace 5-74
Interligaccedilatildeo de comutadores
Podemos interligar comutadores (switches)
AB
P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe que deve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3
R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenico comutador)
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
5 Camada de Enlace 5-75
Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde
para C
P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4
AB
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
12
5 Camada de Enlace 5-76
Rede institucional
Para redeexterna
roteador
Subrede IP
Servidor de mensagens
Servidor web
5 Camada de Enlace 5-77
Comutadores x Roteadores
ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa roteadores dispositivos da
camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)
comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace
ambos possuem tabelas de repasse roteadores obteacutem
tabelas usando alg de roteamento endereccedilos IP
comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
redeenlacefiacutesica
enlacefiacutesica
switch
datagrama
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
quadro
quadro
quadrodatagrama
5 Camada de Enlace 5-78
Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e
serviccedilos52 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais
Endereccedilamento ARP
EthernetSwitchesVLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-79
Siacutentese um dia na vida de um pedido web jornada completa atravessando toda a pilha de
protocolos aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
colocando tudo junto siacutentese objetivo identificar revisar entender os
protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web
cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom
5 Camada de Enlace 5-80
Um dia na vida cenaacuterio
rede da Comcast68800013
rede do Google64233160019 64233169105
servidor web
Servidor DNS
rede da escola68802024
paacutegina web
navegador
5 Camada de Enlace 5-81
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPDHCP
quadro Ethernet difundido (dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador que executa o servidor DHCP Ethernet demultiplexado para IP demultiplexado para UDP e demultiplexado paraDHCP
o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilo do primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP Solicitaccedilatildeo DHCP encapsulada em UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023 Ethernet
5 Camada de Enlace 5-82
roteador(roda DHCP)
servidor DHCP prepara ACK DHCP contendo endereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiro roteador nome e endereccedilo IP do servidor DNS
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
encapsulamento no servidor DHCP quadro repassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente
Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador
cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
5 Camada de Enlace 5-83
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
consulta DNS criada encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviar quadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP
consulta ARP difundida recebida pelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccedilo MAC da interface do roteador
o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiro roteador podendo agora enviar o quadro contendo a consulta DNS
ARP query
EthPhy
ARP
ARP
ARP reply
antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
5 Camada de Enlace 5-84
roteador(roda DHCP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
datagrama IP conteacutem consulta DNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador
datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelos protocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS
demultiplexado pelo servidor DNS
servidor DNS responde ao cliente com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
rede da Comcast68800013
servidor DNSDNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
Um dia na vidahellip usando DNS
5 Camada de Enlace 5-85
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
para enviar pedido HTTP cliente primeiro abre um socket TCP para o servidor web segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web
conexatildeo TCP estabelecida64233169105servidor web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCPIPEthPhy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)
5 Camada de Enlace 5-86
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
solicitaccedilatildeo HTTP enviada para o socket TCP datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhado para wwwgooglecom
datagrama IP com a resposta HTTP eacute encaminhado de volta para o cliente
64233169105servidor web
HTTPTCPIPEthPhy
servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTPHTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
paacutegina web finalmente() apresentada
5 Camada de Enlace 5-87
Capiacutetulo 5 Resumo
princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dados detecccedilatildeo correccedilatildeo de erros compartilhamento de canal de difusatildeo acesso
muacuteltiplo endereccedilamento da camada de enlace
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlace Ethernet LANs comutadas VLANs redes virtualizadas como camada de enlace MPLS
siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web
5 Camada de Enlace 5-36
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoSeleccedilatildeo (Polling) Noacute mestre ldquoconvidardquo
noacutes escravos a transmitir em revezamento
Usado tipicamente com dispositivos escravo burros
Preocupaccedilotildees Overhead com as
consultas (polling) Latecircncia Ponto uacutenico de
falha (mestre)
mestre
escravos
poll
dados
dados
5 Camada de Enlace 5-37
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoPassagem de
permissatildeo (token) controla permissatildeo
passada de um noacute para o proacuteximo de forma sequencial
mensagem de passagem da permissatildeo
preocupaccedilotildees overhead com a
passagem de permissatildeo
latecircncia Ponto uacutenico de falha
(permissatildeo)
T
dados
(nada paramandar)
T
5 Camada de Enlace 5-38
Rede de acesso a cabo
Muacuteltiplos canais de difusatildeo downstream de 40Mbps Um uacutenico CMTS transmite para os diversos canais
Muacuteltiplos canais upstream de 30 Mbps Acesso muacuteltiplo todos os usuaacuterios disputam alguns slots
de tempo em canais upstream (outros satildeo preacute-alocados)
terminaccedilatildeo do cabo
CMTS
ISP
sistema de terminaccedilatildeo do cable modem
cablemodemsplitter
hellip
hellip
quadros Internet canais de TV e controle satildeo transmitidos downstream em frequecircncias diferentes
quadros Internet upstream e controle de TV satildeo transmitidos upstream em diferentes frequecircncias em slots de tempo
5 Camada de Enlace 5-39
Rede de acesso a cabo
DOCSIS espec da interface de serviccedilo de dados sobre cabo FDM sobre as frequecircncias dos canais up e downstream TDM upstream alguns slots satildeo alocados outros tecircm
disputabull quadro de mapeamento downstream aloca slots
upstreambull requisiccedilatildeo de slots upstream (e dados) satildeo transmitidos
atraveacutes de acesso aleatoacuterio (retirada binaacuteria) em slots selecionados
quadro de mapeamentop intervalo [t1 t2]
Residecircncias com cable modems
Canal downstream i
Canal Upstream j
t1 t2
Minislots alocados contendo quadros de dadosupstream do cable modem
Minislots contendo quadrosde requisiccedilatildeo de minislots
cable headend
CMTS
5 Camada de Enlace 5-40
Resumo dos protocolos MAC divisatildeo do canal por tempo frequecircncia ou
coacutedigoDivisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequecircncia
acesso aleatoacuterio (dinacircmico) ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDescutar a portadora faacutecil em algumas
tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)
CSMACD usado na EthernetCSMACA usado no 80211
RevezamentoSeleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto
central passagem de permissotildeesBluetooth FDDI Token Ring
5 Camada de Enlace 5-41
Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e
serviccedilos52 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais
Endereccedilamento ARP
EthernetSwitchesVLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-42
Endereccedilos MAC e ARP Endereccedilo IP de 32 bits
endereccedilos da camada de rede para a interface usado pelo repasse da camada 3 (rede)
Endereccedilo MAC (ou LAN ou fiacutesico ou Ethernet) Funccedilatildeo usado lsquolocalmentersquo para levar o quadro de
uma interface ateacute outra interface conectada fisicamente (na mesma rede no sentido do endereccedilamento IP)
Endereccedilo MAC de 48 bits (para a maioria das redes) gravado na ROM do adaptador ou configurado por software
Ex 1A-2F-BB-76-09-ADnotaccedilatildeo hexadecimal (base 16)
(cada ldquonuacutemerordquo representa 4 bits)
5 Camada de Enlace 5-43
Endereccedilos MAC e ARPcada adaptador na LAN possui um endereccedilo MAC uacutenico
Endereccedilo de Broadcast =FF-FF-FF-FF-FF-FF
= adaptador
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN(cabeada ousem fio)
5 Camada de Enlace 5-44
Endereccedilo MAC (cont) Alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC gerenciada pelo IEEE Um fabricante compra uma parte do espaccedilo de
endereccedilos (para garantir unicidade) Analogia (a) endereccedilo MAC como nuacutemero do CPF (b) endereccedilo IP como endereccedilo postal (CEP) endereccedilo MAC tem estrutura linear =gt
portabilidadePode mover um cartatildeo LAN de uma LAN para
outra endereccedilo IP hieraacuterquico NAtildeO eacute portaacutetil (requer IP
moacutevel)Depende da subrede IP agrave qual o noacute estaacute
conectado
5 Camada de Enlace 5-45
ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de Resoluccedilatildeo de Endereccedilos)
Cada noacute IP (Host Roteador) de uma LAN possui tabela ARP
Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN
lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt TTL (Time To Live) tempo
a partir do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute esquecido (valor tiacutepico de 20 min)
Pergunta como obter oendereccedilo MAC de B a partir do endereccedilo IP de B
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53 LAN
237196723
237196778
237196714
237196788
5 Camada de Enlace 5-46
Protocolo ARP mesma LAN (rede) A deseja enviar datagrama
para B e o endereccedilo MAC de B natildeo estaacute na tabela ARP
A difunde o pacote de solicitaccedilatildeo ARP que conteacutem o endereccedilo IP de B Endereccedilo MAC destino =
FF-FF-FF-FF-FF-FF todas as maacutequinas na
LAN recebem a consulta do ARP
B recebe o pacote ARP responde a A com o seu (de B) endereccedilo MAC Quadro enviado para o
endereccedilo MAC (unicast) de A
Uma cache (salva) o par de endereccedilos IP-para-MAC na sua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo fique antiquada (expire) lsquosoft statersquo informaccedilatildeo que expira (vai embora) a menos que seja renovada
ARP eacute ldquoplug-and-playrdquo os noacutes criam suas tabelas ARP sem a intervenccedilatildeo do administrador
da rede
5 Camada de Enlace 5-47
Endereccedilamento repassando para outra LAN encaminhamento envio de datagrama de A para B via R
foco no endereccedilamento ndash nas camadas IP (datagrama) e MAC (quadro)
assume que A conhece o endereccedilo IP de B assume que A conhece o endereccedilo IP do proacuteximo roteador
R (como) assume que A conhece o endereccedilo MAC de R (como)
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
5 Camada de Enlace 5-48
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IPEthPhy
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
A cria datagrama IP com IP origem A destino B A cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC
de R como destino quadro conteacutem o datagrama IP de A-para-B
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55 MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
5 Camada de Enlace 5-49
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IPEthPhy
quadro enviado de A para R
IPEthPhy
quadro recebido em R datagrama removido passado para o IP
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55 MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
5 Camada de Enlace 5-50
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
R repassa o datagrama com origem IP A destino B R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC
de B como destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9B MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
IPEthPhy
5 Camada de Enlace 5-51
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
R repassa o datagrama com origem IP A destino B R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC
de B como destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9B MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
IPEthPhy
5 Camada de Enlace 5-52
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
R repassa o datagrama com origem IP A destino B R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC
de B como destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9B MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
5 Camada de Enlace 5-53
Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e
serviccedilos52 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais
Endereccedilamento ARP
EthernetSwitchesVLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-54
Ethernet Muitiacutessimo difundida porque
Muito barata R$50 para placas 101001000Mbps A mais antiga das tecnologias de rede local (meados da
deacutecada de 70) Mais simples e menos cara que redes usando ficha ou
ATM Acompanhou o aumento de velocidade 10 Mbps ndash 10
Gbps
Rascunho de Metcalfe sobre o Ethernet
5 Camada de Enlace 5-55
Ethernet topologia fiacutesica barramento popular ateacute meados dos anos 90
Todos os noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo (podem colidir um com o outro)
estrela prevalecircncia hoje Comutador (switch) ativo no centro Cada porta roda o protocolo Ethernet separadamente (os
noacutes natildeo colidem uns com os outros)
barramento cabo coaxial
switch
estrela
5 Camada de Enlace 5-56
Estrutura do Quadro EthernetAdaptador remetente encapsula datagrama IP (ou pacote
de outro protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
preacircmbulo 7 bytes com o padratildeo 10101010 seguidos por um byte
com o padratildeo 10101011 usado para sincronizar receptor ao reloacutegio do
remetente (reloacutegios nunca satildeo exatos eacute muito provaacutevel que exista algum desvio entre eles)
5 Camada de Enlace 5-57
Estrutura de Quadro Ethernet (cont)
Endereccedilos 6 bytes para cada endereccedilo MAC se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo destino igual
ao seu ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede
caso contraacuterio o adaptador descarta o quadro Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior
usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)
CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado
5 Camada de Enlace 5-58
Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo sem conexatildeo natildeo haacute estabelecimento de
conexatildeo (saudaccedilatildeo) entre os adaptadores transmissor e receptor
Natildeo confiaacutevel o adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador transmissordados em quadros descartados satildeo
recuperados apenas se o transmissor usar transferecircncia confiaacutevel em camadas mais altas (ex TCP) caso contraacuterio os dados estaratildeo perdidos
Protocolo MAC do Ethernet CSMACD com retirada binaacuteria
5 Camada de Enlace 5-59
Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
diversos padrotildees Ethernet diferentes tecircm em comum o protocolo MAC e o formato do
quadro diferentes velocidades 2Mbps 10Mbps 100Mbps
1Gbps 10Gbps diferentes meios da camada fiacutesica fibra cabo
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
protocolo MACe formato do quadro
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)
5 Camada de Enlace 5-60
10Base5
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-61
10Base2
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-62
10BaseT
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-63
Conector RJ 45
5 Camada de Enlace 5-64
100Base-TX
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-65 10
Wireless Backhaul
Carrier Ethernet Access Expansion
Voice gateway
VoiceVideoTelephony
HD TVTVoD VoD
Video Source
Gaming BusinessBackup ERP
Internet Video Source
BusinessBroadband
E-Line andE-LAN service
GlobalNationalCarrierEthernet
GlobalNationalCarrierEthernet
SmallMedium Business
Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet
AccessCarrierEthernet
AccessCarrierEthernet
ResidentialTriple-Play
FTTx DSLAM Cable Modem
Broadbandmobile datavideo
Bringing vastly extended scalability for business and residential users
ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing
5 Camada de Enlace 5-66
Carrier Ethernet Defined
bull Carrier Ethernet is a ubiquitous standardized carrier-class SERVICE defined by five attributes that distinguish Carrier Ethernet from familiar LAN based Ethernet
bull It brings the compelling business benefit of the Ethernet cost model to achieve significant savings
Carrier Ethernet
bull Scalability
bull Standardized Services
bull Service Management
bull Quality of Service
bull Reliability
Carrier Ethernet Attributes
httpwwwmetroethernetforumorg
5 Camada de Enlace 5-67
Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e
serviccedilos52 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais
Endereccedilamento ARP
EthernetSwitchesVLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-68
Comutador (switch) Ethernet Dispositivo da camada de enlace tecircm papel
ativo armazena e retransmite quadros Ethernetexamina o cabeccedilalho do quadro e
seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento
transparentehospedeiros ignoram a presenccedila dos
switches plug-and-play self-learning (autodidatas)
os comutadores natildeo necessitam ser configurados
5 Camada de Enlace 5-69
Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas hospedeiros tecircm conexatildeo
direta e dedicada para o switch
os switches armazenam quadros
o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplex cada link eacute o seu proacuteprio
domiacutenio de colisatildeo comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-
para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch com seis interfaces(123456)
1 2 345
6
5 Camada de Enlace 5-70
Tabela de repasse do switch P como eacute que o switch sabe que
Arsquo eacute alcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel a partir da interface 5
R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutem (endereccedilo MAC do hospedeiro
interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)
parece uma tabela de repasse P como satildeo criadas e mantidas as
entradas na tabela de comutaccedilatildeo haacute algo como um protocolo de
roteamento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch with six interfaces(123456)
1 2 345
6
5 Camada de Enlace 5-71
switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfaces quando um quadro eacute
recebido o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada
registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo
Switch autoaprendizagemA
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
5 Camada de Enlace 5-725 Camada de Enlace
Switch filtragemrepasse de quadrosQuando o quadro eacute recebido em um comutador
registra o link de entrada endereccedilo MAC do hospedeiro transmissor
indexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo MAC do destino
if entrada encontrada para o destinothen
if dest estiver no segmento de onde veio o quadro then descarta o quadro
else repassa o quadro na interface indicada else usa inundaccedilatildeo
Repassa o quadro para todas as demais interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido
5 Camada de Enlace 5-73
Exemplo de auto aprendizagem e repasse
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo destino do quadro Arsquo
com localizaccedilatildeo desconhecida inundaccedilatildeo
Arsquo A
local do destino A conhecido
Arsquo 4 60
transmissatildeo seletiva
5 Camada de Enlace 5-74
Interligaccedilatildeo de comutadores
Podemos interligar comutadores (switches)
AB
P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe que deve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3
R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenico comutador)
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
5 Camada de Enlace 5-75
Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde
para C
P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4
AB
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
12
5 Camada de Enlace 5-76
Rede institucional
Para redeexterna
roteador
Subrede IP
Servidor de mensagens
Servidor web
5 Camada de Enlace 5-77
Comutadores x Roteadores
ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa roteadores dispositivos da
camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)
comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace
ambos possuem tabelas de repasse roteadores obteacutem
tabelas usando alg de roteamento endereccedilos IP
comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
redeenlacefiacutesica
enlacefiacutesica
switch
datagrama
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
quadro
quadro
quadrodatagrama
5 Camada de Enlace 5-78
Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e
serviccedilos52 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais
Endereccedilamento ARP
EthernetSwitchesVLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-79
Siacutentese um dia na vida de um pedido web jornada completa atravessando toda a pilha de
protocolos aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
colocando tudo junto siacutentese objetivo identificar revisar entender os
protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web
cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom
5 Camada de Enlace 5-80
Um dia na vida cenaacuterio
rede da Comcast68800013
rede do Google64233160019 64233169105
servidor web
Servidor DNS
rede da escola68802024
paacutegina web
navegador
5 Camada de Enlace 5-81
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPDHCP
quadro Ethernet difundido (dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador que executa o servidor DHCP Ethernet demultiplexado para IP demultiplexado para UDP e demultiplexado paraDHCP
o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilo do primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP Solicitaccedilatildeo DHCP encapsulada em UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023 Ethernet
5 Camada de Enlace 5-82
roteador(roda DHCP)
servidor DHCP prepara ACK DHCP contendo endereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiro roteador nome e endereccedilo IP do servidor DNS
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
encapsulamento no servidor DHCP quadro repassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente
Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador
cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
5 Camada de Enlace 5-83
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
consulta DNS criada encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviar quadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP
consulta ARP difundida recebida pelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccedilo MAC da interface do roteador
o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiro roteador podendo agora enviar o quadro contendo a consulta DNS
ARP query
EthPhy
ARP
ARP
ARP reply
antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
5 Camada de Enlace 5-84
roteador(roda DHCP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
datagrama IP conteacutem consulta DNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador
datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelos protocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS
demultiplexado pelo servidor DNS
servidor DNS responde ao cliente com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
rede da Comcast68800013
servidor DNSDNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
Um dia na vidahellip usando DNS
5 Camada de Enlace 5-85
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
para enviar pedido HTTP cliente primeiro abre um socket TCP para o servidor web segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web
conexatildeo TCP estabelecida64233169105servidor web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCPIPEthPhy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)
5 Camada de Enlace 5-86
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
solicitaccedilatildeo HTTP enviada para o socket TCP datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhado para wwwgooglecom
datagrama IP com a resposta HTTP eacute encaminhado de volta para o cliente
64233169105servidor web
HTTPTCPIPEthPhy
servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTPHTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
paacutegina web finalmente() apresentada
5 Camada de Enlace 5-87
Capiacutetulo 5 Resumo
princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dados detecccedilatildeo correccedilatildeo de erros compartilhamento de canal de difusatildeo acesso
muacuteltiplo endereccedilamento da camada de enlace
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlace Ethernet LANs comutadas VLANs redes virtualizadas como camada de enlace MPLS
siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web
5 Camada de Enlace 5-37
Protocolos MAC de ldquorevezamentordquoPassagem de
permissatildeo (token) controla permissatildeo
passada de um noacute para o proacuteximo de forma sequencial
mensagem de passagem da permissatildeo
preocupaccedilotildees overhead com a
passagem de permissatildeo
latecircncia Ponto uacutenico de falha
(permissatildeo)
T
dados
(nada paramandar)
T
5 Camada de Enlace 5-38
Rede de acesso a cabo
Muacuteltiplos canais de difusatildeo downstream de 40Mbps Um uacutenico CMTS transmite para os diversos canais
Muacuteltiplos canais upstream de 30 Mbps Acesso muacuteltiplo todos os usuaacuterios disputam alguns slots
de tempo em canais upstream (outros satildeo preacute-alocados)
terminaccedilatildeo do cabo
CMTS
ISP
sistema de terminaccedilatildeo do cable modem
cablemodemsplitter
hellip
hellip
quadros Internet canais de TV e controle satildeo transmitidos downstream em frequecircncias diferentes
quadros Internet upstream e controle de TV satildeo transmitidos upstream em diferentes frequecircncias em slots de tempo
5 Camada de Enlace 5-39
Rede de acesso a cabo
DOCSIS espec da interface de serviccedilo de dados sobre cabo FDM sobre as frequecircncias dos canais up e downstream TDM upstream alguns slots satildeo alocados outros tecircm
disputabull quadro de mapeamento downstream aloca slots
upstreambull requisiccedilatildeo de slots upstream (e dados) satildeo transmitidos
atraveacutes de acesso aleatoacuterio (retirada binaacuteria) em slots selecionados
quadro de mapeamentop intervalo [t1 t2]
Residecircncias com cable modems
Canal downstream i
Canal Upstream j
t1 t2
Minislots alocados contendo quadros de dadosupstream do cable modem
Minislots contendo quadrosde requisiccedilatildeo de minislots
cable headend
CMTS
5 Camada de Enlace 5-40
Resumo dos protocolos MAC divisatildeo do canal por tempo frequecircncia ou
coacutedigoDivisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequecircncia
acesso aleatoacuterio (dinacircmico) ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDescutar a portadora faacutecil em algumas
tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)
CSMACD usado na EthernetCSMACA usado no 80211
RevezamentoSeleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto
central passagem de permissotildeesBluetooth FDDI Token Ring
5 Camada de Enlace 5-41
Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e
serviccedilos52 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais
Endereccedilamento ARP
EthernetSwitchesVLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-42
Endereccedilos MAC e ARP Endereccedilo IP de 32 bits
endereccedilos da camada de rede para a interface usado pelo repasse da camada 3 (rede)
Endereccedilo MAC (ou LAN ou fiacutesico ou Ethernet) Funccedilatildeo usado lsquolocalmentersquo para levar o quadro de
uma interface ateacute outra interface conectada fisicamente (na mesma rede no sentido do endereccedilamento IP)
Endereccedilo MAC de 48 bits (para a maioria das redes) gravado na ROM do adaptador ou configurado por software
Ex 1A-2F-BB-76-09-ADnotaccedilatildeo hexadecimal (base 16)
(cada ldquonuacutemerordquo representa 4 bits)
5 Camada de Enlace 5-43
Endereccedilos MAC e ARPcada adaptador na LAN possui um endereccedilo MAC uacutenico
Endereccedilo de Broadcast =FF-FF-FF-FF-FF-FF
= adaptador
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN(cabeada ousem fio)
5 Camada de Enlace 5-44
Endereccedilo MAC (cont) Alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC gerenciada pelo IEEE Um fabricante compra uma parte do espaccedilo de
endereccedilos (para garantir unicidade) Analogia (a) endereccedilo MAC como nuacutemero do CPF (b) endereccedilo IP como endereccedilo postal (CEP) endereccedilo MAC tem estrutura linear =gt
portabilidadePode mover um cartatildeo LAN de uma LAN para
outra endereccedilo IP hieraacuterquico NAtildeO eacute portaacutetil (requer IP
moacutevel)Depende da subrede IP agrave qual o noacute estaacute
conectado
5 Camada de Enlace 5-45
ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de Resoluccedilatildeo de Endereccedilos)
Cada noacute IP (Host Roteador) de uma LAN possui tabela ARP
Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN
lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt TTL (Time To Live) tempo
a partir do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute esquecido (valor tiacutepico de 20 min)
Pergunta como obter oendereccedilo MAC de B a partir do endereccedilo IP de B
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53 LAN
237196723
237196778
237196714
237196788
5 Camada de Enlace 5-46
Protocolo ARP mesma LAN (rede) A deseja enviar datagrama
para B e o endereccedilo MAC de B natildeo estaacute na tabela ARP
A difunde o pacote de solicitaccedilatildeo ARP que conteacutem o endereccedilo IP de B Endereccedilo MAC destino =
FF-FF-FF-FF-FF-FF todas as maacutequinas na
LAN recebem a consulta do ARP
B recebe o pacote ARP responde a A com o seu (de B) endereccedilo MAC Quadro enviado para o
endereccedilo MAC (unicast) de A
Uma cache (salva) o par de endereccedilos IP-para-MAC na sua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo fique antiquada (expire) lsquosoft statersquo informaccedilatildeo que expira (vai embora) a menos que seja renovada
ARP eacute ldquoplug-and-playrdquo os noacutes criam suas tabelas ARP sem a intervenccedilatildeo do administrador
da rede
5 Camada de Enlace 5-47
Endereccedilamento repassando para outra LAN encaminhamento envio de datagrama de A para B via R
foco no endereccedilamento ndash nas camadas IP (datagrama) e MAC (quadro)
assume que A conhece o endereccedilo IP de B assume que A conhece o endereccedilo IP do proacuteximo roteador
R (como) assume que A conhece o endereccedilo MAC de R (como)
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
5 Camada de Enlace 5-48
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IPEthPhy
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
A cria datagrama IP com IP origem A destino B A cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC
de R como destino quadro conteacutem o datagrama IP de A-para-B
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55 MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
5 Camada de Enlace 5-49
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IPEthPhy
quadro enviado de A para R
IPEthPhy
quadro recebido em R datagrama removido passado para o IP
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55 MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
5 Camada de Enlace 5-50
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
R repassa o datagrama com origem IP A destino B R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC
de B como destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9B MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
IPEthPhy
5 Camada de Enlace 5-51
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
R repassa o datagrama com origem IP A destino B R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC
de B como destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9B MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
IPEthPhy
5 Camada de Enlace 5-52
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
R repassa o datagrama com origem IP A destino B R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC
de B como destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9B MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
5 Camada de Enlace 5-53
Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e
serviccedilos52 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais
Endereccedilamento ARP
EthernetSwitchesVLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-54
Ethernet Muitiacutessimo difundida porque
Muito barata R$50 para placas 101001000Mbps A mais antiga das tecnologias de rede local (meados da
deacutecada de 70) Mais simples e menos cara que redes usando ficha ou
ATM Acompanhou o aumento de velocidade 10 Mbps ndash 10
Gbps
Rascunho de Metcalfe sobre o Ethernet
5 Camada de Enlace 5-55
Ethernet topologia fiacutesica barramento popular ateacute meados dos anos 90
Todos os noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo (podem colidir um com o outro)
estrela prevalecircncia hoje Comutador (switch) ativo no centro Cada porta roda o protocolo Ethernet separadamente (os
noacutes natildeo colidem uns com os outros)
barramento cabo coaxial
switch
estrela
5 Camada de Enlace 5-56
Estrutura do Quadro EthernetAdaptador remetente encapsula datagrama IP (ou pacote
de outro protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
preacircmbulo 7 bytes com o padratildeo 10101010 seguidos por um byte
com o padratildeo 10101011 usado para sincronizar receptor ao reloacutegio do
remetente (reloacutegios nunca satildeo exatos eacute muito provaacutevel que exista algum desvio entre eles)
5 Camada de Enlace 5-57
Estrutura de Quadro Ethernet (cont)
Endereccedilos 6 bytes para cada endereccedilo MAC se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo destino igual
ao seu ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede
caso contraacuterio o adaptador descarta o quadro Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior
usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)
CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado
5 Camada de Enlace 5-58
Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo sem conexatildeo natildeo haacute estabelecimento de
conexatildeo (saudaccedilatildeo) entre os adaptadores transmissor e receptor
Natildeo confiaacutevel o adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador transmissordados em quadros descartados satildeo
recuperados apenas se o transmissor usar transferecircncia confiaacutevel em camadas mais altas (ex TCP) caso contraacuterio os dados estaratildeo perdidos
Protocolo MAC do Ethernet CSMACD com retirada binaacuteria
5 Camada de Enlace 5-59
Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
diversos padrotildees Ethernet diferentes tecircm em comum o protocolo MAC e o formato do
quadro diferentes velocidades 2Mbps 10Mbps 100Mbps
1Gbps 10Gbps diferentes meios da camada fiacutesica fibra cabo
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
protocolo MACe formato do quadro
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)
5 Camada de Enlace 5-60
10Base5
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-61
10Base2
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-62
10BaseT
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-63
Conector RJ 45
5 Camada de Enlace 5-64
100Base-TX
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-65 10
Wireless Backhaul
Carrier Ethernet Access Expansion
Voice gateway
VoiceVideoTelephony
HD TVTVoD VoD
Video Source
Gaming BusinessBackup ERP
Internet Video Source
BusinessBroadband
E-Line andE-LAN service
GlobalNationalCarrierEthernet
GlobalNationalCarrierEthernet
SmallMedium Business
Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet
AccessCarrierEthernet
AccessCarrierEthernet
ResidentialTriple-Play
FTTx DSLAM Cable Modem
Broadbandmobile datavideo
Bringing vastly extended scalability for business and residential users
ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing
5 Camada de Enlace 5-66
Carrier Ethernet Defined
bull Carrier Ethernet is a ubiquitous standardized carrier-class SERVICE defined by five attributes that distinguish Carrier Ethernet from familiar LAN based Ethernet
bull It brings the compelling business benefit of the Ethernet cost model to achieve significant savings
Carrier Ethernet
bull Scalability
bull Standardized Services
bull Service Management
bull Quality of Service
bull Reliability
Carrier Ethernet Attributes
httpwwwmetroethernetforumorg
5 Camada de Enlace 5-67
Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e
serviccedilos52 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais
Endereccedilamento ARP
EthernetSwitchesVLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-68
Comutador (switch) Ethernet Dispositivo da camada de enlace tecircm papel
ativo armazena e retransmite quadros Ethernetexamina o cabeccedilalho do quadro e
seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento
transparentehospedeiros ignoram a presenccedila dos
switches plug-and-play self-learning (autodidatas)
os comutadores natildeo necessitam ser configurados
5 Camada de Enlace 5-69
Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas hospedeiros tecircm conexatildeo
direta e dedicada para o switch
os switches armazenam quadros
o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplex cada link eacute o seu proacuteprio
domiacutenio de colisatildeo comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-
para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch com seis interfaces(123456)
1 2 345
6
5 Camada de Enlace 5-70
Tabela de repasse do switch P como eacute que o switch sabe que
Arsquo eacute alcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel a partir da interface 5
R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutem (endereccedilo MAC do hospedeiro
interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)
parece uma tabela de repasse P como satildeo criadas e mantidas as
entradas na tabela de comutaccedilatildeo haacute algo como um protocolo de
roteamento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch with six interfaces(123456)
1 2 345
6
5 Camada de Enlace 5-71
switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfaces quando um quadro eacute
recebido o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada
registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo
Switch autoaprendizagemA
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
5 Camada de Enlace 5-725 Camada de Enlace
Switch filtragemrepasse de quadrosQuando o quadro eacute recebido em um comutador
registra o link de entrada endereccedilo MAC do hospedeiro transmissor
indexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo MAC do destino
if entrada encontrada para o destinothen
if dest estiver no segmento de onde veio o quadro then descarta o quadro
else repassa o quadro na interface indicada else usa inundaccedilatildeo
Repassa o quadro para todas as demais interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido
5 Camada de Enlace 5-73
Exemplo de auto aprendizagem e repasse
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo destino do quadro Arsquo
com localizaccedilatildeo desconhecida inundaccedilatildeo
Arsquo A
local do destino A conhecido
Arsquo 4 60
transmissatildeo seletiva
5 Camada de Enlace 5-74
Interligaccedilatildeo de comutadores
Podemos interligar comutadores (switches)
AB
P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe que deve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3
R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenico comutador)
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
5 Camada de Enlace 5-75
Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde
para C
P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4
AB
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
12
5 Camada de Enlace 5-76
Rede institucional
Para redeexterna
roteador
Subrede IP
Servidor de mensagens
Servidor web
5 Camada de Enlace 5-77
Comutadores x Roteadores
ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa roteadores dispositivos da
camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)
comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace
ambos possuem tabelas de repasse roteadores obteacutem
tabelas usando alg de roteamento endereccedilos IP
comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
redeenlacefiacutesica
enlacefiacutesica
switch
datagrama
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
quadro
quadro
quadrodatagrama
5 Camada de Enlace 5-78
Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e
serviccedilos52 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais
Endereccedilamento ARP
EthernetSwitchesVLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-79
Siacutentese um dia na vida de um pedido web jornada completa atravessando toda a pilha de
protocolos aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
colocando tudo junto siacutentese objetivo identificar revisar entender os
protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web
cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom
5 Camada de Enlace 5-80
Um dia na vida cenaacuterio
rede da Comcast68800013
rede do Google64233160019 64233169105
servidor web
Servidor DNS
rede da escola68802024
paacutegina web
navegador
5 Camada de Enlace 5-81
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPDHCP
quadro Ethernet difundido (dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador que executa o servidor DHCP Ethernet demultiplexado para IP demultiplexado para UDP e demultiplexado paraDHCP
o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilo do primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP Solicitaccedilatildeo DHCP encapsulada em UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023 Ethernet
5 Camada de Enlace 5-82
roteador(roda DHCP)
servidor DHCP prepara ACK DHCP contendo endereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiro roteador nome e endereccedilo IP do servidor DNS
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
encapsulamento no servidor DHCP quadro repassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente
Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador
cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
5 Camada de Enlace 5-83
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
consulta DNS criada encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviar quadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP
consulta ARP difundida recebida pelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccedilo MAC da interface do roteador
o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiro roteador podendo agora enviar o quadro contendo a consulta DNS
ARP query
EthPhy
ARP
ARP
ARP reply
antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
5 Camada de Enlace 5-84
roteador(roda DHCP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
datagrama IP conteacutem consulta DNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador
datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelos protocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS
demultiplexado pelo servidor DNS
servidor DNS responde ao cliente com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
rede da Comcast68800013
servidor DNSDNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
Um dia na vidahellip usando DNS
5 Camada de Enlace 5-85
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
para enviar pedido HTTP cliente primeiro abre um socket TCP para o servidor web segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web
conexatildeo TCP estabelecida64233169105servidor web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCPIPEthPhy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)
5 Camada de Enlace 5-86
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
solicitaccedilatildeo HTTP enviada para o socket TCP datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhado para wwwgooglecom
datagrama IP com a resposta HTTP eacute encaminhado de volta para o cliente
64233169105servidor web
HTTPTCPIPEthPhy
servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTPHTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
paacutegina web finalmente() apresentada
5 Camada de Enlace 5-87
Capiacutetulo 5 Resumo
princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dados detecccedilatildeo correccedilatildeo de erros compartilhamento de canal de difusatildeo acesso
muacuteltiplo endereccedilamento da camada de enlace
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlace Ethernet LANs comutadas VLANs redes virtualizadas como camada de enlace MPLS
siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web
5 Camada de Enlace 5-38
Rede de acesso a cabo
Muacuteltiplos canais de difusatildeo downstream de 40Mbps Um uacutenico CMTS transmite para os diversos canais
Muacuteltiplos canais upstream de 30 Mbps Acesso muacuteltiplo todos os usuaacuterios disputam alguns slots
de tempo em canais upstream (outros satildeo preacute-alocados)
terminaccedilatildeo do cabo
CMTS
ISP
sistema de terminaccedilatildeo do cable modem
cablemodemsplitter
hellip
hellip
quadros Internet canais de TV e controle satildeo transmitidos downstream em frequecircncias diferentes
quadros Internet upstream e controle de TV satildeo transmitidos upstream em diferentes frequecircncias em slots de tempo
5 Camada de Enlace 5-39
Rede de acesso a cabo
DOCSIS espec da interface de serviccedilo de dados sobre cabo FDM sobre as frequecircncias dos canais up e downstream TDM upstream alguns slots satildeo alocados outros tecircm
disputabull quadro de mapeamento downstream aloca slots
upstreambull requisiccedilatildeo de slots upstream (e dados) satildeo transmitidos
atraveacutes de acesso aleatoacuterio (retirada binaacuteria) em slots selecionados
quadro de mapeamentop intervalo [t1 t2]
Residecircncias com cable modems
Canal downstream i
Canal Upstream j
t1 t2
Minislots alocados contendo quadros de dadosupstream do cable modem
Minislots contendo quadrosde requisiccedilatildeo de minislots
cable headend
CMTS
5 Camada de Enlace 5-40
Resumo dos protocolos MAC divisatildeo do canal por tempo frequecircncia ou
coacutedigoDivisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequecircncia
acesso aleatoacuterio (dinacircmico) ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDescutar a portadora faacutecil em algumas
tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)
CSMACD usado na EthernetCSMACA usado no 80211
RevezamentoSeleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto
central passagem de permissotildeesBluetooth FDDI Token Ring
5 Camada de Enlace 5-41
Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e
serviccedilos52 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais
Endereccedilamento ARP
EthernetSwitchesVLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-42
Endereccedilos MAC e ARP Endereccedilo IP de 32 bits
endereccedilos da camada de rede para a interface usado pelo repasse da camada 3 (rede)
Endereccedilo MAC (ou LAN ou fiacutesico ou Ethernet) Funccedilatildeo usado lsquolocalmentersquo para levar o quadro de
uma interface ateacute outra interface conectada fisicamente (na mesma rede no sentido do endereccedilamento IP)
Endereccedilo MAC de 48 bits (para a maioria das redes) gravado na ROM do adaptador ou configurado por software
Ex 1A-2F-BB-76-09-ADnotaccedilatildeo hexadecimal (base 16)
(cada ldquonuacutemerordquo representa 4 bits)
5 Camada de Enlace 5-43
Endereccedilos MAC e ARPcada adaptador na LAN possui um endereccedilo MAC uacutenico
Endereccedilo de Broadcast =FF-FF-FF-FF-FF-FF
= adaptador
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN(cabeada ousem fio)
5 Camada de Enlace 5-44
Endereccedilo MAC (cont) Alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC gerenciada pelo IEEE Um fabricante compra uma parte do espaccedilo de
endereccedilos (para garantir unicidade) Analogia (a) endereccedilo MAC como nuacutemero do CPF (b) endereccedilo IP como endereccedilo postal (CEP) endereccedilo MAC tem estrutura linear =gt
portabilidadePode mover um cartatildeo LAN de uma LAN para
outra endereccedilo IP hieraacuterquico NAtildeO eacute portaacutetil (requer IP
moacutevel)Depende da subrede IP agrave qual o noacute estaacute
conectado
5 Camada de Enlace 5-45
ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de Resoluccedilatildeo de Endereccedilos)
Cada noacute IP (Host Roteador) de uma LAN possui tabela ARP
Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN
lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt TTL (Time To Live) tempo
a partir do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute esquecido (valor tiacutepico de 20 min)
Pergunta como obter oendereccedilo MAC de B a partir do endereccedilo IP de B
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53 LAN
237196723
237196778
237196714
237196788
5 Camada de Enlace 5-46
Protocolo ARP mesma LAN (rede) A deseja enviar datagrama
para B e o endereccedilo MAC de B natildeo estaacute na tabela ARP
A difunde o pacote de solicitaccedilatildeo ARP que conteacutem o endereccedilo IP de B Endereccedilo MAC destino =
FF-FF-FF-FF-FF-FF todas as maacutequinas na
LAN recebem a consulta do ARP
B recebe o pacote ARP responde a A com o seu (de B) endereccedilo MAC Quadro enviado para o
endereccedilo MAC (unicast) de A
Uma cache (salva) o par de endereccedilos IP-para-MAC na sua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo fique antiquada (expire) lsquosoft statersquo informaccedilatildeo que expira (vai embora) a menos que seja renovada
ARP eacute ldquoplug-and-playrdquo os noacutes criam suas tabelas ARP sem a intervenccedilatildeo do administrador
da rede
5 Camada de Enlace 5-47
Endereccedilamento repassando para outra LAN encaminhamento envio de datagrama de A para B via R
foco no endereccedilamento ndash nas camadas IP (datagrama) e MAC (quadro)
assume que A conhece o endereccedilo IP de B assume que A conhece o endereccedilo IP do proacuteximo roteador
R (como) assume que A conhece o endereccedilo MAC de R (como)
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
5 Camada de Enlace 5-48
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IPEthPhy
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
A cria datagrama IP com IP origem A destino B A cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC
de R como destino quadro conteacutem o datagrama IP de A-para-B
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55 MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
5 Camada de Enlace 5-49
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IPEthPhy
quadro enviado de A para R
IPEthPhy
quadro recebido em R datagrama removido passado para o IP
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55 MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
5 Camada de Enlace 5-50
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
R repassa o datagrama com origem IP A destino B R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC
de B como destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9B MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
IPEthPhy
5 Camada de Enlace 5-51
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
R repassa o datagrama com origem IP A destino B R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC
de B como destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9B MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
IPEthPhy
5 Camada de Enlace 5-52
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
R repassa o datagrama com origem IP A destino B R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC
de B como destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9B MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
5 Camada de Enlace 5-53
Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e
serviccedilos52 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais
Endereccedilamento ARP
EthernetSwitchesVLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-54
Ethernet Muitiacutessimo difundida porque
Muito barata R$50 para placas 101001000Mbps A mais antiga das tecnologias de rede local (meados da
deacutecada de 70) Mais simples e menos cara que redes usando ficha ou
ATM Acompanhou o aumento de velocidade 10 Mbps ndash 10
Gbps
Rascunho de Metcalfe sobre o Ethernet
5 Camada de Enlace 5-55
Ethernet topologia fiacutesica barramento popular ateacute meados dos anos 90
Todos os noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo (podem colidir um com o outro)
estrela prevalecircncia hoje Comutador (switch) ativo no centro Cada porta roda o protocolo Ethernet separadamente (os
noacutes natildeo colidem uns com os outros)
barramento cabo coaxial
switch
estrela
5 Camada de Enlace 5-56
Estrutura do Quadro EthernetAdaptador remetente encapsula datagrama IP (ou pacote
de outro protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
preacircmbulo 7 bytes com o padratildeo 10101010 seguidos por um byte
com o padratildeo 10101011 usado para sincronizar receptor ao reloacutegio do
remetente (reloacutegios nunca satildeo exatos eacute muito provaacutevel que exista algum desvio entre eles)
5 Camada de Enlace 5-57
Estrutura de Quadro Ethernet (cont)
Endereccedilos 6 bytes para cada endereccedilo MAC se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo destino igual
ao seu ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede
caso contraacuterio o adaptador descarta o quadro Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior
usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)
CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado
5 Camada de Enlace 5-58
Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo sem conexatildeo natildeo haacute estabelecimento de
conexatildeo (saudaccedilatildeo) entre os adaptadores transmissor e receptor
Natildeo confiaacutevel o adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador transmissordados em quadros descartados satildeo
recuperados apenas se o transmissor usar transferecircncia confiaacutevel em camadas mais altas (ex TCP) caso contraacuterio os dados estaratildeo perdidos
Protocolo MAC do Ethernet CSMACD com retirada binaacuteria
5 Camada de Enlace 5-59
Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
diversos padrotildees Ethernet diferentes tecircm em comum o protocolo MAC e o formato do
quadro diferentes velocidades 2Mbps 10Mbps 100Mbps
1Gbps 10Gbps diferentes meios da camada fiacutesica fibra cabo
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
protocolo MACe formato do quadro
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)
5 Camada de Enlace 5-60
10Base5
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-61
10Base2
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-62
10BaseT
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-63
Conector RJ 45
5 Camada de Enlace 5-64
100Base-TX
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-65 10
Wireless Backhaul
Carrier Ethernet Access Expansion
Voice gateway
VoiceVideoTelephony
HD TVTVoD VoD
Video Source
Gaming BusinessBackup ERP
Internet Video Source
BusinessBroadband
E-Line andE-LAN service
GlobalNationalCarrierEthernet
GlobalNationalCarrierEthernet
SmallMedium Business
Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet
AccessCarrierEthernet
AccessCarrierEthernet
ResidentialTriple-Play
FTTx DSLAM Cable Modem
Broadbandmobile datavideo
Bringing vastly extended scalability for business and residential users
ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing
5 Camada de Enlace 5-66
Carrier Ethernet Defined
bull Carrier Ethernet is a ubiquitous standardized carrier-class SERVICE defined by five attributes that distinguish Carrier Ethernet from familiar LAN based Ethernet
bull It brings the compelling business benefit of the Ethernet cost model to achieve significant savings
Carrier Ethernet
bull Scalability
bull Standardized Services
bull Service Management
bull Quality of Service
bull Reliability
Carrier Ethernet Attributes
httpwwwmetroethernetforumorg
5 Camada de Enlace 5-67
Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e
serviccedilos52 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais
Endereccedilamento ARP
EthernetSwitchesVLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-68
Comutador (switch) Ethernet Dispositivo da camada de enlace tecircm papel
ativo armazena e retransmite quadros Ethernetexamina o cabeccedilalho do quadro e
seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento
transparentehospedeiros ignoram a presenccedila dos
switches plug-and-play self-learning (autodidatas)
os comutadores natildeo necessitam ser configurados
5 Camada de Enlace 5-69
Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas hospedeiros tecircm conexatildeo
direta e dedicada para o switch
os switches armazenam quadros
o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplex cada link eacute o seu proacuteprio
domiacutenio de colisatildeo comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-
para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch com seis interfaces(123456)
1 2 345
6
5 Camada de Enlace 5-70
Tabela de repasse do switch P como eacute que o switch sabe que
Arsquo eacute alcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel a partir da interface 5
R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutem (endereccedilo MAC do hospedeiro
interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)
parece uma tabela de repasse P como satildeo criadas e mantidas as
entradas na tabela de comutaccedilatildeo haacute algo como um protocolo de
roteamento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch with six interfaces(123456)
1 2 345
6
5 Camada de Enlace 5-71
switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfaces quando um quadro eacute
recebido o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada
registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo
Switch autoaprendizagemA
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
5 Camada de Enlace 5-725 Camada de Enlace
Switch filtragemrepasse de quadrosQuando o quadro eacute recebido em um comutador
registra o link de entrada endereccedilo MAC do hospedeiro transmissor
indexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo MAC do destino
if entrada encontrada para o destinothen
if dest estiver no segmento de onde veio o quadro then descarta o quadro
else repassa o quadro na interface indicada else usa inundaccedilatildeo
Repassa o quadro para todas as demais interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido
5 Camada de Enlace 5-73
Exemplo de auto aprendizagem e repasse
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo destino do quadro Arsquo
com localizaccedilatildeo desconhecida inundaccedilatildeo
Arsquo A
local do destino A conhecido
Arsquo 4 60
transmissatildeo seletiva
5 Camada de Enlace 5-74
Interligaccedilatildeo de comutadores
Podemos interligar comutadores (switches)
AB
P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe que deve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3
R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenico comutador)
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
5 Camada de Enlace 5-75
Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde
para C
P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4
AB
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
12
5 Camada de Enlace 5-76
Rede institucional
Para redeexterna
roteador
Subrede IP
Servidor de mensagens
Servidor web
5 Camada de Enlace 5-77
Comutadores x Roteadores
ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa roteadores dispositivos da
camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)
comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace
ambos possuem tabelas de repasse roteadores obteacutem
tabelas usando alg de roteamento endereccedilos IP
comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
redeenlacefiacutesica
enlacefiacutesica
switch
datagrama
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
quadro
quadro
quadrodatagrama
5 Camada de Enlace 5-78
Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e
serviccedilos52 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais
Endereccedilamento ARP
EthernetSwitchesVLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-79
Siacutentese um dia na vida de um pedido web jornada completa atravessando toda a pilha de
protocolos aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
colocando tudo junto siacutentese objetivo identificar revisar entender os
protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web
cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom
5 Camada de Enlace 5-80
Um dia na vida cenaacuterio
rede da Comcast68800013
rede do Google64233160019 64233169105
servidor web
Servidor DNS
rede da escola68802024
paacutegina web
navegador
5 Camada de Enlace 5-81
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPDHCP
quadro Ethernet difundido (dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador que executa o servidor DHCP Ethernet demultiplexado para IP demultiplexado para UDP e demultiplexado paraDHCP
o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilo do primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP Solicitaccedilatildeo DHCP encapsulada em UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023 Ethernet
5 Camada de Enlace 5-82
roteador(roda DHCP)
servidor DHCP prepara ACK DHCP contendo endereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiro roteador nome e endereccedilo IP do servidor DNS
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
encapsulamento no servidor DHCP quadro repassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente
Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador
cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
5 Camada de Enlace 5-83
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
consulta DNS criada encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviar quadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP
consulta ARP difundida recebida pelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccedilo MAC da interface do roteador
o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiro roteador podendo agora enviar o quadro contendo a consulta DNS
ARP query
EthPhy
ARP
ARP
ARP reply
antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
5 Camada de Enlace 5-84
roteador(roda DHCP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
datagrama IP conteacutem consulta DNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador
datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelos protocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS
demultiplexado pelo servidor DNS
servidor DNS responde ao cliente com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
rede da Comcast68800013
servidor DNSDNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
Um dia na vidahellip usando DNS
5 Camada de Enlace 5-85
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
para enviar pedido HTTP cliente primeiro abre um socket TCP para o servidor web segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web
conexatildeo TCP estabelecida64233169105servidor web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCPIPEthPhy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)
5 Camada de Enlace 5-86
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
solicitaccedilatildeo HTTP enviada para o socket TCP datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhado para wwwgooglecom
datagrama IP com a resposta HTTP eacute encaminhado de volta para o cliente
64233169105servidor web
HTTPTCPIPEthPhy
servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTPHTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
paacutegina web finalmente() apresentada
5 Camada de Enlace 5-87
Capiacutetulo 5 Resumo
princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dados detecccedilatildeo correccedilatildeo de erros compartilhamento de canal de difusatildeo acesso
muacuteltiplo endereccedilamento da camada de enlace
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlace Ethernet LANs comutadas VLANs redes virtualizadas como camada de enlace MPLS
siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web
5 Camada de Enlace 5-39
Rede de acesso a cabo
DOCSIS espec da interface de serviccedilo de dados sobre cabo FDM sobre as frequecircncias dos canais up e downstream TDM upstream alguns slots satildeo alocados outros tecircm
disputabull quadro de mapeamento downstream aloca slots
