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5: Camada de Enlace 5-1 Capítulo 5: A Camada de Enlace 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 instanciação e implementação de diversas tecnologias de camada de enlace

Capítulo 5: A Camada de Enlace - di.ufpe.brdi.ufpe.br/~suruagy/cursos/redes/cap5-Kurose.pdf · correção de erros 5.3 Protocolos de acesso múltiplo 5.4 Redes Locais Endereçamento,

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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 Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Redes Locais Endereccedilamento

ARP

Ethernet

Switches

VLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 datagrama

a 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 multiponto

bull 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

Transmissatildeo

fiacutesica

cpu memoacuteria

barramento

do hospedeiro

(ex PCI)

placa de rede

aplicaccedilatildeo

transporte

rede

enlace

enlace

fiacutesica

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 Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Redes Locais Endereccedilamento

ARP

Ethernet

Switches

VLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Erros

EDC= 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 raro bull 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 Bit Detecta erros em um uacutenico bit

Paridade Bidimensional Detecta 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 CRC

Queremos

D2r XOR R = nG de forma equivalente

D2r = nG XOR R de forma equivalente

se dividirmos D2r por G queremos o resto R que satisfaccedila

G

DR

r2resto

101110000 1001

1001 101011

1010

1001

1100

1001

1010

1001

011

D G

R

r = 3

5 Camada de Enlace 5-15

Implementaccedilatildeo em Hardware

G=1001

D2r=101110000

5 Camada de Enlace 5-16

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Redes Locais Endereccedilamento

ARP

Ethernet

Switches

VLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Muacuteltiplo

Para 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 MAC Trecircs 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

Ban

das

de f

requ

ecircnci

a

cabo FDM

5 Camada de Enlace 5-23

Protocolos de Acesso Aleatoacuterio

Quando noacute tem um pacote para transmitir

transmite na taxa maacutexima R

nenhuma coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes

dois ou mais noacutes transmitindo ldquocolisatildeordquo

O protocolo MAC de acesso aleatoacuterio especifica

como detectar colisotildees

como se recuperar delas (atraveacutes de retransmissotildees retardadas por exemplo)

Exemplos de protocolos MAC de acesso aleatoacuterio

slotted ALOHA

ALOHA

CSMA 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 canal usado 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 puro

P(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 acontecer atraso de propagaccedilatildeo significa que dois noacutes podem natildeo ouvir a transmissatildeo do outro

colisatildeo todo o tempo de transmissatildeo eacute desperdiccedilado

Disposiccedilatildeo espacial dos noacutes

nota papel 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 CSMA

As colisotildees satildeo detectadas em pouco tempo

Transmissotildees 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 Ethernet

1 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 0

ttrans vai para infinito

Muito melhor do que ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato

transprop tt 51

1eficiecircncia

5 Camada de Enlace 5-35

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo

Protocolos 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 aleatoacuterio

eficiente em baixas cargas um uacutenico noacute pode utilizar completamente o canal

Altas cargas overhead com colisotildees

Protocolos de revezamento

Procura oferecer o melhor dos dois mundos

5 Camada de Enlace 5-36

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo

Seleccedilatildeo (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 ldquorevezamentordquo

Passagem 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 para mandar)

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

cable modem

splitter

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 disputa

bull quadro de mapeamento downstream aloca slots upstream

bull requisiccedilatildeo de slots upstream (e dados) satildeo transmitidos atraveacutes de acesso aleatoacuterio (retirada binaacuteria) em slots selecionados

quadro de mapeamento

p intervalo [t1 t2]

Residecircncias com cable modems

Canal downstream i

Canal Upstream j

t1 t2

Minislots alocados contendo quadros de dados

upstream do cable modem

Minislots contendo quadros

de requisiccedilatildeo de minislots

cable headend

CMTS

5 Camada de Enlace 5-40

Resumo dos protocolos MAC

divisatildeo do canal por tempo frequecircncia ou coacutedigo Divisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequecircncia

acesso aleatoacuterio (dinacircmico) ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACD escutar a portadora faacutecil em algumas

tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)

CSMACD usado na Ethernet CSMACA usado no 80211

Revezamento Seleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto central

passagem de permissotildees Bluetooth FDDI Token Ring

5 Camada de Enlace 5-41

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Redes Locais Endereccedilamento

ARP

Ethernet

Switches

VLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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-AD

notaccedilatildeo hexadecimal (base 16)

(cada ldquonuacutemerordquo representa 4 bits)