upstreambull requisiccedilatildeo de slots upstream (e dados) satildeo transmitidos
atraveacutes de acesso aleatoacuterio (retirada binaacuteria) em slots selecionados
quadro de mapeamentop intervalo [t1 t2]
Residecircncias com cable modems
Canal downstream i
Canal Upstream j
t1 t2
Minislots alocados contendo quadros de dadosupstream do cable modem
Minislots contendo quadrosde requisiccedilatildeo de minislots
cable headend
CMTS
5 Camada de Enlace 5-40
Resumo dos protocolos MAC divisatildeo do canal por tempo frequecircncia ou
coacutedigoDivisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequecircncia
acesso aleatoacuterio (dinacircmico) ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDescutar a portadora faacutecil em algumas
tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)
CSMACD usado na EthernetCSMACA usado no 80211
RevezamentoSeleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto
central passagem de permissotildeesBluetooth FDDI Token Ring
5 Camada de Enlace 5-41
Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e
serviccedilos52 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais
Endereccedilamento ARP
EthernetSwitchesVLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-42
Endereccedilos MAC e ARP Endereccedilo IP de 32 bits
endereccedilos da camada de rede para a interface usado pelo repasse da camada 3 (rede)
Endereccedilo MAC (ou LAN ou fiacutesico ou Ethernet) Funccedilatildeo usado lsquolocalmentersquo para levar o quadro de
uma interface ateacute outra interface conectada fisicamente (na mesma rede no sentido do endereccedilamento IP)
Endereccedilo MAC de 48 bits (para a maioria das redes) gravado na ROM do adaptador ou configurado por software
Ex 1A-2F-BB-76-09-ADnotaccedilatildeo hexadecimal (base 16)
(cada ldquonuacutemerordquo representa 4 bits)
5 Camada de Enlace 5-43
Endereccedilos MAC e ARPcada adaptador na LAN possui um endereccedilo MAC uacutenico
Endereccedilo de Broadcast =FF-FF-FF-FF-FF-FF
= adaptador
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN(cabeada ousem fio)
5 Camada de Enlace 5-44
Endereccedilo MAC (cont) Alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC gerenciada pelo IEEE Um fabricante compra uma parte do espaccedilo de
endereccedilos (para garantir unicidade) Analogia (a) endereccedilo MAC como nuacutemero do CPF (b) endereccedilo IP como endereccedilo postal (CEP) endereccedilo MAC tem estrutura linear =gt
portabilidadePode mover um cartatildeo LAN de uma LAN para
outra endereccedilo IP hieraacuterquico NAtildeO eacute portaacutetil (requer IP
moacutevel)Depende da subrede IP agrave qual o noacute estaacute
conectado
5 Camada de Enlace 5-45
ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de Resoluccedilatildeo de Endereccedilos)
Cada noacute IP (Host Roteador) de uma LAN possui tabela ARP
Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN
lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt TTL (Time To Live) tempo
a partir do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute esquecido (valor tiacutepico de 20 min)
Pergunta como obter oendereccedilo MAC de B a partir do endereccedilo IP de B
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53 LAN
237196723
237196778
237196714
237196788
5 Camada de Enlace 5-46
Protocolo ARP mesma LAN (rede) A deseja enviar datagrama
para B e o endereccedilo MAC de B natildeo estaacute na tabela ARP
A difunde o pacote de solicitaccedilatildeo ARP que conteacutem o endereccedilo IP de B Endereccedilo MAC destino =
FF-FF-FF-FF-FF-FF todas as maacutequinas na
LAN recebem a consulta do ARP
B recebe o pacote ARP responde a A com o seu (de B) endereccedilo MAC Quadro enviado para o
endereccedilo MAC (unicast) de A
Uma cache (salva) o par de endereccedilos IP-para-MAC na sua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo fique antiquada (expire) lsquosoft statersquo informaccedilatildeo que expira (vai embora) a menos que seja renovada
ARP eacute ldquoplug-and-playrdquo os noacutes criam suas tabelas ARP sem a intervenccedilatildeo do administrador
da rede
5 Camada de Enlace 5-47
Endereccedilamento repassando para outra LAN encaminhamento envio de datagrama de A para B via R
foco no endereccedilamento ndash nas camadas IP (datagrama) e MAC (quadro)
assume que A conhece o endereccedilo IP de B assume que A conhece o endereccedilo IP do proacuteximo roteador
R (como) assume que A conhece o endereccedilo MAC de R (como)
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
5 Camada de Enlace 5-48
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IPEthPhy
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
A cria datagrama IP com IP origem A destino B A cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC
de R como destino quadro conteacutem o datagrama IP de A-para-B
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55 MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
5 Camada de Enlace 5-49
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IPEthPhy
quadro enviado de A para R
IPEthPhy
quadro recebido em R datagrama removido passado para o IP
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55 MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
5 Camada de Enlace 5-50
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
R repassa o datagrama com origem IP A destino B R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC
de B como destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9B MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
IPEthPhy
5 Camada de Enlace 5-51
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
R repassa o datagrama com origem IP A destino B R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC
de B como destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9B MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
IPEthPhy
5 Camada de Enlace 5-52
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
R repassa o datagrama com origem IP A destino B R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC
de B como destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9B MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
5 Camada de Enlace 5-53
Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e
serviccedilos52 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais
Endereccedilamento ARP
EthernetSwitchesVLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-54
Ethernet Muitiacutessimo difundida porque
Muito barata R$50 para placas 101001000Mbps A mais antiga das tecnologias de rede local (meados da
deacutecada de 70) Mais simples e menos cara que redes usando ficha ou
ATM Acompanhou o aumento de velocidade 10 Mbps ndash 10
Gbps
Rascunho de Metcalfe sobre o Ethernet
5 Camada de Enlace 5-55
Ethernet topologia fiacutesica barramento popular ateacute meados dos anos 90
Todos os noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo (podem colidir um com o outro)
estrela prevalecircncia hoje Comutador (switch) ativo no centro Cada porta roda o protocolo Ethernet separadamente (os
noacutes natildeo colidem uns com os outros)
barramento cabo coaxial
switch
estrela
5 Camada de Enlace 5-56
Estrutura do Quadro EthernetAdaptador remetente encapsula datagrama IP (ou pacote
de outro protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
preacircmbulo 7 bytes com o padratildeo 10101010 seguidos por um byte
com o padratildeo 10101011 usado para sincronizar receptor ao reloacutegio do
remetente (reloacutegios nunca satildeo exatos eacute muito provaacutevel que exista algum desvio entre eles)
5 Camada de Enlace 5-57
Estrutura de Quadro Ethernet (cont)
Endereccedilos 6 bytes para cada endereccedilo MAC se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo destino igual
ao seu ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede
caso contraacuterio o adaptador descarta o quadro Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior
usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)
CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado
5 Camada de Enlace 5-58
Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo sem conexatildeo natildeo haacute estabelecimento de
conexatildeo (saudaccedilatildeo) entre os adaptadores transmissor e receptor
Natildeo confiaacutevel o adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador transmissordados em quadros descartados satildeo
recuperados apenas se o transmissor usar transferecircncia confiaacutevel em camadas mais altas (ex TCP) caso contraacuterio os dados estaratildeo perdidos
Protocolo MAC do Ethernet CSMACD com retirada binaacuteria
5 Camada de Enlace 5-59
Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
diversos padrotildees Ethernet diferentes tecircm em comum o protocolo MAC e o formato do
quadro diferentes velocidades 2Mbps 10Mbps 100Mbps
1Gbps 10Gbps diferentes meios da camada fiacutesica fibra cabo
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
protocolo MACe formato do quadro
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)
5 Camada de Enlace 5-60
10Base5
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-61
10Base2
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-62
10BaseT
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-63
Conector RJ 45
5 Camada de Enlace 5-64
100Base-TX
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-65 10
Wireless Backhaul
Carrier Ethernet Access Expansion
Voice gateway
VoiceVideoTelephony
HD TVTVoD VoD
Video Source
Gaming BusinessBackup ERP
Internet Video Source
BusinessBroadband
E-Line andE-LAN service
GlobalNationalCarrierEthernet
GlobalNationalCarrierEthernet
SmallMedium Business
Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet
AccessCarrierEthernet
AccessCarrierEthernet
ResidentialTriple-Play
FTTx DSLAM Cable Modem
Broadbandmobile datavideo
Bringing vastly extended scalability for business and residential users
ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing
5 Camada de Enlace 5-66
Carrier Ethernet Defined
bull Carrier Ethernet is a ubiquitous standardized carrier-class SERVICE defined by five attributes that distinguish Carrier Ethernet from familiar LAN based Ethernet
bull It brings the compelling business benefit of the Ethernet cost model to achieve significant savings
Carrier Ethernet
bull Scalability
bull Standardized Services
bull Service Management
bull Quality of Service
bull Reliability
Carrier Ethernet Attributes
httpwwwmetroethernetforumorg
5 Camada de Enlace 5-67
Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e
serviccedilos52 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais
Endereccedilamento ARP
EthernetSwitchesVLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-68
Comutador (switch) Ethernet Dispositivo da camada de enlace tecircm papel
ativo armazena e retransmite quadros Ethernetexamina o cabeccedilalho do quadro e
seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento
transparentehospedeiros ignoram a presenccedila dos
switches plug-and-play self-learning (autodidatas)
os comutadores natildeo necessitam ser configurados
5 Camada de Enlace 5-69
Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas hospedeiros tecircm conexatildeo
direta e dedicada para o switch
os switches armazenam quadros
o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplex cada link eacute o seu proacuteprio
domiacutenio de colisatildeo comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-
para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch com seis interfaces(123456)
1 2 345
6
5 Camada de Enlace 5-70
Tabela de repasse do switch P como eacute que o switch sabe que
Arsquo eacute alcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel a partir da interface 5
R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutem (endereccedilo MAC do hospedeiro
interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)
parece uma tabela de repasse P como satildeo criadas e mantidas as
entradas na tabela de comutaccedilatildeo haacute algo como um protocolo de
roteamento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch with six interfaces(123456)
1 2 345
6
5 Camada de Enlace 5-71
switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfaces quando um quadro eacute
recebido o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada
registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo
Switch autoaprendizagemA
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
5 Camada de Enlace 5-725 Camada de Enlace
Switch filtragemrepasse de quadrosQuando o quadro eacute recebido em um comutador
registra o link de entrada endereccedilo MAC do hospedeiro transmissor
indexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo MAC do destino
if entrada encontrada para o destinothen
if dest estiver no segmento de onde veio o quadro then descarta o quadro
else repassa o quadro na interface indicada else usa inundaccedilatildeo
Repassa o quadro para todas as demais interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido
5 Camada de Enlace 5-73
Exemplo de auto aprendizagem e repasse
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo destino do quadro Arsquo
com localizaccedilatildeo desconhecida inundaccedilatildeo
Arsquo A
local do destino A conhecido
Arsquo 4 60
transmissatildeo seletiva
5 Camada de Enlace 5-74
Interligaccedilatildeo de comutadores
Podemos interligar comutadores (switches)
AB
P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe que deve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3
R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenico comutador)
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
5 Camada de Enlace 5-75
Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde
para C
P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4
AB
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
12
5 Camada de Enlace 5-76
Rede institucional
Para redeexterna
roteador
Subrede IP
Servidor de mensagens
Servidor web
5 Camada de Enlace 5-77
Comutadores x Roteadores
ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa roteadores dispositivos da
camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)
comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace
ambos possuem tabelas de repasse roteadores obteacutem
tabelas usando alg de roteamento endereccedilos IP
comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
redeenlacefiacutesica
enlacefiacutesica
switch
datagrama
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
quadro
quadro
quadrodatagrama
5 Camada de Enlace 5-78
Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e
serviccedilos52 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais
Endereccedilamento ARP
EthernetSwitchesVLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-79
Siacutentese um dia na vida de um pedido web jornada completa atravessando toda a pilha de
protocolos aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
colocando tudo junto siacutentese objetivo identificar revisar entender os
protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web
cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom
5 Camada de Enlace 5-80
Um dia na vida cenaacuterio
rede da Comcast68800013
rede do Google64233160019 64233169105
servidor web
Servidor DNS
rede da escola68802024
paacutegina web
navegador
5 Camada de Enlace 5-81
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPDHCP
quadro Ethernet difundido (dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador que executa o servidor DHCP Ethernet demultiplexado para IP demultiplexado para UDP e demultiplexado paraDHCP
o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilo do primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP Solicitaccedilatildeo DHCP encapsulada em UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023 Ethernet
5 Camada de Enlace 5-82
roteador(roda DHCP)
servidor DHCP prepara ACK DHCP contendo endereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiro roteador nome e endereccedilo IP do servidor DNS
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
encapsulamento no servidor DHCP quadro repassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente
Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador
cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
5 Camada de Enlace 5-83
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
consulta DNS criada encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviar quadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP
consulta ARP difundida recebida pelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccedilo MAC da interface do roteador
o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiro roteador podendo agora enviar o quadro contendo a consulta DNS
ARP query
EthPhy
ARP
ARP
ARP reply
antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
5 Camada de Enlace 5-84
roteador(roda DHCP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
datagrama IP conteacutem consulta DNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador
datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelos protocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS
demultiplexado pelo servidor DNS
servidor DNS responde ao cliente com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
rede da Comcast68800013
servidor DNSDNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
Um dia na vidahellip usando DNS
5 Camada de Enlace 5-85
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
para enviar pedido HTTP cliente primeiro abre um socket TCP para o servidor web segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web
conexatildeo TCP estabelecida64233169105servidor web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCPIPEthPhy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)
5 Camada de Enlace 5-86
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
solicitaccedilatildeo HTTP enviada para o socket TCP datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhado para wwwgooglecom
datagrama IP com a resposta HTTP eacute encaminhado de volta para o cliente
64233169105servidor web
HTTPTCPIPEthPhy
servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTPHTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
paacutegina web finalmente() apresentada
5 Camada de Enlace 5-87
Capiacutetulo 5 Resumo
princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dados detecccedilatildeo correccedilatildeo de erros compartilhamento de canal de difusatildeo acesso
muacuteltiplo endereccedilamento da camada de enlace
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlace Ethernet LANs comutadas VLANs redes virtualizadas como camada de enlace MPLS
siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web
5 Camada de Enlace 5-40
Resumo dos protocolos MAC divisatildeo do canal por tempo frequecircncia ou
coacutedigoDivisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequecircncia
acesso aleatoacuterio (dinacircmico) ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDescutar a portadora faacutecil em algumas
tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)
CSMACD usado na EthernetCSMACA usado no 80211
RevezamentoSeleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto
central passagem de permissotildeesBluetooth FDDI Token Ring
5 Camada de Enlace 5-41
Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e
serviccedilos52 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais
Endereccedilamento ARP
EthernetSwitchesVLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-42
Endereccedilos MAC e ARP Endereccedilo IP de 32 bits
endereccedilos da camada de rede para a interface usado pelo repasse da camada 3 (rede)
Endereccedilo MAC (ou LAN ou fiacutesico ou Ethernet) Funccedilatildeo usado lsquolocalmentersquo para levar o quadro de
uma interface ateacute outra interface conectada fisicamente (na mesma rede no sentido do endereccedilamento IP)
Endereccedilo MAC de 48 bits (para a maioria das redes) gravado na ROM do adaptador ou configurado por software
Ex 1A-2F-BB-76-09-ADnotaccedilatildeo hexadecimal (base 16)
(cada ldquonuacutemerordquo representa 4 bits)
5 Camada de Enlace 5-43
Endereccedilos MAC e ARPcada adaptador na LAN possui um endereccedilo MAC uacutenico
Endereccedilo de Broadcast =FF-FF-FF-FF-FF-FF
= adaptador
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN(cabeada ousem fio)
5 Camada de Enlace 5-44
Endereccedilo MAC (cont) Alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC gerenciada pelo IEEE Um fabricante compra uma parte do espaccedilo de
endereccedilos (para garantir unicidade) Analogia (a) endereccedilo MAC como nuacutemero do CPF (b) endereccedilo IP como endereccedilo postal (CEP) endereccedilo MAC tem estrutura linear =gt
portabilidadePode mover um cartatildeo LAN de uma LAN para
outra endereccedilo IP hieraacuterquico NAtildeO eacute portaacutetil (requer IP
moacutevel)Depende da subrede IP agrave qual o noacute estaacute
conectado
5 Camada de Enlace 5-45
ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de Resoluccedilatildeo de Endereccedilos)
Cada noacute IP (Host Roteador) de uma LAN possui tabela ARP
Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN
lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt TTL (Time To Live) tempo
a partir do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute esquecido (valor tiacutepico de 20 min)
Pergunta como obter oendereccedilo MAC de B a partir do endereccedilo IP de B
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53 LAN
237196723
237196778
237196714
237196788
5 Camada de Enlace 5-46
Protocolo ARP mesma LAN (rede) A deseja enviar datagrama
para B e o endereccedilo MAC de B natildeo estaacute na tabela ARP
A difunde o pacote de solicitaccedilatildeo ARP que conteacutem o endereccedilo IP de B Endereccedilo MAC destino =
FF-FF-FF-FF-FF-FF todas as maacutequinas na
LAN recebem a consulta do ARP
B recebe o pacote ARP responde a A com o seu (de B) endereccedilo MAC Quadro enviado para o
endereccedilo MAC (unicast) de A
Uma cache (salva) o par de endereccedilos IP-para-MAC na sua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo fique antiquada (expire) lsquosoft statersquo informaccedilatildeo que expira (vai embora) a menos que seja renovada
ARP eacute ldquoplug-and-playrdquo os noacutes criam suas tabelas ARP sem a intervenccedilatildeo do administrador
da rede
5 Camada de Enlace 5-47
Endereccedilamento repassando para outra LAN encaminhamento envio de datagrama de A para B via R
foco no endereccedilamento ndash nas camadas IP (datagrama) e MAC (quadro)
assume que A conhece o endereccedilo IP de B assume que A conhece o endereccedilo IP do proacuteximo roteador
R (como) assume que A conhece o endereccedilo MAC de R (como)
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
5 Camada de Enlace 5-48
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IPEthPhy
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
A cria datagrama IP com IP origem A destino B A cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC
de R como destino quadro conteacutem o datagrama IP de A-para-B
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55 MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
5 Camada de Enlace 5-49
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IPEthPhy
quadro enviado de A para R
IPEthPhy
quadro recebido em R datagrama removido passado para o IP
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55 MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
5 Camada de Enlace 5-50
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
R repassa o datagrama com origem IP A destino B R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC
de B como destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9B MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
IPEthPhy
5 Camada de Enlace 5-51
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
R repassa o datagrama com origem IP A destino B R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC
de B como destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9B MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
IPEthPhy
5 Camada de Enlace 5-52
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
R repassa o datagrama com origem IP A destino B R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC
de B como destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9B MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
5 Camada de Enlace 5-53
Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e
serviccedilos52 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais
Endereccedilamento ARP
EthernetSwitchesVLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-54
Ethernet Muitiacutessimo difundida porque
Muito barata R$50 para placas 101001000Mbps A mais antiga das tecnologias de rede local (meados da
deacutecada de 70) Mais simples e menos cara que redes usando ficha ou
ATM Acompanhou o aumento de velocidade 10 Mbps ndash 10
Gbps
Rascunho de Metcalfe sobre o Ethernet
5 Camada de Enlace 5-55
Ethernet topologia fiacutesica barramento popular ateacute meados dos anos 90
Todos os noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo (podem colidir um com o outro)
estrela prevalecircncia hoje Comutador (switch) ativo no centro Cada porta roda o protocolo Ethernet separadamente (os
noacutes natildeo colidem uns com os outros)
barramento cabo coaxial
switch
estrela
5 Camada de Enlace 5-56
Estrutura do Quadro EthernetAdaptador remetente encapsula datagrama IP (ou pacote
de outro protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
preacircmbulo 7 bytes com o padratildeo 10101010 seguidos por um byte
com o padratildeo 10101011 usado para sincronizar receptor ao reloacutegio do
remetente (reloacutegios nunca satildeo exatos eacute muito provaacutevel que exista algum desvio entre eles)
5 Camada de Enlace 5-57
Estrutura de Quadro Ethernet (cont)
Endereccedilos 6 bytes para cada endereccedilo MAC se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo destino igual
ao seu ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede
caso contraacuterio o adaptador descarta o quadro Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior
usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)
CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado
5 Camada de Enlace 5-58
Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo sem conexatildeo natildeo haacute estabelecimento de
conexatildeo (saudaccedilatildeo) entre os adaptadores transmissor e receptor
Natildeo confiaacutevel o adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador transmissordados em quadros descartados satildeo
recuperados apenas se o transmissor usar transferecircncia confiaacutevel em camadas mais altas (ex TCP) caso contraacuterio os dados estaratildeo perdidos
Protocolo MAC do Ethernet CSMACD com retirada binaacuteria
5 Camada de Enlace 5-59
Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
diversos padrotildees Ethernet diferentes tecircm em comum o protocolo MAC e o formato do
quadro diferentes velocidades 2Mbps 10Mbps 100Mbps
1Gbps 10Gbps diferentes meios da camada fiacutesica fibra cabo
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
protocolo MACe formato do quadro
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)
5 Camada de Enlace 5-60
10Base5
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-61
10Base2
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-62
10BaseT
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-63
Conector RJ 45
5 Camada de Enlace 5-64
100Base-TX
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-65 10
Wireless Backhaul
Carrier Ethernet Access Expansion
Voice gateway
VoiceVideoTelephony
HD TVTVoD VoD
Video Source
Gaming BusinessBackup ERP
Internet Video Source
BusinessBroadband
E-Line andE-LAN service
GlobalNationalCarrierEthernet
GlobalNationalCarrierEthernet
SmallMedium Business
Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet
AccessCarrierEthernet
AccessCarrierEthernet
ResidentialTriple-Play
FTTx DSLAM Cable Modem
Broadbandmobile datavideo
Bringing vastly extended scalability for business and residential users
ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing
5 Camada de Enlace 5-66
Carrier Ethernet Defined
bull Carrier Ethernet is a ubiquitous standardized carrier-class SERVICE defined by five attributes that distinguish Carrier Ethernet from familiar LAN based Ethernet
bull It brings the compelling business benefit of the Ethernet cost model to achieve significant savings
Carrier Ethernet
bull Scalability
bull Standardized Services
bull Service Management
bull Quality of Service
bull Reliability
Carrier Ethernet Attributes
httpwwwmetroethernetforumorg
5 Camada de Enlace 5-67
Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e
serviccedilos52 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais
Endereccedilamento ARP
EthernetSwitchesVLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-68
Comutador (switch) Ethernet Dispositivo da camada de enlace tecircm papel
ativo armazena e retransmite quadros Ethernetexamina o cabeccedilalho do quadro e
seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento
transparentehospedeiros ignoram a presenccedila dos
switches plug-and-play self-learning (autodidatas)
os comutadores natildeo necessitam ser configurados
5 Camada de Enlace 5-69
Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas hospedeiros tecircm conexatildeo
direta e dedicada para o switch
os switches armazenam quadros
o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplex cada link eacute o seu proacuteprio
domiacutenio de colisatildeo comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-
para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch com seis interfaces(123456)
1 2 345
6
5 Camada de Enlace 5-70
Tabela de repasse do switch P como eacute que o switch sabe que
Arsquo eacute alcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel a partir da interface 5
R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutem (endereccedilo MAC do hospedeiro
interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)
parece uma tabela de repasse P como satildeo criadas e mantidas as
entradas na tabela de comutaccedilatildeo haacute algo como um protocolo de
roteamento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch with six interfaces(123456)
1 2 345
6
5 Camada de Enlace 5-71
switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfaces quando um quadro eacute
recebido o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada
registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo
Switch autoaprendizagemA
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
5 Camada de Enlace 5-725 Camada de Enlace
Switch filtragemrepasse de quadrosQuando o quadro eacute recebido em um comutador
registra o link de entrada endereccedilo MAC do hospedeiro transmissor
indexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo MAC do destino
if entrada encontrada para o destinothen
if dest estiver no segmento de onde veio o quadro then descarta o quadro
else repassa o quadro na interface indicada else usa inundaccedilatildeo
Repassa o quadro para todas as demais interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido
5 Camada de Enlace 5-73
Exemplo de auto aprendizagem e repasse
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo destino do quadro Arsquo
com localizaccedilatildeo desconhecida inundaccedilatildeo
Arsquo A
local do destino A conhecido
Arsquo 4 60
transmissatildeo seletiva
5 Camada de Enlace 5-74
Interligaccedilatildeo de comutadores
Podemos interligar comutadores (switches)
AB
P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe que deve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3
R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenico comutador)
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
5 Camada de Enlace 5-75
Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde
para C
P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4
AB
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
12
5 Camada de Enlace 5-76
Rede institucional
Para redeexterna
roteador
Subrede IP
Servidor de mensagens
Servidor web
5 Camada de Enlace 5-77
Comutadores x Roteadores
ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa roteadores dispositivos da
camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)
comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace
ambos possuem tabelas de repasse roteadores obteacutem
tabelas usando alg de roteamento endereccedilos IP
comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
redeenlacefiacutesica
enlacefiacutesica
switch
datagrama
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
quadro
quadro
quadrodatagrama
5 Camada de Enlace 5-78
Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e
serviccedilos52 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais
Endereccedilamento ARP
EthernetSwitchesVLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-79
Siacutentese um dia na vida de um pedido web jornada completa atravessando toda a pilha de
protocolos aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
colocando tudo junto siacutentese objetivo identificar revisar entender os
protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web
cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom
5 Camada de Enlace 5-80
Um dia na vida cenaacuterio
rede da Comcast68800013
rede do Google64233160019 64233169105
servidor web
Servidor DNS
rede da escola68802024
paacutegina web
navegador
5 Camada de Enlace 5-81
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPDHCP
quadro Ethernet difundido (dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador que executa o servidor DHCP Ethernet demultiplexado para IP demultiplexado para UDP e demultiplexado paraDHCP
o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilo do primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP Solicitaccedilatildeo DHCP encapsulada em UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023 Ethernet
5 Camada de Enlace 5-82
roteador(roda DHCP)
servidor DHCP prepara ACK DHCP contendo endereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiro roteador nome e endereccedilo IP do servidor DNS
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
encapsulamento no servidor DHCP quadro repassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente
Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador
cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
5 Camada de Enlace 5-83
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
consulta DNS criada encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviar quadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP
consulta ARP difundida recebida pelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccedilo MAC da interface do roteador
o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiro roteador podendo agora enviar o quadro contendo a consulta DNS
ARP query
EthPhy
ARP
ARP
ARP reply
antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
5 Camada de Enlace 5-84
roteador(roda DHCP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
datagrama IP conteacutem consulta DNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador
datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelos protocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS
demultiplexado pelo servidor DNS
servidor DNS responde ao cliente com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
rede da Comcast68800013
servidor DNSDNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
Um dia na vidahellip usando DNS
5 Camada de Enlace 5-85
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
para enviar pedido HTTP cliente primeiro abre um socket TCP para o servidor web segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web
conexatildeo TCP estabelecida64233169105servidor web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCPIPEthPhy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)
5 Camada de Enlace 5-86
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
solicitaccedilatildeo HTTP enviada para o socket TCP datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhado para wwwgooglecom
datagrama IP com a resposta HTTP eacute encaminhado de volta para o cliente
64233169105servidor web
HTTPTCPIPEthPhy
servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTPHTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
paacutegina web finalmente() apresentada
5 Camada de Enlace 5-87
Capiacutetulo 5 Resumo
princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dados detecccedilatildeo correccedilatildeo de erros compartilhamento de canal de difusatildeo acesso
muacuteltiplo endereccedilamento da camada de enlace
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlace Ethernet LANs comutadas VLANs redes virtualizadas como camada de enlace MPLS
siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web
5 Camada de Enlace 5-41
Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e
serviccedilos52 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais
Endereccedilamento ARP
EthernetSwitchesVLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-42
Endereccedilos MAC e ARP Endereccedilo IP de 32 bits
endereccedilos da camada de rede para a interface usado pelo repasse da camada 3 (rede)
Endereccedilo MAC (ou LAN ou fiacutesico ou Ethernet) Funccedilatildeo usado lsquolocalmentersquo para levar o quadro de
uma interface ateacute outra interface conectada fisicamente (na mesma rede no sentido do endereccedilamento IP)
Endereccedilo MAC de 48 bits (para a maioria das redes) gravado na ROM do adaptador ou configurado por software
Ex 1A-2F-BB-76-09-ADnotaccedilatildeo hexadecimal (base 16)
(cada ldquonuacutemerordquo representa 4 bits)
5 Camada de Enlace 5-43
Endereccedilos MAC e ARPcada adaptador na LAN possui um endereccedilo MAC uacutenico
Endereccedilo de Broadcast =FF-FF-FF-FF-FF-FF
= adaptador
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN(cabeada ousem fio)
5 Camada de Enlace 5-44
Endereccedilo MAC (cont) Alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC gerenciada pelo IEEE Um fabricante compra uma parte do espaccedilo de
endereccedilos (para garantir unicidade) Analogia (a) endereccedilo MAC como nuacutemero do CPF (b) endereccedilo IP como endereccedilo postal (CEP) endereccedilo MAC tem estrutura linear =gt
portabilidadePode mover um cartatildeo LAN de uma LAN para
outra endereccedilo IP hieraacuterquico NAtildeO eacute portaacutetil (requer IP
moacutevel)Depende da subrede IP agrave qual o noacute estaacute
conectado
5 Camada de Enlace 5-45
ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de Resoluccedilatildeo de Endereccedilos)
Cada noacute IP (Host Roteador) de uma LAN possui tabela ARP
Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN
lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt TTL (Time To Live) tempo
a partir do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute esquecido (valor tiacutepico de 20 min)
Pergunta como obter oendereccedilo MAC de B a partir do endereccedilo IP de B
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53 LAN
237196723
237196778
237196714
237196788
5 Camada de Enlace 5-46
Protocolo ARP mesma LAN (rede) A deseja enviar datagrama
para B e o endereccedilo MAC de B natildeo estaacute na tabela ARP
A difunde o pacote de solicitaccedilatildeo ARP que conteacutem o endereccedilo IP de B Endereccedilo MAC destino =
FF-FF-FF-FF-FF-FF todas as maacutequinas na
LAN recebem a consulta do ARP
B recebe o pacote ARP responde a A com o seu (de B) endereccedilo MAC Quadro enviado para o
endereccedilo MAC (unicast) de A
Uma cache (salva) o par de endereccedilos IP-para-MAC na sua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo fique antiquada (expire) lsquosoft statersquo informaccedilatildeo que expira (vai embora) a menos que seja renovada
ARP eacute ldquoplug-and-playrdquo os noacutes criam suas tabelas ARP sem a intervenccedilatildeo do administrador
da rede
5 Camada de Enlace 5-47
Endereccedilamento repassando para outra LAN encaminhamento envio de datagrama de A para B via R
foco no endereccedilamento ndash nas camadas IP (datagrama) e MAC (quadro)
assume que A conhece o endereccedilo IP de B assume que A conhece o endereccedilo IP do proacuteximo roteador
R (como) assume que A conhece o endereccedilo MAC de R (como)
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
5 Camada de Enlace 5-48
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IPEthPhy
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
A cria datagrama IP com IP origem A destino B A cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC
de R como destino quadro conteacutem o datagrama IP de A-para-B
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55 MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
5 Camada de Enlace 5-49
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IPEthPhy
quadro enviado de A para R
IPEthPhy
quadro recebido em R datagrama removido passado para o IP
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55 MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
5 Camada de Enlace 5-50
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
R repassa o datagrama com origem IP A destino B R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC
de B como destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9B MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
IPEthPhy
5 Camada de Enlace 5-51
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
R repassa o datagrama com origem IP A destino B R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC
de B como destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9B MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
IPEthPhy
5 Camada de Enlace 5-52
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
R repassa o datagrama com origem IP A destino B R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC
de B como destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9B MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
5 Camada de Enlace 5-53
Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e
serviccedilos52 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais
Endereccedilamento ARP
EthernetSwitchesVLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-54
Ethernet Muitiacutessimo difundida porque
Muito barata R$50 para placas 101001000Mbps A mais antiga das tecnologias de rede local (meados da
deacutecada de 70) Mais simples e menos cara que redes usando ficha ou
ATM Acompanhou o aumento de velocidade 10 Mbps ndash 10
Gbps
Rascunho de Metcalfe sobre o Ethernet
5 Camada de Enlace 5-55
Ethernet topologia fiacutesica barramento popular ateacute meados dos anos 90
Todos os noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo (podem colidir um com o outro)
estrela prevalecircncia hoje Comutador (switch) ativo no centro Cada porta roda o protocolo Ethernet separadamente (os
noacutes natildeo colidem uns com os outros)
barramento cabo coaxial
switch
estrela
5 Camada de Enlace 5-56
Estrutura do Quadro EthernetAdaptador remetente encapsula datagrama IP (ou pacote
de outro protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
preacircmbulo 7 bytes com o padratildeo 10101010 seguidos por um byte
com o padratildeo 10101011 usado para sincronizar receptor ao reloacutegio do
remetente (reloacutegios nunca satildeo exatos eacute muito provaacutevel que exista algum desvio entre eles)
5 Camada de Enlace 5-57
Estrutura de Quadro Ethernet (cont)
Endereccedilos 6 bytes para cada endereccedilo MAC se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo destino igual
ao seu ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede
caso contraacuterio o adaptador descarta o quadro Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior
usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)
CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado
5 Camada de Enlace 5-58
Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo sem conexatildeo natildeo haacute estabelecimento de
conexatildeo (saudaccedilatildeo) entre os adaptadores transmissor e receptor
Natildeo confiaacutevel o adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador transmissordados em quadros descartados satildeo
recuperados apenas se o transmissor usar transferecircncia confiaacutevel em camadas mais altas (ex TCP) caso contraacuterio os dados estaratildeo perdidos
Protocolo MAC do Ethernet CSMACD com retirada binaacuteria
5 Camada de Enlace 5-59
Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
diversos padrotildees Ethernet diferentes tecircm em comum o protocolo MAC e o formato do
quadro diferentes velocidades 2Mbps 10Mbps 100Mbps
1Gbps 10Gbps diferentes meios da camada fiacutesica fibra cabo
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
protocolo MACe formato do quadro
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)
5 Camada de Enlace 5-60
10Base5
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-61
10Base2
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-62
10BaseT
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-63
Conector RJ 45
5 Camada de Enlace 5-64
100Base-TX
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-65 10
Wireless Backhaul
Carrier Ethernet Access Expansion
Voice gateway
VoiceVideoTelephony
HD TVTVoD VoD
Video Source
Gaming BusinessBackup ERP
Internet Video Source
BusinessBroadband
E-Line andE-LAN service
GlobalNationalCarrierEthernet
GlobalNationalCarrierEthernet
SmallMedium Business
Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet
AccessCarrierEthernet
AccessCarrierEthernet
ResidentialTriple-Play
FTTx DSLAM Cable Modem
Broadbandmobile datavideo
Bringing vastly extended scalability for business and residential users
ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing
5 Camada de Enlace 5-66
Carrier Ethernet Defined
bull Carrier Ethernet is a ubiquitous standardized carrier-class SERVICE defined by five attributes that distinguish Carrier Ethernet from familiar LAN based Ethernet
bull It brings the compelling business benefit of the Ethernet cost model to achieve significant savings
Carrier Ethernet
bull Scalability
bull Standardized Services
bull Service Management
bull Quality of Service
bull Reliability
Carrier Ethernet Attributes
httpwwwmetroethernetforumorg
5 Camada de Enlace 5-67
Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e
serviccedilos52 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais
Endereccedilamento ARP
EthernetSwitchesVLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-68
Comutador (switch) Ethernet Dispositivo da camada de enlace tecircm papel
ativo armazena e retransmite quadros Ethernetexamina o cabeccedilalho do quadro e
seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento
transparentehospedeiros ignoram a presenccedila dos
switches plug-and-play self-learning (autodidatas)
os comutadores natildeo necessitam ser configurados
5 Camada de Enlace 5-69
Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas hospedeiros tecircm conexatildeo
direta e dedicada para o switch
os switches armazenam quadros
o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplex cada link eacute o seu proacuteprio
domiacutenio de colisatildeo comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-
para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch com seis interfaces(123456)
1 2 345
6
5 Camada de Enlace 5-70
Tabela de repasse do switch P como eacute que o switch sabe que
Arsquo eacute alcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel a partir da interface 5
R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutem (endereccedilo MAC do hospedeiro
interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)
parece uma tabela de repasse P como satildeo criadas e mantidas as
entradas na tabela de comutaccedilatildeo haacute algo como um protocolo de
roteamento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch with six interfaces(123456)
1 2 345
6
5 Camada de Enlace 5-71
switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfaces quando um quadro eacute
recebido o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada
registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo
Switch autoaprendizagemA
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
5 Camada de Enlace 5-725 Camada de Enlace
Switch filtragemrepasse de quadrosQuando o quadro eacute recebido em um comutador
registra o link de entrada endereccedilo MAC do hospedeiro transmissor
indexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo MAC do destino
if entrada encontrada para o destinothen
if dest estiver no segmento de onde veio o quadro then descarta o quadro
else repassa o quadro na interface indicada else usa inundaccedilatildeo
Repassa o quadro para todas as demais interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido
5 Camada de Enlace 5-73
Exemplo de auto aprendizagem e repasse
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo destino do quadro Arsquo
com localizaccedilatildeo desconhecida inundaccedilatildeo
Arsquo A
local do destino A conhecido
Arsquo 4 60
transmissatildeo seletiva
5 Camada de Enlace 5-74
Interligaccedilatildeo de comutadores
Podemos interligar comutadores (switches)
AB
P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe que deve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3
R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenico comutador)
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
5 Camada de Enlace 5-75
Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde
para C
P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4
AB
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
12
5 Camada de Enlace 5-76
Rede institucional
Para redeexterna
roteador
Subrede IP
Servidor de mensagens
Servidor web
5 Camada de Enlace 5-77
Comutadores x Roteadores
ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa roteadores dispositivos da
camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)
comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace
ambos possuem tabelas de repasse roteadores obteacutem
tabelas usando alg de roteamento endereccedilos IP
comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
redeenlacefiacutesica
enlacefiacutesica
switch
datagrama
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
quadro
quadro
quadrodatagrama
5 Camada de Enlace 5-78
Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e
serviccedilos52 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais
Endereccedilamento ARP
EthernetSwitchesVLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-79
Siacutentese um dia na vida de um pedido web jornada completa atravessando toda a pilha de
protocolos aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
colocando tudo junto siacutentese objetivo identificar revisar entender os
protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web
cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom
5 Camada de Enlace 5-80
Um dia na vida cenaacuterio
rede da Comcast68800013
rede do Google64233160019 64233169105
servidor web
Servidor DNS
rede da escola68802024
paacutegina web
navegador
5 Camada de Enlace 5-81
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPDHCP
quadro Ethernet difundido (dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador que executa o servidor DHCP Ethernet demultiplexado para IP demultiplexado para UDP e demultiplexado paraDHCP
o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilo do primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP Solicitaccedilatildeo DHCP encapsulada em UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023 Ethernet
5 Camada de Enlace 5-82
roteador(roda DHCP)
servidor DHCP prepara ACK DHCP contendo endereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiro roteador nome e endereccedilo IP do servidor DNS
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
encapsulamento no servidor DHCP quadro repassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente
Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador
cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
5 Camada de Enlace 5-83
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
consulta DNS criada encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviar quadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP
consulta ARP difundida recebida pelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccedilo MAC da interface do roteador
o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiro roteador podendo agora enviar o quadro contendo a consulta DNS
ARP query
EthPhy
ARP
ARP
ARP reply
antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
5 Camada de Enlace 5-84
roteador(roda DHCP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
datagrama IP conteacutem consulta DNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador
datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelos protocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS
demultiplexado pelo servidor DNS
servidor DNS responde ao cliente com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
rede da Comcast68800013
servidor DNSDNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
Um dia na vidahellip usando DNS
5 Camada de Enlace 5-85
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
para enviar pedido HTTP cliente primeiro abre um socket TCP para o servidor web segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web
conexatildeo TCP estabelecida64233169105servidor web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCPIPEthPhy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)
5 Camada de Enlace 5-86
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
solicitaccedilatildeo HTTP enviada para o socket TCP datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhado para wwwgooglecom
datagrama IP com a resposta HTTP eacute encaminhado de volta para o cliente
64233169105servidor web
HTTPTCPIPEthPhy
servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTPHTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
paacutegina web finalmente() apresentada
5 Camada de Enlace 5-87
Capiacutetulo 5 Resumo
princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dados detecccedilatildeo correccedilatildeo de erros compartilhamento de canal de difusatildeo acesso
muacuteltiplo endereccedilamento da camada de enlace
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlace Ethernet LANs comutadas VLANs redes virtualizadas como camada de enlace MPLS
siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web
5 Camada de Enlace 5-42
Endereccedilos MAC e ARP Endereccedilo IP de 32 bits
endereccedilos da camada de rede para a interface usado pelo repasse da camada 3 (rede)
Endereccedilo MAC (ou LAN ou fiacutesico ou Ethernet) Funccedilatildeo usado lsquolocalmentersquo para levar o quadro de
uma interface ateacute outra interface conectada fisicamente (na mesma rede no sentido do endereccedilamento IP)
Endereccedilo MAC de 48 bits (para a maioria das redes) gravado na ROM do adaptador ou configurado por software
Ex 1A-2F-BB-76-09-ADnotaccedilatildeo hexadecimal (base 16)
(cada ldquonuacutemerordquo representa 4 bits)
5 Camada de Enlace 5-43
Endereccedilos MAC e ARPcada adaptador na LAN possui um endereccedilo MAC uacutenico
Endereccedilo de Broadcast =FF-FF-FF-FF-FF-FF
= adaptador
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN(cabeada ousem fio)
5 Camada de Enlace 5-44
Endereccedilo MAC (cont) Alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC gerenciada pelo IEEE Um fabricante compra uma parte do espaccedilo de
endereccedilos (para garantir unicidade) Analogia (a) endereccedilo MAC como nuacutemero do CPF (b) endereccedilo IP como endereccedilo postal (CEP) endereccedilo MAC tem estrutura linear =gt
portabilidadePode mover um cartatildeo LAN de uma LAN para
outra endereccedilo IP hieraacuterquico NAtildeO eacute portaacutetil (requer IP
moacutevel)Depende da subrede IP agrave qual o noacute estaacute
conectado
5 Camada de Enlace 5-45
ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de Resoluccedilatildeo de Endereccedilos)
Cada noacute IP (Host Roteador) de uma LAN possui tabela ARP
Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN
lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt TTL (Time To Live) tempo
a partir do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute esquecido (valor tiacutepico de 20 min)
Pergunta como obter oendereccedilo MAC de B a partir do endereccedilo IP de B
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53 LAN
237196723
237196778
237196714
237196788
5 Camada de Enlace 5-46
Protocolo ARP mesma LAN (rede) A deseja enviar datagrama
para B e o endereccedilo MAC de B natildeo estaacute na tabela ARP
A difunde o pacote de solicitaccedilatildeo ARP que conteacutem o endereccedilo IP de B Endereccedilo MAC destino =
FF-FF-FF-FF-FF-FF todas as maacutequinas na
LAN recebem a consulta do ARP
B recebe o pacote ARP responde a A com o seu (de B) endereccedilo MAC Quadro enviado para o
endereccedilo MAC (unicast) de A
Uma cache (salva) o par de endereccedilos IP-para-MAC na sua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo fique antiquada (expire) lsquosoft statersquo informaccedilatildeo que expira (vai embora) a menos que seja renovada
ARP eacute ldquoplug-and-playrdquo os noacutes criam suas tabelas ARP sem a intervenccedilatildeo do administrador
da rede
5 Camada de Enlace 5-47
Endereccedilamento repassando para outra LAN encaminhamento envio de datagrama de A para B via R
foco no endereccedilamento ndash nas camadas IP (datagrama) e MAC (quadro)
assume que A conhece o endereccedilo IP de B assume que A conhece o endereccedilo IP do proacuteximo roteador
R (como) assume que A conhece o endereccedilo MAC de R (como)
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
5 Camada de Enlace 5-48
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IPEthPhy
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
A cria datagrama IP com IP origem A destino B A cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC
de R como destino quadro conteacutem o datagrama IP de A-para-B
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55 MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
5 Camada de Enlace 5-49
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IPEthPhy
quadro enviado de A para R
IPEthPhy
quadro recebido em R datagrama removido passado para o IP
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55 MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
5 Camada de Enlace 5-50
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
R repassa o datagrama com origem IP A destino B R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC
de B como destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9B MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
IPEthPhy
5 Camada de Enlace 5-51
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
R repassa o datagrama com origem IP A destino B R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC
de B como destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9B MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
IPEthPhy
5 Camada de Enlace 5-52
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
R repassa o datagrama com origem IP A destino B R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC
de B como destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9B MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
5 Camada de Enlace 5-53
Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e
serviccedilos52 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais
Endereccedilamento ARP
EthernetSwitchesVLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-54
Ethernet Muitiacutessimo difundida porque
Muito barata R$50 para placas 101001000Mbps A mais antiga das tecnologias de rede local (meados da
deacutecada de 70) Mais simples e menos cara que redes usando ficha ou
ATM Acompanhou o aumento de velocidade 10 Mbps ndash 10
Gbps
Rascunho de Metcalfe sobre o Ethernet
5 Camada de Enlace 5-55
Ethernet topologia fiacutesica barramento popular ateacute meados dos anos 90
Todos os noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo (podem colidir um com o outro)
estrela prevalecircncia hoje Comutador (switch) ativo no centro Cada porta roda o protocolo Ethernet separadamente (os
noacutes natildeo colidem uns com os outros)
barramento cabo coaxial
switch
estrela
5 Camada de Enlace 5-56
Estrutura do Quadro EthernetAdaptador remetente encapsula datagrama IP (ou pacote
de outro protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
preacircmbulo 7 bytes com o padratildeo 10101010 seguidos por um byte
com o padratildeo 10101011 usado para sincronizar receptor ao reloacutegio do
remetente (reloacutegios nunca satildeo exatos eacute muito provaacutevel que exista algum desvio entre eles)
5 Camada de Enlace 5-57
Estrutura de Quadro Ethernet (cont)
Endereccedilos 6 bytes para cada endereccedilo MAC se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo destino igual
ao seu ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede
caso contraacuterio o adaptador descarta o quadro Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior
usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)
CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado
5 Camada de Enlace 5-58
Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo sem conexatildeo natildeo haacute estabelecimento de
conexatildeo (saudaccedilatildeo) entre os adaptadores transmissor e receptor
Natildeo confiaacutevel o adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador transmissordados em quadros descartados satildeo
recuperados apenas se o transmissor usar transferecircncia confiaacutevel em camadas mais altas (ex TCP) caso contraacuterio os dados estaratildeo perdidos
Protocolo MAC do Ethernet CSMACD com retirada binaacuteria
5 Camada de Enlace 5-59
Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
diversos padrotildees Ethernet diferentes tecircm em comum o protocolo MAC e o formato do
quadro diferentes velocidades 2Mbps 10Mbps 100Mbps
1Gbps 10Gbps diferentes meios da camada fiacutesica fibra cabo
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
protocolo MACe formato do quadro
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)
5 Camada de Enlace 5-60
10Base5
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-61
10Base2
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-62
10BaseT
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-63
Conector RJ 45
5 Camada de Enlace 5-64
100Base-TX
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-65 10
Wireless Backhaul
Carrier Ethernet Access Expansion
Voice gateway
VoiceVideoTelephony
HD TVTVoD VoD
Video Source
Gaming BusinessBackup ERP
Internet Video Source
BusinessBroadband
E-Line andE-LAN service
GlobalNationalCarrierEthernet
GlobalNationalCarrierEthernet
SmallMedium Business
Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet
AccessCarrierEthernet
AccessCarrierEthernet
ResidentialTriple-Play
FTTx DSLAM Cable Modem
Broadbandmobile datavideo
Bringing vastly extended scalability for business and residential users
ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing
5 Camada de Enlace 5-66
Carrier Ethernet Defined
bull Carrier Ethernet is a ubiquitous standardized carrier-class SERVICE defined by five attributes that distinguish Carrier Ethernet from familiar LAN based Ethernet
bull It brings the compelling business benefit of the Ethernet cost model to achieve significant savings
Carrier Ethernet
bull Scalability
bull Standardized Services
bull Service Management
bull Quality of Service
bull Reliability
Carrier Ethernet Attributes
httpwwwmetroethernetforumorg
5 Camada de Enlace 5-67
Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e
serviccedilos52 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais
Endereccedilamento ARP
EthernetSwitchesVLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-68
Comutador (switch) Ethernet Dispositivo da camada de enlace tecircm papel
ativo armazena e retransmite quadros Ethernetexamina o cabeccedilalho do quadro e
seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento
transparentehospedeiros ignoram a presenccedila dos
switches plug-and-play self-learning (autodidatas)
os comutadores natildeo necessitam ser configurados
5 Camada de Enlace 5-69
Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas hospedeiros tecircm conexatildeo
direta e dedicada para o switch
os switches armazenam quadros
o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplex cada link eacute o seu proacuteprio
domiacutenio de colisatildeo comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-
para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch com seis interfaces(123456)
1 2 345
6
5 Camada de Enlace 5-70
Tabela de repasse do switch P como eacute que o switch sabe que
Arsquo eacute alcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel a partir da interface 5
R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutem (endereccedilo MAC do hospedeiro
interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)
parece uma tabela de repasse P como satildeo criadas e mantidas as
entradas na tabela de comutaccedilatildeo haacute algo como um protocolo de
roteamento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch with six interfaces(123456)
1 2 345
6
5 Camada de Enlace 5-71
switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfaces quando um quadro eacute
recebido o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada
registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo
Switch autoaprendizagemA
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
5 Camada de Enlace 5-725 Camada de Enlace
Switch filtragemrepasse de quadrosQuando o quadro eacute recebido em um comutador
registra o link de entrada endereccedilo MAC do hospedeiro transmissor
indexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo MAC do destino
if entrada encontrada para o destinothen
if dest estiver no segmento de onde veio o quadro then descarta o quadro
else repassa o quadro na interface indicada else usa inundaccedilatildeo
Repassa o quadro para todas as demais interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido
5 Camada de Enlace 5-73
Exemplo de auto aprendizagem e repasse
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo destino do quadro Arsquo
com localizaccedilatildeo desconhecida inundaccedilatildeo
Arsquo A
local do destino A conhecido
Arsquo 4 60
transmissatildeo seletiva
5 Camada de Enlace 5-74
Interligaccedilatildeo de comutadores
Podemos interligar comutadores (switches)
AB
P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe que deve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3
R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenico comutador)
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
5 Camada de Enlace 5-75
Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde
para C
P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4
AB
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
12
5 Camada de Enlace 5-76
Rede institucional
Para redeexterna
roteador
Subrede IP
Servidor de mensagens
Servidor web
5 Camada de Enlace 5-77
Comutadores x Roteadores
ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa roteadores dispositivos da
camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)
comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace
ambos possuem tabelas de repasse roteadores obteacutem
tabelas usando alg de roteamento endereccedilos IP
comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
redeenlacefiacutesica
enlacefiacutesica
switch
datagrama
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
quadro
quadro
quadrodatagrama
5 Camada de Enlace 5-78
Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e
serviccedilos52 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais
Endereccedilamento ARP
EthernetSwitchesVLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-79
Siacutentese um dia na vida de um pedido web jornada completa atravessando toda a pilha de
protocolos aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
colocando tudo junto siacutentese objetivo identificar revisar entender os
protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web
cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom
5 Camada de Enlace 5-80
Um dia na vida cenaacuterio
rede da Comcast68800013
rede do Google64233160019 64233169105
servidor web
Servidor DNS
rede da escola68802024
paacutegina web
navegador
5 Camada de Enlace 5-81
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPDHCP
quadro Ethernet difundido (dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador que executa o servidor DHCP Ethernet demultiplexado para IP demultiplexado para UDP e demultiplexado paraDHCP
o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilo do primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP Solicitaccedilatildeo DHCP encapsulada em UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023 Ethernet
5 Camada de Enlace 5-82
roteador(roda DHCP)
servidor DHCP prepara ACK DHCP contendo endereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiro roteador nome e endereccedilo IP do servidor DNS
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
encapsulamento no servidor DHCP quadro repassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente
Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador
cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
5 Camada de Enlace 5-83
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
consulta DNS criada encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviar quadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP
consulta ARP difundida recebida pelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccedilo MAC da interface do roteador
o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiro roteador podendo agora enviar o quadro contendo a consulta DNS
ARP query
EthPhy
ARP
ARP
ARP reply
antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
5 Camada de Enlace 5-84
roteador(roda DHCP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
datagrama IP conteacutem consulta DNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador
datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelos protocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS
demultiplexado pelo servidor DNS
servidor DNS responde ao cliente com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
rede da Comcast68800013
servidor DNSDNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
Um dia na vidahellip usando DNS
5 Camada de Enlace 5-85
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
para enviar pedido HTTP cliente primeiro abre um socket TCP para o servidor web segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web
conexatildeo TCP estabelecida64233169105servidor web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCPIPEthPhy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)
5 Camada de Enlace 5-86
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
solicitaccedilatildeo HTTP enviada para o socket TCP datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhado para wwwgooglecom
datagrama IP com a resposta HTTP eacute encaminhado de volta para o cliente
64233169105servidor web
HTTPTCPIPEthPhy
servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTPHTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
paacutegina web finalmente() apresentada
5 Camada de Enlace 5-87
Capiacutetulo 5 Resumo
princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dados detecccedilatildeo correccedilatildeo de erros compartilhamento de canal de difusatildeo acesso
muacuteltiplo endereccedilamento da camada de enlace
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlace Ethernet LANs comutadas VLANs redes virtualizadas como camada de enlace MPLS
siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web
5 Camada de Enlace 5-43
Endereccedilos MAC e ARPcada adaptador na LAN possui um endereccedilo MAC uacutenico
Endereccedilo de Broadcast =FF-FF-FF-FF-FF-FF
= adaptador
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN(cabeada ousem fio)
5 Camada de Enlace 5-44
Endereccedilo MAC (cont) Alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC gerenciada pelo IEEE Um fabricante compra uma parte do espaccedilo de
endereccedilos (para garantir unicidade) Analogia (a) endereccedilo MAC como nuacutemero do CPF (b) endereccedilo IP como endereccedilo postal (CEP) endereccedilo MAC tem estrutura linear =gt
portabilidadePode mover um cartatildeo LAN de uma LAN para
outra endereccedilo IP hieraacuterquico NAtildeO eacute portaacutetil (requer IP
moacutevel)Depende da subrede IP agrave qual o noacute estaacute
conectado
5 Camada de Enlace 5-45
ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de Resoluccedilatildeo de Endereccedilos)
Cada noacute IP (Host Roteador) de uma LAN possui tabela ARP
Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN
lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt TTL (Time To Live) tempo
a partir do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute esquecido (valor tiacutepico de 20 min)
Pergunta como obter oendereccedilo MAC de B a partir do endereccedilo IP de B
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53 LAN
237196723
237196778
237196714
237196788
5 Camada de Enlace 5-46
Protocolo ARP mesma LAN (rede) A deseja enviar datagrama
para B e o endereccedilo MAC de B natildeo estaacute na tabela ARP
A difunde o pacote de solicitaccedilatildeo ARP que conteacutem o endereccedilo IP de B Endereccedilo MAC destino =
FF-FF-FF-FF-FF-FF todas as maacutequinas na
LAN recebem a consulta do ARP
B recebe o pacote ARP responde a A com o seu (de B) endereccedilo MAC Quadro enviado para o
endereccedilo MAC (unicast) de A
Uma cache (salva) o par de endereccedilos IP-para-MAC na sua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo fique antiquada (expire) lsquosoft statersquo informaccedilatildeo que expira (vai embora) a menos que seja renovada
ARP eacute ldquoplug-and-playrdquo os noacutes criam suas tabelas ARP sem a intervenccedilatildeo do administrador
da rede
5 Camada de Enlace 5-47
Endereccedilamento repassando para outra LAN encaminhamento envio de datagrama de A para B via R
foco no endereccedilamento ndash nas camadas IP (datagrama) e MAC (quadro)
assume que A conhece o endereccedilo IP de B assume que A conhece o endereccedilo IP do proacuteximo roteador
R (como) assume que A conhece o endereccedilo MAC de R (como)
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
5 Camada de Enlace 5-48
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IPEthPhy
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
A cria datagrama IP com IP origem A destino B A cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC
de R como destino quadro conteacutem o datagrama IP de A-para-B
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55 MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
5 Camada de Enlace 5-49
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IPEthPhy
quadro enviado de A para R
IPEthPhy
quadro recebido em R datagrama removido passado para o IP
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55 MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
5 Camada de Enlace 5-50
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
R repassa o datagrama com origem IP A destino B R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC
de B como destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9B MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
IPEthPhy
5 Camada de Enlace 5-51
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
R repassa o datagrama com origem IP A destino B R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC
de B como destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9B MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
IPEthPhy
5 Camada de Enlace 5-52
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
R repassa o datagrama com origem IP A destino B R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC
de B como destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9B MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
5 Camada de Enlace 5-53
Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e
serviccedilos52 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais
Endereccedilamento ARP
EthernetSwitchesVLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-54
Ethernet Muitiacutessimo difundida porque
Muito barata R$50 para placas 101001000Mbps A mais antiga das tecnologias de rede local (meados da
deacutecada de 70) Mais simples e menos cara que redes usando ficha ou
ATM Acompanhou o aumento de velocidade 10 Mbps ndash 10
Gbps
Rascunho de Metcalfe sobre o Ethernet
5 Camada de Enlace 5-55
Ethernet topologia fiacutesica barramento popular ateacute meados dos anos 90
Todos os noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo (podem colidir um com o outro)
estrela prevalecircncia hoje Comutador (switch) ativo no centro Cada porta roda o protocolo Ethernet separadamente (os
noacutes natildeo colidem uns com os outros)
barramento cabo coaxial
switch
estrela
5 Camada de Enlace 5-56
Estrutura do Quadro EthernetAdaptador remetente encapsula datagrama IP (ou pacote
de outro protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
preacircmbulo 7 bytes com o padratildeo 10101010 seguidos por um byte
com o padratildeo 10101011 usado para sincronizar receptor ao reloacutegio do
remetente (reloacutegios nunca satildeo exatos eacute muito provaacutevel que exista algum desvio entre eles)
5 Camada de Enlace 5-57
Estrutura de Quadro Ethernet (cont)
Endereccedilos 6 bytes para cada endereccedilo MAC se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo destino igual
ao seu ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede
caso contraacuterio o adaptador descarta o quadro Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior
usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)
CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado
5 Camada de Enlace 5-58
Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo sem conexatildeo natildeo haacute estabelecimento de
conexatildeo (saudaccedilatildeo) entre os adaptadores transmissor e receptor
Natildeo confiaacutevel o adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador transmissordados em quadros descartados satildeo
recuperados apenas se o transmissor usar transferecircncia confiaacutevel em camadas mais altas (ex TCP) caso contraacuterio os dados estaratildeo perdidos
Protocolo MAC do Ethernet CSMACD com retirada binaacuteria
5 Camada de Enlace 5-59
Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
diversos padrotildees Ethernet diferentes tecircm em comum o protocolo MAC e o formato do
quadro diferentes velocidades 2Mbps 10Mbps 100Mbps
1Gbps 10Gbps diferentes meios da camada fiacutesica fibra cabo
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
protocolo MACe formato do quadro
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)
5 Camada de Enlace 5-60
10Base5
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-61
10Base2
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-62
10BaseT
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-63
Conector RJ 45
5 Camada de Enlace 5-64
100Base-TX
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-65 10
Wireless Backhaul
Carrier Ethernet Access Expansion
Voice gateway
VoiceVideoTelephony
HD TVTVoD VoD
Video Source
Gaming BusinessBackup ERP
Internet Video Source
BusinessBroadband
E-Line andE-LAN service
GlobalNationalCarrierEthernet
GlobalNationalCarrierEthernet
SmallMedium Business
Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet
AccessCarrierEthernet
AccessCarrierEthernet
ResidentialTriple-Play
FTTx DSLAM Cable Modem
Broadbandmobile datavideo
Bringing vastly extended scalability for business and residential users
ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing
5 Camada de Enlace 5-66
Carrier Ethernet Defined
bull Carrier Ethernet is a ubiquitous standardized carrier-class SERVICE defined by five attributes that distinguish Carrier Ethernet from familiar LAN based Ethernet
bull It brings the compelling business benefit of the Ethernet cost model to achieve significant savings
Carrier Ethernet
bull Scalability
bull Standardized Services
bull Service Management
bull Quality of Service
bull Reliability
Carrier Ethernet Attributes
httpwwwmetroethernetforumorg
5 Camada de Enlace 5-67
Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e
serviccedilos52 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais
Endereccedilamento ARP
EthernetSwitchesVLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-68
Comutador (switch) Ethernet Dispositivo da camada de enlace tecircm papel
ativo armazena e retransmite quadros Ethernetexamina o cabeccedilalho do quadro e
seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento
transparentehospedeiros ignoram a presenccedila dos
switches plug-and-play self-learning (autodidatas)
os comutadores natildeo necessitam ser configurados
5 Camada de Enlace 5-69
Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas hospedeiros tecircm conexatildeo
direta e dedicada para o switch
os switches armazenam quadros
o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplex cada link eacute o seu proacuteprio
domiacutenio de colisatildeo comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-
para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch com seis interfaces(123456)
1 2 345
6
5 Camada de Enlace 5-70
Tabela de repasse do switch P como eacute que o switch sabe que
Arsquo eacute alcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel a partir da interface 5
R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutem (endereccedilo MAC do hospedeiro
interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)
parece uma tabela de repasse P como satildeo criadas e mantidas as
entradas na tabela de comutaccedilatildeo haacute algo como um protocolo de
roteamento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch with six interfaces(123456)
1 2 345
6
5 Camada de Enlace 5-71
switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfaces quando um quadro eacute
recebido o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada
registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo
Switch autoaprendizagemA
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
5 Camada de Enlace 5-725 Camada de Enlace
Switch filtragemrepasse de quadrosQuando o quadro eacute recebido em um comutador
registra o link de entrada endereccedilo MAC do hospedeiro transmissor
indexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo MAC do destino
if entrada encontrada para o destinothen
if dest estiver no segmento de onde veio o quadro then descarta o quadro
else repassa o quadro na interface indicada else usa inundaccedilatildeo
Repassa o quadro para todas as demais interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido
5 Camada de Enlace 5-73
Exemplo de auto aprendizagem e repasse
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo destino do quadro Arsquo
com localizaccedilatildeo desconhecida inundaccedilatildeo
Arsquo A
local do destino A conhecido
Arsquo 4 60
transmissatildeo seletiva
5 Camada de Enlace 5-74
Interligaccedilatildeo de comutadores
Podemos interligar comutadores (switches)
AB
P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe que deve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3
R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenico comutador)
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
5 Camada de Enlace 5-75
Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde
para C
P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4
AB
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
12
5 Camada de Enlace 5-76
Rede institucional
Para redeexterna
roteador
Subrede IP
Servidor de mensagens
Servidor web
5 Camada de Enlace 5-77
Comutadores x Roteadores
ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa roteadores dispositivos da
camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)
comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace
ambos possuem tabelas de repasse roteadores obteacutem
tabelas usando alg de roteamento endereccedilos IP
comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
redeenlacefiacutesica
enlacefiacutesica
switch
datagrama
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
quadro
quadro
quadrodatagrama
5 Camada de Enlace 5-78
Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e
serviccedilos52 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais
Endereccedilamento ARP
EthernetSwitchesVLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-79
Siacutentese um dia na vida de um pedido web jornada completa atravessando toda a pilha de
protocolos aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
colocando tudo junto siacutentese objetivo identificar revisar entender os
protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web
cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom
5 Camada de Enlace 5-80
Um dia na vida cenaacuterio
rede da Comcast68800013
rede do Google64233160019 64233169105
servidor web
Servidor DNS
rede da escola68802024
paacutegina web
navegador
5 Camada de Enlace 5-81
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPDHCP
quadro Ethernet difundido (dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador que executa o servidor DHCP Ethernet demultiplexado para IP demultiplexado para UDP e demultiplexado paraDHCP
o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilo do primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP Solicitaccedilatildeo DHCP encapsulada em UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023 Ethernet
5 Camada de Enlace 5-82
roteador(roda DHCP)
servidor DHCP prepara ACK DHCP contendo endereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiro roteador nome e endereccedilo IP do servidor DNS
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
encapsulamento no servidor DHCP quadro repassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente
Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador
cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
5 Camada de Enlace 5-83
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
consulta DNS criada encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviar quadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP
consulta ARP difundida recebida pelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccedilo MAC da interface do roteador
o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiro roteador podendo agora enviar o quadro contendo a consulta DNS
ARP query
EthPhy
ARP
ARP
ARP reply
antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
5 Camada de Enlace 5-84
roteador(roda DHCP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
datagrama IP conteacutem consulta DNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador
datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelos protocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS
demultiplexado pelo servidor DNS
servidor DNS responde ao cliente com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
rede da Comcast68800013
servidor DNSDNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
Um dia na vidahellip usando DNS
5 Camada de Enlace 5-85
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
para enviar pedido HTTP cliente primeiro abre um socket TCP para o servidor web segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web
conexatildeo TCP estabelecida64233169105servidor web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCPIPEthPhy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)
5 Camada de Enlace 5-86
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
solicitaccedilatildeo HTTP enviada para o socket TCP datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhado para wwwgooglecom
datagrama IP com a resposta HTTP eacute encaminhado de volta para o cliente
64233169105servidor web
HTTPTCPIPEthPhy
servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTPHTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
paacutegina web finalmente() apresentada
5 Camada de Enlace 5-87
Capiacutetulo 5 Resumo
princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dados detecccedilatildeo correccedilatildeo de erros compartilhamento de canal de difusatildeo acesso
muacuteltiplo endereccedilamento da camada de enlace
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlace Ethernet LANs comutadas VLANs redes virtualizadas como camada de enlace MPLS
siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web
5 Camada de Enlace 5-44
Endereccedilo MAC (cont) Alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC gerenciada pelo IEEE Um fabricante compra uma parte do espaccedilo de
endereccedilos (para garantir unicidade) Analogia (a) endereccedilo MAC como nuacutemero do CPF (b) endereccedilo IP como endereccedilo postal (CEP) endereccedilo MAC tem estrutura linear =gt
portabilidadePode mover um cartatildeo LAN de uma LAN para
outra endereccedilo IP hieraacuterquico NAtildeO eacute portaacutetil (requer IP
moacutevel)Depende da subrede IP agrave qual o noacute estaacute
conectado
5 Camada de Enlace 5-45
ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de Resoluccedilatildeo de Endereccedilos)
Cada noacute IP (Host Roteador) de uma LAN possui tabela ARP
Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN
lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt TTL (Time To Live) tempo
a partir do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute esquecido (valor tiacutepico de 20 min)
Pergunta como obter oendereccedilo MAC de B a partir do endereccedilo IP de B
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53 LAN
237196723
237196778
237196714
237196788
5 Camada de Enlace 5-46
Protocolo ARP mesma LAN (rede) A deseja enviar datagrama
para B e o endereccedilo MAC de B natildeo estaacute na tabela ARP
A difunde o pacote de solicitaccedilatildeo ARP que conteacutem o endereccedilo IP de B Endereccedilo MAC destino =
FF-FF-FF-FF-FF-FF todas as maacutequinas na
LAN recebem a consulta do ARP
B recebe o pacote ARP responde a A com o seu (de B) endereccedilo MAC Quadro enviado para o
endereccedilo MAC (unicast) de A
Uma cache (salva) o par de endereccedilos IP-para-MAC na sua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo fique antiquada (expire) lsquosoft statersquo informaccedilatildeo que expira (vai embora) a menos que seja renovada
ARP eacute ldquoplug-and-playrdquo os noacutes criam suas tabelas ARP sem a intervenccedilatildeo do administrador
da rede
5 Camada de Enlace 5-47
Endereccedilamento repassando para outra LAN encaminhamento envio de datagrama de A para B via R
foco no endereccedilamento ndash nas camadas IP (datagrama) e MAC (quadro)
assume que A conhece o endereccedilo IP de B assume que A conhece o endereccedilo IP do proacuteximo roteador
R (como) assume que A conhece o endereccedilo MAC de R (como)
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
5 Camada de Enlace 5-48
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IPEthPhy
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
A cria datagrama IP com IP origem A destino B A cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC
de R como destino quadro conteacutem o datagrama IP de A-para-B
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55 MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
5 Camada de Enlace 5-49
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IPEthPhy
quadro enviado de A para R
IPEthPhy
quadro recebido em R datagrama removido passado para o IP
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55 MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
5 Camada de Enlace 5-50
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
R repassa o datagrama com origem IP A destino B R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC
de B como destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9B MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
IPEthPhy
5 Camada de Enlace 5-51
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
R repassa o datagrama com origem IP A destino B R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC
de B como destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9B MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
IPEthPhy
5 Camada de Enlace 5-52
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
R repassa o datagrama com origem IP A destino B R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC
de B como destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9B MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
5 Camada de Enlace 5-53
Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e
serviccedilos52 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais
Endereccedilamento ARP
EthernetSwitchesVLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-54
Ethernet Muitiacutessimo difundida porque
Muito barata R$50 para placas 101001000Mbps A mais antiga das tecnologias de rede local (meados da
deacutecada de 70) Mais simples e menos cara que redes usando ficha ou
ATM Acompanhou o aumento de velocidade 10 Mbps ndash 10
Gbps
Rascunho de Metcalfe sobre o Ethernet
5 Camada de Enlace 5-55
Ethernet topologia fiacutesica barramento popular ateacute meados dos anos 90
Todos os noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo (podem colidir um com o outro)
estrela prevalecircncia hoje Comutador (switch) ativo no centro Cada porta roda o protocolo Ethernet separadamente (os
noacutes natildeo colidem uns com os outros)
barramento cabo coaxial
switch
estrela
5 Camada de Enlace 5-56
Estrutura do Quadro EthernetAdaptador remetente encapsula datagrama IP (ou pacote
de outro protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
preacircmbulo 7 bytes com o padratildeo 10101010 seguidos por um byte
com o padratildeo 10101011 usado para sincronizar receptor ao reloacutegio do
remetente (reloacutegios nunca satildeo exatos eacute muito provaacutevel que exista algum desvio entre eles)
5 Camada de Enlace 5-57
Estrutura de Quadro Ethernet (cont)
Endereccedilos 6 bytes para cada endereccedilo MAC se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo destino igual
ao seu ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede
caso contraacuterio o adaptador descarta o quadro Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior
usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)
CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado
5 Camada de Enlace 5-58
Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo sem conexatildeo natildeo haacute estabelecimento de
conexatildeo (saudaccedilatildeo) entre os adaptadores transmissor e receptor
Natildeo confiaacutevel o adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador transmissordados em quadros descartados satildeo
recuperados apenas se o transmissor usar transferecircncia confiaacutevel em camadas mais altas (ex TCP) caso contraacuterio os dados estaratildeo perdidos
Protocolo MAC do Ethernet CSMACD com retirada binaacuteria
5 Camada de Enlace 5-59
Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
diversos padrotildees Ethernet diferentes tecircm em comum o protocolo MAC e o formato do
quadro diferentes velocidades 2Mbps 10Mbps 100Mbps
1Gbps 10Gbps diferentes meios da camada fiacutesica fibra cabo
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
protocolo MACe formato do quadro
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)
5 Camada de Enlace 5-60
10Base5
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-61
10Base2
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-62
10BaseT
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-63
Conector RJ 45
5 Camada de Enlace 5-64
100Base-TX
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-65 10
Wireless Backhaul
Carrier Ethernet Access Expansion
Voice gateway
VoiceVideoTelephony
HD TVTVoD VoD
Video Source
Gaming BusinessBackup ERP
Internet Video Source
BusinessBroadband
E-Line andE-LAN service
GlobalNationalCarrierEthernet
GlobalNationalCarrierEthernet
SmallMedium Business
Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet
AccessCarrierEthernet
AccessCarrierEthernet
ResidentialTriple-Play
FTTx DSLAM Cable Modem
Broadbandmobile datavideo
Bringing vastly extended scalability for business and residential users
ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing
5 Camada de Enlace 5-66
Carrier Ethernet Defined
bull Carrier Ethernet is a ubiquitous standardized carrier-class SERVICE defined by five attributes that distinguish Carrier Ethernet from familiar LAN based Ethernet
bull It brings the compelling business benefit of the Ethernet cost model to achieve significant savings
Carrier Ethernet
bull Scalability
bull Standardized Services
bull Service Management
bull Quality of Service
bull Reliability
Carrier Ethernet Attributes
httpwwwmetroethernetforumorg
5 Camada de Enlace 5-67
Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e
serviccedilos52 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais
Endereccedilamento ARP
EthernetSwitchesVLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-68
Comutador (switch) Ethernet Dispositivo da camada de enlace tecircm papel
ativo armazena e retransmite quadros Ethernetexamina o cabeccedilalho do quadro e
seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento
transparentehospedeiros ignoram a presenccedila dos
switches plug-and-play self-learning (autodidatas)
os comutadores natildeo necessitam ser configurados
5 Camada de Enlace 5-69
Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas hospedeiros tecircm conexatildeo
direta e dedicada para o switch
os switches armazenam quadros
o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplex cada link eacute o seu proacuteprio
domiacutenio de colisatildeo comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-
para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch com seis interfaces(123456)
1 2 345
6
5 Camada de Enlace 5-70
Tabela de repasse do switch P como eacute que o switch sabe que
Arsquo eacute alcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel a partir da interface 5
R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutem (endereccedilo MAC do hospedeiro
interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)
parece uma tabela de repasse P como satildeo criadas e mantidas as
entradas na tabela de comutaccedilatildeo haacute algo como um protocolo de
roteamento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch with six interfaces(123456)
1 2 345
6
5 Camada de Enlace 5-71
switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfaces quando um quadro eacute
recebido o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada
registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo
Switch autoaprendizagemA
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
5 Camada de Enlace 5-725 Camada de Enlace
Switch filtragemrepasse de quadrosQuando o quadro eacute recebido em um comutador
registra o link de entrada endereccedilo MAC do hospedeiro transmissor
indexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo MAC do destino
if entrada encontrada para o destinothen
if dest estiver no segmento de onde veio o quadro then descarta o quadro
else repassa o quadro na interface indicada else usa inundaccedilatildeo
Repassa o quadro para todas as demais interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido
5 Camada de Enlace 5-73
Exemplo de auto aprendizagem e repasse
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo destino do quadro Arsquo
com localizaccedilatildeo desconhecida inundaccedilatildeo
Arsquo A
local do destino A conhecido
Arsquo 4 60
transmissatildeo seletiva
5 Camada de Enlace 5-74
Interligaccedilatildeo de comutadores
Podemos interligar comutadores (switches)
AB
P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe que deve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3
R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenico comutador)
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
5 Camada de Enlace 5-75
Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde
para C
P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4
AB
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
12
5 Camada de Enlace 5-76
Rede institucional
Para redeexterna
roteador
Subrede IP
Servidor de mensagens
Servidor web
5 Camada de Enlace 5-77
Comutadores x Roteadores
ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa roteadores dispositivos da
camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)
comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace
ambos possuem tabelas de repasse roteadores obteacutem
tabelas usando alg de roteamento endereccedilos IP
comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
redeenlacefiacutesica
enlacefiacutesica
switch
datagrama
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
quadro
quadro
quadrodatagrama
5 Camada de Enlace 5-78
Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e
serviccedilos52 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais
Endereccedilamento ARP
EthernetSwitchesVLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-79
Siacutentese um dia na vida de um pedido web jornada completa atravessando toda a pilha de
protocolos aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
colocando tudo junto siacutentese objetivo identificar revisar entender os
protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web
cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom
5 Camada de Enlace 5-80
Um dia na vida cenaacuterio
rede da Comcast68800013
rede do Google64233160019 64233169105
servidor web
Servidor DNS
rede da escola68802024
paacutegina web
navegador
5 Camada de Enlace 5-81
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPDHCP
quadro Ethernet difundido (dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador que executa o servidor DHCP Ethernet demultiplexado para IP demultiplexado para UDP e demultiplexado paraDHCP
o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilo do primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP Solicitaccedilatildeo DHCP encapsulada em UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023 Ethernet
5 Camada de Enlace 5-82
roteador(roda DHCP)
servidor DHCP prepara ACK DHCP contendo endereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiro roteador nome e endereccedilo IP do servidor DNS
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
encapsulamento no servidor DHCP quadro repassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente
Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador
cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
5 Camada de Enlace 5-83
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
consulta DNS criada encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviar quadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP
consulta ARP difundida recebida pelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccedilo MAC da interface do roteador
o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiro roteador podendo agora enviar o quadro contendo a consulta DNS
ARP query
EthPhy
ARP
ARP
ARP reply
antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
5 Camada de Enlace 5-84
roteador(roda DHCP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
datagrama IP conteacutem consulta DNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador
datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelos protocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS
demultiplexado pelo servidor DNS
servidor DNS responde ao cliente com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
rede da Comcast68800013
servidor DNSDNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
Um dia na vidahellip usando DNS
5 Camada de Enlace 5-85
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
para enviar pedido HTTP cliente primeiro abre um socket TCP para o servidor web segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web
conexatildeo TCP estabelecida64233169105servidor web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCPIPEthPhy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)
5 Camada de Enlace 5-86
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
solicitaccedilatildeo HTTP enviada para o socket TCP datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhado para wwwgooglecom
datagrama IP com a resposta HTTP eacute encaminhado de volta para o cliente
64233169105servidor web
HTTPTCPIPEthPhy
servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTPHTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
paacutegina web finalmente() apresentada
5 Camada de Enlace 5-87
Capiacutetulo 5 Resumo
princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dados detecccedilatildeo correccedilatildeo de erros compartilhamento de canal de difusatildeo acesso
muacuteltiplo endereccedilamento da camada de enlace
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlace Ethernet LANs comutadas VLANs redes virtualizadas como camada de enlace MPLS
siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web
5 Camada de Enlace 5-45
ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de Resoluccedilatildeo de Endereccedilos)
Cada noacute IP (Host Roteador) de uma LAN possui tabela ARP
Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN
lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt TTL (Time To Live) tempo
a partir do qual o mapeamento de endereccedilos seraacute esquecido (valor tiacutepico de 20 min)
Pergunta como obter oendereccedilo MAC de B a partir do endereccedilo IP de B
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53 LAN
237196723
237196778
237196714
237196788
5 Camada de Enlace 5-46
Protocolo ARP mesma LAN (rede) A deseja enviar datagrama
para B e o endereccedilo MAC de B natildeo estaacute na tabela ARP
A difunde o pacote de solicitaccedilatildeo ARP que conteacutem o endereccedilo IP de B Endereccedilo MAC destino =
FF-FF-FF-FF-FF-FF todas as maacutequinas na
LAN recebem a consulta do ARP
B recebe o pacote ARP responde a A com o seu (de B) endereccedilo MAC Quadro enviado para o
endereccedilo MAC (unicast) de A
Uma cache (salva) o par de endereccedilos IP-para-MAC na sua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo fique antiquada (expire) lsquosoft statersquo informaccedilatildeo que expira (vai embora) a menos que seja renovada
ARP eacute ldquoplug-and-playrdquo os noacutes criam suas tabelas ARP sem a intervenccedilatildeo do administrador
da rede
5 Camada de Enlace 5-47
Endereccedilamento repassando para outra LAN encaminhamento envio de datagrama de A para B via R
foco no endereccedilamento ndash nas camadas IP (datagrama) e MAC (quadro)
assume que A conhece o endereccedilo IP de B assume que A conhece o endereccedilo IP do proacuteximo roteador
R (como) assume que A conhece o endereccedilo MAC de R (como)
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
5 Camada de Enlace 5-48
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IPEthPhy
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
A cria datagrama IP com IP origem A destino B A cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC
de R como destino quadro conteacutem o datagrama IP de A-para-B
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55 MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
5 Camada de Enlace 5-49
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IPEthPhy
quadro enviado de A para R
IPEthPhy
quadro recebido em R datagrama removido passado para o IP
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55 MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
5 Camada de Enlace 5-50
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
R repassa o datagrama com origem IP A destino B R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC
de B como destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9B MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
IPEthPhy
5 Camada de Enlace 5-51
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
R repassa o datagrama com origem IP A destino B R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC
de B como destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9B MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
IPEthPhy
5 Camada de Enlace 5-52
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
R repassa o datagrama com origem IP A destino B R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC
de B como destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9B MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
5 Camada de Enlace 5-53
Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e
serviccedilos52 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais
Endereccedilamento ARP
EthernetSwitchesVLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-54
Ethernet Muitiacutessimo difundida porque
Muito barata R$50 para placas 101001000Mbps A mais antiga das tecnologias de rede local (meados da
deacutecada de 70) Mais simples e menos cara que redes usando ficha ou
ATM Acompanhou o aumento de velocidade 10 Mbps ndash 10
Gbps
Rascunho de Metcalfe sobre o Ethernet
5 Camada de Enlace 5-55
Ethernet topologia fiacutesica barramento popular ateacute meados dos anos 90
Todos os noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo (podem colidir um com o outro)
estrela prevalecircncia hoje Comutador (switch) ativo no centro Cada porta roda o protocolo Ethernet separadamente (os
noacutes natildeo colidem uns com os outros)
barramento cabo coaxial
switch
estrela
5 Camada de Enlace 5-56
Estrutura do Quadro EthernetAdaptador remetente encapsula datagrama IP (ou pacote
de outro protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
preacircmbulo 7 bytes com o padratildeo 10101010 seguidos por um byte
com o padratildeo 10101011 usado para sincronizar receptor ao reloacutegio do
remetente (reloacutegios nunca satildeo exatos eacute muito provaacutevel que exista algum desvio entre eles)
5 Camada de Enlace 5-57
Estrutura de Quadro Ethernet (cont)
Endereccedilos 6 bytes para cada endereccedilo MAC se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo destino igual
ao seu ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede
caso contraacuterio o adaptador descarta o quadro Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior
usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)
CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado
5 Camada de Enlace 5-58
Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo sem conexatildeo natildeo haacute estabelecimento de
conexatildeo (saudaccedilatildeo) entre os adaptadores transmissor e receptor
Natildeo confiaacutevel o adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador transmissordados em quadros descartados satildeo
recuperados apenas se o transmissor usar transferecircncia confiaacutevel em camadas mais altas (ex TCP) caso contraacuterio os dados estaratildeo perdidos
Protocolo MAC do Ethernet CSMACD com retirada binaacuteria
5 Camada de Enlace 5-59
Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
diversos padrotildees Ethernet diferentes tecircm em comum o protocolo MAC e o formato do
quadro diferentes velocidades 2Mbps 10Mbps 100Mbps
1Gbps 10Gbps diferentes meios da camada fiacutesica fibra cabo
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
protocolo MACe formato do quadro
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)
5 Camada de Enlace 5-60
10Base5
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-61
10Base2
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-62
10BaseT
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-63
Conector RJ 45
5 Camada de Enlace 5-64
100Base-TX
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-65 10
Wireless Backhaul
Carrier Ethernet Access Expansion
Voice gateway
VoiceVideoTelephony
HD TVTVoD VoD
Video Source
Gaming BusinessBackup ERP
Internet Video Source
BusinessBroadband
E-Line andE-LAN service
GlobalNationalCarrierEthernet
GlobalNationalCarrierEthernet
SmallMedium Business
Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet
AccessCarrierEthernet
AccessCarrierEthernet
ResidentialTriple-Play
FTTx DSLAM Cable Modem
Broadbandmobile datavideo
Bringing vastly extended scalability for business and residential users
ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing
5 Camada de Enlace 5-66
Carrier Ethernet Defined
bull Carrier Ethernet is a ubiquitous standardized carrier-class SERVICE defined by five attributes that distinguish Carrier Ethernet from familiar LAN based Ethernet
bull It brings the compelling business benefit of the Ethernet cost model to achieve significant savings
Carrier Ethernet
bull Scalability
bull Standardized Services
bull Service Management
bull Quality of Service
bull Reliability
Carrier Ethernet Attributes
httpwwwmetroethernetforumorg
5 Camada de Enlace 5-67
Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e
serviccedilos52 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais
Endereccedilamento ARP
EthernetSwitchesVLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-68
Comutador (switch) Ethernet Dispositivo da camada de enlace tecircm papel
ativo armazena e retransmite quadros Ethernetexamina o cabeccedilalho do quadro e
seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento
transparentehospedeiros ignoram a presenccedila dos
switches plug-and-play self-learning (autodidatas)
os comutadores natildeo necessitam ser configurados
5 Camada de Enlace 5-69
Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas hospedeiros tecircm conexatildeo
direta e dedicada para o switch
os switches armazenam quadros
o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplex cada link eacute o seu proacuteprio
domiacutenio de colisatildeo comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-
para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch com seis interfaces(123456)
1 2 345
6
5 Camada de Enlace 5-70
Tabela de repasse do switch P como eacute que o switch sabe que
Arsquo eacute alcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel a partir da interface 5
R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutem (endereccedilo MAC do hospedeiro
interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)
parece uma tabela de repasse P como satildeo criadas e mantidas as
entradas na tabela de comutaccedilatildeo haacute algo como um protocolo de
roteamento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch with six interfaces(123456)
1 2 345
6
5 Camada de Enlace 5-71
switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfaces quando um quadro eacute
recebido o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada
registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo
Switch autoaprendizagemA
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
5 Camada de Enlace 5-725 Camada de Enlace
Switch filtragemrepasse de quadrosQuando o quadro eacute recebido em um comutador
registra o link de entrada endereccedilo MAC do hospedeiro transmissor
indexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo MAC do destino
if entrada encontrada para o destinothen
if dest estiver no segmento de onde veio o quadro then descarta o quadro
else repassa o quadro na interface indicada else usa inundaccedilatildeo
Repassa o quadro para todas as demais interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido
5 Camada de Enlace 5-73
Exemplo de auto aprendizagem e repasse
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo destino do quadro Arsquo
com localizaccedilatildeo desconhecida inundaccedilatildeo
Arsquo A
local do destino A conhecido
Arsquo 4 60
transmissatildeo seletiva
5 Camada de Enlace 5-74
Interligaccedilatildeo de comutadores
Podemos interligar comutadores (switches)
AB
P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe que deve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3
R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenico comutador)
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
5 Camada de Enlace 5-75
Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde
para C
P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4
AB
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
12
5 Camada de Enlace 5-76
Rede institucional
Para redeexterna
roteador
Subrede IP
Servidor de mensagens
Servidor web
5 Camada de Enlace 5-77
Comutadores x Roteadores
ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa roteadores dispositivos da
camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)
comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace
ambos possuem tabelas de repasse roteadores obteacutem
tabelas usando alg de roteamento endereccedilos IP
comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
redeenlacefiacutesica
enlacefiacutesica
switch
datagrama
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
quadro
quadro
quadrodatagrama
5 Camada de Enlace 5-78
Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e
serviccedilos52 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais
Endereccedilamento ARP
EthernetSwitchesVLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-79
Siacutentese um dia na vida de um pedido web jornada completa atravessando toda a pilha de
protocolos aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
colocando tudo junto siacutentese objetivo identificar revisar entender os
protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web
cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom
5 Camada de Enlace 5-80
Um dia na vida cenaacuterio
rede da Comcast68800013
rede do Google64233160019 64233169105
servidor web
Servidor DNS
rede da escola68802024
paacutegina web
navegador
5 Camada de Enlace 5-81
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPDHCP
quadro Ethernet difundido (dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador que executa o servidor DHCP Ethernet demultiplexado para IP demultiplexado para UDP e demultiplexado paraDHCP
o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilo do primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP Solicitaccedilatildeo DHCP encapsulada em UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023 Ethernet
5 Camada de Enlace 5-82
roteador(roda DHCP)
servidor DHCP prepara ACK DHCP contendo endereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiro roteador nome e endereccedilo IP do servidor DNS
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
encapsulamento no servidor DHCP quadro repassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente
Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador
cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
5 Camada de Enlace 5-83
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
consulta DNS criada encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviar quadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP
consulta ARP difundida recebida pelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccedilo MAC da interface do roteador
o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiro roteador podendo agora enviar o quadro contendo a consulta DNS
ARP query
EthPhy
ARP
ARP
ARP reply
antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
5 Camada de Enlace 5-84
roteador(roda DHCP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
datagrama IP conteacutem consulta DNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador
datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelos protocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS
demultiplexado pelo servidor DNS
servidor DNS responde ao cliente com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
rede da Comcast68800013
servidor DNSDNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
Um dia na vidahellip usando DNS
5 Camada de Enlace 5-85
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
para enviar pedido HTTP cliente primeiro abre um socket TCP para o servidor web segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web
conexatildeo TCP estabelecida64233169105servidor web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCPIPEthPhy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)
5 Camada de Enlace 5-86
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
solicitaccedilatildeo HTTP enviada para o socket TCP datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhado para wwwgooglecom
datagrama IP com a resposta HTTP eacute encaminhado de volta para o cliente
64233169105servidor web
HTTPTCPIPEthPhy
servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTPHTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
paacutegina web finalmente() apresentada
5 Camada de Enlace 5-87
Capiacutetulo 5 Resumo
princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dados detecccedilatildeo correccedilatildeo de erros compartilhamento de canal de difusatildeo acesso
muacuteltiplo endereccedilamento da camada de enlace
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlace Ethernet LANs comutadas VLANs redes virtualizadas como camada de enlace MPLS
siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web
5 Camada de Enlace 5-46
Protocolo ARP mesma LAN (rede) A deseja enviar datagrama
para B e o endereccedilo MAC de B natildeo estaacute na tabela ARP
A difunde o pacote de solicitaccedilatildeo ARP que conteacutem o endereccedilo IP de B Endereccedilo MAC destino =
FF-FF-FF-FF-FF-FF todas as maacutequinas na
LAN recebem a consulta do ARP
B recebe o pacote ARP responde a A com o seu (de B) endereccedilo MAC Quadro enviado para o
endereccedilo MAC (unicast) de A
Uma cache (salva) o par de endereccedilos IP-para-MAC na sua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo fique antiquada (expire) lsquosoft statersquo informaccedilatildeo que expira (vai embora) a menos que seja renovada
ARP eacute ldquoplug-and-playrdquo os noacutes criam suas tabelas ARP sem a intervenccedilatildeo do administrador
da rede
5 Camada de Enlace 5-47
Endereccedilamento repassando para outra LAN encaminhamento envio de datagrama de A para B via R
foco no endereccedilamento ndash nas camadas IP (datagrama) e MAC (quadro)
assume que A conhece o endereccedilo IP de B assume que A conhece o endereccedilo IP do proacuteximo roteador
R (como) assume que A conhece o endereccedilo MAC de R (como)
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
5 Camada de Enlace 5-48
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IPEthPhy
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
A cria datagrama IP com IP origem A destino B A cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC
de R como destino quadro conteacutem o datagrama IP de A-para-B
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55 MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
5 Camada de Enlace 5-49
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IPEthPhy
quadro enviado de A para R
IPEthPhy
quadro recebido em R datagrama removido passado para o IP
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55 MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
5 Camada de Enlace 5-50
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
R repassa o datagrama com origem IP A destino B R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC
de B como destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9B MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
IPEthPhy
5 Camada de Enlace 5-51
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
R repassa o datagrama com origem IP A destino B R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC
de B como destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9B MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
IPEthPhy
5 Camada de Enlace 5-52
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
R repassa o datagrama com origem IP A destino B R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC
de B como destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9B MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
5 Camada de Enlace 5-53
Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e
serviccedilos52 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais
Endereccedilamento ARP
EthernetSwitchesVLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-54
Ethernet Muitiacutessimo difundida porque
Muito barata R$50 para placas 101001000Mbps A mais antiga das tecnologias de rede local (meados da
deacutecada de 70) Mais simples e menos cara que redes usando ficha ou
ATM Acompanhou o aumento de velocidade 10 Mbps ndash 10
Gbps
Rascunho de Metcalfe sobre o Ethernet
5 Camada de Enlace 5-55
Ethernet topologia fiacutesica barramento popular ateacute meados dos anos 90
Todos os noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo (podem colidir um com o outro)
estrela prevalecircncia hoje Comutador (switch) ativo no centro Cada porta roda o protocolo Ethernet separadamente (os
noacutes natildeo colidem uns com os outros)
barramento cabo coaxial
switch
estrela
5 Camada de Enlace 5-56
Estrutura do Quadro EthernetAdaptador remetente encapsula datagrama IP (ou pacote
de outro protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
preacircmbulo 7 bytes com o padratildeo 10101010 seguidos por um byte
com o padratildeo 10101011 usado para sincronizar receptor ao reloacutegio do
remetente (reloacutegios nunca satildeo exatos eacute muito provaacutevel que exista algum desvio entre eles)
5 Camada de Enlace 5-57
Estrutura de Quadro Ethernet (cont)
Endereccedilos 6 bytes para cada endereccedilo MAC se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo destino igual
ao seu ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede
caso contraacuterio o adaptador descarta o quadro Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior
usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)
CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado
5 Camada de Enlace 5-58
Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo sem conexatildeo natildeo haacute estabelecimento de
conexatildeo (saudaccedilatildeo) entre os adaptadores transmissor e receptor
Natildeo confiaacutevel o adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador transmissordados em quadros descartados satildeo
recuperados apenas se o transmissor usar transferecircncia confiaacutevel em camadas mais altas (ex TCP) caso contraacuterio os dados estaratildeo perdidos
Protocolo MAC do Ethernet CSMACD com retirada binaacuteria
5 Camada de Enlace 5-59
Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
diversos padrotildees Ethernet diferentes tecircm em comum o protocolo MAC e o formato do
quadro diferentes velocidades 2Mbps 10Mbps 100Mbps
1Gbps 10Gbps diferentes meios da camada fiacutesica fibra cabo
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
protocolo MACe formato do quadro
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)
5 Camada de Enlace 5-60
10Base5
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-61
10Base2
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-62
10BaseT
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-63
Conector RJ 45
5 Camada de Enlace 5-64
100Base-TX
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-65 10
Wireless Backhaul
Carrier Ethernet Access Expansion
Voice gateway
VoiceVideoTelephony
HD TVTVoD VoD
Video Source
Gaming BusinessBackup ERP
Internet Video Source
BusinessBroadband
E-Line andE-LAN service
GlobalNationalCarrierEthernet
GlobalNationalCarrierEthernet
SmallMedium Business
Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet
AccessCarrierEthernet
AccessCarrierEthernet
ResidentialTriple-Play
FTTx DSLAM Cable Modem
Broadbandmobile datavideo
Bringing vastly extended scalability for business and residential users
ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing
5 Camada de Enlace 5-66
Carrier Ethernet Defined
bull Carrier Ethernet is a ubiquitous standardized carrier-class SERVICE defined by five attributes that distinguish Carrier Ethernet from familiar LAN based Ethernet
bull It brings the compelling business benefit of the Ethernet cost model to achieve significant savings
Carrier Ethernet
bull Scalability
bull Standardized Services
bull Service Management
bull Quality of Service
bull Reliability
Carrier Ethernet Attributes
httpwwwmetroethernetforumorg
5 Camada de Enlace 5-67
Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e
serviccedilos52 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais
Endereccedilamento ARP
EthernetSwitchesVLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-68
Comutador (switch) Ethernet Dispositivo da camada de enlace tecircm papel
ativo armazena e retransmite quadros Ethernetexamina o cabeccedilalho do quadro e
seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento
transparentehospedeiros ignoram a presenccedila dos
switches plug-and-play self-learning (autodidatas)
os comutadores natildeo necessitam ser configurados
5 Camada de Enlace 5-69
Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas hospedeiros tecircm conexatildeo
direta e dedicada para o switch
os switches armazenam quadros
o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplex cada link eacute o seu proacuteprio
domiacutenio de colisatildeo comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-
para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch com seis interfaces(123456)
1 2 345
6
5 Camada de Enlace 5-70
Tabela de repasse do switch P como eacute que o switch sabe que
Arsquo eacute alcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel a partir da interface 5
R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutem (endereccedilo MAC do hospedeiro
interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)
parece uma tabela de repasse P como satildeo criadas e mantidas as
entradas na tabela de comutaccedilatildeo haacute algo como um protocolo de
roteamento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch with six interfaces(123456)
1 2 345
6
5 Camada de Enlace 5-71
switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfaces quando um quadro eacute
recebido o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada
registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo
Switch autoaprendizagemA
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
5 Camada de Enlace 5-725 Camada de Enlace
Switch filtragemrepasse de quadrosQuando o quadro eacute recebido em um comutador
registra o link de entrada endereccedilo MAC do hospedeiro transmissor
indexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo MAC do destino
if entrada encontrada para o destinothen
if dest estiver no segmento de onde veio o quadro then descarta o quadro
else repassa o quadro na interface indicada else usa inundaccedilatildeo
Repassa o quadro para todas as demais interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido
5 Camada de Enlace 5-73
Exemplo de auto aprendizagem e repasse
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo destino do quadro Arsquo
com localizaccedilatildeo desconhecida inundaccedilatildeo
Arsquo A