5 Camada de Enlace 5-43

Endereccedilos MAC e ARP

cada 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 ou sem 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 portabilidade

Pode 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 o endereccedilo 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-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F

B

5 Camada de Enlace 5-48

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F

B

IP

Eth

Phy

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-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F

B

IP

Eth

Phy

quadro enviado de A para R

IP

Eth

Phy

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-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-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

IP

Eth

Phy

IP

Eth

Phy

5 Camada de Enlace 5-51

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-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

IP

Eth

Phy

IP

Eth

Phy

5 Camada de Enlace 5-52

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-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

IP

Eth

Phy

5 Camada de Enlace 5-53

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Redes Locais Endereccedilamento

ARP

Ethernet

Switches

VLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Ethernet

Adaptador 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 transmissor

dados 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

aplicaccedilatildeo

transporte

rede

enlace

fiacutesica

protocolo MAC

e formato do quadro

100BASE-TX

100BASE-T4

100BASE-FX 100BASE-T2

100BASE-SX 100BASE-BX

camada fiacutesica de fibra camada 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

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 Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Redes Locais Endereccedilamento

ARP

Ethernet

Switches

VLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Ethernet

examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento

transparente

hospedeiros 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 3

4 5

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 3

4 5

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 autoaprendizagem

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 3

4 5

6

A Arsquo

Origem A Dest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)

A 1 60

5 Camada de Enlace 5-72 5 Camada de Enlace

Switch filtragemrepasse de quadros

Quando 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 destino then

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 3

4 5

6

A Arsquo

Origem A Dest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)

A 1 60

A Arsquo A Arsquo A Arsquo A Arsquo A 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)

A

B

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 D

E

F S2

S4

S3

H

I

G

5 Camada de Enlace 5-75

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores Suponha 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

A

B

S1

C D

E

F S2

S4

S3

H

I

G

1

2

5 Camada de Enlace 5-76

Rede institucional

Para rede externa

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

aplicaccedilatildeo

transporte

rede

enlace

fiacutesica

rede

enlace

fiacutesica

enlace

fiacutesica

switch

datagrama

aplicaccedilatildeo

transporte

rede

enlace

fiacutesica

quadro

quadro

quadro

datagrama

5 Camada de Enlace 5-78

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Redes Locais Endereccedilamento

ARP

Ethernet

Switches

VLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Comcast

68800013

rede do Google

64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola

68802024

paacutegina web

navegador

5 Camada de Enlace 5-81

roteador

(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP DHCP

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

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

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)

DNS

UDP

IP

Eth

Phy

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

Eth

Phy

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)

DNS

UDP

IP

Eth

Phy

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 Comcast

68800013

servidor DNS

DNS

UDP

IP

Eth

Phy

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

HTTP

TCP

IP

Eth

Phy

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 estabelecida 64233169105

servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCP

IP

Eth

Phy

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

HTTP

TCP

IP

Eth

Phy

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

64233169105

servidor web

HTTP

TCP

IP

Eth

Phy

servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTP HTTP

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

Page 2: Capítulo 5: A Camada de Enlace - di.ufpe.brdi.ufpe.br/~suruagy/cursos/redes/cap5-Kurose.pdf · correção de erros 5.3 Protocolos de acesso múltiplo 5.4 Redes Locais Endereçamento,

5 Camada de Enlace 5-2

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Redes Locais Endereccedilamento

ARP

Ethernet

Switches

VLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 datagrama

a 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 multiponto

bull 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

Transmissatildeo

fiacutesica

cpu memoacuteria

barramento

do hospedeiro

(ex PCI)

placa de rede

aplicaccedilatildeo

transporte

rede

enlace

enlace

fiacutesica

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 Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Redes Locais Endereccedilamento

ARP

Ethernet

Switches

VLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Erros

EDC= 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 raro bull 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 Bit Detecta erros em um uacutenico bit

Paridade Bidimensional Detecta 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 CRC

Queremos

D2r XOR R = nG de forma equivalente

D2r = nG XOR R de forma equivalente

se dividirmos D2r por G queremos o resto R que satisfaccedila

G

DR

r2resto

101110000 1001

1001 101011

1010

1001

1100

1001

1010

1001

011

D G

R

r = 3

5 Camada de Enlace 5-15

Implementaccedilatildeo em Hardware

G=1001

D2r=101110000

5 Camada de Enlace 5-16

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Redes Locais Endereccedilamento

ARP

Ethernet

Switches

VLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Muacuteltiplo

Para 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 MAC Trecircs 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