local do destino A conhecido
Arsquo 4 60
transmissatildeo seletiva
5 Camada de Enlace 5-74
Interligaccedilatildeo de comutadores
Podemos interligar comutadores (switches)
AB
P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe que deve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3
R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenico comutador)
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
5 Camada de Enlace 5-75
Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde
para C
P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4
AB
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
12
5 Camada de Enlace 5-76
Rede institucional
Para redeexterna
roteador
Subrede IP
Servidor de mensagens
Servidor web
5 Camada de Enlace 5-77
Comutadores x Roteadores
ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa roteadores dispositivos da
camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)
comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace
ambos possuem tabelas de repasse roteadores obteacutem
tabelas usando alg de roteamento endereccedilos IP
comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
redeenlacefiacutesica
enlacefiacutesica
switch
datagrama
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
quadro
quadro
quadrodatagrama
5 Camada de Enlace 5-78
Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e
serviccedilos52 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais
Endereccedilamento ARP
EthernetSwitchesVLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-79
Siacutentese um dia na vida de um pedido web jornada completa atravessando toda a pilha de
protocolos aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
colocando tudo junto siacutentese objetivo identificar revisar entender os
protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web
cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom
5 Camada de Enlace 5-80
Um dia na vida cenaacuterio
rede da Comcast68800013
rede do Google64233160019 64233169105
servidor web
Servidor DNS
rede da escola68802024
paacutegina web
navegador
5 Camada de Enlace 5-81
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPDHCP
quadro Ethernet difundido (dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador que executa o servidor DHCP Ethernet demultiplexado para IP demultiplexado para UDP e demultiplexado paraDHCP
o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilo do primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP Solicitaccedilatildeo DHCP encapsulada em UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023 Ethernet
5 Camada de Enlace 5-82
roteador(roda DHCP)
servidor DHCP prepara ACK DHCP contendo endereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiro roteador nome e endereccedilo IP do servidor DNS
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
encapsulamento no servidor DHCP quadro repassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente
Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador
cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
5 Camada de Enlace 5-83
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
consulta DNS criada encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviar quadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP
consulta ARP difundida recebida pelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccedilo MAC da interface do roteador
o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiro roteador podendo agora enviar o quadro contendo a consulta DNS
ARP query
EthPhy
ARP
ARP
ARP reply
antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
5 Camada de Enlace 5-84
roteador(roda DHCP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
datagrama IP conteacutem consulta DNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador
datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelos protocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS
demultiplexado pelo servidor DNS
servidor DNS responde ao cliente com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
rede da Comcast68800013
servidor DNSDNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
Um dia na vidahellip usando DNS
5 Camada de Enlace 5-85
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
para enviar pedido HTTP cliente primeiro abre um socket TCP para o servidor web segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web
conexatildeo TCP estabelecida64233169105servidor web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCPIPEthPhy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)
5 Camada de Enlace 5-86
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
solicitaccedilatildeo HTTP enviada para o socket TCP datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhado para wwwgooglecom
datagrama IP com a resposta HTTP eacute encaminhado de volta para o cliente
64233169105servidor web
HTTPTCPIPEthPhy
servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTPHTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
paacutegina web finalmente() apresentada
5 Camada de Enlace 5-87
Capiacutetulo 5 Resumo
princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dados detecccedilatildeo correccedilatildeo de erros compartilhamento de canal de difusatildeo acesso
muacuteltiplo endereccedilamento da camada de enlace
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlace Ethernet LANs comutadas VLANs redes virtualizadas como camada de enlace MPLS
siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web
5 Camada de Enlace 5-47
Endereccedilamento repassando para outra LAN encaminhamento envio de datagrama de A para B via R
foco no endereccedilamento ndash nas camadas IP (datagrama) e MAC (quadro)
assume que A conhece o endereccedilo IP de B assume que A conhece o endereccedilo IP do proacuteximo roteador
R (como) assume que A conhece o endereccedilo MAC de R (como)
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
5 Camada de Enlace 5-48
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IPEthPhy
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
A cria datagrama IP com IP origem A destino B A cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC
de R como destino quadro conteacutem o datagrama IP de A-para-B
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55 MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
5 Camada de Enlace 5-49
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IPEthPhy
quadro enviado de A para R
IPEthPhy
quadro recebido em R datagrama removido passado para o IP
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55 MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
5 Camada de Enlace 5-50
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
R repassa o datagrama com origem IP A destino B R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC
de B como destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9B MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
IPEthPhy
5 Camada de Enlace 5-51
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
R repassa o datagrama com origem IP A destino B R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC
de B como destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9B MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
IPEthPhy
5 Camada de Enlace 5-52
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
R repassa o datagrama com origem IP A destino B R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC
de B como destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9B MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
5 Camada de Enlace 5-53
Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e
serviccedilos52 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais
Endereccedilamento ARP
EthernetSwitchesVLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-54
Ethernet Muitiacutessimo difundida porque
Muito barata R$50 para placas 101001000Mbps A mais antiga das tecnologias de rede local (meados da
deacutecada de 70) Mais simples e menos cara que redes usando ficha ou
ATM Acompanhou o aumento de velocidade 10 Mbps ndash 10
Gbps
Rascunho de Metcalfe sobre o Ethernet
5 Camada de Enlace 5-55
Ethernet topologia fiacutesica barramento popular ateacute meados dos anos 90
Todos os noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo (podem colidir um com o outro)
estrela prevalecircncia hoje Comutador (switch) ativo no centro Cada porta roda o protocolo Ethernet separadamente (os
noacutes natildeo colidem uns com os outros)
barramento cabo coaxial
switch
estrela
5 Camada de Enlace 5-56
Estrutura do Quadro EthernetAdaptador remetente encapsula datagrama IP (ou pacote
de outro protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
preacircmbulo 7 bytes com o padratildeo 10101010 seguidos por um byte
com o padratildeo 10101011 usado para sincronizar receptor ao reloacutegio do
remetente (reloacutegios nunca satildeo exatos eacute muito provaacutevel que exista algum desvio entre eles)
5 Camada de Enlace 5-57
Estrutura de Quadro Ethernet (cont)
Endereccedilos 6 bytes para cada endereccedilo MAC se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo destino igual
ao seu ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede
caso contraacuterio o adaptador descarta o quadro Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior
usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)
CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado
5 Camada de Enlace 5-58
Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo sem conexatildeo natildeo haacute estabelecimento de
conexatildeo (saudaccedilatildeo) entre os adaptadores transmissor e receptor
Natildeo confiaacutevel o adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador transmissordados em quadros descartados satildeo
recuperados apenas se o transmissor usar transferecircncia confiaacutevel em camadas mais altas (ex TCP) caso contraacuterio os dados estaratildeo perdidos
Protocolo MAC do Ethernet CSMACD com retirada binaacuteria
5 Camada de Enlace 5-59
Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
diversos padrotildees Ethernet diferentes tecircm em comum o protocolo MAC e o formato do
quadro diferentes velocidades 2Mbps 10Mbps 100Mbps
1Gbps 10Gbps diferentes meios da camada fiacutesica fibra cabo
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
protocolo MACe formato do quadro
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)
5 Camada de Enlace 5-60
10Base5
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-61
10Base2
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-62
10BaseT
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-63
Conector RJ 45
5 Camada de Enlace 5-64
100Base-TX
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-65 10
Wireless Backhaul
Carrier Ethernet Access Expansion
Voice gateway
VoiceVideoTelephony
HD TVTVoD VoD
Video Source
Gaming BusinessBackup ERP
Internet Video Source
BusinessBroadband
E-Line andE-LAN service
GlobalNationalCarrierEthernet
GlobalNationalCarrierEthernet
SmallMedium Business
Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet
AccessCarrierEthernet
AccessCarrierEthernet
ResidentialTriple-Play
FTTx DSLAM Cable Modem
Broadbandmobile datavideo
Bringing vastly extended scalability for business and residential users
ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing
5 Camada de Enlace 5-66
Carrier Ethernet Defined
bull Carrier Ethernet is a ubiquitous standardized carrier-class SERVICE defined by five attributes that distinguish Carrier Ethernet from familiar LAN based Ethernet
bull It brings the compelling business benefit of the Ethernet cost model to achieve significant savings
Carrier Ethernet
bull Scalability
bull Standardized Services
bull Service Management
bull Quality of Service
bull Reliability
Carrier Ethernet Attributes
httpwwwmetroethernetforumorg
5 Camada de Enlace 5-67
Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e
serviccedilos52 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais
Endereccedilamento ARP
EthernetSwitchesVLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-68
Comutador (switch) Ethernet Dispositivo da camada de enlace tecircm papel
ativo armazena e retransmite quadros Ethernetexamina o cabeccedilalho do quadro e
seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento
transparentehospedeiros ignoram a presenccedila dos
switches plug-and-play self-learning (autodidatas)
os comutadores natildeo necessitam ser configurados
5 Camada de Enlace 5-69
Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas hospedeiros tecircm conexatildeo
direta e dedicada para o switch
os switches armazenam quadros
o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplex cada link eacute o seu proacuteprio
domiacutenio de colisatildeo comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-
para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch com seis interfaces(123456)
1 2 345
6
5 Camada de Enlace 5-70
Tabela de repasse do switch P como eacute que o switch sabe que
Arsquo eacute alcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel a partir da interface 5
R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutem (endereccedilo MAC do hospedeiro
interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)
parece uma tabela de repasse P como satildeo criadas e mantidas as
entradas na tabela de comutaccedilatildeo haacute algo como um protocolo de
roteamento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch with six interfaces(123456)
1 2 345
6
5 Camada de Enlace 5-71
switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfaces quando um quadro eacute
recebido o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada
registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo
Switch autoaprendizagemA
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
5 Camada de Enlace 5-725 Camada de Enlace
Switch filtragemrepasse de quadrosQuando o quadro eacute recebido em um comutador
registra o link de entrada endereccedilo MAC do hospedeiro transmissor
indexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo MAC do destino
if entrada encontrada para o destinothen
if dest estiver no segmento de onde veio o quadro then descarta o quadro
else repassa o quadro na interface indicada else usa inundaccedilatildeo
Repassa o quadro para todas as demais interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido
5 Camada de Enlace 5-73
Exemplo de auto aprendizagem e repasse
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo destino do quadro Arsquo
com localizaccedilatildeo desconhecida inundaccedilatildeo
Arsquo A
local do destino A conhecido
Arsquo 4 60
transmissatildeo seletiva
5 Camada de Enlace 5-74
Interligaccedilatildeo de comutadores
Podemos interligar comutadores (switches)
AB
P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe que deve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3
R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenico comutador)
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
5 Camada de Enlace 5-75
Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde
para C
P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4
AB
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
12
5 Camada de Enlace 5-76
Rede institucional
Para redeexterna
roteador
Subrede IP
Servidor de mensagens
Servidor web
5 Camada de Enlace 5-77
Comutadores x Roteadores
ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa roteadores dispositivos da
camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)
comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace
ambos possuem tabelas de repasse roteadores obteacutem
tabelas usando alg de roteamento endereccedilos IP
comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
redeenlacefiacutesica
enlacefiacutesica
switch
datagrama
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
quadro
quadro
quadrodatagrama
5 Camada de Enlace 5-78
Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e
serviccedilos52 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais
Endereccedilamento ARP
EthernetSwitchesVLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-79
Siacutentese um dia na vida de um pedido web jornada completa atravessando toda a pilha de
protocolos aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
colocando tudo junto siacutentese objetivo identificar revisar entender os
protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web
cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom
5 Camada de Enlace 5-80
Um dia na vida cenaacuterio
rede da Comcast68800013
rede do Google64233160019 64233169105
servidor web
Servidor DNS
rede da escola68802024
paacutegina web
navegador
5 Camada de Enlace 5-81
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPDHCP
quadro Ethernet difundido (dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador que executa o servidor DHCP Ethernet demultiplexado para IP demultiplexado para UDP e demultiplexado paraDHCP
o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilo do primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP Solicitaccedilatildeo DHCP encapsulada em UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023 Ethernet
5 Camada de Enlace 5-82
roteador(roda DHCP)
servidor DHCP prepara ACK DHCP contendo endereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiro roteador nome e endereccedilo IP do servidor DNS
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
encapsulamento no servidor DHCP quadro repassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente
Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador
cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
5 Camada de Enlace 5-83
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
consulta DNS criada encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviar quadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP
consulta ARP difundida recebida pelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccedilo MAC da interface do roteador
o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiro roteador podendo agora enviar o quadro contendo a consulta DNS
ARP query
EthPhy
ARP
ARP
ARP reply
antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
5 Camada de Enlace 5-84
roteador(roda DHCP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
datagrama IP conteacutem consulta DNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador
datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelos protocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS
demultiplexado pelo servidor DNS
servidor DNS responde ao cliente com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
rede da Comcast68800013
servidor DNSDNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
Um dia na vidahellip usando DNS
5 Camada de Enlace 5-85
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
para enviar pedido HTTP cliente primeiro abre um socket TCP para o servidor web segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web
conexatildeo TCP estabelecida64233169105servidor web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCPIPEthPhy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)
5 Camada de Enlace 5-86
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
solicitaccedilatildeo HTTP enviada para o socket TCP datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhado para wwwgooglecom
datagrama IP com a resposta HTTP eacute encaminhado de volta para o cliente
64233169105servidor web
HTTPTCPIPEthPhy
servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTPHTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
paacutegina web finalmente() apresentada
5 Camada de Enlace 5-87
Capiacutetulo 5 Resumo
princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dados detecccedilatildeo correccedilatildeo de erros compartilhamento de canal de difusatildeo acesso
muacuteltiplo endereccedilamento da camada de enlace
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlace Ethernet LANs comutadas VLANs redes virtualizadas como camada de enlace MPLS
siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web
5 Camada de Enlace 5-48
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IPEthPhy
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
A cria datagrama IP com IP origem A destino B A cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC
de R como destino quadro conteacutem o datagrama IP de A-para-B
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55 MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
5 Camada de Enlace 5-49
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IPEthPhy
quadro enviado de A para R
IPEthPhy
quadro recebido em R datagrama removido passado para o IP
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55 MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
5 Camada de Enlace 5-50
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
R repassa o datagrama com origem IP A destino B R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC
de B como destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9B MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
IPEthPhy
5 Camada de Enlace 5-51
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
R repassa o datagrama com origem IP A destino B R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC
de B como destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9B MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
IPEthPhy
5 Camada de Enlace 5-52
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
R repassa o datagrama com origem IP A destino B R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC
de B como destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9B MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
5 Camada de Enlace 5-53
Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e
serviccedilos52 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais
Endereccedilamento ARP
EthernetSwitchesVLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-54
Ethernet Muitiacutessimo difundida porque
Muito barata R$50 para placas 101001000Mbps A mais antiga das tecnologias de rede local (meados da
deacutecada de 70) Mais simples e menos cara que redes usando ficha ou
ATM Acompanhou o aumento de velocidade 10 Mbps ndash 10
Gbps
Rascunho de Metcalfe sobre o Ethernet
5 Camada de Enlace 5-55
Ethernet topologia fiacutesica barramento popular ateacute meados dos anos 90
Todos os noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo (podem colidir um com o outro)
estrela prevalecircncia hoje Comutador (switch) ativo no centro Cada porta roda o protocolo Ethernet separadamente (os
noacutes natildeo colidem uns com os outros)
barramento cabo coaxial
switch
estrela
5 Camada de Enlace 5-56
Estrutura do Quadro EthernetAdaptador remetente encapsula datagrama IP (ou pacote
de outro protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
preacircmbulo 7 bytes com o padratildeo 10101010 seguidos por um byte
com o padratildeo 10101011 usado para sincronizar receptor ao reloacutegio do
remetente (reloacutegios nunca satildeo exatos eacute muito provaacutevel que exista algum desvio entre eles)
5 Camada de Enlace 5-57
Estrutura de Quadro Ethernet (cont)
Endereccedilos 6 bytes para cada endereccedilo MAC se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo destino igual
ao seu ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede
caso contraacuterio o adaptador descarta o quadro Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior
usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)
CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado
5 Camada de Enlace 5-58
Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo sem conexatildeo natildeo haacute estabelecimento de
conexatildeo (saudaccedilatildeo) entre os adaptadores transmissor e receptor
Natildeo confiaacutevel o adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador transmissordados em quadros descartados satildeo
recuperados apenas se o transmissor usar transferecircncia confiaacutevel em camadas mais altas (ex TCP) caso contraacuterio os dados estaratildeo perdidos
Protocolo MAC do Ethernet CSMACD com retirada binaacuteria
5 Camada de Enlace 5-59
Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
diversos padrotildees Ethernet diferentes tecircm em comum o protocolo MAC e o formato do
quadro diferentes velocidades 2Mbps 10Mbps 100Mbps
1Gbps 10Gbps diferentes meios da camada fiacutesica fibra cabo
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
protocolo MACe formato do quadro
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)
5 Camada de Enlace 5-60
10Base5
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-61
10Base2
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-62
10BaseT
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-63
Conector RJ 45
5 Camada de Enlace 5-64
100Base-TX
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-65 10
Wireless Backhaul
Carrier Ethernet Access Expansion
Voice gateway
VoiceVideoTelephony
HD TVTVoD VoD
Video Source
Gaming BusinessBackup ERP
Internet Video Source
BusinessBroadband
E-Line andE-LAN service
GlobalNationalCarrierEthernet
GlobalNationalCarrierEthernet
SmallMedium Business
Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet
AccessCarrierEthernet
AccessCarrierEthernet
ResidentialTriple-Play
FTTx DSLAM Cable Modem
Broadbandmobile datavideo
Bringing vastly extended scalability for business and residential users
ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing
5 Camada de Enlace 5-66
Carrier Ethernet Defined
bull Carrier Ethernet is a ubiquitous standardized carrier-class SERVICE defined by five attributes that distinguish Carrier Ethernet from familiar LAN based Ethernet
bull It brings the compelling business benefit of the Ethernet cost model to achieve significant savings
Carrier Ethernet
bull Scalability
bull Standardized Services
bull Service Management
bull Quality of Service
bull Reliability
Carrier Ethernet Attributes
httpwwwmetroethernetforumorg
5 Camada de Enlace 5-67
Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e
serviccedilos52 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais
Endereccedilamento ARP
EthernetSwitchesVLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-68
Comutador (switch) Ethernet Dispositivo da camada de enlace tecircm papel
ativo armazena e retransmite quadros Ethernetexamina o cabeccedilalho do quadro e
seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento
transparentehospedeiros ignoram a presenccedila dos
switches plug-and-play self-learning (autodidatas)
os comutadores natildeo necessitam ser configurados
5 Camada de Enlace 5-69
Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas hospedeiros tecircm conexatildeo
direta e dedicada para o switch
os switches armazenam quadros
o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplex cada link eacute o seu proacuteprio
domiacutenio de colisatildeo comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-
para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch com seis interfaces(123456)
1 2 345
6
5 Camada de Enlace 5-70
Tabela de repasse do switch P como eacute que o switch sabe que
Arsquo eacute alcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel a partir da interface 5
R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutem (endereccedilo MAC do hospedeiro
interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)
parece uma tabela de repasse P como satildeo criadas e mantidas as
entradas na tabela de comutaccedilatildeo haacute algo como um protocolo de
roteamento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch with six interfaces(123456)
1 2 345
6
5 Camada de Enlace 5-71
switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfaces quando um quadro eacute
recebido o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada
registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo
Switch autoaprendizagemA
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
5 Camada de Enlace 5-725 Camada de Enlace
Switch filtragemrepasse de quadrosQuando o quadro eacute recebido em um comutador
registra o link de entrada endereccedilo MAC do hospedeiro transmissor
indexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo MAC do destino
if entrada encontrada para o destinothen
if dest estiver no segmento de onde veio o quadro then descarta o quadro
else repassa o quadro na interface indicada else usa inundaccedilatildeo
Repassa o quadro para todas as demais interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido
5 Camada de Enlace 5-73
Exemplo de auto aprendizagem e repasse
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo destino do quadro Arsquo
com localizaccedilatildeo desconhecida inundaccedilatildeo
Arsquo A
local do destino A conhecido
Arsquo 4 60
transmissatildeo seletiva
5 Camada de Enlace 5-74
Interligaccedilatildeo de comutadores
Podemos interligar comutadores (switches)
AB
P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe que deve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3
R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenico comutador)
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
5 Camada de Enlace 5-75
Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde
para C
P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4
AB
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
12
5 Camada de Enlace 5-76
Rede institucional
Para redeexterna
roteador
Subrede IP
Servidor de mensagens
Servidor web
5 Camada de Enlace 5-77
Comutadores x Roteadores
ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa roteadores dispositivos da
camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)
comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace
ambos possuem tabelas de repasse roteadores obteacutem
tabelas usando alg de roteamento endereccedilos IP
comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
redeenlacefiacutesica
enlacefiacutesica
switch
datagrama
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
quadro
quadro
quadrodatagrama
5 Camada de Enlace 5-78
Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e
serviccedilos52 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais
Endereccedilamento ARP
EthernetSwitchesVLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-79
Siacutentese um dia na vida de um pedido web jornada completa atravessando toda a pilha de
protocolos aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
colocando tudo junto siacutentese objetivo identificar revisar entender os
protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web
cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom
5 Camada de Enlace 5-80
Um dia na vida cenaacuterio
rede da Comcast68800013
rede do Google64233160019 64233169105
servidor web
Servidor DNS
rede da escola68802024
paacutegina web
navegador
5 Camada de Enlace 5-81
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPDHCP
quadro Ethernet difundido (dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador que executa o servidor DHCP Ethernet demultiplexado para IP demultiplexado para UDP e demultiplexado paraDHCP
o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilo do primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP Solicitaccedilatildeo DHCP encapsulada em UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023 Ethernet
5 Camada de Enlace 5-82
roteador(roda DHCP)
servidor DHCP prepara ACK DHCP contendo endereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiro roteador nome e endereccedilo IP do servidor DNS
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
encapsulamento no servidor DHCP quadro repassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente
Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador
cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
5 Camada de Enlace 5-83
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
consulta DNS criada encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviar quadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP
consulta ARP difundida recebida pelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccedilo MAC da interface do roteador
o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiro roteador podendo agora enviar o quadro contendo a consulta DNS
ARP query
EthPhy
ARP
ARP
ARP reply
antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
5 Camada de Enlace 5-84
roteador(roda DHCP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
datagrama IP conteacutem consulta DNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador
datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelos protocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS
demultiplexado pelo servidor DNS
servidor DNS responde ao cliente com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
rede da Comcast68800013
servidor DNSDNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
Um dia na vidahellip usando DNS
5 Camada de Enlace 5-85
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
para enviar pedido HTTP cliente primeiro abre um socket TCP para o servidor web segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web
conexatildeo TCP estabelecida64233169105servidor web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCPIPEthPhy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)
5 Camada de Enlace 5-86
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
solicitaccedilatildeo HTTP enviada para o socket TCP datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhado para wwwgooglecom
datagrama IP com a resposta HTTP eacute encaminhado de volta para o cliente
64233169105servidor web
HTTPTCPIPEthPhy
servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTPHTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
paacutegina web finalmente() apresentada
5 Camada de Enlace 5-87
Capiacutetulo 5 Resumo
princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dados detecccedilatildeo correccedilatildeo de erros compartilhamento de canal de difusatildeo acesso
muacuteltiplo endereccedilamento da camada de enlace
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlace Ethernet LANs comutadas VLANs redes virtualizadas como camada de enlace MPLS
siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web
5 Camada de Enlace 5-49
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IPEthPhy
quadro enviado de A para R
IPEthPhy
quadro recebido em R datagrama removido passado para o IP
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55 MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
5 Camada de Enlace 5-50
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
R repassa o datagrama com origem IP A destino B R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC
de B como destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9B MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
IPEthPhy
5 Camada de Enlace 5-51
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
R repassa o datagrama com origem IP A destino B R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC
de B como destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9B MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
IPEthPhy
5 Camada de Enlace 5-52
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
R repassa o datagrama com origem IP A destino B R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC
de B como destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9B MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
5 Camada de Enlace 5-53
Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e
serviccedilos52 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais
Endereccedilamento ARP
EthernetSwitchesVLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-54
Ethernet Muitiacutessimo difundida porque
Muito barata R$50 para placas 101001000Mbps A mais antiga das tecnologias de rede local (meados da
deacutecada de 70) Mais simples e menos cara que redes usando ficha ou
ATM Acompanhou o aumento de velocidade 10 Mbps ndash 10
Gbps
Rascunho de Metcalfe sobre o Ethernet
5 Camada de Enlace 5-55
Ethernet topologia fiacutesica barramento popular ateacute meados dos anos 90
Todos os noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo (podem colidir um com o outro)
estrela prevalecircncia hoje Comutador (switch) ativo no centro Cada porta roda o protocolo Ethernet separadamente (os
noacutes natildeo colidem uns com os outros)
barramento cabo coaxial
switch
estrela
5 Camada de Enlace 5-56
Estrutura do Quadro EthernetAdaptador remetente encapsula datagrama IP (ou pacote
de outro protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
preacircmbulo 7 bytes com o padratildeo 10101010 seguidos por um byte
com o padratildeo 10101011 usado para sincronizar receptor ao reloacutegio do
remetente (reloacutegios nunca satildeo exatos eacute muito provaacutevel que exista algum desvio entre eles)
5 Camada de Enlace 5-57
Estrutura de Quadro Ethernet (cont)
Endereccedilos 6 bytes para cada endereccedilo MAC se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo destino igual
ao seu ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede
caso contraacuterio o adaptador descarta o quadro Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior
usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)
CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado
5 Camada de Enlace 5-58
Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo sem conexatildeo natildeo haacute estabelecimento de
conexatildeo (saudaccedilatildeo) entre os adaptadores transmissor e receptor
Natildeo confiaacutevel o adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador transmissordados em quadros descartados satildeo
recuperados apenas se o transmissor usar transferecircncia confiaacutevel em camadas mais altas (ex TCP) caso contraacuterio os dados estaratildeo perdidos
Protocolo MAC do Ethernet CSMACD com retirada binaacuteria
5 Camada de Enlace 5-59
Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
diversos padrotildees Ethernet diferentes tecircm em comum o protocolo MAC e o formato do
quadro diferentes velocidades 2Mbps 10Mbps 100Mbps
1Gbps 10Gbps diferentes meios da camada fiacutesica fibra cabo
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
protocolo MACe formato do quadro
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)
5 Camada de Enlace 5-60
10Base5
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-61
10Base2
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-62
10BaseT
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-63
Conector RJ 45
5 Camada de Enlace 5-64
100Base-TX
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-65 10
Wireless Backhaul
Carrier Ethernet Access Expansion
Voice gateway
VoiceVideoTelephony
HD TVTVoD VoD
Video Source
Gaming BusinessBackup ERP
Internet Video Source
BusinessBroadband
E-Line andE-LAN service
GlobalNationalCarrierEthernet
GlobalNationalCarrierEthernet
SmallMedium Business
Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet
AccessCarrierEthernet
AccessCarrierEthernet
ResidentialTriple-Play
FTTx DSLAM Cable Modem
Broadbandmobile datavideo
Bringing vastly extended scalability for business and residential users
ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing
5 Camada de Enlace 5-66
Carrier Ethernet Defined
bull Carrier Ethernet is a ubiquitous standardized carrier-class SERVICE defined by five attributes that distinguish Carrier Ethernet from familiar LAN based Ethernet
bull It brings the compelling business benefit of the Ethernet cost model to achieve significant savings
Carrier Ethernet
bull Scalability
bull Standardized Services
bull Service Management
bull Quality of Service
bull Reliability
Carrier Ethernet Attributes
httpwwwmetroethernetforumorg
5 Camada de Enlace 5-67
Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e
serviccedilos52 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais
Endereccedilamento ARP
EthernetSwitchesVLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-68
Comutador (switch) Ethernet Dispositivo da camada de enlace tecircm papel
ativo armazena e retransmite quadros Ethernetexamina o cabeccedilalho do quadro e
seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento
transparentehospedeiros ignoram a presenccedila dos
switches plug-and-play self-learning (autodidatas)
os comutadores natildeo necessitam ser configurados
5 Camada de Enlace 5-69
Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas hospedeiros tecircm conexatildeo
direta e dedicada para o switch
os switches armazenam quadros
o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplex cada link eacute o seu proacuteprio
domiacutenio de colisatildeo comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-
para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch com seis interfaces(123456)
1 2 345
6
5 Camada de Enlace 5-70
Tabela de repasse do switch P como eacute que o switch sabe que
Arsquo eacute alcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel a partir da interface 5
R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutem (endereccedilo MAC do hospedeiro
interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)
parece uma tabela de repasse P como satildeo criadas e mantidas as
entradas na tabela de comutaccedilatildeo haacute algo como um protocolo de
roteamento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch with six interfaces(123456)
1 2 345
6
5 Camada de Enlace 5-71
switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfaces quando um quadro eacute
recebido o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada
registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo
Switch autoaprendizagemA
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
5 Camada de Enlace 5-725 Camada de Enlace
Switch filtragemrepasse de quadrosQuando o quadro eacute recebido em um comutador
registra o link de entrada endereccedilo MAC do hospedeiro transmissor
indexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo MAC do destino
if entrada encontrada para o destinothen
if dest estiver no segmento de onde veio o quadro then descarta o quadro
else repassa o quadro na interface indicada else usa inundaccedilatildeo
Repassa o quadro para todas as demais interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido
5 Camada de Enlace 5-73
Exemplo de auto aprendizagem e repasse
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo destino do quadro Arsquo
com localizaccedilatildeo desconhecida inundaccedilatildeo
Arsquo A
local do destino A conhecido
Arsquo 4 60
transmissatildeo seletiva
5 Camada de Enlace 5-74
Interligaccedilatildeo de comutadores
Podemos interligar comutadores (switches)
AB
P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe que deve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3
R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenico comutador)
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
5 Camada de Enlace 5-75
Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde
para C
P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4
AB
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
12
5 Camada de Enlace 5-76
Rede institucional
Para redeexterna
roteador
Subrede IP
Servidor de mensagens
Servidor web
5 Camada de Enlace 5-77
Comutadores x Roteadores
ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa roteadores dispositivos da
camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)
comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace
ambos possuem tabelas de repasse roteadores obteacutem
tabelas usando alg de roteamento endereccedilos IP
comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
redeenlacefiacutesica
enlacefiacutesica
switch
datagrama
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
quadro
quadro
quadrodatagrama
5 Camada de Enlace 5-78
Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e
serviccedilos52 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais
Endereccedilamento ARP
EthernetSwitchesVLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-79
Siacutentese um dia na vida de um pedido web jornada completa atravessando toda a pilha de
protocolos aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
colocando tudo junto siacutentese objetivo identificar revisar entender os
protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web
cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom
5 Camada de Enlace 5-80
Um dia na vida cenaacuterio
rede da Comcast68800013
rede do Google64233160019 64233169105
servidor web
Servidor DNS
rede da escola68802024
paacutegina web
navegador
5 Camada de Enlace 5-81
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPDHCP
quadro Ethernet difundido (dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador que executa o servidor DHCP Ethernet demultiplexado para IP demultiplexado para UDP e demultiplexado paraDHCP
o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilo do primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP Solicitaccedilatildeo DHCP encapsulada em UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023 Ethernet
5 Camada de Enlace 5-82
roteador(roda DHCP)
servidor DHCP prepara ACK DHCP contendo endereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiro roteador nome e endereccedilo IP do servidor DNS
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
encapsulamento no servidor DHCP quadro repassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente
Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador
cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
5 Camada de Enlace 5-83
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
consulta DNS criada encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviar quadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP
consulta ARP difundida recebida pelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccedilo MAC da interface do roteador
o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiro roteador podendo agora enviar o quadro contendo a consulta DNS
ARP query
EthPhy
ARP
ARP
ARP reply
antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
5 Camada de Enlace 5-84
roteador(roda DHCP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
datagrama IP conteacutem consulta DNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador
datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelos protocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS
demultiplexado pelo servidor DNS
servidor DNS responde ao cliente com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
rede da Comcast68800013
servidor DNSDNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
Um dia na vidahellip usando DNS
5 Camada de Enlace 5-85
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
para enviar pedido HTTP cliente primeiro abre um socket TCP para o servidor web segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web
conexatildeo TCP estabelecida64233169105servidor web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCPIPEthPhy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)
5 Camada de Enlace 5-86
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
solicitaccedilatildeo HTTP enviada para o socket TCP datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhado para wwwgooglecom
datagrama IP com a resposta HTTP eacute encaminhado de volta para o cliente
64233169105servidor web
HTTPTCPIPEthPhy
servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTPHTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
paacutegina web finalmente() apresentada
5 Camada de Enlace 5-87
Capiacutetulo 5 Resumo
princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dados detecccedilatildeo correccedilatildeo de erros compartilhamento de canal de difusatildeo acesso
muacuteltiplo endereccedilamento da camada de enlace
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlace Ethernet LANs comutadas VLANs redes virtualizadas como camada de enlace MPLS
siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web
5 Camada de Enlace 5-50
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
R repassa o datagrama com origem IP A destino B R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC
de B como destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9B MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
IPEthPhy
5 Camada de Enlace 5-51
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
R repassa o datagrama com origem IP A destino B R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC
de B como destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9B MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
IPEthPhy
5 Camada de Enlace 5-52
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
R repassa o datagrama com origem IP A destino B R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC
de B como destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9B MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
5 Camada de Enlace 5-53
Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e
serviccedilos52 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais
Endereccedilamento ARP
EthernetSwitchesVLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-54
Ethernet Muitiacutessimo difundida porque
Muito barata R$50 para placas 101001000Mbps A mais antiga das tecnologias de rede local (meados da
deacutecada de 70) Mais simples e menos cara que redes usando ficha ou
ATM Acompanhou o aumento de velocidade 10 Mbps ndash 10
Gbps
Rascunho de Metcalfe sobre o Ethernet
5 Camada de Enlace 5-55
Ethernet topologia fiacutesica barramento popular ateacute meados dos anos 90
Todos os noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo (podem colidir um com o outro)
estrela prevalecircncia hoje Comutador (switch) ativo no centro Cada porta roda o protocolo Ethernet separadamente (os
noacutes natildeo colidem uns com os outros)
barramento cabo coaxial
switch
estrela
5 Camada de Enlace 5-56
Estrutura do Quadro EthernetAdaptador remetente encapsula datagrama IP (ou pacote
de outro protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
preacircmbulo 7 bytes com o padratildeo 10101010 seguidos por um byte
com o padratildeo 10101011 usado para sincronizar receptor ao reloacutegio do
remetente (reloacutegios nunca satildeo exatos eacute muito provaacutevel que exista algum desvio entre eles)
5 Camada de Enlace 5-57
Estrutura de Quadro Ethernet (cont)
Endereccedilos 6 bytes para cada endereccedilo MAC se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo destino igual
ao seu ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede
caso contraacuterio o adaptador descarta o quadro Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior
usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)
CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado
5 Camada de Enlace 5-58
Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo sem conexatildeo natildeo haacute estabelecimento de
conexatildeo (saudaccedilatildeo) entre os adaptadores transmissor e receptor
Natildeo confiaacutevel o adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador transmissordados em quadros descartados satildeo
recuperados apenas se o transmissor usar transferecircncia confiaacutevel em camadas mais altas (ex TCP) caso contraacuterio os dados estaratildeo perdidos
Protocolo MAC do Ethernet CSMACD com retirada binaacuteria
5 Camada de Enlace 5-59
Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
diversos padrotildees Ethernet diferentes tecircm em comum o protocolo MAC e o formato do
quadro diferentes velocidades 2Mbps 10Mbps 100Mbps
1Gbps 10Gbps diferentes meios da camada fiacutesica fibra cabo
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
protocolo MACe formato do quadro
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)
5 Camada de Enlace 5-60
10Base5
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-61
10Base2
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-62
10BaseT
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-63
Conector RJ 45
5 Camada de Enlace 5-64
100Base-TX
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-65 10
Wireless Backhaul
Carrier Ethernet Access Expansion
Voice gateway
VoiceVideoTelephony
HD TVTVoD VoD
Video Source
Gaming BusinessBackup ERP
Internet Video Source
BusinessBroadband
E-Line andE-LAN service
GlobalNationalCarrierEthernet
GlobalNationalCarrierEthernet
SmallMedium Business
Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet
AccessCarrierEthernet
AccessCarrierEthernet
ResidentialTriple-Play
FTTx DSLAM Cable Modem
Broadbandmobile datavideo
Bringing vastly extended scalability for business and residential users
ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing
5 Camada de Enlace 5-66
Carrier Ethernet Defined
bull Carrier Ethernet is a ubiquitous standardized carrier-class SERVICE defined by five attributes that distinguish Carrier Ethernet from familiar LAN based Ethernet
bull It brings the compelling business benefit of the Ethernet cost model to achieve significant savings
Carrier Ethernet
bull Scalability
bull Standardized Services
bull Service Management
bull Quality of Service
bull Reliability
Carrier Ethernet Attributes
httpwwwmetroethernetforumorg
5 Camada de Enlace 5-67
Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e
serviccedilos52 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais
Endereccedilamento ARP
EthernetSwitchesVLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-68
Comutador (switch) Ethernet Dispositivo da camada de enlace tecircm papel
ativo armazena e retransmite quadros Ethernetexamina o cabeccedilalho do quadro e
seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento
transparentehospedeiros ignoram a presenccedila dos
switches plug-and-play self-learning (autodidatas)
os comutadores natildeo necessitam ser configurados
5 Camada de Enlace 5-69
Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas hospedeiros tecircm conexatildeo
direta e dedicada para o switch
os switches armazenam quadros
o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplex cada link eacute o seu proacuteprio
domiacutenio de colisatildeo comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-
para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch com seis interfaces(123456)
1 2 345
6
5 Camada de Enlace 5-70
Tabela de repasse do switch P como eacute que o switch sabe que
Arsquo eacute alcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel a partir da interface 5
R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutem (endereccedilo MAC do hospedeiro
interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)
parece uma tabela de repasse P como satildeo criadas e mantidas as
entradas na tabela de comutaccedilatildeo haacute algo como um protocolo de
roteamento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch with six interfaces(123456)
1 2 345
6
5 Camada de Enlace 5-71
switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfaces quando um quadro eacute
recebido o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada
registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo
Switch autoaprendizagemA
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
5 Camada de Enlace 5-725 Camada de Enlace
Switch filtragemrepasse de quadrosQuando o quadro eacute recebido em um comutador
registra o link de entrada endereccedilo MAC do hospedeiro transmissor
indexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo MAC do destino
if entrada encontrada para o destinothen
if dest estiver no segmento de onde veio o quadro then descarta o quadro
else repassa o quadro na interface indicada else usa inundaccedilatildeo
Repassa o quadro para todas as demais interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido
5 Camada de Enlace 5-73
Exemplo de auto aprendizagem e repasse
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo destino do quadro Arsquo
com localizaccedilatildeo desconhecida inundaccedilatildeo
Arsquo A
local do destino A conhecido
Arsquo 4 60
transmissatildeo seletiva
5 Camada de Enlace 5-74
Interligaccedilatildeo de comutadores
Podemos interligar comutadores (switches)
AB
P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe que deve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3
R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenico comutador)
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
5 Camada de Enlace 5-75
Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde
para C
P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4
AB
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
12
5 Camada de Enlace 5-76
Rede institucional
Para redeexterna
roteador
Subrede IP
Servidor de mensagens
Servidor web
5 Camada de Enlace 5-77
Comutadores x Roteadores
ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa roteadores dispositivos da
camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)
comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace
ambos possuem tabelas de repasse roteadores obteacutem
tabelas usando alg de roteamento endereccedilos IP
comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
redeenlacefiacutesica
enlacefiacutesica
switch
datagrama
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
quadro
quadro
quadrodatagrama
5 Camada de Enlace 5-78
Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e
serviccedilos52 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais
Endereccedilamento ARP
EthernetSwitchesVLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-79
Siacutentese um dia na vida de um pedido web jornada completa atravessando toda a pilha de
protocolos aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
colocando tudo junto siacutentese objetivo identificar revisar entender os
protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web
cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom
5 Camada de Enlace 5-80
Um dia na vida cenaacuterio
rede da Comcast68800013
rede do Google64233160019 64233169105
servidor web
Servidor DNS
rede da escola68802024
paacutegina web
navegador
5 Camada de Enlace 5-81
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPDHCP
quadro Ethernet difundido (dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador que executa o servidor DHCP Ethernet demultiplexado para IP demultiplexado para UDP e demultiplexado paraDHCP
o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilo do primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP Solicitaccedilatildeo DHCP encapsulada em UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023 Ethernet
5 Camada de Enlace 5-82
roteador(roda DHCP)
servidor DHCP prepara ACK DHCP contendo endereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiro roteador nome e endereccedilo IP do servidor DNS
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
encapsulamento no servidor DHCP quadro repassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente
Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador
cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
5 Camada de Enlace 5-83
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
consulta DNS criada encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviar quadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP
consulta ARP difundida recebida pelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccedilo MAC da interface do roteador
o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiro roteador podendo agora enviar o quadro contendo a consulta DNS
ARP query
EthPhy
ARP
ARP
ARP reply
antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
5 Camada de Enlace 5-84
roteador(roda DHCP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
datagrama IP conteacutem consulta DNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador
datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelos protocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS
demultiplexado pelo servidor DNS
servidor DNS responde ao cliente com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
rede da Comcast68800013
servidor DNSDNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
Um dia na vidahellip usando DNS
5 Camada de Enlace 5-85
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
para enviar pedido HTTP cliente primeiro abre um socket TCP para o servidor web segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web
conexatildeo TCP estabelecida64233169105servidor web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCPIPEthPhy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)
5 Camada de Enlace 5-86
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
solicitaccedilatildeo HTTP enviada para o socket TCP datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhado para wwwgooglecom
datagrama IP com a resposta HTTP eacute encaminhado de volta para o cliente
64233169105servidor web
HTTPTCPIPEthPhy
servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTPHTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
paacutegina web finalmente() apresentada
5 Camada de Enlace 5-87
Capiacutetulo 5 Resumo
princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dados detecccedilatildeo correccedilatildeo de erros compartilhamento de canal de difusatildeo acesso
muacuteltiplo endereccedilamento da camada de enlace
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlace Ethernet LANs comutadas VLANs redes virtualizadas como camada de enlace MPLS
siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web
5 Camada de Enlace 5-51
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
R repassa o datagrama com origem IP A destino B R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC
de B como destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9B MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
IPEthPhy
5 Camada de Enlace 5-52
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
R repassa o datagrama com origem IP A destino B R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC
de B como destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9B MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
5 Camada de Enlace 5-53
Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e
serviccedilos52 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais
Endereccedilamento ARP
EthernetSwitchesVLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-54
Ethernet Muitiacutessimo difundida porque
Muito barata R$50 para placas 101001000Mbps A mais antiga das tecnologias de rede local (meados da
deacutecada de 70) Mais simples e menos cara que redes usando ficha ou
ATM Acompanhou o aumento de velocidade 10 Mbps ndash 10
Gbps
Rascunho de Metcalfe sobre o Ethernet
5 Camada de Enlace 5-55
Ethernet topologia fiacutesica barramento popular ateacute meados dos anos 90
Todos os noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo (podem colidir um com o outro)
estrela prevalecircncia hoje Comutador (switch) ativo no centro Cada porta roda o protocolo Ethernet separadamente (os
noacutes natildeo colidem uns com os outros)
barramento cabo coaxial
switch
estrela
5 Camada de Enlace 5-56
Estrutura do Quadro EthernetAdaptador remetente encapsula datagrama IP (ou pacote
de outro protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
preacircmbulo 7 bytes com o padratildeo 10101010 seguidos por um byte
com o padratildeo 10101011 usado para sincronizar receptor ao reloacutegio do
remetente (reloacutegios nunca satildeo exatos eacute muito provaacutevel que exista algum desvio entre eles)
5 Camada de Enlace 5-57
Estrutura de Quadro Ethernet (cont)
Endereccedilos 6 bytes para cada endereccedilo MAC se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo destino igual
ao seu ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede
caso contraacuterio o adaptador descarta o quadro Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior
usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)
CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado
5 Camada de Enlace 5-58
Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo sem conexatildeo natildeo haacute estabelecimento de
conexatildeo (saudaccedilatildeo) entre os adaptadores transmissor e receptor
Natildeo confiaacutevel o adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador transmissordados em quadros descartados satildeo
recuperados apenas se o transmissor usar transferecircncia confiaacutevel em camadas mais altas (ex TCP) caso contraacuterio os dados estaratildeo perdidos
Protocolo MAC do Ethernet CSMACD com retirada binaacuteria
5 Camada de Enlace 5-59
Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
diversos padrotildees Ethernet diferentes tecircm em comum o protocolo MAC e o formato do
quadro diferentes velocidades 2Mbps 10Mbps 100Mbps
1Gbps 10Gbps diferentes meios da camada fiacutesica fibra cabo
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
protocolo MACe formato do quadro
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)
5 Camada de Enlace 5-60
10Base5
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-61
10Base2
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-62
10BaseT
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-63
Conector RJ 45
5 Camada de Enlace 5-64
100Base-TX
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-65 10
Wireless Backhaul
Carrier Ethernet Access Expansion
Voice gateway
VoiceVideoTelephony
HD TVTVoD VoD
Video Source
Gaming BusinessBackup ERP
Internet Video Source
BusinessBroadband
E-Line andE-LAN service
GlobalNationalCarrierEthernet
GlobalNationalCarrierEthernet
SmallMedium Business
Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet
AccessCarrierEthernet
AccessCarrierEthernet
ResidentialTriple-Play
FTTx DSLAM Cable Modem
Broadbandmobile datavideo
Bringing vastly extended scalability for business and residential users
ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing
5 Camada de Enlace 5-66
Carrier Ethernet Defined
bull Carrier Ethernet is a ubiquitous standardized carrier-class SERVICE defined by five attributes that distinguish Carrier Ethernet from familiar LAN based Ethernet
bull It brings the compelling business benefit of the Ethernet cost model to achieve significant savings
Carrier Ethernet
bull Scalability
bull Standardized Services
bull Service Management
bull Quality of Service
bull Reliability
Carrier Ethernet Attributes
httpwwwmetroethernetforumorg
5 Camada de Enlace 5-67
Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e
serviccedilos52 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais
Endereccedilamento ARP
EthernetSwitchesVLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-68
Comutador (switch) Ethernet Dispositivo da camada de enlace tecircm papel
ativo armazena e retransmite quadros Ethernetexamina o cabeccedilalho do quadro e
seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento
transparentehospedeiros ignoram a presenccedila dos
switches plug-and-play self-learning (autodidatas)
os comutadores natildeo necessitam ser configurados
5 Camada de Enlace 5-69
Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas hospedeiros tecircm conexatildeo
direta e dedicada para o switch
os switches armazenam quadros
o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplex cada link eacute o seu proacuteprio
domiacutenio de colisatildeo comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-
para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch com seis interfaces(123456)
1 2 345
6
5 Camada de Enlace 5-70
Tabela de repasse do switch P como eacute que o switch sabe que
Arsquo eacute alcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel a partir da interface 5
R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutem (endereccedilo MAC do hospedeiro
interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)
parece uma tabela de repasse P como satildeo criadas e mantidas as
entradas na tabela de comutaccedilatildeo haacute algo como um protocolo de
roteamento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch with six interfaces(123456)
1 2 345
6
5 Camada de Enlace 5-71
switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfaces quando um quadro eacute
recebido o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada
registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo
Switch autoaprendizagemA
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
5 Camada de Enlace 5-725 Camada de Enlace
Switch filtragemrepasse de quadrosQuando o quadro eacute recebido em um comutador
registra o link de entrada endereccedilo MAC do hospedeiro transmissor
indexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo MAC do destino
if entrada encontrada para o destinothen
if dest estiver no segmento de onde veio o quadro then descarta o quadro
else repassa o quadro na interface indicada else usa inundaccedilatildeo
Repassa o quadro para todas as demais interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido
5 Camada de Enlace 5-73
Exemplo de auto aprendizagem e repasse
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo destino do quadro Arsquo
com localizaccedilatildeo desconhecida inundaccedilatildeo
Arsquo A
local do destino A conhecido
Arsquo 4 60
transmissatildeo seletiva
5 Camada de Enlace 5-74
Interligaccedilatildeo de comutadores
Podemos interligar comutadores (switches)
AB
P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe que deve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3
R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenico comutador)
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
5 Camada de Enlace 5-75
Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde
para C
P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4
AB
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
12
5 Camada de Enlace 5-76
Rede institucional
Para redeexterna
roteador
Subrede IP
Servidor de mensagens
Servidor web
5 Camada de Enlace 5-77
Comutadores x Roteadores
ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa roteadores dispositivos da
camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)
comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace
ambos possuem tabelas de repasse roteadores obteacutem
tabelas usando alg de roteamento endereccedilos IP
comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
redeenlacefiacutesica
enlacefiacutesica
switch
datagrama
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
quadro
quadro
quadrodatagrama
5 Camada de Enlace 5-78
Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e
serviccedilos52 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais
Endereccedilamento ARP
EthernetSwitchesVLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-79
Siacutentese um dia na vida de um pedido web jornada completa atravessando toda a pilha de
protocolos aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
colocando tudo junto siacutentese objetivo identificar revisar entender os
protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web
cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom
5 Camada de Enlace 5-80
Um dia na vida cenaacuterio
rede da Comcast68800013
rede do Google64233160019 64233169105
servidor web
Servidor DNS
rede da escola68802024
paacutegina web
navegador
5 Camada de Enlace 5-81
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPDHCP
quadro Ethernet difundido (dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador que executa o servidor DHCP Ethernet demultiplexado para IP demultiplexado para UDP e demultiplexado paraDHCP
o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilo do primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP Solicitaccedilatildeo DHCP encapsulada em UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023 Ethernet
5 Camada de Enlace 5-82
roteador(roda DHCP)
servidor DHCP prepara ACK DHCP contendo endereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiro roteador nome e endereccedilo IP do servidor DNS
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
encapsulamento no servidor DHCP quadro repassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente
Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador
cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
5 Camada de Enlace 5-83
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
consulta DNS criada encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviar quadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP
consulta ARP difundida recebida pelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccedilo MAC da interface do roteador
o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiro roteador podendo agora enviar o quadro contendo a consulta DNS
ARP query
EthPhy
ARP
ARP
ARP reply
antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
5 Camada de Enlace 5-84
roteador(roda DHCP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
datagrama IP conteacutem consulta DNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador
datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelos protocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS
demultiplexado pelo servidor DNS
servidor DNS responde ao cliente com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
rede da Comcast68800013
servidor DNSDNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
Um dia na vidahellip usando DNS
5 Camada de Enlace 5-85
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
para enviar pedido HTTP cliente primeiro abre um socket TCP para o servidor web segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web
conexatildeo TCP estabelecida64233169105servidor web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCPIPEthPhy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)
5 Camada de Enlace 5-86
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
solicitaccedilatildeo HTTP enviada para o socket TCP datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhado para wwwgooglecom
datagrama IP com a resposta HTTP eacute encaminhado de volta para o cliente
64233169105servidor web
HTTPTCPIPEthPhy
servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTPHTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
paacutegina web finalmente() apresentada
5 Camada de Enlace 5-87
Capiacutetulo 5 Resumo
princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dados detecccedilatildeo correccedilatildeo de erros compartilhamento de canal de difusatildeo acesso
muacuteltiplo endereccedilamento da camada de enlace
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlace Ethernet LANs comutadas VLANs redes virtualizadas como camada de enlace MPLS
siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web
5 Camada de Enlace 5-52
Endereccedilamento repassando para outra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
R repassa o datagrama com origem IP A destino B R cria quadro da camada de enlace com endereccedilo MAC
de B como destino quadro conteacutem o datagrama IP de A para B
IP src 111111111111 IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9B MAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
5 Camada de Enlace 5-53
Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e
serviccedilos52 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais
Endereccedilamento ARP
EthernetSwitchesVLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-54
Ethernet Muitiacutessimo difundida porque
Muito barata R$50 para placas 101001000Mbps A mais antiga das tecnologias de rede local (meados da
deacutecada de 70) Mais simples e menos cara que redes usando ficha ou
ATM Acompanhou o aumento de velocidade 10 Mbps ndash 10
Gbps
Rascunho de Metcalfe sobre o Ethernet
5 Camada de Enlace 5-55
Ethernet topologia fiacutesica barramento popular ateacute meados dos anos 90
Todos os noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo (podem colidir um com o outro)
estrela prevalecircncia hoje Comutador (switch) ativo no centro Cada porta roda o protocolo Ethernet separadamente (os
noacutes natildeo colidem uns com os outros)
barramento cabo coaxial
switch
estrela
5 Camada de Enlace 5-56
Estrutura do Quadro EthernetAdaptador remetente encapsula datagrama IP (ou pacote
de outro protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
preacircmbulo 7 bytes com o padratildeo 10101010 seguidos por um byte
com o padratildeo 10101011 usado para sincronizar receptor ao reloacutegio do
remetente (reloacutegios nunca satildeo exatos eacute muito provaacutevel que exista algum desvio entre eles)
5 Camada de Enlace 5-57
Estrutura de Quadro Ethernet (cont)
Endereccedilos 6 bytes para cada endereccedilo MAC se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo destino igual
ao seu ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede
caso contraacuterio o adaptador descarta o quadro Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior
usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)
CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado
5 Camada de Enlace 5-58
Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo sem conexatildeo natildeo haacute estabelecimento de
conexatildeo (saudaccedilatildeo) entre os adaptadores transmissor e receptor
Natildeo confiaacutevel o adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador transmissordados em quadros descartados satildeo
recuperados apenas se o transmissor usar transferecircncia confiaacutevel em camadas mais altas (ex TCP) caso contraacuterio os dados estaratildeo perdidos
Protocolo MAC do Ethernet CSMACD com retirada binaacuteria
5 Camada de Enlace 5-59
Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
diversos padrotildees Ethernet diferentes tecircm em comum o protocolo MAC e o formato do
quadro diferentes velocidades 2Mbps 10Mbps 100Mbps
1Gbps 10Gbps diferentes meios da camada fiacutesica fibra cabo
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
protocolo MACe formato do quadro
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)
5 Camada de Enlace 5-60
10Base5
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-61
10Base2
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-62
10BaseT
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-63
Conector RJ 45
5 Camada de Enlace 5-64
100Base-TX
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-65 10
Wireless Backhaul
Carrier Ethernet Access Expansion
Voice gateway
VoiceVideoTelephony
HD TVTVoD VoD
Video Source
Gaming BusinessBackup ERP
Internet Video Source
BusinessBroadband
E-Line andE-LAN service
GlobalNationalCarrierEthernet
GlobalNationalCarrierEthernet
SmallMedium Business
Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet
AccessCarrierEthernet
AccessCarrierEthernet
ResidentialTriple-Play
FTTx DSLAM Cable Modem
Broadbandmobile datavideo
Bringing vastly extended scalability for business and residential users
ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing
5 Camada de Enlace 5-66
Carrier Ethernet Defined
bull Carrier Ethernet is a ubiquitous standardized carrier-class SERVICE defined by five attributes that distinguish Carrier Ethernet from familiar LAN based Ethernet
bull It brings the compelling business benefit of the Ethernet cost model to achieve significant savings
Carrier Ethernet
bull Scalability
bull Standardized Services
bull Service Management
bull Quality of Service
bull Reliability
Carrier Ethernet Attributes
httpwwwmetroethernetforumorg
5 Camada de Enlace 5-67
Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e
serviccedilos52 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais
Endereccedilamento ARP
EthernetSwitchesVLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-68
Comutador (switch) Ethernet Dispositivo da camada de enlace tecircm papel
ativo armazena e retransmite quadros Ethernetexamina o cabeccedilalho do quadro e
seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento
transparentehospedeiros ignoram a presenccedila dos
switches plug-and-play self-learning (autodidatas)
os comutadores natildeo necessitam ser configurados
5 Camada de Enlace 5-69
Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas hospedeiros tecircm conexatildeo
direta e dedicada para o switch
os switches armazenam quadros
o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplex cada link eacute o seu proacuteprio
domiacutenio de colisatildeo comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-
para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch com seis interfaces(123456)
1 2 345
6
5 Camada de Enlace 5-70
Tabela de repasse do switch P como eacute que o switch sabe que
Arsquo eacute alcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel a partir da interface 5
R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutem (endereccedilo MAC do hospedeiro
interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)
parece uma tabela de repasse P como satildeo criadas e mantidas as
entradas na tabela de comutaccedilatildeo haacute algo como um protocolo de
roteamento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch with six interfaces(123456)
1 2 345
6
5 Camada de Enlace 5-71
switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfaces quando um quadro eacute
recebido o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada
registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo
Switch autoaprendizagemA
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
5 Camada de Enlace 5-725 Camada de Enlace
Switch filtragemrepasse de quadrosQuando o quadro eacute recebido em um comutador
registra o link de entrada endereccedilo MAC do hospedeiro transmissor
indexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo MAC do destino
if entrada encontrada para o destinothen
if dest estiver no segmento de onde veio o quadro then descarta o quadro
else repassa o quadro na interface indicada else usa inundaccedilatildeo
Repassa o quadro para todas as demais interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido
5 Camada de Enlace 5-73
Exemplo de auto aprendizagem e repasse
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo destino do quadro Arsquo
com localizaccedilatildeo desconhecida inundaccedilatildeo
Arsquo A
local do destino A conhecido
Arsquo 4 60
transmissatildeo seletiva
5 Camada de Enlace 5-74
Interligaccedilatildeo de comutadores
Podemos interligar comutadores (switches)
AB
P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe que deve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3
R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenico comutador)
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
5 Camada de Enlace 5-75
Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde
para C
P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4
AB
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
12
5 Camada de Enlace 5-76
Rede institucional
Para redeexterna
roteador
Subrede IP
Servidor de mensagens
Servidor web
5 Camada de Enlace 5-77
Comutadores x Roteadores
ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa roteadores dispositivos da
camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)
comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace
ambos possuem tabelas de repasse roteadores obteacutem
tabelas usando alg de roteamento endereccedilos IP
comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
redeenlacefiacutesica
enlacefiacutesica
switch
datagrama
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
quadro
quadro
quadrodatagrama
5 Camada de Enlace 5-78
Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e
serviccedilos52 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais
Endereccedilamento ARP
EthernetSwitchesVLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-79
Siacutentese um dia na vida de um pedido web jornada completa atravessando toda a pilha de
protocolos aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
colocando tudo junto siacutentese objetivo identificar revisar entender os
protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web
cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom
5 Camada de Enlace 5-80
Um dia na vida cenaacuterio
rede da Comcast68800013
rede do Google64233160019 64233169105
servidor web
Servidor DNS
rede da escola68802024
paacutegina web
navegador
5 Camada de Enlace 5-81
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPDHCP
quadro Ethernet difundido (dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador que executa o servidor DHCP Ethernet demultiplexado para IP demultiplexado para UDP e demultiplexado paraDHCP
o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilo do primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP Solicitaccedilatildeo DHCP encapsulada em UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023 Ethernet
5 Camada de Enlace 5-82
roteador(roda DHCP)
servidor DHCP prepara ACK DHCP contendo endereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiro roteador nome e endereccedilo IP do servidor DNS
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
encapsulamento no servidor DHCP quadro repassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente
Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador
cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
5 Camada de Enlace 5-83
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
consulta DNS criada encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviar quadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP
consulta ARP difundida recebida pelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccedilo MAC da interface do roteador
o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiro roteador podendo agora enviar o quadro contendo a consulta DNS
ARP query
EthPhy
ARP
ARP
ARP reply
antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
5 Camada de Enlace 5-84
roteador(roda DHCP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
datagrama IP conteacutem consulta DNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador
datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelos protocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS
demultiplexado pelo servidor DNS
servidor DNS responde ao cliente com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
rede da Comcast68800013
servidor DNSDNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
Um dia na vidahellip usando DNS
5 Camada de Enlace 5-85
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
para enviar pedido HTTP cliente primeiro abre um socket TCP para o servidor web segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web
conexatildeo TCP estabelecida64233169105servidor web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCPIPEthPhy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)
5 Camada de Enlace 5-86
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
solicitaccedilatildeo HTTP enviada para o socket TCP datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhado para wwwgooglecom
datagrama IP com a resposta HTTP eacute encaminhado de volta para o cliente
64233169105servidor web
HTTPTCPIPEthPhy
servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTPHTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
paacutegina web finalmente() apresentada
5 Camada de Enlace 5-87
Capiacutetulo 5 Resumo
princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dados detecccedilatildeo correccedilatildeo de erros compartilhamento de canal de difusatildeo acesso
muacuteltiplo endereccedilamento da camada de enlace
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlace Ethernet LANs comutadas VLANs redes virtualizadas como camada de enlace MPLS
siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web
5 Camada de Enlace 5-53
Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e
serviccedilos52 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais
Endereccedilamento ARP
EthernetSwitchesVLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-54
Ethernet Muitiacutessimo difundida porque
Muito barata R$50 para placas 101001000Mbps A mais antiga das tecnologias de rede local (meados da
deacutecada de 70) Mais simples e menos cara que redes usando ficha ou
ATM Acompanhou o aumento de velocidade 10 Mbps ndash 10
Gbps
Rascunho de Metcalfe sobre o Ethernet
5 Camada de Enlace 5-55
Ethernet topologia fiacutesica barramento popular ateacute meados dos anos 90
Todos os noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo (podem colidir um com o outro)
estrela prevalecircncia hoje Comutador (switch) ativo no centro Cada porta roda o protocolo Ethernet separadamente (os
noacutes natildeo colidem uns com os outros)
barramento cabo coaxial
switch
estrela
5 Camada de Enlace 5-56
Estrutura do Quadro EthernetAdaptador remetente encapsula datagrama IP (ou pacote
de outro protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
preacircmbulo 7 bytes com o padratildeo 10101010 seguidos por um byte
com o padratildeo 10101011 usado para sincronizar receptor ao reloacutegio do
remetente (reloacutegios nunca satildeo exatos eacute muito provaacutevel que exista algum desvio entre eles)
5 Camada de Enlace 5-57
Estrutura de Quadro Ethernet (cont)
Endereccedilos 6 bytes para cada endereccedilo MAC se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo destino igual
ao seu ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede
caso contraacuterio o adaptador descarta o quadro Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior
usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)
CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado
5 Camada de Enlace 5-58
Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo sem conexatildeo natildeo haacute estabelecimento de
conexatildeo (saudaccedilatildeo) entre os adaptadores transmissor e receptor
Natildeo confiaacutevel o adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador transmissordados em quadros descartados satildeo
recuperados apenas se o transmissor usar transferecircncia confiaacutevel em camadas mais altas (ex TCP) caso contraacuterio os dados estaratildeo perdidos
Protocolo MAC do Ethernet CSMACD com retirada binaacuteria
5 Camada de Enlace 5-59
Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
diversos padrotildees Ethernet diferentes tecircm em comum o protocolo MAC e o formato do
quadro diferentes velocidades 2Mbps 10Mbps 100Mbps
1Gbps 10Gbps diferentes meios da camada fiacutesica fibra cabo
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
protocolo MACe formato do quadro
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)
5 Camada de Enlace 5-60
10Base5
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-61
10Base2
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-62
10BaseT
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-63
Conector RJ 45
5 Camada de Enlace 5-64
100Base-TX
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-65 10
Wireless Backhaul
Carrier Ethernet Access Expansion
Voice gateway
VoiceVideoTelephony
HD TVTVoD VoD
Video Source
Gaming BusinessBackup ERP
Internet Video Source
BusinessBroadband
E-Line andE-LAN service
GlobalNationalCarrierEthernet
GlobalNationalCarrierEthernet
SmallMedium Business
Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet
AccessCarrierEthernet
AccessCarrierEthernet
ResidentialTriple-Play
FTTx DSLAM Cable Modem
Broadbandmobile datavideo
Bringing vastly extended scalability for business and residential users
ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing
5 Camada de Enlace 5-66
Carrier Ethernet Defined
bull Carrier Ethernet is a ubiquitous standardized carrier-class SERVICE defined by five attributes that distinguish Carrier Ethernet from familiar LAN based Ethernet
bull It brings the compelling business benefit of the Ethernet cost model to achieve significant savings
Carrier Ethernet
bull Scalability
bull Standardized Services
bull Service Management
bull Quality of Service
bull Reliability
Carrier Ethernet Attributes
httpwwwmetroethernetforumorg
5 Camada de Enlace 5-67
Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e
serviccedilos52 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais
Endereccedilamento ARP
EthernetSwitchesVLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-68
Comutador (switch) Ethernet Dispositivo da camada de enlace tecircm papel
ativo armazena e retransmite quadros Ethernetexamina o cabeccedilalho do quadro e
seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento
transparentehospedeiros ignoram a presenccedila dos
switches plug-and-play self-learning (autodidatas)
os comutadores natildeo necessitam ser configurados
5 Camada de Enlace 5-69
Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas hospedeiros tecircm conexatildeo
direta e dedicada para o switch
os switches armazenam quadros
o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplex cada link eacute o seu proacuteprio
domiacutenio de colisatildeo comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-
para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch com seis interfaces(123456)
1 2 345
6
5 Camada de Enlace 5-70
Tabela de repasse do switch P como eacute que o switch sabe que
Arsquo eacute alcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel a partir da interface 5
R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutem (endereccedilo MAC do hospedeiro
interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)
parece uma tabela de repasse P como satildeo criadas e mantidas as
entradas na tabela de comutaccedilatildeo haacute algo como um protocolo de
roteamento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch with six interfaces(123456)
1 2 345
6
5 Camada de Enlace 5-71
switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfaces quando um quadro eacute
recebido o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada
registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo
Switch autoaprendizagemA
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
5 Camada de Enlace 5-725 Camada de Enlace
Switch filtragemrepasse de quadrosQuando o quadro eacute recebido em um comutador
registra o link de entrada endereccedilo MAC do hospedeiro transmissor
indexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo MAC do destino
if entrada encontrada para o destinothen
if dest estiver no segmento de onde veio o quadro then descarta o quadro
else repassa o quadro na interface indicada else usa inundaccedilatildeo
Repassa o quadro para todas as demais interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido
5 Camada de Enlace 5-73
Exemplo de auto aprendizagem e repasse
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo destino do quadro Arsquo
com localizaccedilatildeo desconhecida inundaccedilatildeo
Arsquo A
local do destino A conhecido
Arsquo 4 60
transmissatildeo seletiva
5 Camada de Enlace 5-74
Interligaccedilatildeo de comutadores
Podemos interligar comutadores (switches)
AB
P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe que deve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3
R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenico comutador)
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
5 Camada de Enlace 5-75
Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde
para C
P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4
AB
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
12
5 Camada de Enlace 5-76
Rede institucional
Para redeexterna
roteador
Subrede IP
Servidor de mensagens
Servidor web
5 Camada de Enlace 5-77
Comutadores x Roteadores
ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa roteadores dispositivos da
camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)
comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace
ambos possuem tabelas de repasse roteadores obteacutem
tabelas usando alg de roteamento endereccedilos IP
comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
redeenlacefiacutesica
enlacefiacutesica
switch
datagrama
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
quadro
quadro
quadrodatagrama
5 Camada de Enlace 5-78
Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e
serviccedilos52 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais
Endereccedilamento ARP
EthernetSwitchesVLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-79
Siacutentese um dia na vida de um pedido web jornada completa atravessando toda a pilha de
protocolos aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
colocando tudo junto siacutentese objetivo identificar revisar entender os
protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web
cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom
5 Camada de Enlace 5-80
Um dia na vida cenaacuterio
rede da Comcast68800013
rede do Google64233160019 64233169105
servidor web
Servidor DNS
rede da escola68802024
paacutegina web
navegador
5 Camada de Enlace 5-81
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPDHCP
quadro Ethernet difundido (dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador que executa o servidor DHCP Ethernet demultiplexado para IP demultiplexado para UDP e demultiplexado paraDHCP
o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilo do primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP Solicitaccedilatildeo DHCP encapsulada em UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023 Ethernet
5 Camada de Enlace 5-82
roteador(roda DHCP)
servidor DHCP prepara ACK DHCP contendo endereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiro roteador nome e endereccedilo IP do servidor DNS
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
encapsulamento no servidor DHCP quadro repassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente
Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador
cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
5 Camada de Enlace 5-83
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
consulta DNS criada encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviar quadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP
consulta ARP difundida recebida pelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccedilo MAC da interface do roteador
o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiro roteador podendo agora enviar o quadro contendo a consulta DNS
ARP query
EthPhy
ARP
ARP
ARP reply
antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
5 Camada de Enlace 5-84
roteador(roda DHCP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
datagrama IP conteacutem consulta DNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador
datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelos protocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS
demultiplexado pelo servidor DNS
servidor DNS responde ao cliente com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
rede da Comcast68800013
servidor DNSDNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
Um dia na vidahellip usando DNS
5 Camada de Enlace 5-85
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
para enviar pedido HTTP cliente primeiro abre um socket TCP para o servidor web segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web
conexatildeo TCP estabelecida64233169105servidor web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCPIPEthPhy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)
5 Camada de Enlace 5-86
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
solicitaccedilatildeo HTTP enviada para o socket TCP datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhado para wwwgooglecom
datagrama IP com a resposta HTTP eacute encaminhado de volta para o cliente
64233169105servidor web
HTTPTCPIPEthPhy
servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTPHTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
paacutegina web finalmente() apresentada
5 Camada de Enlace 5-87
Capiacutetulo 5 Resumo
princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dados detecccedilatildeo correccedilatildeo de erros compartilhamento de canal de difusatildeo acesso
muacuteltiplo endereccedilamento da camada de enlace
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlace Ethernet LANs comutadas VLANs redes virtualizadas como camada de enlace MPLS
siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web
5 Camada de Enlace 5-54
Ethernet Muitiacutessimo difundida porque
Muito barata R$50 para placas 101001000Mbps A mais antiga das tecnologias de rede local (meados da
deacutecada de 70) Mais simples e menos cara que redes usando ficha ou
ATM Acompanhou o aumento de velocidade 10 Mbps ndash 10
Gbps
Rascunho de Metcalfe sobre o Ethernet
5 Camada de Enlace 5-55
Ethernet topologia fiacutesica barramento popular ateacute meados dos anos 90
Todos os noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo (podem colidir um com o outro)
estrela prevalecircncia hoje Comutador (switch) ativo no centro Cada porta roda o protocolo Ethernet separadamente (os
noacutes natildeo colidem uns com os outros)
barramento cabo coaxial
switch
estrela
5 Camada de Enlace 5-56
Estrutura do Quadro EthernetAdaptador remetente encapsula datagrama IP (ou pacote
de outro protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
preacircmbulo 7 bytes com o padratildeo 10101010 seguidos por um byte
com o padratildeo 10101011 usado para sincronizar receptor ao reloacutegio do
remetente (reloacutegios nunca satildeo exatos eacute muito provaacutevel que exista algum desvio entre eles)
5 Camada de Enlace 5-57
Estrutura de Quadro Ethernet (cont)
Endereccedilos 6 bytes para cada endereccedilo MAC se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo destino igual
ao seu ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede
caso contraacuterio o adaptador descarta o quadro Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior
usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)
CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado
5 Camada de Enlace 5-58
Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo sem conexatildeo natildeo haacute estabelecimento de
conexatildeo (saudaccedilatildeo) entre os adaptadores transmissor e receptor
Natildeo confiaacutevel o adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador transmissordados em quadros descartados satildeo
recuperados apenas se o transmissor usar transferecircncia confiaacutevel em camadas mais altas (ex TCP) caso contraacuterio os dados estaratildeo perdidos
Protocolo MAC do Ethernet CSMACD com retirada binaacuteria
5 Camada de Enlace 5-59
Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
diversos padrotildees Ethernet diferentes tecircm em comum o protocolo MAC e o formato do
quadro diferentes velocidades 2Mbps 10Mbps 100Mbps
1Gbps 10Gbps diferentes meios da camada fiacutesica fibra cabo
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
protocolo MACe formato do quadro
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)
5 Camada de Enlace 5-60
10Base5
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-61
10Base2
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-62
10BaseT
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-63
Conector RJ 45
5 Camada de Enlace 5-64
100Base-TX
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-65 10
Wireless Backhaul
Carrier Ethernet Access Expansion
Voice gateway
VoiceVideoTelephony
HD TVTVoD VoD
Video Source
Gaming BusinessBackup ERP
Internet Video Source
BusinessBroadband
E-Line andE-LAN service
GlobalNationalCarrierEthernet
GlobalNationalCarrierEthernet
SmallMedium Business
Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet
AccessCarrierEthernet
AccessCarrierEthernet
ResidentialTriple-Play
FTTx DSLAM Cable Modem
Broadbandmobile datavideo
Bringing vastly extended scalability for business and residential users
ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing
5 Camada de Enlace 5-66
Carrier Ethernet Defined
bull Carrier Ethernet is a ubiquitous standardized carrier-class SERVICE defined by five attributes that distinguish Carrier Ethernet from familiar LAN based Ethernet
bull It brings the compelling business benefit of the Ethernet cost model to achieve significant savings
Carrier Ethernet
bull Scalability
bull Standardized Services
bull Service Management
bull Quality of Service
bull Reliability
Carrier Ethernet Attributes
httpwwwmetroethernetforumorg
5 Camada de Enlace 5-67
Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e
serviccedilos52 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais
Endereccedilamento ARP
EthernetSwitchesVLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-68
Comutador (switch) Ethernet Dispositivo da camada de enlace tecircm papel
ativo armazena e retransmite quadros Ethernetexamina o cabeccedilalho do quadro e
seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento
transparentehospedeiros ignoram a presenccedila dos
switches plug-and-play self-learning (autodidatas)
os comutadores natildeo necessitam ser configurados
5 Camada de Enlace 5-69
Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas hospedeiros tecircm conexatildeo
direta e dedicada para o switch
os switches armazenam quadros
o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplex cada link eacute o seu proacuteprio
domiacutenio de colisatildeo comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-
para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch com seis interfaces(123456)
1 2 345
6
5 Camada de Enlace 5-70
Tabela de repasse do switch P como eacute que o switch sabe que
Arsquo eacute alcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel a partir da interface 5
R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutem (endereccedilo MAC do hospedeiro
interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)
parece uma tabela de repasse P como satildeo criadas e mantidas as
entradas na tabela de comutaccedilatildeo haacute algo como um protocolo de
roteamento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch with six interfaces(123456)
1 2 345
6
5 Camada de Enlace 5-71
switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfaces quando um quadro eacute
recebido o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada
registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo
Switch autoaprendizagemA
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
5 Camada de Enlace 5-725 Camada de Enlace
Switch filtragemrepasse de quadrosQuando o quadro eacute recebido em um comutador
registra o link de entrada endereccedilo MAC do hospedeiro transmissor
indexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo MAC do destino
if entrada encontrada para o destinothen
if dest estiver no segmento de onde veio o quadro then descarta o quadro
else repassa o quadro na interface indicada else usa inundaccedilatildeo
Repassa o quadro para todas as demais interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido
5 Camada de Enlace 5-73
Exemplo de auto aprendizagem e repasse
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo destino do quadro Arsquo
com localizaccedilatildeo desconhecida inundaccedilatildeo
Arsquo A
local do destino A conhecido
Arsquo 4 60
transmissatildeo seletiva
5 Camada de Enlace 5-74
Interligaccedilatildeo de comutadores
Podemos interligar comutadores (switches)
AB
P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe que deve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3
R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenico comutador)
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
5 Camada de Enlace 5-75
Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde
para C
P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4
AB
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
12
5 Camada de Enlace 5-76
Rede institucional
Para redeexterna
roteador
Subrede IP
Servidor de mensagens
Servidor web
5 Camada de Enlace 5-77
Comutadores x Roteadores
ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa roteadores dispositivos da
camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)
comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace
ambos possuem tabelas de repasse roteadores obteacutem
tabelas usando alg de roteamento endereccedilos IP
comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
redeenlacefiacutesica
enlacefiacutesica
switch
datagrama
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
quadro
quadro
quadrodatagrama
5 Camada de Enlace 5-78
Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e
serviccedilos52 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais
Endereccedilamento ARP
EthernetSwitchesVLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-79
Siacutentese um dia na vida de um pedido web jornada completa atravessando toda a pilha de
protocolos aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
colocando tudo junto siacutentese objetivo identificar revisar entender os
protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web
cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom
5 Camada de Enlace 5-80
Um dia na vida cenaacuterio
rede da Comcast68800013
rede do Google64233160019 64233169105
servidor web
Servidor DNS
rede da escola68802024
paacutegina web
navegador
5 Camada de Enlace 5-81
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPDHCP
quadro Ethernet difundido (dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador que executa o servidor DHCP Ethernet demultiplexado para IP demultiplexado para UDP e demultiplexado paraDHCP
o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilo do primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP Solicitaccedilatildeo DHCP encapsulada em UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023 Ethernet
5 Camada de Enlace 5-82
roteador(roda DHCP)
servidor DHCP prepara ACK DHCP contendo endereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiro roteador nome e endereccedilo IP do servidor DNS
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
encapsulamento no servidor DHCP quadro repassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente
Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador
cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
5 Camada de Enlace 5-83
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
consulta DNS criada encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviar quadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP
consulta ARP difundida recebida pelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccedilo MAC da interface do roteador
o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiro roteador podendo agora enviar o quadro contendo a consulta DNS
ARP query
EthPhy
ARP
ARP
ARP reply
antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
5 Camada de Enlace 5-84
roteador(roda DHCP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
datagrama IP conteacutem consulta DNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador
datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelos protocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS
demultiplexado pelo servidor DNS
servidor DNS responde ao cliente com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
rede da Comcast68800013
servidor DNSDNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
Um dia na vidahellip usando DNS
5 Camada de Enlace 5-85
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
para enviar pedido HTTP cliente primeiro abre um socket TCP para o servidor web segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web
conexatildeo TCP estabelecida64233169105servidor web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCPIPEthPhy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)
5 Camada de Enlace 5-86
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
solicitaccedilatildeo HTTP enviada para o socket TCP datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhado para wwwgooglecom
datagrama IP com a resposta HTTP eacute encaminhado de volta para o cliente
64233169105servidor web
HTTPTCPIPEthPhy
servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTPHTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
paacutegina web finalmente() apresentada
5 Camada de Enlace 5-87
Capiacutetulo 5 Resumo
princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dados detecccedilatildeo correccedilatildeo de erros compartilhamento de canal de difusatildeo acesso
muacuteltiplo endereccedilamento da camada de enlace
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlace Ethernet LANs comutadas VLANs redes virtualizadas como camada de enlace MPLS
siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web
5 Camada de Enlace 5-55
Ethernet topologia fiacutesica barramento popular ateacute meados dos anos 90
Todos os noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo (podem colidir um com o outro)
estrela prevalecircncia hoje Comutador (switch) ativo no centro Cada porta roda o protocolo Ethernet separadamente (os
noacutes natildeo colidem uns com os outros)
barramento cabo coaxial
switch
estrela
5 Camada de Enlace 5-56
Estrutura do Quadro EthernetAdaptador remetente encapsula datagrama IP (ou pacote
de outro protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
preacircmbulo 7 bytes com o padratildeo 10101010 seguidos por um byte
com o padratildeo 10101011 usado para sincronizar receptor ao reloacutegio do
remetente (reloacutegios nunca satildeo exatos eacute muito provaacutevel que exista algum desvio entre eles)
5 Camada de Enlace 5-57
Estrutura de Quadro Ethernet (cont)
Endereccedilos 6 bytes para cada endereccedilo MAC se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo destino igual
ao seu ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede
caso contraacuterio o adaptador descarta o quadro Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior
usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)
CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado
5 Camada de Enlace 5-58
Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo sem conexatildeo natildeo haacute estabelecimento de
conexatildeo (saudaccedilatildeo) entre os adaptadores transmissor e receptor
Natildeo confiaacutevel o adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador transmissordados em quadros descartados satildeo
recuperados apenas se o transmissor usar transferecircncia confiaacutevel em camadas mais altas (ex TCP) caso contraacuterio os dados estaratildeo perdidos
Protocolo MAC do Ethernet CSMACD com retirada binaacuteria
5 Camada de Enlace 5-59
Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
diversos padrotildees Ethernet diferentes tecircm em comum o protocolo MAC e o formato do
quadro diferentes velocidades 2Mbps 10Mbps 100Mbps
1Gbps 10Gbps diferentes meios da camada fiacutesica fibra cabo
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
protocolo MACe formato do quadro
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)
5 Camada de Enlace 5-60
10Base5
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-61
10Base2
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-62
10BaseT
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-63
Conector RJ 45
5 Camada de Enlace 5-64
100Base-TX
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-65 10
Wireless Backhaul
Carrier Ethernet Access Expansion
Voice gateway
VoiceVideoTelephony
HD TVTVoD VoD
Video Source
Gaming BusinessBackup ERP
Internet Video Source
BusinessBroadband
E-Line andE-LAN service
GlobalNationalCarrierEthernet
GlobalNationalCarrierEthernet
SmallMedium Business
Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet
AccessCarrierEthernet
AccessCarrierEthernet
ResidentialTriple-Play
FTTx DSLAM Cable Modem
Broadbandmobile datavideo
Bringing vastly extended scalability for business and residential users
ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing
5 Camada de Enlace 5-66
Carrier Ethernet Defined
bull Carrier Ethernet is a ubiquitous standardized carrier-class SERVICE defined by five attributes that distinguish Carrier Ethernet from familiar LAN based Ethernet
bull It brings the compelling business benefit of the Ethernet cost model to achieve significant savings
Carrier Ethernet
bull Scalability
bull Standardized Services
bull Service Management
bull Quality of Service
bull Reliability
Carrier Ethernet Attributes
httpwwwmetroethernetforumorg
5 Camada de Enlace 5-67
Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e
serviccedilos52 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais
Endereccedilamento ARP
EthernetSwitchesVLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-68
Comutador (switch) Ethernet Dispositivo da camada de enlace tecircm papel
ativo armazena e retransmite quadros Ethernetexamina o cabeccedilalho do quadro e
seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento
transparentehospedeiros ignoram a presenccedila dos
switches plug-and-play self-learning (autodidatas)
os comutadores natildeo necessitam ser configurados
5 Camada de Enlace 5-69
Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas hospedeiros tecircm conexatildeo
direta e dedicada para o switch
os switches armazenam quadros
o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplex cada link eacute o seu proacuteprio
domiacutenio de colisatildeo comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-
para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch com seis interfaces(123456)
1 2 345
6
5 Camada de Enlace 5-70
Tabela de repasse do switch P como eacute que o switch sabe que
Arsquo eacute alcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel a partir da interface 5
R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutem (endereccedilo MAC do hospedeiro
interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)
parece uma tabela de repasse P como satildeo criadas e mantidas as
entradas na tabela de comutaccedilatildeo haacute algo como um protocolo de
roteamento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch with six interfaces(123456)
1 2 345
6
5 Camada de Enlace 5-71
switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfaces quando um quadro eacute
recebido o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada
registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo
Switch autoaprendizagemA
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
5 Camada de Enlace 5-725 Camada de Enlace
Switch filtragemrepasse de quadrosQuando o quadro eacute recebido em um comutador
registra o link de entrada endereccedilo MAC do hospedeiro transmissor
indexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo MAC do destino
if entrada encontrada para o destinothen
if dest estiver no segmento de onde veio o quadro then descarta o quadro
else repassa o quadro na interface indicada else usa inundaccedilatildeo
Repassa o quadro para todas as demais interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido
5 Camada de Enlace 5-73
Exemplo de auto aprendizagem e repasse
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo destino do quadro Arsquo
com localizaccedilatildeo desconhecida inundaccedilatildeo
Arsquo A
local do destino A conhecido
Arsquo 4 60
transmissatildeo seletiva
5 Camada de Enlace 5-74
Interligaccedilatildeo de comutadores
Podemos interligar comutadores (switches)
AB
P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe que deve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3
R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenico comutador)
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
5 Camada de Enlace 5-75
Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde
para C
P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4
AB
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
12
5 Camada de Enlace 5-76
Rede institucional
Para redeexterna
roteador
Subrede IP
Servidor de mensagens
Servidor web
5 Camada de Enlace 5-77
Comutadores x Roteadores
ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa roteadores dispositivos da
camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)
comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace
ambos possuem tabelas de repasse roteadores obteacutem
tabelas usando alg de roteamento endereccedilos IP
comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
redeenlacefiacutesica
enlacefiacutesica
switch
datagrama
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
quadro
quadro
quadrodatagrama
5 Camada de Enlace 5-78
Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e
serviccedilos52 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais
Endereccedilamento ARP
EthernetSwitchesVLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-79
Siacutentese um dia na vida de um pedido web jornada completa atravessando toda a pilha de
protocolos aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
colocando tudo junto siacutentese objetivo identificar revisar entender os
protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web
cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom
5 Camada de Enlace 5-80
Um dia na vida cenaacuterio
rede da Comcast68800013
rede do Google64233160019 64233169105
servidor web
Servidor DNS
rede da escola68802024
paacutegina web
navegador
5 Camada de Enlace 5-81
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPDHCP
quadro Ethernet difundido (dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador que executa o servidor DHCP Ethernet demultiplexado para IP demultiplexado para UDP e demultiplexado paraDHCP
o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilo do primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP Solicitaccedilatildeo DHCP encapsulada em UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023 Ethernet
5 Camada de Enlace 5-82
roteador(roda DHCP)
servidor DHCP prepara ACK DHCP contendo endereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiro roteador nome e endereccedilo IP do servidor DNS
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
encapsulamento no servidor DHCP quadro repassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente
Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador
cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
5 Camada de Enlace 5-83
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
consulta DNS criada encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviar quadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP
consulta ARP difundida recebida pelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccedilo MAC da interface do roteador
o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiro roteador podendo agora enviar o quadro contendo a consulta DNS
ARP query
EthPhy
ARP
ARP
ARP reply
antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
5 Camada de Enlace 5-84
roteador(roda DHCP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
datagrama IP conteacutem consulta DNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador
datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelos protocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS
demultiplexado pelo servidor DNS
servidor DNS responde ao cliente com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
rede da Comcast68800013
servidor DNSDNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
Um dia na vidahellip usando DNS
5 Camada de Enlace 5-85
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
para enviar pedido HTTP cliente primeiro abre um socket TCP para o servidor web segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web
conexatildeo TCP estabelecida64233169105servidor web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCPIPEthPhy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)
5 Camada de Enlace 5-86
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
solicitaccedilatildeo HTTP enviada para o socket TCP datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhado para wwwgooglecom
datagrama IP com a resposta HTTP eacute encaminhado de volta para o cliente
64233169105servidor web
HTTPTCPIPEthPhy
servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTPHTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
paacutegina web finalmente() apresentada
5 Camada de Enlace 5-87
Capiacutetulo 5 Resumo
princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dados detecccedilatildeo correccedilatildeo de erros compartilhamento de canal de difusatildeo acesso
muacuteltiplo endereccedilamento da camada de enlace
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlace Ethernet LANs comutadas VLANs redes virtualizadas como camada de enlace MPLS
siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web
5 Camada de Enlace 5-56
Estrutura do Quadro EthernetAdaptador remetente encapsula datagrama IP (ou pacote
de outro protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet
preacircmbulo 7 bytes com o padratildeo 10101010 seguidos por um byte
com o padratildeo 10101011 usado para sincronizar receptor ao reloacutegio do
remetente (reloacutegios nunca satildeo exatos eacute muito provaacutevel que exista algum desvio entre eles)
5 Camada de Enlace 5-57
Estrutura de Quadro Ethernet (cont)
Endereccedilos 6 bytes para cada endereccedilo MAC se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo destino igual
ao seu ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede
caso contraacuterio o adaptador descarta o quadro Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior
usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)
CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado
5 Camada de Enlace 5-58
Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo sem conexatildeo natildeo haacute estabelecimento de
conexatildeo (saudaccedilatildeo) entre os adaptadores transmissor e receptor
Natildeo confiaacutevel o adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador transmissordados em quadros descartados satildeo
recuperados apenas se o transmissor usar transferecircncia confiaacutevel em camadas mais altas (ex TCP) caso contraacuterio os dados estaratildeo perdidos
Protocolo MAC do Ethernet CSMACD com retirada binaacuteria
5 Camada de Enlace 5-59
Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
diversos padrotildees Ethernet diferentes tecircm em comum o protocolo MAC e o formato do
quadro diferentes velocidades 2Mbps 10Mbps 100Mbps
1Gbps 10Gbps diferentes meios da camada fiacutesica fibra cabo
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
protocolo MACe formato do quadro
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)
5 Camada de Enlace 5-60
10Base5
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-61
10Base2
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-62
10BaseT
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-63
Conector RJ 45
5 Camada de Enlace 5-64
100Base-TX
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-65 10
Wireless Backhaul
Carrier Ethernet Access Expansion
Voice gateway
VoiceVideoTelephony
HD TVTVoD VoD
Video Source
Gaming BusinessBackup ERP
Internet Video Source
BusinessBroadband
E-Line andE-LAN service
GlobalNationalCarrierEthernet
GlobalNationalCarrierEthernet
SmallMedium Business
Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet
AccessCarrierEthernet
AccessCarrierEthernet
ResidentialTriple-Play
FTTx DSLAM Cable Modem
Broadbandmobile datavideo
Bringing vastly extended scalability for business and residential users
ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing
5 Camada de Enlace 5-66
Carrier Ethernet Defined
bull Carrier Ethernet is a ubiquitous standardized carrier-class SERVICE defined by five attributes that distinguish Carrier Ethernet from familiar LAN based Ethernet
bull It brings the compelling business benefit of the Ethernet cost model to achieve significant savings
Carrier Ethernet
bull Scalability
bull Standardized Services
bull Service Management
bull Quality of Service
bull Reliability
Carrier Ethernet Attributes
httpwwwmetroethernetforumorg
5 Camada de Enlace 5-67
Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e
serviccedilos52 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais
Endereccedilamento ARP
EthernetSwitchesVLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-68
Comutador (switch) Ethernet Dispositivo da camada de enlace tecircm papel
ativo armazena e retransmite quadros Ethernetexamina o cabeccedilalho do quadro e
seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento
transparentehospedeiros ignoram a presenccedila dos
switches plug-and-play self-learning (autodidatas)
os comutadores natildeo necessitam ser configurados
5 Camada de Enlace 5-69
Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas hospedeiros tecircm conexatildeo
direta e dedicada para o switch
os switches armazenam quadros
o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplex cada link eacute o seu proacuteprio
domiacutenio de colisatildeo comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-
para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch com seis interfaces(123456)
1 2 345
6
5 Camada de Enlace 5-70
Tabela de repasse do switch P como eacute que o switch sabe que
Arsquo eacute alcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel a partir da interface 5
R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutem (endereccedilo MAC do hospedeiro
interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)
parece uma tabela de repasse P como satildeo criadas e mantidas as
entradas na tabela de comutaccedilatildeo haacute algo como um protocolo de
roteamento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch with six interfaces(123456)
1 2 345
6
5 Camada de Enlace 5-71
switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfaces quando um quadro eacute
recebido o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada
registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo
Switch autoaprendizagemA
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
5 Camada de Enlace 5-725 Camada de Enlace
Switch filtragemrepasse de quadrosQuando o quadro eacute recebido em um comutador
registra o link de entrada endereccedilo MAC do hospedeiro transmissor
indexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo MAC do destino
if entrada encontrada para o destinothen
if dest estiver no segmento de onde veio o quadro then descarta o quadro
else repassa o quadro na interface indicada else usa inundaccedilatildeo
Repassa o quadro para todas as demais interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido
5 Camada de Enlace 5-73
Exemplo de auto aprendizagem e repasse
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo destino do quadro Arsquo
com localizaccedilatildeo desconhecida inundaccedilatildeo
Arsquo A
local do destino A conhecido
Arsquo 4 60
transmissatildeo seletiva
5 Camada de Enlace 5-74
Interligaccedilatildeo de comutadores
Podemos interligar comutadores (switches)
AB
P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe que deve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3
R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenico comutador)
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
5 Camada de Enlace 5-75
Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde
para C
P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4
AB
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
12
5 Camada de Enlace 5-76
Rede institucional
Para redeexterna
roteador
Subrede IP
Servidor de mensagens
Servidor web
5 Camada de Enlace 5-77
Comutadores x Roteadores
ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa roteadores dispositivos da
camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)
comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace
ambos possuem tabelas de repasse roteadores obteacutem
tabelas usando alg de roteamento endereccedilos IP
comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
redeenlacefiacutesica
enlacefiacutesica
switch
datagrama
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
quadro
quadro
quadrodatagrama
5 Camada de Enlace 5-78
Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e
serviccedilos52 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais
Endereccedilamento ARP
EthernetSwitchesVLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-79
Siacutentese um dia na vida de um pedido web jornada completa atravessando toda a pilha de
protocolos aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
colocando tudo junto siacutentese objetivo identificar revisar entender os
protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web
cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom
5 Camada de Enlace 5-80
Um dia na vida cenaacuterio
rede da Comcast68800013
rede do Google64233160019 64233169105
servidor web
Servidor DNS
rede da escola68802024
paacutegina web
navegador
5 Camada de Enlace 5-81
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPDHCP
quadro Ethernet difundido (dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador que executa o servidor DHCP Ethernet demultiplexado para IP demultiplexado para UDP e demultiplexado paraDHCP
o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilo do primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP Solicitaccedilatildeo DHCP encapsulada em UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023 Ethernet
5 Camada de Enlace 5-82
roteador(roda DHCP)
servidor DHCP prepara ACK DHCP contendo endereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiro roteador nome e endereccedilo IP do servidor DNS
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
encapsulamento no servidor DHCP quadro repassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente
Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador
cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
5 Camada de Enlace 5-83
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
consulta DNS criada encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviar quadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP
consulta ARP difundida recebida pelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccedilo MAC da interface do roteador
o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiro roteador podendo agora enviar o quadro contendo a consulta DNS
ARP query
EthPhy
ARP
ARP
ARP reply
antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
5 Camada de Enlace 5-84
roteador(roda DHCP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
datagrama IP conteacutem consulta DNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador
datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelos protocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS
demultiplexado pelo servidor DNS
servidor DNS responde ao cliente com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
rede da Comcast68800013
servidor DNSDNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
Um dia na vidahellip usando DNS
5 Camada de Enlace 5-85
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
para enviar pedido HTTP cliente primeiro abre um socket TCP para o servidor web segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web
conexatildeo TCP estabelecida64233169105servidor web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCPIPEthPhy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)
5 Camada de Enlace 5-86
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
solicitaccedilatildeo HTTP enviada para o socket TCP datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhado para wwwgooglecom
datagrama IP com a resposta HTTP eacute encaminhado de volta para o cliente
64233169105servidor web
HTTPTCPIPEthPhy
servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTPHTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
paacutegina web finalmente() apresentada
5 Camada de Enlace 5-87
Capiacutetulo 5 Resumo
princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dados detecccedilatildeo correccedilatildeo de erros compartilhamento de canal de difusatildeo acesso
muacuteltiplo endereccedilamento da camada de enlace
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlace Ethernet LANs comutadas VLANs redes virtualizadas como camada de enlace MPLS
siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web
5 Camada de Enlace 5-57
Estrutura de Quadro Ethernet (cont)
Endereccedilos 6 bytes para cada endereccedilo MAC se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo destino igual
ao seu ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede
caso contraacuterio o adaptador descarta o quadro Tipo (2 bytes) indica o protocolo da camada superior
usualmente IP mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)
CRC (4 bytes) verificado pelo receptor se for detectado um erro o quadro seraacute descartado
5 Camada de Enlace 5-58
Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo sem conexatildeo natildeo haacute estabelecimento de
conexatildeo (saudaccedilatildeo) entre os adaptadores transmissor e receptor
Natildeo confiaacutevel o adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador transmissordados em quadros descartados satildeo
recuperados apenas se o transmissor usar transferecircncia confiaacutevel em camadas mais altas (ex TCP) caso contraacuterio os dados estaratildeo perdidos
Protocolo MAC do Ethernet CSMACD com retirada binaacuteria
5 Camada de Enlace 5-59
Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
diversos padrotildees Ethernet diferentes tecircm em comum o protocolo MAC e o formato do
quadro diferentes velocidades 2Mbps 10Mbps 100Mbps
1Gbps 10Gbps diferentes meios da camada fiacutesica fibra cabo
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
protocolo MACe formato do quadro
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)
5 Camada de Enlace 5-60
10Base5
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-61
10Base2
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-62
10BaseT
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-63
Conector RJ 45
5 Camada de Enlace 5-64
100Base-TX
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-65 10
Wireless Backhaul
Carrier Ethernet Access Expansion
Voice gateway
VoiceVideoTelephony
HD TVTVoD VoD
Video Source
Gaming BusinessBackup ERP
Internet Video Source
BusinessBroadband
E-Line andE-LAN service
GlobalNationalCarrierEthernet
GlobalNationalCarrierEthernet
SmallMedium Business
Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet
AccessCarrierEthernet
AccessCarrierEthernet
ResidentialTriple-Play
FTTx DSLAM Cable Modem
Broadbandmobile datavideo
Bringing vastly extended scalability for business and residential users
ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing
5 Camada de Enlace 5-66
Carrier Ethernet Defined
bull Carrier Ethernet is a ubiquitous standardized carrier-class SERVICE defined by five attributes that distinguish Carrier Ethernet from familiar LAN based Ethernet
bull It brings the compelling business benefit of the Ethernet cost model to achieve significant savings
Carrier Ethernet
bull Scalability
bull Standardized Services
bull Service Management
bull Quality of Service
bull Reliability
Carrier Ethernet Attributes
httpwwwmetroethernetforumorg
5 Camada de Enlace 5-67
Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e
serviccedilos52 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais
Endereccedilamento ARP
EthernetSwitchesVLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-68
Comutador (switch) Ethernet Dispositivo da camada de enlace tecircm papel
ativo armazena e retransmite quadros Ethernetexamina o cabeccedilalho do quadro e
seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento
transparentehospedeiros ignoram a presenccedila dos
switches plug-and-play self-learning (autodidatas)
os comutadores natildeo necessitam ser configurados
5 Camada de Enlace 5-69
Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas hospedeiros tecircm conexatildeo
direta e dedicada para o switch
os switches armazenam quadros
o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplex cada link eacute o seu proacuteprio
domiacutenio de colisatildeo comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-
para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch com seis interfaces(123456)
1 2 345
6
5 Camada de Enlace 5-70
Tabela de repasse do switch P como eacute que o switch sabe que
Arsquo eacute alcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel a partir da interface 5
R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutem (endereccedilo MAC do hospedeiro
interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)
parece uma tabela de repasse P como satildeo criadas e mantidas as
entradas na tabela de comutaccedilatildeo haacute algo como um protocolo de
roteamento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch with six interfaces(123456)
1 2 345
6
5 Camada de Enlace 5-71
switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfaces quando um quadro eacute
recebido o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada
registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo
Switch autoaprendizagemA
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
5 Camada de Enlace 5-725 Camada de Enlace
Switch filtragemrepasse de quadrosQuando o quadro eacute recebido em um comutador
registra o link de entrada endereccedilo MAC do hospedeiro transmissor
indexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo MAC do destino
if entrada encontrada para o destinothen
if dest estiver no segmento de onde veio o quadro then descarta o quadro
else repassa o quadro na interface indicada else usa inundaccedilatildeo
Repassa o quadro para todas as demais interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido
5 Camada de Enlace 5-73
Exemplo de auto aprendizagem e repasse
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo destino do quadro Arsquo
com localizaccedilatildeo desconhecida inundaccedilatildeo
Arsquo A
local do destino A conhecido
Arsquo 4 60
transmissatildeo seletiva
5 Camada de Enlace 5-74
Interligaccedilatildeo de comutadores
Podemos interligar comutadores (switches)
AB
P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe que deve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3
R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenico comutador)
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
5 Camada de Enlace 5-75
Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde
para C
P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4
AB
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
12
5 Camada de Enlace 5-76
Rede institucional
Para redeexterna
roteador
Subrede IP
Servidor de mensagens
Servidor web
5 Camada de Enlace 5-77
Comutadores x Roteadores
ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa roteadores dispositivos da
camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)
comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace
ambos possuem tabelas de repasse roteadores obteacutem
tabelas usando alg de roteamento endereccedilos IP
comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
redeenlacefiacutesica
enlacefiacutesica
switch
datagrama
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
quadro
quadro
quadrodatagrama
5 Camada de Enlace 5-78
Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e
serviccedilos52 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais
Endereccedilamento ARP
EthernetSwitchesVLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-79
Siacutentese um dia na vida de um pedido web jornada completa atravessando toda a pilha de
protocolos aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
colocando tudo junto siacutentese objetivo identificar revisar entender os
protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web
cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom
5 Camada de Enlace 5-80
Um dia na vida cenaacuterio
rede da Comcast68800013
rede do Google64233160019 64233169105
servidor web
Servidor DNS
rede da escola68802024
paacutegina web
navegador
5 Camada de Enlace 5-81
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPDHCP
quadro Ethernet difundido (dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador que executa o servidor DHCP Ethernet demultiplexado para IP demultiplexado para UDP e demultiplexado paraDHCP
o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilo do primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP Solicitaccedilatildeo DHCP encapsulada em UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023 Ethernet
5 Camada de Enlace 5-82
roteador(roda DHCP)
servidor DHCP prepara ACK DHCP contendo endereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiro roteador nome e endereccedilo IP do servidor DNS
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
encapsulamento no servidor DHCP quadro repassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente
Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador
cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
5 Camada de Enlace 5-83
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
consulta DNS criada encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviar quadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP
consulta ARP difundida recebida pelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccedilo MAC da interface do roteador
o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiro roteador podendo agora enviar o quadro contendo a consulta DNS
ARP query
EthPhy
ARP
ARP
ARP reply
antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
5 Camada de Enlace 5-84
roteador(roda DHCP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
datagrama IP conteacutem consulta DNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador
datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelos protocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS
demultiplexado pelo servidor DNS
servidor DNS responde ao cliente com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
rede da Comcast68800013
servidor DNSDNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
Um dia na vidahellip usando DNS
5 Camada de Enlace 5-85
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
para enviar pedido HTTP cliente primeiro abre um socket TCP para o servidor web segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web
conexatildeo TCP estabelecida64233169105servidor web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCPIPEthPhy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)
5 Camada de Enlace 5-86
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
solicitaccedilatildeo HTTP enviada para o socket TCP datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhado para wwwgooglecom
datagrama IP com a resposta HTTP eacute encaminhado de volta para o cliente
64233169105servidor web
HTTPTCPIPEthPhy
servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTPHTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
paacutegina web finalmente() apresentada
5 Camada de Enlace 5-87
Capiacutetulo 5 Resumo
princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dados detecccedilatildeo correccedilatildeo de erros compartilhamento de canal de difusatildeo acesso
muacuteltiplo endereccedilamento da camada de enlace
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlace Ethernet LANs comutadas VLANs redes virtualizadas como camada de enlace MPLS
siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web
5 Camada de Enlace 5-58
Ethernet natildeo confiaacutevel e sem conexatildeo sem conexatildeo natildeo haacute estabelecimento de
conexatildeo (saudaccedilatildeo) entre os adaptadores transmissor e receptor
Natildeo confiaacutevel o adaptador receptor natildeo envia ACKs ou NACKs para o adaptador transmissordados em quadros descartados satildeo
recuperados apenas se o transmissor usar transferecircncia confiaacutevel em camadas mais altas (ex TCP) caso contraacuterio os dados estaratildeo perdidos
Protocolo MAC do Ethernet CSMACD com retirada binaacuteria
5 Camada de Enlace 5-59
Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
diversos padrotildees Ethernet diferentes tecircm em comum o protocolo MAC e o formato do
quadro diferentes velocidades 2Mbps 10Mbps 100Mbps
1Gbps 10Gbps diferentes meios da camada fiacutesica fibra cabo
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
protocolo MACe formato do quadro
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)
5 Camada de Enlace 5-60
10Base5
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-61
10Base2
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-62
10BaseT
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-63
Conector RJ 45
5 Camada de Enlace 5-64
100Base-TX
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-65 10
Wireless Backhaul
Carrier Ethernet Access Expansion
Voice gateway
VoiceVideoTelephony
HD TVTVoD VoD
Video Source
Gaming BusinessBackup ERP
Internet Video Source
BusinessBroadband
E-Line andE-LAN service
GlobalNationalCarrierEthernet
GlobalNationalCarrierEthernet
SmallMedium Business
Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet
AccessCarrierEthernet
AccessCarrierEthernet
ResidentialTriple-Play
FTTx DSLAM Cable Modem
Broadbandmobile datavideo
Bringing vastly extended scalability for business and residential users
ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing
5 Camada de Enlace 5-66
Carrier Ethernet Defined
bull Carrier Ethernet is a ubiquitous standardized carrier-class SERVICE defined by five attributes that distinguish Carrier Ethernet from familiar LAN based Ethernet
bull It brings the compelling business benefit of the Ethernet cost model to achieve significant savings
Carrier Ethernet
bull Scalability
bull Standardized Services
bull Service Management
bull Quality of Service
bull Reliability
Carrier Ethernet Attributes
httpwwwmetroethernetforumorg
5 Camada de Enlace 5-67
Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e
serviccedilos52 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais
Endereccedilamento ARP
EthernetSwitchesVLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-68
Comutador (switch) Ethernet Dispositivo da camada de enlace tecircm papel
ativo armazena e retransmite quadros Ethernetexamina o cabeccedilalho do quadro e
seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento
transparentehospedeiros ignoram a presenccedila dos
switches plug-and-play self-learning (autodidatas)
os comutadores natildeo necessitam ser configurados
5 Camada de Enlace 5-69
Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas hospedeiros tecircm conexatildeo
direta e dedicada para o switch
os switches armazenam quadros
o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplex cada link eacute o seu proacuteprio
domiacutenio de colisatildeo comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-
para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch com seis interfaces(123456)
1 2 345
6
5 Camada de Enlace 5-70
Tabela de repasse do switch P como eacute que o switch sabe que
Arsquo eacute alcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel a partir da interface 5
R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutem (endereccedilo MAC do hospedeiro
interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)
parece uma tabela de repasse P como satildeo criadas e mantidas as
entradas na tabela de comutaccedilatildeo haacute algo como um protocolo de
roteamento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch with six interfaces(123456)
1 2 345
6
5 Camada de Enlace 5-71
switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfaces quando um quadro eacute
recebido o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada
registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo
Switch autoaprendizagemA
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
5 Camada de Enlace 5-725 Camada de Enlace
Switch filtragemrepasse de quadrosQuando o quadro eacute recebido em um comutador
registra o link de entrada endereccedilo MAC do hospedeiro transmissor
indexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo MAC do destino
if entrada encontrada para o destinothen
if dest estiver no segmento de onde veio o quadro then descarta o quadro
else repassa o quadro na interface indicada else usa inundaccedilatildeo
Repassa o quadro para todas as demais interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido
5 Camada de Enlace 5-73
Exemplo de auto aprendizagem e repasse
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo destino do quadro Arsquo
com localizaccedilatildeo desconhecida inundaccedilatildeo
Arsquo A
local do destino A conhecido
Arsquo 4 60
transmissatildeo seletiva
5 Camada de Enlace 5-74
Interligaccedilatildeo de comutadores
Podemos interligar comutadores (switches)
AB
P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe que deve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3
R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenico comutador)
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
5 Camada de Enlace 5-75
Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde
para C
P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4
AB
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
12
5 Camada de Enlace 5-76
Rede institucional
Para redeexterna
roteador
Subrede IP
Servidor de mensagens
Servidor web
5 Camada de Enlace 5-77
Comutadores x Roteadores
ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa roteadores dispositivos da
camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)
comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace
ambos possuem tabelas de repasse roteadores obteacutem
tabelas usando alg de roteamento endereccedilos IP
comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
redeenlacefiacutesica
enlacefiacutesica
switch
datagrama
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
quadro
quadro
quadrodatagrama
5 Camada de Enlace 5-78
Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e
serviccedilos52 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais
Endereccedilamento ARP
EthernetSwitchesVLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-79
Siacutentese um dia na vida de um pedido web jornada completa atravessando toda a pilha de
protocolos aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
colocando tudo junto siacutentese objetivo identificar revisar entender os
protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web
cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom
5 Camada de Enlace 5-80
Um dia na vida cenaacuterio
rede da Comcast68800013
rede do Google64233160019 64233169105
servidor web
Servidor DNS
rede da escola68802024
paacutegina web
navegador
5 Camada de Enlace 5-81
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPDHCP
quadro Ethernet difundido (dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador que executa o servidor DHCP Ethernet demultiplexado para IP demultiplexado para UDP e demultiplexado paraDHCP
o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilo do primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP Solicitaccedilatildeo DHCP encapsulada em UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023 Ethernet
5 Camada de Enlace 5-82
roteador(roda DHCP)
servidor DHCP prepara ACK DHCP contendo endereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiro roteador nome e endereccedilo IP do servidor DNS
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
encapsulamento no servidor DHCP quadro repassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente
Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador
cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
5 Camada de Enlace 5-83
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
consulta DNS criada encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviar quadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP
consulta ARP difundida recebida pelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccedilo MAC da interface do roteador
o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiro roteador podendo agora enviar o quadro contendo a consulta DNS
ARP query
EthPhy
ARP
ARP
ARP reply
antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
5 Camada de Enlace 5-84
roteador(roda DHCP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
datagrama IP conteacutem consulta DNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador
datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelos protocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS
demultiplexado pelo servidor DNS
servidor DNS responde ao cliente com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
rede da Comcast68800013
servidor DNSDNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
Um dia na vidahellip usando DNS
5 Camada de Enlace 5-85
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
para enviar pedido HTTP cliente primeiro abre um socket TCP para o servidor web segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web
conexatildeo TCP estabelecida64233169105servidor web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCPIPEthPhy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)
5 Camada de Enlace 5-86
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
solicitaccedilatildeo HTTP enviada para o socket TCP datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhado para wwwgooglecom
datagrama IP com a resposta HTTP eacute encaminhado de volta para o cliente
64233169105servidor web
HTTPTCPIPEthPhy
servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTPHTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
paacutegina web finalmente() apresentada
5 Camada de Enlace 5-87
Capiacutetulo 5 Resumo
princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dados detecccedilatildeo correccedilatildeo de erros compartilhamento de canal de difusatildeo acesso
muacuteltiplo endereccedilamento da camada de enlace
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlace Ethernet LANs comutadas VLANs redes virtualizadas como camada de enlace MPLS
siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web
5 Camada de Enlace 5-59
Padrotildees Ethernet 8023 Camadas de Enlace e Fiacutesica
diversos padrotildees Ethernet diferentes tecircm em comum o protocolo MAC e o formato do
quadro diferentes velocidades 2Mbps 10Mbps 100Mbps
1Gbps 10Gbps diferentes meios da camada fiacutesica fibra cabo
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
protocolo MACe formato do quadro
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
camada fiacutesica de fibracamada fiacutesica de cobre (par tranccedilado)
5 Camada de Enlace 5-60
10Base5
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-61
10Base2
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-62
10BaseT
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-63
Conector RJ 45
5 Camada de Enlace 5-64
100Base-TX
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-65 10
Wireless Backhaul
Carrier Ethernet Access Expansion
Voice gateway
VoiceVideoTelephony
HD TVTVoD VoD
Video Source
Gaming BusinessBackup ERP
Internet Video Source
BusinessBroadband
E-Line andE-LAN service
GlobalNationalCarrierEthernet
GlobalNationalCarrierEthernet
SmallMedium Business
Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet
AccessCarrierEthernet
AccessCarrierEthernet
ResidentialTriple-Play
FTTx DSLAM Cable Modem
Broadbandmobile datavideo
Bringing vastly extended scalability for business and residential users
ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing
5 Camada de Enlace 5-66
Carrier Ethernet Defined
bull Carrier Ethernet is a ubiquitous standardized carrier-class SERVICE defined by five attributes that distinguish Carrier Ethernet from familiar LAN based Ethernet
bull It brings the compelling business benefit of the Ethernet cost model to achieve significant savings
Carrier Ethernet
bull Scalability
bull Standardized Services
bull Service Management
bull Quality of Service
bull Reliability
Carrier Ethernet Attributes
httpwwwmetroethernetforumorg
5 Camada de Enlace 5-67
Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e
serviccedilos52 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais
Endereccedilamento ARP
EthernetSwitchesVLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-68
Comutador (switch) Ethernet Dispositivo da camada de enlace tecircm papel
ativo armazena e retransmite quadros Ethernetexamina o cabeccedilalho do quadro e
seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento
transparentehospedeiros ignoram a presenccedila dos
switches plug-and-play self-learning (autodidatas)
os comutadores natildeo necessitam ser configurados
5 Camada de Enlace 5-69
Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas hospedeiros tecircm conexatildeo
direta e dedicada para o switch
os switches armazenam quadros
o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplex cada link eacute o seu proacuteprio
domiacutenio de colisatildeo comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-
para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch com seis interfaces(123456)
1 2 345
6
5 Camada de Enlace 5-70
Tabela de repasse do switch P como eacute que o switch sabe que
Arsquo eacute alcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel a partir da interface 5
R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutem (endereccedilo MAC do hospedeiro
interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)
parece uma tabela de repasse P como satildeo criadas e mantidas as
entradas na tabela de comutaccedilatildeo haacute algo como um protocolo de
roteamento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch with six interfaces(123456)
1 2 345
6
5 Camada de Enlace 5-71
switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfaces quando um quadro eacute
recebido o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada
registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo
Switch autoaprendizagemA
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
5 Camada de Enlace 5-725 Camada de Enlace
Switch filtragemrepasse de quadrosQuando o quadro eacute recebido em um comutador
registra o link de entrada endereccedilo MAC do hospedeiro transmissor
indexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo MAC do destino
if entrada encontrada para o destinothen
if dest estiver no segmento de onde veio o quadro then descarta o quadro
else repassa o quadro na interface indicada else usa inundaccedilatildeo
Repassa o quadro para todas as demais interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido
5 Camada de Enlace 5-73
Exemplo de auto aprendizagem e repasse
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo destino do quadro Arsquo
com localizaccedilatildeo desconhecida inundaccedilatildeo
Arsquo A
local do destino A conhecido
Arsquo 4 60
transmissatildeo seletiva
5 Camada de Enlace 5-74
Interligaccedilatildeo de comutadores
Podemos interligar comutadores (switches)
AB
P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe que deve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3
R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenico comutador)
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
5 Camada de Enlace 5-75
Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde
para C
P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4
AB
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
12
5 Camada de Enlace 5-76
Rede institucional
Para redeexterna
roteador
Subrede IP
Servidor de mensagens
Servidor web
5 Camada de Enlace 5-77
Comutadores x Roteadores
ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa roteadores dispositivos da
camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)
comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace
ambos possuem tabelas de repasse roteadores obteacutem
tabelas usando alg de roteamento endereccedilos IP
comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
redeenlacefiacutesica
enlacefiacutesica
switch
datagrama
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
quadro
quadro
quadrodatagrama
5 Camada de Enlace 5-78
Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e
serviccedilos52 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais
Endereccedilamento ARP
EthernetSwitchesVLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-79
Siacutentese um dia na vida de um pedido web jornada completa atravessando toda a pilha de
protocolos aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
colocando tudo junto siacutentese objetivo identificar revisar entender os
protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web
cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom
5 Camada de Enlace 5-80
Um dia na vida cenaacuterio
rede da Comcast68800013
rede do Google64233160019 64233169105
servidor web
Servidor DNS
rede da escola68802024
paacutegina web
navegador
5 Camada de Enlace 5-81
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPDHCP
quadro Ethernet difundido (dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador que executa o servidor DHCP Ethernet demultiplexado para IP demultiplexado para UDP e demultiplexado paraDHCP
o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilo do primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP Solicitaccedilatildeo DHCP encapsulada em UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023 Ethernet
5 Camada de Enlace 5-82
roteador(roda DHCP)
servidor DHCP prepara ACK DHCP contendo endereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiro roteador nome e endereccedilo IP do servidor DNS
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
encapsulamento no servidor DHCP quadro repassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente
Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador
cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
5 Camada de Enlace 5-83
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
consulta DNS criada encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviar quadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP
consulta ARP difundida recebida pelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccedilo MAC da interface do roteador
o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiro roteador podendo agora enviar o quadro contendo a consulta DNS
ARP query
EthPhy
ARP
ARP
ARP reply
antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
5 Camada de Enlace 5-84
roteador(roda DHCP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
datagrama IP conteacutem consulta DNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador
datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelos protocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS
demultiplexado pelo servidor DNS
servidor DNS responde ao cliente com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
rede da Comcast68800013
servidor DNSDNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
Um dia na vidahellip usando DNS
5 Camada de Enlace 5-85
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
para enviar pedido HTTP cliente primeiro abre um socket TCP para o servidor web segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web
conexatildeo TCP estabelecida64233169105servidor web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCPIPEthPhy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)
5 Camada de Enlace 5-86
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
solicitaccedilatildeo HTTP enviada para o socket TCP datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhado para wwwgooglecom
datagrama IP com a resposta HTTP eacute encaminhado de volta para o cliente
64233169105servidor web
HTTPTCPIPEthPhy
servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTPHTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
paacutegina web finalmente() apresentada
5 Camada de Enlace 5-87
Capiacutetulo 5 Resumo
princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dados detecccedilatildeo correccedilatildeo de erros compartilhamento de canal de difusatildeo acesso
muacuteltiplo endereccedilamento da camada de enlace
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlace Ethernet LANs comutadas VLANs redes virtualizadas como camada de enlace MPLS
siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web
5 Camada de Enlace 5-60
10Base5
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-61
10Base2
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-62
10BaseT
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-63
Conector RJ 45
5 Camada de Enlace 5-64
100Base-TX
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-65 10
Wireless Backhaul
Carrier Ethernet Access Expansion
Voice gateway
VoiceVideoTelephony
HD TVTVoD VoD
Video Source
Gaming BusinessBackup ERP
Internet Video Source
BusinessBroadband
E-Line andE-LAN service
GlobalNationalCarrierEthernet
GlobalNationalCarrierEthernet
SmallMedium Business
Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet
AccessCarrierEthernet
AccessCarrierEthernet
ResidentialTriple-Play
FTTx DSLAM Cable Modem
Broadbandmobile datavideo
Bringing vastly extended scalability for business and residential users
ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing
5 Camada de Enlace 5-66
Carrier Ethernet Defined
bull Carrier Ethernet is a ubiquitous standardized carrier-class SERVICE defined by five attributes that distinguish Carrier Ethernet from familiar LAN based Ethernet
bull It brings the compelling business benefit of the Ethernet cost model to achieve significant savings
Carrier Ethernet
bull Scalability
bull Standardized Services
bull Service Management
bull Quality of Service
bull Reliability
Carrier Ethernet Attributes
httpwwwmetroethernetforumorg
5 Camada de Enlace 5-67
Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e
serviccedilos52 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais
Endereccedilamento ARP
EthernetSwitchesVLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-68
Comutador (switch) Ethernet Dispositivo da camada de enlace tecircm papel
ativo armazena e retransmite quadros Ethernetexamina o cabeccedilalho do quadro e
seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento
transparentehospedeiros ignoram a presenccedila dos
switches plug-and-play self-learning (autodidatas)
os comutadores natildeo necessitam ser configurados
5 Camada de Enlace 5-69
Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas hospedeiros tecircm conexatildeo
direta e dedicada para o switch
os switches armazenam quadros
o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplex cada link eacute o seu proacuteprio
domiacutenio de colisatildeo comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-
para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch com seis interfaces(123456)
1 2 345
6
5 Camada de Enlace 5-70
Tabela de repasse do switch P como eacute que o switch sabe que
Arsquo eacute alcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel a partir da interface 5
R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutem (endereccedilo MAC do hospedeiro
interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)
parece uma tabela de repasse P como satildeo criadas e mantidas as
entradas na tabela de comutaccedilatildeo haacute algo como um protocolo de
roteamento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch with six interfaces(123456)
1 2 345
6
5 Camada de Enlace 5-71
switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfaces quando um quadro eacute
recebido o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada
registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo
Switch autoaprendizagemA
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
5 Camada de Enlace 5-725 Camada de Enlace
Switch filtragemrepasse de quadrosQuando o quadro eacute recebido em um comutador
registra o link de entrada endereccedilo MAC do hospedeiro transmissor
indexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo MAC do destino
if entrada encontrada para o destinothen
if dest estiver no segmento de onde veio o quadro then descarta o quadro
else repassa o quadro na interface indicada else usa inundaccedilatildeo
Repassa o quadro para todas as demais interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido
5 Camada de Enlace 5-73
Exemplo de auto aprendizagem e repasse
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo destino do quadro Arsquo
com localizaccedilatildeo desconhecida inundaccedilatildeo
Arsquo A
local do destino A conhecido
Arsquo 4 60
transmissatildeo seletiva
5 Camada de Enlace 5-74
Interligaccedilatildeo de comutadores
Podemos interligar comutadores (switches)
AB
P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe que deve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3
R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenico comutador)
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
5 Camada de Enlace 5-75
Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde
para C
P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4
AB
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
12
5 Camada de Enlace 5-76
Rede institucional
Para redeexterna
roteador
Subrede IP
Servidor de mensagens
Servidor web
5 Camada de Enlace 5-77
Comutadores x Roteadores
ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa roteadores dispositivos da
camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)
comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace
ambos possuem tabelas de repasse roteadores obteacutem
tabelas usando alg de roteamento endereccedilos IP
comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
redeenlacefiacutesica
enlacefiacutesica
switch
datagrama
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
quadro
quadro
quadrodatagrama
5 Camada de Enlace 5-78
Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e
serviccedilos52 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais
Endereccedilamento ARP
EthernetSwitchesVLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-79
Siacutentese um dia na vida de um pedido web jornada completa atravessando toda a pilha de
protocolos aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
colocando tudo junto siacutentese objetivo identificar revisar entender os
protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web
cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom
5 Camada de Enlace 5-80
Um dia na vida cenaacuterio
rede da Comcast68800013
rede do Google64233160019 64233169105
servidor web
Servidor DNS
rede da escola68802024
paacutegina web
navegador
5 Camada de Enlace 5-81
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPDHCP
quadro Ethernet difundido (dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador que executa o servidor DHCP Ethernet demultiplexado para IP demultiplexado para UDP e demultiplexado paraDHCP
o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilo do primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP Solicitaccedilatildeo DHCP encapsulada em UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023 Ethernet
5 Camada de Enlace 5-82
roteador(roda DHCP)
servidor DHCP prepara ACK DHCP contendo endereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiro roteador nome e endereccedilo IP do servidor DNS
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
encapsulamento no servidor DHCP quadro repassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente
Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador
cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
5 Camada de Enlace 5-83
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
consulta DNS criada encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviar quadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP
consulta ARP difundida recebida pelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccedilo MAC da interface do roteador
o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiro roteador podendo agora enviar o quadro contendo a consulta DNS
ARP query
EthPhy
ARP
ARP
ARP reply
antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
5 Camada de Enlace 5-84
roteador(roda DHCP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
datagrama IP conteacutem consulta DNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador
datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelos protocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS
demultiplexado pelo servidor DNS
servidor DNS responde ao cliente com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
rede da Comcast68800013
servidor DNSDNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
Um dia na vidahellip usando DNS
5 Camada de Enlace 5-85
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
para enviar pedido HTTP cliente primeiro abre um socket TCP para o servidor web segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web
conexatildeo TCP estabelecida64233169105servidor web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCPIPEthPhy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)
5 Camada de Enlace 5-86
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
solicitaccedilatildeo HTTP enviada para o socket TCP datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhado para wwwgooglecom
datagrama IP com a resposta HTTP eacute encaminhado de volta para o cliente
64233169105servidor web
HTTPTCPIPEthPhy
servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTPHTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
paacutegina web finalmente() apresentada
5 Camada de Enlace 5-87
Capiacutetulo 5 Resumo
princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dados detecccedilatildeo correccedilatildeo de erros compartilhamento de canal de difusatildeo acesso
muacuteltiplo endereccedilamento da camada de enlace
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlace Ethernet LANs comutadas VLANs redes virtualizadas como camada de enlace MPLS
siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web
5 Camada de Enlace 5-61
10Base2
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-62
10BaseT
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-63
Conector RJ 45
5 Camada de Enlace 5-64
100Base-TX
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-65 10
Wireless Backhaul
Carrier Ethernet Access Expansion
Voice gateway
VoiceVideoTelephony
HD TVTVoD VoD
Video Source
Gaming BusinessBackup ERP
Internet Video Source
BusinessBroadband
E-Line andE-LAN service
GlobalNationalCarrierEthernet
GlobalNationalCarrierEthernet
SmallMedium Business
Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet
AccessCarrierEthernet
AccessCarrierEthernet
ResidentialTriple-Play
FTTx DSLAM Cable Modem
Broadbandmobile datavideo
Bringing vastly extended scalability for business and residential users
ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing
5 Camada de Enlace 5-66
Carrier Ethernet Defined
bull Carrier Ethernet is a ubiquitous standardized carrier-class SERVICE defined by five attributes that distinguish Carrier Ethernet from familiar LAN based Ethernet
bull It brings the compelling business benefit of the Ethernet cost model to achieve significant savings
Carrier Ethernet
bull Scalability
bull Standardized Services
bull Service Management
bull Quality of Service
bull Reliability
Carrier Ethernet Attributes
httpwwwmetroethernetforumorg
5 Camada de Enlace 5-67
Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e
serviccedilos52 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais
Endereccedilamento ARP
EthernetSwitchesVLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-68
Comutador (switch) Ethernet Dispositivo da camada de enlace tecircm papel
ativo armazena e retransmite quadros Ethernetexamina o cabeccedilalho do quadro e
seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento
transparentehospedeiros ignoram a presenccedila dos
switches plug-and-play self-learning (autodidatas)
os comutadores natildeo necessitam ser configurados
5 Camada de Enlace 5-69
Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas hospedeiros tecircm conexatildeo
direta e dedicada para o switch
os switches armazenam quadros
o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplex cada link eacute o seu proacuteprio
domiacutenio de colisatildeo comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-
para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch com seis interfaces(123456)
1 2 345
6
5 Camada de Enlace 5-70
Tabela de repasse do switch P como eacute que o switch sabe que
Arsquo eacute alcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel a partir da interface 5
R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutem (endereccedilo MAC do hospedeiro
interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)
parece uma tabela de repasse P como satildeo criadas e mantidas as
entradas na tabela de comutaccedilatildeo haacute algo como um protocolo de
roteamento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch with six interfaces(123456)
1 2 345
6
5 Camada de Enlace 5-71
switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfaces quando um quadro eacute
recebido o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada
registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo
Switch autoaprendizagemA
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
5 Camada de Enlace 5-725 Camada de Enlace
Switch filtragemrepasse de quadrosQuando o quadro eacute recebido em um comutador
registra o link de entrada endereccedilo MAC do hospedeiro transmissor
indexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo MAC do destino
if entrada encontrada para o destinothen
if dest estiver no segmento de onde veio o quadro then descarta o quadro
else repassa o quadro na interface indicada else usa inundaccedilatildeo
Repassa o quadro para todas as demais interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido
5 Camada de Enlace 5-73
Exemplo de auto aprendizagem e repasse
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo destino do quadro Arsquo
com localizaccedilatildeo desconhecida inundaccedilatildeo
Arsquo A
local do destino A conhecido
Arsquo 4 60
transmissatildeo seletiva
5 Camada de Enlace 5-74
Interligaccedilatildeo de comutadores
Podemos interligar comutadores (switches)
AB
P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe que deve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3
R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenico comutador)
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
5 Camada de Enlace 5-75
Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde
para C
P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4
AB
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
12
5 Camada de Enlace 5-76
Rede institucional
Para redeexterna
roteador
Subrede IP
Servidor de mensagens
Servidor web
5 Camada de Enlace 5-77
Comutadores x Roteadores
ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa roteadores dispositivos da
camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)
comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace
ambos possuem tabelas de repasse roteadores obteacutem
tabelas usando alg de roteamento endereccedilos IP
comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
redeenlacefiacutesica
enlacefiacutesica
switch
datagrama
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
quadro
quadro
quadrodatagrama
5 Camada de Enlace 5-78
Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e
serviccedilos52 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais
Endereccedilamento ARP
EthernetSwitchesVLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-79
Siacutentese um dia na vida de um pedido web jornada completa atravessando toda a pilha de
protocolos aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
colocando tudo junto siacutentese objetivo identificar revisar entender os
protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web
cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom
5 Camada de Enlace 5-80
Um dia na vida cenaacuterio
rede da Comcast68800013
rede do Google64233160019 64233169105
servidor web
Servidor DNS
rede da escola68802024
paacutegina web
navegador
5 Camada de Enlace 5-81
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPDHCP
quadro Ethernet difundido (dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador que executa o servidor DHCP Ethernet demultiplexado para IP demultiplexado para UDP e demultiplexado paraDHCP
o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilo do primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP Solicitaccedilatildeo DHCP encapsulada em UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023 Ethernet
5 Camada de Enlace 5-82
roteador(roda DHCP)
servidor DHCP prepara ACK DHCP contendo endereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiro roteador nome e endereccedilo IP do servidor DNS
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
encapsulamento no servidor DHCP quadro repassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente
Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador
cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
5 Camada de Enlace 5-83
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
consulta DNS criada encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviar quadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP
consulta ARP difundida recebida pelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccedilo MAC da interface do roteador
o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiro roteador podendo agora enviar o quadro contendo a consulta DNS
ARP query
EthPhy
ARP
ARP
ARP reply
antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
5 Camada de Enlace 5-84
roteador(roda DHCP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
datagrama IP conteacutem consulta DNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador
datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelos protocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS
demultiplexado pelo servidor DNS
servidor DNS responde ao cliente com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
rede da Comcast68800013
servidor DNSDNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
Um dia na vidahellip usando DNS
5 Camada de Enlace 5-85
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
para enviar pedido HTTP cliente primeiro abre um socket TCP para o servidor web segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web
conexatildeo TCP estabelecida64233169105servidor web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCPIPEthPhy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)
5 Camada de Enlace 5-86
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
solicitaccedilatildeo HTTP enviada para o socket TCP datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhado para wwwgooglecom
datagrama IP com a resposta HTTP eacute encaminhado de volta para o cliente
64233169105servidor web
HTTPTCPIPEthPhy
servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTPHTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
paacutegina web finalmente() apresentada
5 Camada de Enlace 5-87
Capiacutetulo 5 Resumo
princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dados detecccedilatildeo correccedilatildeo de erros compartilhamento de canal de difusatildeo acesso
muacuteltiplo endereccedilamento da camada de enlace
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlace Ethernet LANs comutadas VLANs redes virtualizadas como camada de enlace MPLS
siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web
5 Camada de Enlace 5-62
10BaseT
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-63
Conector RJ 45
5 Camada de Enlace 5-64
100Base-TX
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-65 10
Wireless Backhaul
Carrier Ethernet Access Expansion
Voice gateway
VoiceVideoTelephony
HD TVTVoD VoD
Video Source
Gaming BusinessBackup ERP
Internet Video Source
BusinessBroadband
E-Line andE-LAN service
GlobalNationalCarrierEthernet
GlobalNationalCarrierEthernet
SmallMedium Business
Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet
AccessCarrierEthernet
AccessCarrierEthernet
ResidentialTriple-Play
FTTx DSLAM Cable Modem
Broadbandmobile datavideo
Bringing vastly extended scalability for business and residential users
ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing
5 Camada de Enlace 5-66
Carrier Ethernet Defined
bull Carrier Ethernet is a ubiquitous standardized carrier-class SERVICE defined by five attributes that distinguish Carrier Ethernet from familiar LAN based Ethernet
bull It brings the compelling business benefit of the Ethernet cost model to achieve significant savings
Carrier Ethernet
bull Scalability
bull Standardized Services
bull Service Management
bull Quality of Service
bull Reliability
Carrier Ethernet Attributes
httpwwwmetroethernetforumorg
5 Camada de Enlace 5-67
Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e
serviccedilos52 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais
Endereccedilamento ARP
EthernetSwitchesVLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-68
Comutador (switch) Ethernet Dispositivo da camada de enlace tecircm papel
ativo armazena e retransmite quadros Ethernetexamina o cabeccedilalho do quadro e
seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento
transparentehospedeiros ignoram a presenccedila dos
switches plug-and-play self-learning (autodidatas)
os comutadores natildeo necessitam ser configurados
5 Camada de Enlace 5-69
Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas hospedeiros tecircm conexatildeo
direta e dedicada para o switch
os switches armazenam quadros
o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplex cada link eacute o seu proacuteprio
domiacutenio de colisatildeo comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-
para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch com seis interfaces(123456)
1 2 345
6
5 Camada de Enlace 5-70
Tabela de repasse do switch P como eacute que o switch sabe que
Arsquo eacute alcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel a partir da interface 5
R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutem (endereccedilo MAC do hospedeiro
interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)
parece uma tabela de repasse P como satildeo criadas e mantidas as
entradas na tabela de comutaccedilatildeo haacute algo como um protocolo de
roteamento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch with six interfaces(123456)
1 2 345
6
5 Camada de Enlace 5-71
switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfaces quando um quadro eacute
recebido o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada
registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo
Switch autoaprendizagemA
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
5 Camada de Enlace 5-725 Camada de Enlace
Switch filtragemrepasse de quadrosQuando o quadro eacute recebido em um comutador
registra o link de entrada endereccedilo MAC do hospedeiro transmissor
indexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo MAC do destino
if entrada encontrada para o destinothen
if dest estiver no segmento de onde veio o quadro then descarta o quadro
else repassa o quadro na interface indicada else usa inundaccedilatildeo
Repassa o quadro para todas as demais interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido
5 Camada de Enlace 5-73
Exemplo de auto aprendizagem e repasse
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo destino do quadro Arsquo
com localizaccedilatildeo desconhecida inundaccedilatildeo
Arsquo A
local do destino A conhecido
Arsquo 4 60
transmissatildeo seletiva
5 Camada de Enlace 5-74
Interligaccedilatildeo de comutadores
Podemos interligar comutadores (switches)
AB
P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe que deve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3
R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenico comutador)
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
5 Camada de Enlace 5-75
Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde
para C
P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4
AB
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
12
5 Camada de Enlace 5-76
Rede institucional
Para redeexterna
roteador
Subrede IP
Servidor de mensagens
Servidor web
5 Camada de Enlace 5-77
Comutadores x Roteadores
ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa roteadores dispositivos da
camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)
comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace
ambos possuem tabelas de repasse roteadores obteacutem
tabelas usando alg de roteamento endereccedilos IP
comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
redeenlacefiacutesica
enlacefiacutesica
switch
datagrama
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
quadro
quadro
quadrodatagrama
5 Camada de Enlace 5-78
Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e
serviccedilos52 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais
Endereccedilamento ARP
EthernetSwitchesVLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-79
Siacutentese um dia na vida de um pedido web jornada completa atravessando toda a pilha de
protocolos aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
colocando tudo junto siacutentese objetivo identificar revisar entender os
protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web
cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom
5 Camada de Enlace 5-80
Um dia na vida cenaacuterio
rede da Comcast68800013
rede do Google64233160019 64233169105
servidor web
Servidor DNS
rede da escola68802024
paacutegina web
navegador
5 Camada de Enlace 5-81
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPDHCP
quadro Ethernet difundido (dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador que executa o servidor DHCP Ethernet demultiplexado para IP demultiplexado para UDP e demultiplexado paraDHCP
o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilo do primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP Solicitaccedilatildeo DHCP encapsulada em UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023 Ethernet
5 Camada de Enlace 5-82
roteador(roda DHCP)
servidor DHCP prepara ACK DHCP contendo endereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiro roteador nome e endereccedilo IP do servidor DNS
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
encapsulamento no servidor DHCP quadro repassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente
Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador
cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
5 Camada de Enlace 5-83
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
consulta DNS criada encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviar quadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP
consulta ARP difundida recebida pelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccedilo MAC da interface do roteador
o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiro roteador podendo agora enviar o quadro contendo a consulta DNS
ARP query
EthPhy
ARP
ARP
ARP reply
antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
5 Camada de Enlace 5-84
roteador(roda DHCP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
datagrama IP conteacutem consulta DNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador
datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelos protocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS
demultiplexado pelo servidor DNS
servidor DNS responde ao cliente com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
rede da Comcast68800013
servidor DNSDNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
Um dia na vidahellip usando DNS
5 Camada de Enlace 5-85
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
para enviar pedido HTTP cliente primeiro abre um socket TCP para o servidor web segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web
conexatildeo TCP estabelecida64233169105servidor web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCPIPEthPhy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)
5 Camada de Enlace 5-86
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
solicitaccedilatildeo HTTP enviada para o socket TCP datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhado para wwwgooglecom
datagrama IP com a resposta HTTP eacute encaminhado de volta para o cliente
64233169105servidor web
HTTPTCPIPEthPhy
servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTPHTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
paacutegina web finalmente() apresentada
5 Camada de Enlace 5-87
Capiacutetulo 5 Resumo
princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dados detecccedilatildeo correccedilatildeo de erros compartilhamento de canal de difusatildeo acesso
muacuteltiplo endereccedilamento da camada de enlace
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlace Ethernet LANs comutadas VLANs redes virtualizadas como camada de enlace MPLS
siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web
5 Camada de Enlace 5-63
Conector RJ 45
5 Camada de Enlace 5-64
100Base-TX
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-65 10
Wireless Backhaul
Carrier Ethernet Access Expansion
Voice gateway
VoiceVideoTelephony
HD TVTVoD VoD
Video Source
Gaming BusinessBackup ERP
Internet Video Source
BusinessBroadband
E-Line andE-LAN service
GlobalNationalCarrierEthernet
GlobalNationalCarrierEthernet
SmallMedium Business
Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet
AccessCarrierEthernet
AccessCarrierEthernet
ResidentialTriple-Play
FTTx DSLAM Cable Modem
Broadbandmobile datavideo
Bringing vastly extended scalability for business and residential users
ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing
5 Camada de Enlace 5-66
Carrier Ethernet Defined
bull Carrier Ethernet is a ubiquitous standardized carrier-class SERVICE defined by five attributes that distinguish Carrier Ethernet from familiar LAN based Ethernet
bull It brings the compelling business benefit of the Ethernet cost model to achieve significant savings
Carrier Ethernet
bull Scalability
bull Standardized Services
bull Service Management
bull Quality of Service
bull Reliability
Carrier Ethernet Attributes
httpwwwmetroethernetforumorg
5 Camada de Enlace 5-67
Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e
serviccedilos52 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais
Endereccedilamento ARP
EthernetSwitchesVLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-68
Comutador (switch) Ethernet Dispositivo da camada de enlace tecircm papel
ativo armazena e retransmite quadros Ethernetexamina o cabeccedilalho do quadro e
seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento
transparentehospedeiros ignoram a presenccedila dos
switches plug-and-play self-learning (autodidatas)
os comutadores natildeo necessitam ser configurados
5 Camada de Enlace 5-69
Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas hospedeiros tecircm conexatildeo
direta e dedicada para o switch
os switches armazenam quadros
o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplex cada link eacute o seu proacuteprio
domiacutenio de colisatildeo comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-
para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch com seis interfaces(123456)
1 2 345
6
5 Camada de Enlace 5-70
Tabela de repasse do switch P como eacute que o switch sabe que
Arsquo eacute alcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel a partir da interface 5
R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutem (endereccedilo MAC do hospedeiro
interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)
parece uma tabela de repasse P como satildeo criadas e mantidas as
entradas na tabela de comutaccedilatildeo haacute algo como um protocolo de
roteamento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch with six interfaces(123456)
1 2 345
6
5 Camada de Enlace 5-71
switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfaces quando um quadro eacute
recebido o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada
registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo
Switch autoaprendizagemA
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
5 Camada de Enlace 5-725 Camada de Enlace
Switch filtragemrepasse de quadrosQuando o quadro eacute recebido em um comutador
registra o link de entrada endereccedilo MAC do hospedeiro transmissor
indexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo MAC do destino
if entrada encontrada para o destinothen
if dest estiver no segmento de onde veio o quadro then descarta o quadro
else repassa o quadro na interface indicada else usa inundaccedilatildeo
Repassa o quadro para todas as demais interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido
5 Camada de Enlace 5-73
Exemplo de auto aprendizagem e repasse
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo destino do quadro Arsquo
com localizaccedilatildeo desconhecida inundaccedilatildeo
Arsquo A
local do destino A conhecido
Arsquo 4 60
transmissatildeo seletiva
5 Camada de Enlace 5-74
Interligaccedilatildeo de comutadores
Podemos interligar comutadores (switches)
AB
P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe que deve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3
R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenico comutador)
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
5 Camada de Enlace 5-75
Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde
para C
P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4
AB
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
12
5 Camada de Enlace 5-76
Rede institucional
Para redeexterna
roteador
Subrede IP
Servidor de mensagens
Servidor web
5 Camada de Enlace 5-77
Comutadores x Roteadores
ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa roteadores dispositivos da
camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)
comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace
ambos possuem tabelas de repasse roteadores obteacutem
tabelas usando alg de roteamento endereccedilos IP
comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
redeenlacefiacutesica
enlacefiacutesica
switch
datagrama
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
quadro
quadro
quadrodatagrama
5 Camada de Enlace 5-78
Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e
serviccedilos52 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais
Endereccedilamento ARP
EthernetSwitchesVLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-79
Siacutentese um dia na vida de um pedido web jornada completa atravessando toda a pilha de
protocolos aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
colocando tudo junto siacutentese objetivo identificar revisar entender os
protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web
cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom
5 Camada de Enlace 5-80
Um dia na vida cenaacuterio
rede da Comcast68800013
rede do Google64233160019 64233169105
servidor web
Servidor DNS
rede da escola68802024
paacutegina web
navegador
5 Camada de Enlace 5-81
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPDHCP
quadro Ethernet difundido (dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador que executa o servidor DHCP Ethernet demultiplexado para IP demultiplexado para UDP e demultiplexado paraDHCP
o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilo do primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP Solicitaccedilatildeo DHCP encapsulada em UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023 Ethernet
5 Camada de Enlace 5-82
roteador(roda DHCP)
servidor DHCP prepara ACK DHCP contendo endereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiro roteador nome e endereccedilo IP do servidor DNS
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
encapsulamento no servidor DHCP quadro repassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente
Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador
cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
5 Camada de Enlace 5-83
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
consulta DNS criada encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviar quadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP
consulta ARP difundida recebida pelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccedilo MAC da interface do roteador
o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiro roteador podendo agora enviar o quadro contendo a consulta DNS
ARP query
EthPhy
ARP
ARP
ARP reply
antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
5 Camada de Enlace 5-84
roteador(roda DHCP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
datagrama IP conteacutem consulta DNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador
datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelos protocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS
demultiplexado pelo servidor DNS
servidor DNS responde ao cliente com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
rede da Comcast68800013
servidor DNSDNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
Um dia na vidahellip usando DNS
5 Camada de Enlace 5-85
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
para enviar pedido HTTP cliente primeiro abre um socket TCP para o servidor web segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web
conexatildeo TCP estabelecida64233169105servidor web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCPIPEthPhy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)
5 Camada de Enlace 5-86
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
solicitaccedilatildeo HTTP enviada para o socket TCP datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhado para wwwgooglecom
datagrama IP com a resposta HTTP eacute encaminhado de volta para o cliente
64233169105servidor web
HTTPTCPIPEthPhy
servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTPHTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
paacutegina web finalmente() apresentada
5 Camada de Enlace 5-87
Capiacutetulo 5 Resumo
princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dados detecccedilatildeo correccedilatildeo de erros compartilhamento de canal de difusatildeo acesso
muacuteltiplo endereccedilamento da camada de enlace
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlace Ethernet LANs comutadas VLANs redes virtualizadas como camada de enlace MPLS
siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web
5 Camada de Enlace 5-64
100Base-TX
httpwwwethermanagecom
5 Camada de Enlace 5-65 10
Wireless Backhaul
Carrier Ethernet Access Expansion
Voice gateway
VoiceVideoTelephony
HD TVTVoD VoD
Video Source
Gaming BusinessBackup ERP
Internet Video Source
BusinessBroadband
E-Line andE-LAN service
GlobalNationalCarrierEthernet
GlobalNationalCarrierEthernet
SmallMedium Business
Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet
AccessCarrierEthernet
AccessCarrierEthernet
ResidentialTriple-Play
FTTx DSLAM Cable Modem
Broadbandmobile datavideo
Bringing vastly extended scalability for business and residential users
ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing
5 Camada de Enlace 5-66
Carrier Ethernet Defined
bull Carrier Ethernet is a ubiquitous standardized carrier-class SERVICE defined by five attributes that distinguish Carrier Ethernet from familiar LAN based Ethernet
bull It brings the compelling business benefit of the Ethernet cost model to achieve significant savings
Carrier Ethernet
bull Scalability
bull Standardized Services
bull Service Management
bull Quality of Service
bull Reliability
Carrier Ethernet Attributes
httpwwwmetroethernetforumorg
5 Camada de Enlace 5-67
Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e
serviccedilos52 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais
Endereccedilamento ARP
EthernetSwitchesVLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-68
Comutador (switch) Ethernet Dispositivo da camada de enlace tecircm papel
ativo armazena e retransmite quadros Ethernetexamina o cabeccedilalho do quadro e
seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento
transparentehospedeiros ignoram a presenccedila dos
switches plug-and-play self-learning (autodidatas)
os comutadores natildeo necessitam ser configurados
5 Camada de Enlace 5-69
Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas hospedeiros tecircm conexatildeo
direta e dedicada para o switch
os switches armazenam quadros
o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplex cada link eacute o seu proacuteprio
domiacutenio de colisatildeo comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-
para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch com seis interfaces(123456)
1 2 345
6
5 Camada de Enlace 5-70
Tabela de repasse do switch P como eacute que o switch sabe que
Arsquo eacute alcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel a partir da interface 5
R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutem (endereccedilo MAC do hospedeiro
interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)
parece uma tabela de repasse P como satildeo criadas e mantidas as
entradas na tabela de comutaccedilatildeo haacute algo como um protocolo de
roteamento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch with six interfaces(123456)
1 2 345
6
5 Camada de Enlace 5-71
switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfaces quando um quadro eacute
recebido o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada
registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo
Switch autoaprendizagemA
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
5 Camada de Enlace 5-725 Camada de Enlace
Switch filtragemrepasse de quadrosQuando o quadro eacute recebido em um comutador
registra o link de entrada endereccedilo MAC do hospedeiro transmissor
indexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo MAC do destino
if entrada encontrada para o destinothen
if dest estiver no segmento de onde veio o quadro then descarta o quadro
else repassa o quadro na interface indicada else usa inundaccedilatildeo
Repassa o quadro para todas as demais interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido
5 Camada de Enlace 5-73
Exemplo de auto aprendizagem e repasse
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo destino do quadro Arsquo
com localizaccedilatildeo desconhecida inundaccedilatildeo
Arsquo A
local do destino A conhecido
Arsquo 4 60
transmissatildeo seletiva
5 Camada de Enlace 5-74
Interligaccedilatildeo de comutadores
Podemos interligar comutadores (switches)
AB
P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe que deve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3
R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenico comutador)
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
5 Camada de Enlace 5-75
Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde
para C
P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4
AB
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
12
5 Camada de Enlace 5-76
Rede institucional
Para redeexterna
roteador
Subrede IP
Servidor de mensagens
Servidor web
5 Camada de Enlace 5-77
Comutadores x Roteadores
ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa roteadores dispositivos da
camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)
comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace
ambos possuem tabelas de repasse roteadores obteacutem
tabelas usando alg de roteamento endereccedilos IP
comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
redeenlacefiacutesica
enlacefiacutesica
switch
datagrama
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
quadro
quadro
quadrodatagrama
5 Camada de Enlace 5-78
Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e
serviccedilos52 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais
Endereccedilamento ARP
EthernetSwitchesVLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-79
Siacutentese um dia na vida de um pedido web jornada completa atravessando toda a pilha de
protocolos aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
colocando tudo junto siacutentese objetivo identificar revisar entender os
protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web
cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom
5 Camada de Enlace 5-80
Um dia na vida cenaacuterio
rede da Comcast68800013
rede do Google64233160019 64233169105
servidor web
Servidor DNS
rede da escola68802024
paacutegina web
navegador
5 Camada de Enlace 5-81
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPDHCP
quadro Ethernet difundido (dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador que executa o servidor DHCP Ethernet demultiplexado para IP demultiplexado para UDP e demultiplexado paraDHCP
o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilo do primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP Solicitaccedilatildeo DHCP encapsulada em UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023 Ethernet
5 Camada de Enlace 5-82
roteador(roda DHCP)
servidor DHCP prepara ACK DHCP contendo endereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiro roteador nome e endereccedilo IP do servidor DNS
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
encapsulamento no servidor DHCP quadro repassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente
Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador
cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
5 Camada de Enlace 5-83
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
consulta DNS criada encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviar quadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP
consulta ARP difundida recebida pelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccedilo MAC da interface do roteador
o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiro roteador podendo agora enviar o quadro contendo a consulta DNS
ARP query
EthPhy
ARP
ARP
ARP reply
antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
5 Camada de Enlace 5-84
roteador(roda DHCP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
datagrama IP conteacutem consulta DNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador
datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelos protocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS
demultiplexado pelo servidor DNS
servidor DNS responde ao cliente com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
rede da Comcast68800013
servidor DNSDNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
Um dia na vidahellip usando DNS
5 Camada de Enlace 5-85
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
para enviar pedido HTTP cliente primeiro abre um socket TCP para o servidor web segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web
conexatildeo TCP estabelecida64233169105servidor web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCPIPEthPhy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)
5 Camada de Enlace 5-86
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
solicitaccedilatildeo HTTP enviada para o socket TCP datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhado para wwwgooglecom
datagrama IP com a resposta HTTP eacute encaminhado de volta para o cliente
64233169105servidor web
HTTPTCPIPEthPhy
servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTPHTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
paacutegina web finalmente() apresentada
5 Camada de Enlace 5-87
Capiacutetulo 5 Resumo
princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dados detecccedilatildeo correccedilatildeo de erros compartilhamento de canal de difusatildeo acesso
muacuteltiplo endereccedilamento da camada de enlace
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlace Ethernet LANs comutadas VLANs redes virtualizadas como camada de enlace MPLS
siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web
5 Camada de Enlace 5-65 10
Wireless Backhaul
Carrier Ethernet Access Expansion
Voice gateway
VoiceVideoTelephony
HD TVTVoD VoD
Video Source
Gaming BusinessBackup ERP
Internet Video Source
BusinessBroadband
E-Line andE-LAN service
GlobalNationalCarrierEthernet
GlobalNationalCarrierEthernet
SmallMedium Business
Metro CarrierEthernetMetro CarrierEthernet
AccessCarrierEthernet
AccessCarrierEthernet
ResidentialTriple-Play
FTTx DSLAM Cable Modem
Broadbandmobile datavideo
Bringing vastly extended scalability for business and residential users
ContentsContents Carrier EthernetCarrier Ethernet TechnicalTechnical Future WorkFuture Work CertificationCertification MembershipMembershipMarketingMarketing
5 Camada de Enlace 5-66
Carrier Ethernet Defined
bull Carrier Ethernet is a ubiquitous standardized carrier-class SERVICE defined by five attributes that distinguish Carrier Ethernet from familiar LAN based Ethernet
bull It brings the compelling business benefit of the Ethernet cost model to achieve significant savings
Carrier Ethernet
bull Scalability
bull Standardized Services
bull Service Management
bull Quality of Service
bull Reliability
Carrier Ethernet Attributes
httpwwwmetroethernetforumorg
5 Camada de Enlace 5-67
Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e
serviccedilos52 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais
Endereccedilamento ARP
EthernetSwitchesVLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-68
Comutador (switch) Ethernet Dispositivo da camada de enlace tecircm papel
ativo armazena e retransmite quadros Ethernetexamina o cabeccedilalho do quadro e
seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento
transparentehospedeiros ignoram a presenccedila dos
switches plug-and-play self-learning (autodidatas)
os comutadores natildeo necessitam ser configurados
5 Camada de Enlace 5-69
Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas hospedeiros tecircm conexatildeo
direta e dedicada para o switch
os switches armazenam quadros
o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplex cada link eacute o seu proacuteprio
domiacutenio de colisatildeo comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-
para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch com seis interfaces(123456)
1 2 345
6
5 Camada de Enlace 5-70
Tabela de repasse do switch P como eacute que o switch sabe que
Arsquo eacute alcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel a partir da interface 5
R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutem (endereccedilo MAC do hospedeiro
interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)
parece uma tabela de repasse P como satildeo criadas e mantidas as
entradas na tabela de comutaccedilatildeo haacute algo como um protocolo de
roteamento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch with six interfaces(123456)
1 2 345
6
5 Camada de Enlace 5-71
switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfaces quando um quadro eacute
recebido o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada
registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo
Switch autoaprendizagemA
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
5 Camada de Enlace 5-725 Camada de Enlace
Switch filtragemrepasse de quadrosQuando o quadro eacute recebido em um comutador
registra o link de entrada endereccedilo MAC do hospedeiro transmissor
indexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo MAC do destino
if entrada encontrada para o destinothen
if dest estiver no segmento de onde veio o quadro then descarta o quadro
else repassa o quadro na interface indicada else usa inundaccedilatildeo
Repassa o quadro para todas as demais interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido
5 Camada de Enlace 5-73
Exemplo de auto aprendizagem e repasse
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo destino do quadro Arsquo
com localizaccedilatildeo desconhecida inundaccedilatildeo
Arsquo A
local do destino A conhecido
Arsquo 4 60
transmissatildeo seletiva
5 Camada de Enlace 5-74
Interligaccedilatildeo de comutadores
Podemos interligar comutadores (switches)
AB
P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe que deve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3
R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenico comutador)
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
5 Camada de Enlace 5-75
Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde
para C
P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4
AB
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
12
5 Camada de Enlace 5-76
Rede institucional
Para redeexterna
roteador
Subrede IP
Servidor de mensagens
Servidor web
5 Camada de Enlace 5-77
Comutadores x Roteadores
ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa roteadores dispositivos da
camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)
comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace
ambos possuem tabelas de repasse roteadores obteacutem
tabelas usando alg de roteamento endereccedilos IP
comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
redeenlacefiacutesica
enlacefiacutesica
switch
datagrama
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
quadro
quadro
quadrodatagrama
5 Camada de Enlace 5-78
Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e
serviccedilos52 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais
Endereccedilamento ARP
EthernetSwitchesVLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-79
Siacutentese um dia na vida de um pedido web jornada completa atravessando toda a pilha de
protocolos aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
colocando tudo junto siacutentese objetivo identificar revisar entender os
protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web
cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom
5 Camada de Enlace 5-80
Um dia na vida cenaacuterio
rede da Comcast68800013
rede do Google64233160019 64233169105
servidor web
Servidor DNS
rede da escola68802024
paacutegina web
navegador
5 Camada de Enlace 5-81
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPDHCP
quadro Ethernet difundido (dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador que executa o servidor DHCP Ethernet demultiplexado para IP demultiplexado para UDP e demultiplexado paraDHCP
o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilo do primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP Solicitaccedilatildeo DHCP encapsulada em UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023 Ethernet
5 Camada de Enlace 5-82
roteador(roda DHCP)
servidor DHCP prepara ACK DHCP contendo endereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiro roteador nome e endereccedilo IP do servidor DNS
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
encapsulamento no servidor DHCP quadro repassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente
Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador
cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
5 Camada de Enlace 5-83
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
consulta DNS criada encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviar quadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP
consulta ARP difundida recebida pelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccedilo MAC da interface do roteador
o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiro roteador podendo agora enviar o quadro contendo a consulta DNS
ARP query
EthPhy
ARP
ARP
ARP reply
antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
5 Camada de Enlace 5-84
roteador(roda DHCP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
datagrama IP conteacutem consulta DNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador
datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelos protocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS
demultiplexado pelo servidor DNS
servidor DNS responde ao cliente com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
rede da Comcast68800013
servidor DNSDNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
Um dia na vidahellip usando DNS
5 Camada de Enlace 5-85
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
para enviar pedido HTTP cliente primeiro abre um socket TCP para o servidor web segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web
conexatildeo TCP estabelecida64233169105servidor web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCPIPEthPhy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)
5 Camada de Enlace 5-86
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
solicitaccedilatildeo HTTP enviada para o socket TCP datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhado para wwwgooglecom
datagrama IP com a resposta HTTP eacute encaminhado de volta para o cliente
64233169105servidor web
HTTPTCPIPEthPhy
servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTPHTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
paacutegina web finalmente() apresentada
5 Camada de Enlace 5-87
Capiacutetulo 5 Resumo
princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dados detecccedilatildeo correccedilatildeo de erros compartilhamento de canal de difusatildeo acesso
muacuteltiplo endereccedilamento da camada de enlace
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlace Ethernet LANs comutadas VLANs redes virtualizadas como camada de enlace MPLS
siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web
5 Camada de Enlace 5-66
Carrier Ethernet Defined
bull Carrier Ethernet is a ubiquitous standardized carrier-class SERVICE defined by five attributes that distinguish Carrier Ethernet from familiar LAN based Ethernet
bull It brings the compelling business benefit of the Ethernet cost model to achieve significant savings
Carrier Ethernet
bull Scalability
bull Standardized Services
bull Service Management
bull Quality of Service
bull Reliability
Carrier Ethernet Attributes
httpwwwmetroethernetforumorg
5 Camada de Enlace 5-67
Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e
serviccedilos52 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais
Endereccedilamento ARP
EthernetSwitchesVLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-68
Comutador (switch) Ethernet Dispositivo da camada de enlace tecircm papel
ativo armazena e retransmite quadros Ethernetexamina o cabeccedilalho do quadro e
seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento
transparentehospedeiros ignoram a presenccedila dos
switches plug-and-play self-learning (autodidatas)
os comutadores natildeo necessitam ser configurados
5 Camada de Enlace 5-69
Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas hospedeiros tecircm conexatildeo
direta e dedicada para o switch
os switches armazenam quadros
o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplex cada link eacute o seu proacuteprio
domiacutenio de colisatildeo comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-
para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch com seis interfaces(123456)
1 2 345
6
5 Camada de Enlace 5-70
Tabela de repasse do switch P como eacute que o switch sabe que
Arsquo eacute alcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel a partir da interface 5
R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutem (endereccedilo MAC do hospedeiro
interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)
parece uma tabela de repasse P como satildeo criadas e mantidas as
entradas na tabela de comutaccedilatildeo haacute algo como um protocolo de
roteamento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch with six interfaces(123456)
1 2 345
6
5 Camada de Enlace 5-71
switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfaces quando um quadro eacute
recebido o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada
registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo
Switch autoaprendizagemA
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
5 Camada de Enlace 5-725 Camada de Enlace
Switch filtragemrepasse de quadrosQuando o quadro eacute recebido em um comutador
registra o link de entrada endereccedilo MAC do hospedeiro transmissor
indexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo MAC do destino
if entrada encontrada para o destinothen
if dest estiver no segmento de onde veio o quadro then descarta o quadro
else repassa o quadro na interface indicada else usa inundaccedilatildeo
Repassa o quadro para todas as demais interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido
5 Camada de Enlace 5-73
Exemplo de auto aprendizagem e repasse
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo destino do quadro Arsquo
com localizaccedilatildeo desconhecida inundaccedilatildeo
Arsquo A
local do destino A conhecido
Arsquo 4 60
transmissatildeo seletiva
5 Camada de Enlace 5-74
Interligaccedilatildeo de comutadores
Podemos interligar comutadores (switches)
AB
P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe que deve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3
R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenico comutador)
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
5 Camada de Enlace 5-75
Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde
para C
P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4
AB
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
12
5 Camada de Enlace 5-76
Rede institucional
Para redeexterna
roteador
Subrede IP
Servidor de mensagens
Servidor web
5 Camada de Enlace 5-77
Comutadores x Roteadores
ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa roteadores dispositivos da
camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)
comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace
ambos possuem tabelas de repasse roteadores obteacutem
tabelas usando alg de roteamento endereccedilos IP
comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
redeenlacefiacutesica
enlacefiacutesica
switch
datagrama
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
quadro
quadro
quadrodatagrama
5 Camada de Enlace 5-78
Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e
serviccedilos52 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais
Endereccedilamento ARP
EthernetSwitchesVLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-79
Siacutentese um dia na vida de um pedido web jornada completa atravessando toda a pilha de
protocolos aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
colocando tudo junto siacutentese objetivo identificar revisar entender os
protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web
cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom
5 Camada de Enlace 5-80
Um dia na vida cenaacuterio
rede da Comcast68800013
rede do Google64233160019 64233169105
servidor web
Servidor DNS
rede da escola68802024
paacutegina web
navegador
5 Camada de Enlace 5-81
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPDHCP
quadro Ethernet difundido (dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador que executa o servidor DHCP Ethernet demultiplexado para IP demultiplexado para UDP e demultiplexado paraDHCP
o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilo do primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP Solicitaccedilatildeo DHCP encapsulada em UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023 Ethernet
5 Camada de Enlace 5-82
roteador(roda DHCP)
servidor DHCP prepara ACK DHCP contendo endereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiro roteador nome e endereccedilo IP do servidor DNS
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
encapsulamento no servidor DHCP quadro repassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente
Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador
cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
5 Camada de Enlace 5-83
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
consulta DNS criada encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviar quadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP
consulta ARP difundida recebida pelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccedilo MAC da interface do roteador
o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiro roteador podendo agora enviar o quadro contendo a consulta DNS
ARP query
EthPhy
ARP
ARP
ARP reply
antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
5 Camada de Enlace 5-84
roteador(roda DHCP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
datagrama IP conteacutem consulta DNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador
datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelos protocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS
demultiplexado pelo servidor DNS
servidor DNS responde ao cliente com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
rede da Comcast68800013
servidor DNSDNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
Um dia na vidahellip usando DNS
5 Camada de Enlace 5-85
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
para enviar pedido HTTP cliente primeiro abre um socket TCP para o servidor web segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web
conexatildeo TCP estabelecida64233169105servidor web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCPIPEthPhy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)
5 Camada de Enlace 5-86
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
solicitaccedilatildeo HTTP enviada para o socket TCP datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhado para wwwgooglecom
datagrama IP com a resposta HTTP eacute encaminhado de volta para o cliente
64233169105servidor web
HTTPTCPIPEthPhy
servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTPHTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
paacutegina web finalmente() apresentada
5 Camada de Enlace 5-87
Capiacutetulo 5 Resumo
princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dados detecccedilatildeo correccedilatildeo de erros compartilhamento de canal de difusatildeo acesso
muacuteltiplo endereccedilamento da camada de enlace
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlace Ethernet LANs comutadas VLANs redes virtualizadas como camada de enlace MPLS
siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web
5 Camada de Enlace 5-67
Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e
serviccedilos52 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais
Endereccedilamento ARP
EthernetSwitchesVLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-68
Comutador (switch) Ethernet Dispositivo da camada de enlace tecircm papel
ativo armazena e retransmite quadros Ethernetexamina o cabeccedilalho do quadro e
seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento
transparentehospedeiros ignoram a presenccedila dos
switches plug-and-play self-learning (autodidatas)
os comutadores natildeo necessitam ser configurados
5 Camada de Enlace 5-69
Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas hospedeiros tecircm conexatildeo
direta e dedicada para o switch
os switches armazenam quadros
o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplex cada link eacute o seu proacuteprio
domiacutenio de colisatildeo comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-
para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch com seis interfaces(123456)
1 2 345
6
5 Camada de Enlace 5-70
Tabela de repasse do switch P como eacute que o switch sabe que
Arsquo eacute alcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel a partir da interface 5
R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutem (endereccedilo MAC do hospedeiro
interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)
parece uma tabela de repasse P como satildeo criadas e mantidas as
entradas na tabela de comutaccedilatildeo haacute algo como um protocolo de
roteamento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch with six interfaces(123456)
1 2 345
6
5 Camada de Enlace 5-71
switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfaces quando um quadro eacute
recebido o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada
registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo
Switch autoaprendizagemA
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
5 Camada de Enlace 5-725 Camada de Enlace
Switch filtragemrepasse de quadrosQuando o quadro eacute recebido em um comutador
registra o link de entrada endereccedilo MAC do hospedeiro transmissor
indexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo MAC do destino
if entrada encontrada para o destinothen
if dest estiver no segmento de onde veio o quadro then descarta o quadro
else repassa o quadro na interface indicada else usa inundaccedilatildeo
Repassa o quadro para todas as demais interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido
5 Camada de Enlace 5-73
Exemplo de auto aprendizagem e repasse
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo destino do quadro Arsquo
com localizaccedilatildeo desconhecida inundaccedilatildeo
Arsquo A
local do destino A conhecido
Arsquo 4 60
transmissatildeo seletiva
5 Camada de Enlace 5-74
Interligaccedilatildeo de comutadores
Podemos interligar comutadores (switches)
AB
P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe que deve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3
R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenico comutador)
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
5 Camada de Enlace 5-75
Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde
para C
P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4
AB
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
12
5 Camada de Enlace 5-76
Rede institucional
Para redeexterna
roteador
Subrede IP
Servidor de mensagens
Servidor web
5 Camada de Enlace 5-77
Comutadores x Roteadores
ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa roteadores dispositivos da
camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)
comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace
ambos possuem tabelas de repasse roteadores obteacutem
tabelas usando alg de roteamento endereccedilos IP
comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
redeenlacefiacutesica
enlacefiacutesica
switch
datagrama
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
quadro
quadro
quadrodatagrama
5 Camada de Enlace 5-78
Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e
serviccedilos52 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais
Endereccedilamento ARP
EthernetSwitchesVLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-79
Siacutentese um dia na vida de um pedido web jornada completa atravessando toda a pilha de
protocolos aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
colocando tudo junto siacutentese objetivo identificar revisar entender os
protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web
cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom
5 Camada de Enlace 5-80
Um dia na vida cenaacuterio
rede da Comcast68800013
rede do Google64233160019 64233169105
servidor web
Servidor DNS
rede da escola68802024
paacutegina web
navegador
5 Camada de Enlace 5-81
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPDHCP
quadro Ethernet difundido (dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador que executa o servidor DHCP Ethernet demultiplexado para IP demultiplexado para UDP e demultiplexado paraDHCP
o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilo do primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP Solicitaccedilatildeo DHCP encapsulada em UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023 Ethernet
5 Camada de Enlace 5-82
roteador(roda DHCP)
servidor DHCP prepara ACK DHCP contendo endereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiro roteador nome e endereccedilo IP do servidor DNS
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
encapsulamento no servidor DHCP quadro repassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente
Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador
cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
5 Camada de Enlace 5-83
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
consulta DNS criada encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviar quadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP
consulta ARP difundida recebida pelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccedilo MAC da interface do roteador
o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiro roteador podendo agora enviar o quadro contendo a consulta DNS
ARP query
EthPhy
ARP
ARP
ARP reply
antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
5 Camada de Enlace 5-84
roteador(roda DHCP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
datagrama IP conteacutem consulta DNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador
datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelos protocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS
demultiplexado pelo servidor DNS
servidor DNS responde ao cliente com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
rede da Comcast68800013
servidor DNSDNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
Um dia na vidahellip usando DNS
5 Camada de Enlace 5-85
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
para enviar pedido HTTP cliente primeiro abre um socket TCP para o servidor web segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web
conexatildeo TCP estabelecida64233169105servidor web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCPIPEthPhy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)
5 Camada de Enlace 5-86
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
solicitaccedilatildeo HTTP enviada para o socket TCP datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhado para wwwgooglecom
datagrama IP com a resposta HTTP eacute encaminhado de volta para o cliente
64233169105servidor web
HTTPTCPIPEthPhy
servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTPHTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
paacutegina web finalmente() apresentada
5 Camada de Enlace 5-87
Capiacutetulo 5 Resumo
princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dados detecccedilatildeo correccedilatildeo de erros compartilhamento de canal de difusatildeo acesso
muacuteltiplo endereccedilamento da camada de enlace
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlace Ethernet LANs comutadas VLANs redes virtualizadas como camada de enlace MPLS
siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web
5 Camada de Enlace 5-68
Comutador (switch) Ethernet Dispositivo da camada de enlace tecircm papel
ativo armazena e retransmite quadros Ethernetexamina o cabeccedilalho do quadro e
seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento
transparentehospedeiros ignoram a presenccedila dos
switches plug-and-play self-learning (autodidatas)
os comutadores natildeo necessitam ser configurados
5 Camada de Enlace 5-69
Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas hospedeiros tecircm conexatildeo
direta e dedicada para o switch
os switches armazenam quadros
o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplex cada link eacute o seu proacuteprio
domiacutenio de colisatildeo comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-
para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch com seis interfaces(123456)
1 2 345
6
5 Camada de Enlace 5-70
Tabela de repasse do switch P como eacute que o switch sabe que
Arsquo eacute alcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel a partir da interface 5
R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutem (endereccedilo MAC do hospedeiro
interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)
parece uma tabela de repasse P como satildeo criadas e mantidas as
entradas na tabela de comutaccedilatildeo haacute algo como um protocolo de
roteamento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch with six interfaces(123456)
1 2 345
6
5 Camada de Enlace 5-71
switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfaces quando um quadro eacute
recebido o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada
registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo
Switch autoaprendizagemA
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
5 Camada de Enlace 5-725 Camada de Enlace
Switch filtragemrepasse de quadrosQuando o quadro eacute recebido em um comutador
registra o link de entrada endereccedilo MAC do hospedeiro transmissor
indexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo MAC do destino
if entrada encontrada para o destinothen
if dest estiver no segmento de onde veio o quadro then descarta o quadro
else repassa o quadro na interface indicada else usa inundaccedilatildeo
Repassa o quadro para todas as demais interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido
5 Camada de Enlace 5-73
Exemplo de auto aprendizagem e repasse
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo destino do quadro Arsquo
com localizaccedilatildeo desconhecida inundaccedilatildeo
Arsquo A
local do destino A conhecido
Arsquo 4 60
transmissatildeo seletiva
5 Camada de Enlace 5-74
Interligaccedilatildeo de comutadores
Podemos interligar comutadores (switches)
AB
P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe que deve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3
R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenico comutador)
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
5 Camada de Enlace 5-75
Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde
para C
P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4
AB
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
12
5 Camada de Enlace 5-76
Rede institucional
Para redeexterna
roteador
Subrede IP
Servidor de mensagens
Servidor web
5 Camada de Enlace 5-77
Comutadores x Roteadores
ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa roteadores dispositivos da
camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)
comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace
ambos possuem tabelas de repasse roteadores obteacutem
tabelas usando alg de roteamento endereccedilos IP
comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
redeenlacefiacutesica
enlacefiacutesica
switch
datagrama
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
quadro
quadro
quadrodatagrama
5 Camada de Enlace 5-78
Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e
serviccedilos52 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais
Endereccedilamento ARP
EthernetSwitchesVLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-79
Siacutentese um dia na vida de um pedido web jornada completa atravessando toda a pilha de
protocolos aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
colocando tudo junto siacutentese objetivo identificar revisar entender os
protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web
cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom
5 Camada de Enlace 5-80
Um dia na vida cenaacuterio
rede da Comcast68800013
rede do Google64233160019 64233169105
servidor web
Servidor DNS
rede da escola68802024
paacutegina web
navegador
5 Camada de Enlace 5-81
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPDHCP
quadro Ethernet difundido (dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador que executa o servidor DHCP Ethernet demultiplexado para IP demultiplexado para UDP e demultiplexado paraDHCP
o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilo do primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP Solicitaccedilatildeo DHCP encapsulada em UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023 Ethernet
5 Camada de Enlace 5-82
roteador(roda DHCP)
servidor DHCP prepara ACK DHCP contendo endereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiro roteador nome e endereccedilo IP do servidor DNS
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
encapsulamento no servidor DHCP quadro repassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente
Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador
cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
5 Camada de Enlace 5-83
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
consulta DNS criada encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviar quadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP
consulta ARP difundida recebida pelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccedilo MAC da interface do roteador
o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiro roteador podendo agora enviar o quadro contendo a consulta DNS
ARP query
EthPhy
ARP
ARP
ARP reply
antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
5 Camada de Enlace 5-84
roteador(roda DHCP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
datagrama IP conteacutem consulta DNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador
datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelos protocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS
demultiplexado pelo servidor DNS
servidor DNS responde ao cliente com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
rede da Comcast68800013
servidor DNSDNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
Um dia na vidahellip usando DNS
5 Camada de Enlace 5-85
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
para enviar pedido HTTP cliente primeiro abre um socket TCP para o servidor web segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web
conexatildeo TCP estabelecida64233169105servidor web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCPIPEthPhy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)
5 Camada de Enlace 5-86
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
solicitaccedilatildeo HTTP enviada para o socket TCP datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhado para wwwgooglecom
datagrama IP com a resposta HTTP eacute encaminhado de volta para o cliente
64233169105servidor web
HTTPTCPIPEthPhy
servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTPHTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
paacutegina web finalmente() apresentada
5 Camada de Enlace 5-87
Capiacutetulo 5 Resumo
princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dados detecccedilatildeo correccedilatildeo de erros compartilhamento de canal de difusatildeo acesso
muacuteltiplo endereccedilamento da camada de enlace
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlace Ethernet LANs comutadas VLANs redes virtualizadas como camada de enlace MPLS
siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web
5 Camada de Enlace 5-69
Switch permitemuacuteltiplas transmissotildees simultacircneas hospedeiros tecircm conexatildeo
direta e dedicada para o switch
os switches armazenam quadros
o protocolo Ethernet eacute usado em cada link de entrada mas natildeo haacute colisotildees full duplex cada link eacute o seu proacuteprio
domiacutenio de colisatildeo comutaccedilatildeo A-para-Arsquo e B-
para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch com seis interfaces(123456)
1 2 345
6
5 Camada de Enlace 5-70
Tabela de repasse do switch P como eacute que o switch sabe que
Arsquo eacute alcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel a partir da interface 5
R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutem (endereccedilo MAC do hospedeiro
interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)
parece uma tabela de repasse P como satildeo criadas e mantidas as
entradas na tabela de comutaccedilatildeo haacute algo como um protocolo de
roteamento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch with six interfaces(123456)
1 2 345
6
5 Camada de Enlace 5-71
switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfaces quando um quadro eacute
recebido o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada
registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo
Switch autoaprendizagemA
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
5 Camada de Enlace 5-725 Camada de Enlace
Switch filtragemrepasse de quadrosQuando o quadro eacute recebido em um comutador
registra o link de entrada endereccedilo MAC do hospedeiro transmissor
indexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo MAC do destino
if entrada encontrada para o destinothen
if dest estiver no segmento de onde veio o quadro then descarta o quadro
else repassa o quadro na interface indicada else usa inundaccedilatildeo
Repassa o quadro para todas as demais interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido
5 Camada de Enlace 5-73
Exemplo de auto aprendizagem e repasse
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo destino do quadro Arsquo
com localizaccedilatildeo desconhecida inundaccedilatildeo
Arsquo A
local do destino A conhecido
Arsquo 4 60
transmissatildeo seletiva
5 Camada de Enlace 5-74
Interligaccedilatildeo de comutadores
Podemos interligar comutadores (switches)
AB
P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe que deve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3
R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenico comutador)
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
5 Camada de Enlace 5-75
Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde
para C
P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4
AB
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
12
5 Camada de Enlace 5-76
Rede institucional
Para redeexterna
roteador
Subrede IP
Servidor de mensagens
Servidor web
5 Camada de Enlace 5-77
Comutadores x Roteadores
ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa roteadores dispositivos da
camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)
comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace
ambos possuem tabelas de repasse roteadores obteacutem
tabelas usando alg de roteamento endereccedilos IP
comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
redeenlacefiacutesica
enlacefiacutesica
switch
datagrama
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
quadro
quadro
quadrodatagrama
5 Camada de Enlace 5-78
Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e
serviccedilos52 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais
Endereccedilamento ARP
EthernetSwitchesVLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-79
Siacutentese um dia na vida de um pedido web jornada completa atravessando toda a pilha de
protocolos aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
colocando tudo junto siacutentese objetivo identificar revisar entender os
protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web
cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom
5 Camada de Enlace 5-80
Um dia na vida cenaacuterio
rede da Comcast68800013
rede do Google64233160019 64233169105
servidor web
Servidor DNS
rede da escola68802024
paacutegina web
navegador
5 Camada de Enlace 5-81
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPDHCP
quadro Ethernet difundido (dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador que executa o servidor DHCP Ethernet demultiplexado para IP demultiplexado para UDP e demultiplexado paraDHCP
o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilo do primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP Solicitaccedilatildeo DHCP encapsulada em UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023 Ethernet
5 Camada de Enlace 5-82
roteador(roda DHCP)
servidor DHCP prepara ACK DHCP contendo endereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiro roteador nome e endereccedilo IP do servidor DNS
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
encapsulamento no servidor DHCP quadro repassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente
Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador
cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
5 Camada de Enlace 5-83
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
consulta DNS criada encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviar quadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP
consulta ARP difundida recebida pelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccedilo MAC da interface do roteador
o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiro roteador podendo agora enviar o quadro contendo a consulta DNS
ARP query
EthPhy
ARP
ARP
ARP reply
antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
5 Camada de Enlace 5-84
roteador(roda DHCP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
datagrama IP conteacutem consulta DNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador
datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelos protocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS
demultiplexado pelo servidor DNS
servidor DNS responde ao cliente com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
rede da Comcast68800013
servidor DNSDNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
Um dia na vidahellip usando DNS
5 Camada de Enlace 5-85
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
para enviar pedido HTTP cliente primeiro abre um socket TCP para o servidor web segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web
conexatildeo TCP estabelecida64233169105servidor web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCPIPEthPhy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)
5 Camada de Enlace 5-86
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
solicitaccedilatildeo HTTP enviada para o socket TCP datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhado para wwwgooglecom
datagrama IP com a resposta HTTP eacute encaminhado de volta para o cliente
64233169105servidor web
HTTPTCPIPEthPhy
servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTPHTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
paacutegina web finalmente() apresentada
5 Camada de Enlace 5-87
Capiacutetulo 5 Resumo
princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dados detecccedilatildeo correccedilatildeo de erros compartilhamento de canal de difusatildeo acesso
muacuteltiplo endereccedilamento da camada de enlace
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlace Ethernet LANs comutadas VLANs redes virtualizadas como camada de enlace MPLS
siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web
5 Camada de Enlace 5-70
Tabela de repasse do switch P como eacute que o switch sabe que
Arsquo eacute alcanccedilaacutevel atraveacutes da interface 4 e que Brsquo eacute alcanccedilaacutevel a partir da interface 5
R cada switch possui uma tabela de comutaccedilatildeo cada entrada conteacutem (endereccedilo MAC do hospedeiro
interface para alcanccedilar o hospedeiro carimbo de tempo)
parece uma tabela de repasse P como satildeo criadas e mantidas as
entradas na tabela de comutaccedilatildeo haacute algo como um protocolo de
roteamento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch with six interfaces(123456)
1 2 345
6
5 Camada de Enlace 5-71
switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfaces quando um quadro eacute
recebido o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada
registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo
Switch autoaprendizagemA
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
5 Camada de Enlace 5-725 Camada de Enlace
Switch filtragemrepasse de quadrosQuando o quadro eacute recebido em um comutador
registra o link de entrada endereccedilo MAC do hospedeiro transmissor
indexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo MAC do destino
if entrada encontrada para o destinothen
if dest estiver no segmento de onde veio o quadro then descarta o quadro
else repassa o quadro na interface indicada else usa inundaccedilatildeo
Repassa o quadro para todas as demais interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido
5 Camada de Enlace 5-73
Exemplo de auto aprendizagem e repasse
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo destino do quadro Arsquo
com localizaccedilatildeo desconhecida inundaccedilatildeo
Arsquo A
local do destino A conhecido
Arsquo 4 60
transmissatildeo seletiva
5 Camada de Enlace 5-74
Interligaccedilatildeo de comutadores
Podemos interligar comutadores (switches)
AB
P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe que deve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3
R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenico comutador)
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
5 Camada de Enlace 5-75
Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde
para C
P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4
AB
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
12
5 Camada de Enlace 5-76
Rede institucional
Para redeexterna
roteador
Subrede IP
Servidor de mensagens
Servidor web
5 Camada de Enlace 5-77
Comutadores x Roteadores
ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa roteadores dispositivos da
camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)
comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace
ambos possuem tabelas de repasse roteadores obteacutem
tabelas usando alg de roteamento endereccedilos IP
comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
redeenlacefiacutesica
enlacefiacutesica
switch
datagrama
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
quadro
quadro
quadrodatagrama
5 Camada de Enlace 5-78
Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e
serviccedilos52 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais
Endereccedilamento ARP
EthernetSwitchesVLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-79
Siacutentese um dia na vida de um pedido web jornada completa atravessando toda a pilha de
protocolos aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
colocando tudo junto siacutentese objetivo identificar revisar entender os
protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web
cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom
5 Camada de Enlace 5-80
Um dia na vida cenaacuterio
rede da Comcast68800013
rede do Google64233160019 64233169105
servidor web
Servidor DNS
rede da escola68802024
paacutegina web
navegador
5 Camada de Enlace 5-81
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPDHCP
quadro Ethernet difundido (dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador que executa o servidor DHCP Ethernet demultiplexado para IP demultiplexado para UDP e demultiplexado paraDHCP
o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilo do primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP Solicitaccedilatildeo DHCP encapsulada em UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023 Ethernet
5 Camada de Enlace 5-82
roteador(roda DHCP)
servidor DHCP prepara ACK DHCP contendo endereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiro roteador nome e endereccedilo IP do servidor DNS
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
encapsulamento no servidor DHCP quadro repassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente
Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador
cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
5 Camada de Enlace 5-83
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
consulta DNS criada encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviar quadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP
consulta ARP difundida recebida pelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccedilo MAC da interface do roteador
o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiro roteador podendo agora enviar o quadro contendo a consulta DNS
ARP query
EthPhy
ARP
ARP
ARP reply
antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
5 Camada de Enlace 5-84
roteador(roda DHCP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
datagrama IP conteacutem consulta DNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador
datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelos protocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS
demultiplexado pelo servidor DNS
servidor DNS responde ao cliente com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
rede da Comcast68800013
servidor DNSDNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
Um dia na vidahellip usando DNS
5 Camada de Enlace 5-85
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
para enviar pedido HTTP cliente primeiro abre um socket TCP para o servidor web segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web
conexatildeo TCP estabelecida64233169105servidor web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCPIPEthPhy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)
5 Camada de Enlace 5-86
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
solicitaccedilatildeo HTTP enviada para o socket TCP datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhado para wwwgooglecom
datagrama IP com a resposta HTTP eacute encaminhado de volta para o cliente
64233169105servidor web
HTTPTCPIPEthPhy
servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTPHTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
paacutegina web finalmente() apresentada
5 Camada de Enlace 5-87
Capiacutetulo 5 Resumo
princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dados detecccedilatildeo correccedilatildeo de erros compartilhamento de canal de difusatildeo acesso
muacuteltiplo endereccedilamento da camada de enlace
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlace Ethernet LANs comutadas VLANs redes virtualizadas como camada de enlace MPLS
siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web
5 Camada de Enlace 5-71
switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de quais interfaces quando um quadro eacute
recebido o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento LAN de entrada
registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela de comutaccedilatildeo
Switch autoaprendizagemA
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTL
Tabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
5 Camada de Enlace 5-725 Camada de Enlace
Switch filtragemrepasse de quadrosQuando o quadro eacute recebido em um comutador
registra o link de entrada endereccedilo MAC do hospedeiro transmissor
indexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo MAC do destino
if entrada encontrada para o destinothen
if dest estiver no segmento de onde veio o quadro then descarta o quadro
else repassa o quadro na interface indicada else usa inundaccedilatildeo
Repassa o quadro para todas as demais interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido
5 Camada de Enlace 5-73
Exemplo de auto aprendizagem e repasse
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo destino do quadro Arsquo
com localizaccedilatildeo desconhecida inundaccedilatildeo
Arsquo A
local do destino A conhecido
Arsquo 4 60
transmissatildeo seletiva
5 Camada de Enlace 5-74
Interligaccedilatildeo de comutadores
Podemos interligar comutadores (switches)
AB
P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe que deve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3
R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenico comutador)
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
5 Camada de Enlace 5-75
Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde
para C
P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4
AB
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
12
5 Camada de Enlace 5-76
Rede institucional
Para redeexterna
roteador
Subrede IP
Servidor de mensagens
Servidor web
5 Camada de Enlace 5-77
Comutadores x Roteadores
ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa roteadores dispositivos da
camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)
comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace
ambos possuem tabelas de repasse roteadores obteacutem
tabelas usando alg de roteamento endereccedilos IP
comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
redeenlacefiacutesica
enlacefiacutesica
switch
datagrama
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
quadro
quadro
quadrodatagrama
5 Camada de Enlace 5-78
Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e
serviccedilos52 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais
Endereccedilamento ARP
EthernetSwitchesVLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-79
Siacutentese um dia na vida de um pedido web jornada completa atravessando toda a pilha de
protocolos aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
colocando tudo junto siacutentese objetivo identificar revisar entender os
protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web
cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom
5 Camada de Enlace 5-80
Um dia na vida cenaacuterio
rede da Comcast68800013
rede do Google64233160019 64233169105
servidor web
Servidor DNS
rede da escola68802024
paacutegina web
navegador
5 Camada de Enlace 5-81
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPDHCP
quadro Ethernet difundido (dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador que executa o servidor DHCP Ethernet demultiplexado para IP demultiplexado para UDP e demultiplexado paraDHCP
o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilo do primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP Solicitaccedilatildeo DHCP encapsulada em UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023 Ethernet
5 Camada de Enlace 5-82
roteador(roda DHCP)
servidor DHCP prepara ACK DHCP contendo endereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiro roteador nome e endereccedilo IP do servidor DNS
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
encapsulamento no servidor DHCP quadro repassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente
Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador
cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
5 Camada de Enlace 5-83
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
consulta DNS criada encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviar quadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP
consulta ARP difundida recebida pelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccedilo MAC da interface do roteador
o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiro roteador podendo agora enviar o quadro contendo a consulta DNS
ARP query
EthPhy
ARP
ARP
ARP reply
antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
5 Camada de Enlace 5-84
roteador(roda DHCP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
datagrama IP conteacutem consulta DNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador
datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelos protocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS
demultiplexado pelo servidor DNS
servidor DNS responde ao cliente com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
rede da Comcast68800013
servidor DNSDNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
Um dia na vidahellip usando DNS
5 Camada de Enlace 5-85
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
para enviar pedido HTTP cliente primeiro abre um socket TCP para o servidor web segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web
conexatildeo TCP estabelecida64233169105servidor web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCPIPEthPhy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)
5 Camada de Enlace 5-86
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
solicitaccedilatildeo HTTP enviada para o socket TCP datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhado para wwwgooglecom
datagrama IP com a resposta HTTP eacute encaminhado de volta para o cliente
64233169105servidor web
HTTPTCPIPEthPhy
servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTPHTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
paacutegina web finalmente() apresentada
5 Camada de Enlace 5-87
Capiacutetulo 5 Resumo
princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dados detecccedilatildeo correccedilatildeo de erros compartilhamento de canal de difusatildeo acesso
muacuteltiplo endereccedilamento da camada de enlace
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlace Ethernet LANs comutadas VLANs redes virtualizadas como camada de enlace MPLS
siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web
5 Camada de Enlace 5-725 Camada de Enlace
Switch filtragemrepasse de quadrosQuando o quadro eacute recebido em um comutador
registra o link de entrada endereccedilo MAC do hospedeiro transmissor
indexa a tabela de comutaccedilatildeo usando o endereccedilo MAC do destino
if entrada encontrada para o destinothen
if dest estiver no segmento de onde veio o quadro then descarta o quadro
else repassa o quadro na interface indicada else usa inundaccedilatildeo
Repassa o quadro para todas as demais interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido
5 Camada de Enlace 5-73
Exemplo de auto aprendizagem e repasse
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo destino do quadro Arsquo
com localizaccedilatildeo desconhecida inundaccedilatildeo
Arsquo A
local do destino A conhecido
Arsquo 4 60
transmissatildeo seletiva
5 Camada de Enlace 5-74
Interligaccedilatildeo de comutadores
Podemos interligar comutadores (switches)
AB
P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe que deve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3
R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenico comutador)
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
5 Camada de Enlace 5-75
Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde
para C
P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4
AB
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
12
5 Camada de Enlace 5-76
Rede institucional
Para redeexterna
roteador
Subrede IP
Servidor de mensagens
Servidor web
5 Camada de Enlace 5-77
Comutadores x Roteadores
ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa roteadores dispositivos da
camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)
comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace
ambos possuem tabelas de repasse roteadores obteacutem
tabelas usando alg de roteamento endereccedilos IP
comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
redeenlacefiacutesica
enlacefiacutesica
switch
datagrama
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
quadro
quadro
quadrodatagrama
5 Camada de Enlace 5-78
Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e
serviccedilos52 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais
Endereccedilamento ARP
EthernetSwitchesVLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-79
Siacutentese um dia na vida de um pedido web jornada completa atravessando toda a pilha de
protocolos aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
colocando tudo junto siacutentese objetivo identificar revisar entender os
protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web
cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom
5 Camada de Enlace 5-80
Um dia na vida cenaacuterio
rede da Comcast68800013
rede do Google64233160019 64233169105
servidor web
Servidor DNS
rede da escola68802024
paacutegina web
navegador
5 Camada de Enlace 5-81
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPDHCP
quadro Ethernet difundido (dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador que executa o servidor DHCP Ethernet demultiplexado para IP demultiplexado para UDP e demultiplexado paraDHCP
o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilo do primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP Solicitaccedilatildeo DHCP encapsulada em UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023 Ethernet
5 Camada de Enlace 5-82
roteador(roda DHCP)
servidor DHCP prepara ACK DHCP contendo endereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiro roteador nome e endereccedilo IP do servidor DNS
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
encapsulamento no servidor DHCP quadro repassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente
Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador
cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
5 Camada de Enlace 5-83
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
consulta DNS criada encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviar quadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP
consulta ARP difundida recebida pelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccedilo MAC da interface do roteador
o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiro roteador podendo agora enviar o quadro contendo a consulta DNS
ARP query
EthPhy
ARP
ARP
ARP reply
antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
5 Camada de Enlace 5-84
roteador(roda DHCP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
datagrama IP conteacutem consulta DNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador
datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelos protocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS
demultiplexado pelo servidor DNS
servidor DNS responde ao cliente com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
rede da Comcast68800013
servidor DNSDNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
Um dia na vidahellip usando DNS
5 Camada de Enlace 5-85
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
para enviar pedido HTTP cliente primeiro abre um socket TCP para o servidor web segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web
conexatildeo TCP estabelecida64233169105servidor web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCPIPEthPhy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)
5 Camada de Enlace 5-86
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
solicitaccedilatildeo HTTP enviada para o socket TCP datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhado para wwwgooglecom
datagrama IP com a resposta HTTP eacute encaminhado de volta para o cliente
64233169105servidor web
HTTPTCPIPEthPhy
servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTPHTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
paacutegina web finalmente() apresentada
5 Camada de Enlace 5-87
Capiacutetulo 5 Resumo
princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dados detecccedilatildeo correccedilatildeo de erros compartilhamento de canal de difusatildeo acesso
muacuteltiplo endereccedilamento da camada de enlace
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlace Ethernet LANs comutadas VLANs redes virtualizadas como camada de enlace MPLS
siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web
5 Camada de Enlace 5-73
Exemplo de auto aprendizagem e repasse
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origem ADest Arsquo
end MAC interface TTLTabela de comutaccedilatildeo(inicialmente vazia)
A 1 60
A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA Arsquo destino do quadro Arsquo
com localizaccedilatildeo desconhecida inundaccedilatildeo
Arsquo A
local do destino A conhecido
Arsquo 4 60
transmissatildeo seletiva
5 Camada de Enlace 5-74
Interligaccedilatildeo de comutadores
Podemos interligar comutadores (switches)
AB
P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe que deve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3
R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenico comutador)
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
5 Camada de Enlace 5-75
Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde
para C
P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4
AB
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
12
5 Camada de Enlace 5-76
Rede institucional
Para redeexterna
roteador
Subrede IP
Servidor de mensagens
Servidor web
5 Camada de Enlace 5-77
Comutadores x Roteadores
ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa roteadores dispositivos da
camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)
comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace
ambos possuem tabelas de repasse roteadores obteacutem
tabelas usando alg de roteamento endereccedilos IP
comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
redeenlacefiacutesica
enlacefiacutesica
switch
datagrama
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
quadro
quadro
quadrodatagrama
5 Camada de Enlace 5-78
Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e
serviccedilos52 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais
Endereccedilamento ARP
EthernetSwitchesVLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-79
Siacutentese um dia na vida de um pedido web jornada completa atravessando toda a pilha de
protocolos aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
colocando tudo junto siacutentese objetivo identificar revisar entender os
protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web
cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom
5 Camada de Enlace 5-80
Um dia na vida cenaacuterio
rede da Comcast68800013
rede do Google64233160019 64233169105
servidor web
Servidor DNS
rede da escola68802024
paacutegina web
navegador
5 Camada de Enlace 5-81
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
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DHCPDHCP
quadro Ethernet difundido (dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador que executa o servidor DHCP Ethernet demultiplexado para IP demultiplexado para UDP e demultiplexado paraDHCP
o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilo do primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP Solicitaccedilatildeo DHCP encapsulada em UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023 Ethernet
5 Camada de Enlace 5-82
roteador(roda DHCP)
servidor DHCP prepara ACK DHCP contendo endereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiro roteador nome e endereccedilo IP do servidor DNS
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
encapsulamento no servidor DHCP quadro repassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente
Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador
cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
5 Camada de Enlace 5-83
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
consulta DNS criada encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviar quadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP
consulta ARP difundida recebida pelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccedilo MAC da interface do roteador
o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiro roteador podendo agora enviar o quadro contendo a consulta DNS
ARP query
EthPhy
ARP
ARP
ARP reply
antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
5 Camada de Enlace 5-84
roteador(roda DHCP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
datagrama IP conteacutem consulta DNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador
datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelos protocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS
demultiplexado pelo servidor DNS
servidor DNS responde ao cliente com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
rede da Comcast68800013
servidor DNSDNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
Um dia na vidahellip usando DNS
5 Camada de Enlace 5-85
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
para enviar pedido HTTP cliente primeiro abre um socket TCP para o servidor web segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web
conexatildeo TCP estabelecida64233169105servidor web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCPIPEthPhy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)
5 Camada de Enlace 5-86
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
solicitaccedilatildeo HTTP enviada para o socket TCP datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhado para wwwgooglecom
datagrama IP com a resposta HTTP eacute encaminhado de volta para o cliente
64233169105servidor web
HTTPTCPIPEthPhy
servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTPHTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
paacutegina web finalmente() apresentada
5 Camada de Enlace 5-87
Capiacutetulo 5 Resumo
princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dados detecccedilatildeo correccedilatildeo de erros compartilhamento de canal de difusatildeo acesso
muacuteltiplo endereccedilamento da camada de enlace
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlace Ethernet LANs comutadas VLANs redes virtualizadas como camada de enlace MPLS
siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web
5 Camada de Enlace 5-74
Interligaccedilatildeo de comutadores
Podemos interligar comutadores (switches)
AB
P ao transmitir de A para G ndash como S1 sabe que deve repassar o quadro destinado a G via S4 e S3
R autoaprendizado (funciona exatamente da mesma forma do que no caso de um uacutenico comutador)
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
5 Camada de Enlace 5-75
Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde
para C
P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4
AB
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
12
5 Camada de Enlace 5-76
Rede institucional
Para redeexterna
roteador
Subrede IP
Servidor de mensagens
Servidor web
5 Camada de Enlace 5-77
Comutadores x Roteadores
ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa roteadores dispositivos da
camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)
comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace
ambos possuem tabelas de repasse roteadores obteacutem
tabelas usando alg de roteamento endereccedilos IP
comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
redeenlacefiacutesica
enlacefiacutesica
switch
datagrama
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
quadro
quadro
quadrodatagrama
5 Camada de Enlace 5-78
Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e
serviccedilos52 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais
Endereccedilamento ARP
EthernetSwitchesVLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-79
Siacutentese um dia na vida de um pedido web jornada completa atravessando toda a pilha de
protocolos aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
colocando tudo junto siacutentese objetivo identificar revisar entender os
protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web
cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom
5 Camada de Enlace 5-80
Um dia na vida cenaacuterio
rede da Comcast68800013
rede do Google64233160019 64233169105
servidor web
Servidor DNS
rede da escola68802024
paacutegina web
navegador
5 Camada de Enlace 5-81
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPDHCP
quadro Ethernet difundido (dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador que executa o servidor DHCP Ethernet demultiplexado para IP demultiplexado para UDP e demultiplexado paraDHCP
o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilo do primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP Solicitaccedilatildeo DHCP encapsulada em UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023 Ethernet
5 Camada de Enlace 5-82
roteador(roda DHCP)
servidor DHCP prepara ACK DHCP contendo endereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiro roteador nome e endereccedilo IP do servidor DNS
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
encapsulamento no servidor DHCP quadro repassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente
Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador
cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
5 Camada de Enlace 5-83
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
consulta DNS criada encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviar quadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP
consulta ARP difundida recebida pelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccedilo MAC da interface do roteador
o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiro roteador podendo agora enviar o quadro contendo a consulta DNS
ARP query
EthPhy
ARP
ARP
ARP reply
antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
5 Camada de Enlace 5-84
roteador(roda DHCP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
datagrama IP conteacutem consulta DNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador
datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelos protocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS
demultiplexado pelo servidor DNS
servidor DNS responde ao cliente com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
rede da Comcast68800013
servidor DNSDNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
Um dia na vidahellip usando DNS
5 Camada de Enlace 5-85
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
para enviar pedido HTTP cliente primeiro abre um socket TCP para o servidor web segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web
conexatildeo TCP estabelecida64233169105servidor web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCPIPEthPhy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)
5 Camada de Enlace 5-86
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
solicitaccedilatildeo HTTP enviada para o socket TCP datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhado para wwwgooglecom
datagrama IP com a resposta HTTP eacute encaminhado de volta para o cliente
64233169105servidor web
HTTPTCPIPEthPhy
servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTPHTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
paacutegina web finalmente() apresentada
5 Camada de Enlace 5-87
Capiacutetulo 5 Resumo
princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dados detecccedilatildeo correccedilatildeo de erros compartilhamento de canal de difusatildeo acesso
muacuteltiplo endereccedilamento da camada de enlace
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlace Ethernet LANs comutadas VLANs redes virtualizadas como camada de enlace MPLS
siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web
5 Camada de Enlace 5-75
Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadoresSuponha que C envia quadro para I I responde
para C
P mostre as tabelas de comutaccedilatildeo e repasse de pacotes em S1 S2 S3 e S4
AB
S1
C DE
FS2
S4
S3
HI
G
12
5 Camada de Enlace 5-76
Rede institucional
Para redeexterna
roteador
Subrede IP
Servidor de mensagens
Servidor web
5 Camada de Enlace 5-77
Comutadores x Roteadores
ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa roteadores dispositivos da
camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)
comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace
ambos possuem tabelas de repasse roteadores obteacutem
tabelas usando alg de roteamento endereccedilos IP
comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
redeenlacefiacutesica
enlacefiacutesica
switch
datagrama
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
quadro
quadro
quadrodatagrama
5 Camada de Enlace 5-78
Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e
serviccedilos52 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais
Endereccedilamento ARP
EthernetSwitchesVLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-79
Siacutentese um dia na vida de um pedido web jornada completa atravessando toda a pilha de
protocolos aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
colocando tudo junto siacutentese objetivo identificar revisar entender os
protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web
cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom
5 Camada de Enlace 5-80
Um dia na vida cenaacuterio
rede da Comcast68800013
rede do Google64233160019 64233169105
servidor web
Servidor DNS
rede da escola68802024
paacutegina web
navegador
5 Camada de Enlace 5-81
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPDHCP
quadro Ethernet difundido (dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador que executa o servidor DHCP Ethernet demultiplexado para IP demultiplexado para UDP e demultiplexado paraDHCP
o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilo do primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP Solicitaccedilatildeo DHCP encapsulada em UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023 Ethernet
5 Camada de Enlace 5-82
roteador(roda DHCP)
servidor DHCP prepara ACK DHCP contendo endereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiro roteador nome e endereccedilo IP do servidor DNS
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
encapsulamento no servidor DHCP quadro repassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente
Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador
cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
5 Camada de Enlace 5-83
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
consulta DNS criada encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviar quadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP
consulta ARP difundida recebida pelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccedilo MAC da interface do roteador
o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiro roteador podendo agora enviar o quadro contendo a consulta DNS
ARP query
EthPhy
ARP
ARP
ARP reply
antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
5 Camada de Enlace 5-84
roteador(roda DHCP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
datagrama IP conteacutem consulta DNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador
datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelos protocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS
demultiplexado pelo servidor DNS
servidor DNS responde ao cliente com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
rede da Comcast68800013
servidor DNSDNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
Um dia na vidahellip usando DNS
5 Camada de Enlace 5-85
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
para enviar pedido HTTP cliente primeiro abre um socket TCP para o servidor web segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web
conexatildeo TCP estabelecida64233169105servidor web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCPIPEthPhy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)
5 Camada de Enlace 5-86
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
solicitaccedilatildeo HTTP enviada para o socket TCP datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhado para wwwgooglecom
datagrama IP com a resposta HTTP eacute encaminhado de volta para o cliente
64233169105servidor web
HTTPTCPIPEthPhy
servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTPHTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
paacutegina web finalmente() apresentada
5 Camada de Enlace 5-87
Capiacutetulo 5 Resumo
princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dados detecccedilatildeo correccedilatildeo de erros compartilhamento de canal de difusatildeo acesso
muacuteltiplo endereccedilamento da camada de enlace
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlace Ethernet LANs comutadas VLANs redes virtualizadas como camada de enlace MPLS
siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web
5 Camada de Enlace 5-76
Rede institucional
Para redeexterna
roteador
Subrede IP
Servidor de mensagens
Servidor web
5 Camada de Enlace 5-77
Comutadores x Roteadores
ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa roteadores dispositivos da
camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)
comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace
ambos possuem tabelas de repasse roteadores obteacutem
tabelas usando alg de roteamento endereccedilos IP
comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
redeenlacefiacutesica
enlacefiacutesica
switch
datagrama
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
quadro
quadro
quadrodatagrama
5 Camada de Enlace 5-78
Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e
serviccedilos52 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais
Endereccedilamento ARP
EthernetSwitchesVLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-79
Siacutentese um dia na vida de um pedido web jornada completa atravessando toda a pilha de
protocolos aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
colocando tudo junto siacutentese objetivo identificar revisar entender os
protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web
cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom
5 Camada de Enlace 5-80
Um dia na vida cenaacuterio
rede da Comcast68800013
rede do Google64233160019 64233169105
servidor web
Servidor DNS
rede da escola68802024
paacutegina web
navegador
5 Camada de Enlace 5-81
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPDHCP
quadro Ethernet difundido (dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador que executa o servidor DHCP Ethernet demultiplexado para IP demultiplexado para UDP e demultiplexado paraDHCP
o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilo do primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP Solicitaccedilatildeo DHCP encapsulada em UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023 Ethernet
5 Camada de Enlace 5-82
roteador(roda DHCP)
servidor DHCP prepara ACK DHCP contendo endereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiro roteador nome e endereccedilo IP do servidor DNS
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
encapsulamento no servidor DHCP quadro repassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente
Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador
cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
5 Camada de Enlace 5-83
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
consulta DNS criada encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviar quadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP
consulta ARP difundida recebida pelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccedilo MAC da interface do roteador
o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiro roteador podendo agora enviar o quadro contendo a consulta DNS
ARP query
EthPhy
ARP
ARP
ARP reply
antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
5 Camada de Enlace 5-84
roteador(roda DHCP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
datagrama IP conteacutem consulta DNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador
datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelos protocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS
demultiplexado pelo servidor DNS
servidor DNS responde ao cliente com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
rede da Comcast68800013
servidor DNSDNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
Um dia na vidahellip usando DNS
5 Camada de Enlace 5-85
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
para enviar pedido HTTP cliente primeiro abre um socket TCP para o servidor web segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web
conexatildeo TCP estabelecida64233169105servidor web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCPIPEthPhy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)
5 Camada de Enlace 5-86
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
solicitaccedilatildeo HTTP enviada para o socket TCP datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhado para wwwgooglecom
datagrama IP com a resposta HTTP eacute encaminhado de volta para o cliente
64233169105servidor web
HTTPTCPIPEthPhy
servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTPHTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
paacutegina web finalmente() apresentada
5 Camada de Enlace 5-87
Capiacutetulo 5 Resumo
princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dados detecccedilatildeo correccedilatildeo de erros compartilhamento de canal de difusatildeo acesso
muacuteltiplo endereccedilamento da camada de enlace
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlace Ethernet LANs comutadas VLANs redes virtualizadas como camada de enlace MPLS
siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web
5 Camada de Enlace 5-77
Comutadores x Roteadores
ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa roteadores dispositivos da
camada de rede (examinam os cabeccedilalhos da camada de rede)
comutadores satildeo dispositivos da camada de enlace
ambos possuem tabelas de repasse roteadores obteacutem
tabelas usando alg de roteamento endereccedilos IP
comutadores obteacutem tabela usando inundaccedilatildeo aprendizado endereccedilos MAC
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
redeenlacefiacutesica
enlacefiacutesica
switch
datagrama
aplicaccedilatildeotransporte
redeenlacefiacutesica
quadro
quadro
quadrodatagrama
5 Camada de Enlace 5-78
Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e
serviccedilos52 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais
Endereccedilamento ARP
EthernetSwitchesVLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-79
Siacutentese um dia na vida de um pedido web jornada completa atravessando toda a pilha de
protocolos aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
colocando tudo junto siacutentese objetivo identificar revisar entender os
protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web
cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom
5 Camada de Enlace 5-80
Um dia na vida cenaacuterio
rede da Comcast68800013
rede do Google64233160019 64233169105
servidor web
Servidor DNS
rede da escola68802024
paacutegina web
navegador
5 Camada de Enlace 5-81
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPDHCP
quadro Ethernet difundido (dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador que executa o servidor DHCP Ethernet demultiplexado para IP demultiplexado para UDP e demultiplexado paraDHCP
o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilo do primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP Solicitaccedilatildeo DHCP encapsulada em UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023 Ethernet
5 Camada de Enlace 5-82
roteador(roda DHCP)
servidor DHCP prepara ACK DHCP contendo endereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiro roteador nome e endereccedilo IP do servidor DNS
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
encapsulamento no servidor DHCP quadro repassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente
Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador
cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
5 Camada de Enlace 5-83
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
consulta DNS criada encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviar quadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP
consulta ARP difundida recebida pelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccedilo MAC da interface do roteador
o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiro roteador podendo agora enviar o quadro contendo a consulta DNS
ARP query
EthPhy
ARP
ARP
ARP reply
antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
5 Camada de Enlace 5-84
roteador(roda DHCP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
datagrama IP conteacutem consulta DNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador
datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelos protocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS
demultiplexado pelo servidor DNS
servidor DNS responde ao cliente com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
rede da Comcast68800013
servidor DNSDNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
Um dia na vidahellip usando DNS
5 Camada de Enlace 5-85
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
para enviar pedido HTTP cliente primeiro abre um socket TCP para o servidor web segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web
conexatildeo TCP estabelecida64233169105servidor web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCPIPEthPhy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)
5 Camada de Enlace 5-86
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
solicitaccedilatildeo HTTP enviada para o socket TCP datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhado para wwwgooglecom
datagrama IP com a resposta HTTP eacute encaminhado de volta para o cliente
64233169105servidor web
HTTPTCPIPEthPhy
servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTPHTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
paacutegina web finalmente() apresentada
5 Camada de Enlace 5-87
Capiacutetulo 5 Resumo
princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dados detecccedilatildeo correccedilatildeo de erros compartilhamento de canal de difusatildeo acesso
muacuteltiplo endereccedilamento da camada de enlace
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlace Ethernet LANs comutadas VLANs redes virtualizadas como camada de enlace MPLS
siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web
5 Camada de Enlace 5-78
Camada de Enlace51 Introduccedilatildeo e
serviccedilos52 Detecccedilatildeo e
correccedilatildeo de erros 53 Protocolos de
acesso muacuteltiplo 54 Redes Locais
Endereccedilamento ARP
EthernetSwitchesVLANs
55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS
56 Redes de centros de dados
57 Um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo de paacutegina Web
5 Camada de Enlace 5-79
Siacutentese um dia na vida de um pedido web jornada completa atravessando toda a pilha de
protocolos aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
colocando tudo junto siacutentese objetivo identificar revisar entender os
protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web
cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom
5 Camada de Enlace 5-80
Um dia na vida cenaacuterio
rede da Comcast68800013
rede do Google64233160019 64233169105
servidor web
Servidor DNS
rede da escola68802024
paacutegina web
navegador
5 Camada de Enlace 5-81
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPDHCP
quadro Ethernet difundido (dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador que executa o servidor DHCP Ethernet demultiplexado para IP demultiplexado para UDP e demultiplexado paraDHCP
o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilo do primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP Solicitaccedilatildeo DHCP encapsulada em UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023 Ethernet
5 Camada de Enlace 5-82
roteador(roda DHCP)
servidor DHCP prepara ACK DHCP contendo endereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiro roteador nome e endereccedilo IP do servidor DNS
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
encapsulamento no servidor DHCP quadro repassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente
Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador
cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
5 Camada de Enlace 5-83
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
consulta DNS criada encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviar quadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP
consulta ARP difundida recebida pelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccedilo MAC da interface do roteador
o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiro roteador podendo agora enviar o quadro contendo a consulta DNS
ARP query
EthPhy
ARP
ARP
ARP reply
antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
5 Camada de Enlace 5-84
roteador(roda DHCP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
datagrama IP conteacutem consulta DNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador
datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelos protocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS
demultiplexado pelo servidor DNS
servidor DNS responde ao cliente com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
rede da Comcast68800013
servidor DNSDNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
Um dia na vidahellip usando DNS
5 Camada de Enlace 5-85
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
para enviar pedido HTTP cliente primeiro abre um socket TCP para o servidor web segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web
conexatildeo TCP estabelecida64233169105servidor web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCPIPEthPhy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)
5 Camada de Enlace 5-86
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
solicitaccedilatildeo HTTP enviada para o socket TCP datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhado para wwwgooglecom
datagrama IP com a resposta HTTP eacute encaminhado de volta para o cliente
64233169105servidor web
HTTPTCPIPEthPhy
servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTPHTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
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Capiacutetulo 5 Resumo
princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dados detecccedilatildeo correccedilatildeo de erros compartilhamento de canal de difusatildeo acesso
muacuteltiplo endereccedilamento da camada de enlace
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlace Ethernet LANs comutadas VLANs redes virtualizadas como camada de enlace MPLS
siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web
5 Camada de Enlace 5-79
Siacutentese um dia na vida de um pedido web jornada completa atravessando toda a pilha de
protocolos aplicaccedilatildeo transporte rede enlace
colocando tudo junto siacutentese objetivo identificar revisar entender os
protocolos (em todas as camadas) envolvidos em um cenaacuterio aparentemente simples solicitaccedilatildeo de uma paacutegina web
cenaacuterio estudante conecta laptop agrave rede do campus solicitarecebe wwwgooglecom
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Um dia na vida cenaacuterio
rede da Comcast68800013
rede do Google64233160019 64233169105
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Servidor DNS
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navegador
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Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPDHCP
quadro Ethernet difundido (dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador que executa o servidor DHCP Ethernet demultiplexado para IP demultiplexado para UDP e demultiplexado paraDHCP
o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilo do primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP Solicitaccedilatildeo DHCP encapsulada em UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023 Ethernet
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servidor DHCP prepara ACK DHCP contendo endereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiro roteador nome e endereccedilo IP do servidor DNS
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
encapsulamento no servidor DHCP quadro repassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente
Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador
cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
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roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
consulta DNS criada encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviar quadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP
consulta ARP difundida recebida pelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccedilo MAC da interface do roteador
o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiro roteador podendo agora enviar o quadro contendo a consulta DNS
ARP query
EthPhy
ARP
ARP
ARP reply
antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
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roteador(roda DHCP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
datagrama IP conteacutem consulta DNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador
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demultiplexado pelo servidor DNS
servidor DNS responde ao cliente com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
rede da Comcast68800013
servidor DNSDNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
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Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
para enviar pedido HTTP cliente primeiro abre um socket TCP para o servidor web segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web
conexatildeo TCP estabelecida64233169105servidor web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCPIPEthPhy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
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Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
solicitaccedilatildeo HTTP enviada para o socket TCP datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhado para wwwgooglecom
datagrama IP com a resposta HTTP eacute encaminhado de volta para o cliente
64233169105servidor web
HTTPTCPIPEthPhy
servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTPHTTP
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muacuteltiplo endereccedilamento da camada de enlace
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlace Ethernet LANs comutadas VLANs redes virtualizadas como camada de enlace MPLS
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o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilo do primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP Solicitaccedilatildeo DHCP encapsulada em UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023 Ethernet
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servidor DHCP prepara ACK DHCP contendo endereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiro roteador nome e endereccedilo IP do servidor DNS
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
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DHCP
DHCP
DHCP
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encapsulamento no servidor DHCP quadro repassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente
Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador
cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP
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roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
consulta DNS criada encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviar quadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP
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o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiro roteador podendo agora enviar o quadro contendo a consulta DNS
ARP query
EthPhy
ARP
ARP
ARP reply
antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
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DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
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datagrama IP conteacutem consulta DNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador
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demultiplexado pelo servidor DNS
servidor DNS responde ao cliente com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
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IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
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Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
HTTPTCPIP
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HTTP
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SYN
SYN
SYN
SYN
TCPIPEthPhy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)
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Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
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datagrama IP com a resposta HTTP eacute encaminhado de volta para o cliente
64233169105servidor web
HTTPTCPIPEthPhy
servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTPHTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
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HTTP
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princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dados detecccedilatildeo correccedilatildeo de erros compartilhamento de canal de difusatildeo acesso
muacuteltiplo endereccedilamento da camada de enlace
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlace Ethernet LANs comutadas VLANs redes virtualizadas como camada de enlace MPLS
siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web
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roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
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quadro Ethernet difundido (dest FFFFFFFFFFFF) na LAN eacute recebido pelo roteador que executa o servidor DHCP Ethernet demultiplexado para IP demultiplexado para UDP e demultiplexado paraDHCP
o laptop necessita obter o seu endereccedilo IP o endereccedilo do primeiro roteador e endereccedilo do servidor DNS usa o DHCP Solicitaccedilatildeo DHCP encapsulada em UDP encapsulada no IP encapsulada no 8023 Ethernet
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servidor DHCP prepara ACK DHCP contendo endereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiro roteador nome e endereccedilo IP do servidor DNS
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
encapsulamento no servidor DHCP quadro repassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente
Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador
cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP
Um dia na vidahellip conectando agrave Internet
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roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
consulta DNS criada encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviar quadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP
consulta ARP difundida recebida pelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccedilo MAC da interface do roteador
o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiro roteador podendo agora enviar o quadro contendo a consulta DNS
ARP query
EthPhy
ARP
ARP
ARP reply
antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
5 Camada de Enlace 5-84
roteador(roda DHCP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
datagrama IP conteacutem consulta DNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador
datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelos protocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS
demultiplexado pelo servidor DNS
servidor DNS responde ao cliente com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
rede da Comcast68800013
servidor DNSDNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
Um dia na vidahellip usando DNS
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roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
para enviar pedido HTTP cliente primeiro abre um socket TCP para o servidor web segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web
conexatildeo TCP estabelecida64233169105servidor web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCPIPEthPhy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
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roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
solicitaccedilatildeo HTTP enviada para o socket TCP datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhado para wwwgooglecom
datagrama IP com a resposta HTTP eacute encaminhado de volta para o cliente
64233169105servidor web
HTTPTCPIPEthPhy
servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTPHTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
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princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dados detecccedilatildeo correccedilatildeo de erros compartilhamento de canal de difusatildeo acesso
muacuteltiplo endereccedilamento da camada de enlace
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlace Ethernet LANs comutadas VLANs redes virtualizadas como camada de enlace MPLS
siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web
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roteador(roda DHCP)
servidor DHCP prepara ACK DHCP contendo endereccedilo IP do cliente endereccedilo IP do primeiro roteador nome e endereccedilo IP do servidor DNS
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCPUDP
IPEthFiacutes
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
DHCP
encapsulamento no servidor DHCP quadro repassado (aprendizado do switch) atraveacutes da LAN demultiplexaccedilatildeo no cliente
Cliente agora possui um endereccedilo IP conhece o nome e end do servidor DNS e o endereccedilo IP do seu primeiro roteador
cliente DHCP recebe a resposta ACK DHCP
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roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
consulta DNS criada encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviar quadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP
consulta ARP difundida recebida pelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccedilo MAC da interface do roteador
o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiro roteador podendo agora enviar o quadro contendo a consulta DNS
ARP query
EthPhy
ARP
ARP
ARP reply
antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
5 Camada de Enlace 5-84
roteador(roda DHCP)
DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
datagrama IP conteacutem consulta DNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador
datagrama IP repassado da rede do campus para a rede da Comcast roteado (tabelas criadas pelos protocolos de roteamento RIP OSPF IS-IS eou BGP) para o servidor DNS
demultiplexado pelo servidor DNS
servidor DNS responde ao cliente com o endereccedilo IP de wwwgooglecom
rede da Comcast68800013
servidor DNSDNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
Um dia na vidahellip usando DNS
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HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
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conexatildeo TCP estabelecida64233169105servidor web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCPIPEthPhy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)
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HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
solicitaccedilatildeo HTTP enviada para o socket TCP datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhado para wwwgooglecom
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64233169105servidor web
HTTPTCPIPEthPhy
servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTPHTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
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muacuteltiplo endereccedilamento da camada de enlace
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DNSUDP
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DNS
DNS
DNS
consulta DNS criada encapsulada no UDP encapsulada no IP encapsulada no Eth Para enviar quadro ao roteador necessita o endereccedilo MAC da interface do roteador ARP
consulta ARP difundida recebida pelo roteador que responde com uma ARP reply dando o endereccedilo MAC da interface do roteador
o cliente agora conhece o endereccedilo MAC do primeiro roteador podendo agora enviar o quadro contendo a consulta DNS
ARP query
EthPhy
ARP
ARP
ARP reply
antes de enviar pedido HTTP necessita o endereccedilo IP de wwwgooglecom DNS
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DNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
datagrama IP conteacutem consulta DNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador
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demultiplexado pelo servidor DNS
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servidor DNSDNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
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Um dia na vidahellip usando DNS
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Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
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HTTP
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SYN
SYN
SYN
TCPIPEthPhy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
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SYNACK
SYNACK
SYNACK
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HTTPTCPIP
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64233169105servidor web
HTTPTCPIPEthPhy
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HTTPHTTP
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HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
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muacuteltiplo endereccedilamento da camada de enlace
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlace Ethernet LANs comutadas VLANs redes virtualizadas como camada de enlace MPLS
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DNS
DNS
DNS
DNS
DNS
datagrama IP conteacutem consulta DNS encaminhada atraveacutes do switch LAN do cliente ateacute o primeiro roteador
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demultiplexado pelo servidor DNS
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rede da Comcast68800013
servidor DNSDNSUDP
IPEthPhy
DNS
DNS
DNS
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Um dia na vidahellip usando DNS
5 Camada de Enlace 5-85
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
para enviar pedido HTTP cliente primeiro abre um socket TCP para o servidor web segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web
conexatildeo TCP estabelecida64233169105servidor web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCPIPEthPhy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
servidor web responde com TCP SYNACK (passo 2 da saudaccedilatildeo em 3 vias)
5 Camada de Enlace 5-86
roteador(roda DHCP)
Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
solicitaccedilatildeo HTTP enviada para o socket TCP datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhado para wwwgooglecom
datagrama IP com a resposta HTTP eacute encaminhado de volta para o cliente
64233169105servidor web
HTTPTCPIPEthPhy
servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTPHTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
paacutegina web finalmente() apresentada
5 Camada de Enlace 5-87
Capiacutetulo 5 Resumo
princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dados detecccedilatildeo correccedilatildeo de erros compartilhamento de canal de difusatildeo acesso
muacuteltiplo endereccedilamento da camada de enlace
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlace Ethernet LANs comutadas VLANs redes virtualizadas como camada de enlace MPLS
siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web
5 Camada de Enlace 5-85
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Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP
HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
para enviar pedido HTTP cliente primeiro abre um socket TCP para o servidor web segmento SYN TCP (passo 1 da saudaccedilatildeo em 3 vias) inter-domiacutenio roteado para o servidor web
conexatildeo TCP estabelecida64233169105servidor web
SYN
SYN
SYN
SYN
TCPIPEthPhy
SYN
SYN
SYN
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
SYNACK
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HTTPTCPIP
EthPhy
HTTP
solicitaccedilatildeo HTTP enviada para o socket TCP datagrama IP que conteacutem a solicitaccedilatildeo HTTP eacute encaminhado para wwwgooglecom
datagrama IP com a resposta HTTP eacute encaminhado de volta para o cliente
64233169105servidor web
HTTPTCPIPEthPhy
servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)
HTTP
HTTP
HTTPHTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
HTTP
paacutegina web finalmente() apresentada
5 Camada de Enlace 5-87
Capiacutetulo 5 Resumo
princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dados detecccedilatildeo correccedilatildeo de erros compartilhamento de canal de difusatildeo acesso
muacuteltiplo endereccedilamento da camada de enlace
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlace Ethernet LANs comutadas VLANs redes virtualizadas como camada de enlace MPLS
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Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP
HTTPTCPIP
EthPhy
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datagrama IP com a resposta HTTP eacute encaminhado de volta para o cliente
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princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dados detecccedilatildeo correccedilatildeo de erros compartilhamento de canal de difusatildeo acesso
muacuteltiplo endereccedilamento da camada de enlace
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlace Ethernet LANs comutadas VLANs redes virtualizadas como camada de enlace MPLS
siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web
5 Camada de Enlace 5-87
Capiacutetulo 5 Resumo
princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace de dados detecccedilatildeo correccedilatildeo de erros compartilhamento de canal de difusatildeo acesso
muacuteltiplo endereccedilamento da camada de enlace
instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de diversas tecnologias de camada de enlace Ethernet LANs comutadas VLANs redes virtualizadas como camada de enlace MPLS
siacutentese um dia na vida de uma solicitaccedilatildeo web