Ban

das

de f

requ

ecircnci

a

cabo FDM

5 Camada de Enlace 5-23

Protocolos de Acesso Aleatoacuterio

Quando noacute tem um pacote para transmitir

transmite na taxa maacutexima R

nenhuma coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes

dois ou mais noacutes transmitindo ldquocolisatildeordquo

O protocolo MAC de acesso aleatoacuterio especifica

como detectar colisotildees

como se recuperar delas (atraveacutes de retransmissotildees retardadas por exemplo)

Exemplos de protocolos MAC de acesso aleatoacuterio

slotted ALOHA

ALOHA

CSMA 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 canal usado 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 puro

P(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 acontecer atraso de propagaccedilatildeo significa que dois noacutes podem natildeo ouvir a transmissatildeo do outro

colisatildeo todo o tempo de transmissatildeo eacute desperdiccedilado

Disposiccedilatildeo espacial dos noacutes

nota papel 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 CSMA

As colisotildees satildeo detectadas em pouco tempo

Transmissotildees 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 Ethernet

1 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 0

ttrans vai para infinito

Muito melhor do que ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato

transprop tt 51

1eficiecircncia

5 Camada de Enlace 5-35

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo

Protocolos 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 aleatoacuterio

eficiente em baixas cargas um uacutenico noacute pode utilizar completamente o canal

Altas cargas overhead com colisotildees

Protocolos de revezamento

Procura oferecer o melhor dos dois mundos

5 Camada de Enlace 5-36

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo

Seleccedilatildeo (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 ldquorevezamentordquo

Passagem 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 para mandar)

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

cable modem

splitter

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 disputa

bull quadro de mapeamento downstream aloca slots upstream

bull requisiccedilatildeo de slots upstream (e dados) satildeo transmitidos atraveacutes de acesso aleatoacuterio (retirada binaacuteria) em slots selecionados

quadro de mapeamento

p intervalo [t1 t2]

Residecircncias com cable modems

Canal downstream i

Canal Upstream j

t1 t2

Minislots alocados contendo quadros de dados

upstream do cable modem

Minislots contendo quadros

de requisiccedilatildeo de minislots

cable headend

CMTS

5 Camada de Enlace 5-40

Resumo dos protocolos MAC

divisatildeo do canal por tempo frequecircncia ou coacutedigo Divisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequecircncia

acesso aleatoacuterio (dinacircmico) ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACD escutar a portadora faacutecil em algumas

tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)

CSMACD usado na Ethernet CSMACA usado no 80211

Revezamento Seleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto central

passagem de permissotildees Bluetooth FDDI Token Ring

5 Camada de Enlace 5-41

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Redes Locais Endereccedilamento

ARP

Ethernet

Switches

VLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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-AD

notaccedilatildeo hexadecimal (base 16)

(cada ldquonuacutemerordquo representa 4 bits)

5 Camada de Enlace 5-43

Endereccedilos MAC e ARP

cada 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 ou sem 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 portabilidade

Pode 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 o endereccedilo 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-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F

B

5 Camada de Enlace 5-48

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F

B

IP

Eth

Phy

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-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F

B

IP

Eth

Phy

quadro enviado de A para R

IP

Eth

Phy

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-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-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

IP

Eth

Phy

IP

Eth

Phy

5 Camada de Enlace 5-51

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-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

IP

Eth

Phy

IP

Eth

Phy

5 Camada de Enlace 5-52

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-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

IP

Eth

Phy

5 Camada de Enlace 5-53

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Redes Locais Endereccedilamento

ARP

Ethernet

Switches

VLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Ethernet

Adaptador 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 transmissor

dados 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

aplicaccedilatildeo

transporte

rede

enlace

fiacutesica

protocolo MAC

e formato do quadro

100BASE-TX

100BASE-T4

100BASE-FX 100BASE-T2

100BASE-SX 100BASE-BX

camada fiacutesica de fibra camada 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

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 Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Redes Locais Endereccedilamento

ARP

Ethernet

Switches

VLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Ethernet

examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento

transparente

hospedeiros 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 3

4 5

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 3

4 5

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 autoaprendizagem

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 3

4 5

6

A Arsquo

Origem A Dest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)

A 1 60

5 Camada de Enlace 5-72 5 Camada de Enlace

Switch filtragemrepasse de quadros

Quando 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 destino then

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 3

4 5

6

A Arsquo

Origem A Dest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)

A 1 60

A Arsquo A Arsquo A Arsquo A Arsquo A 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)

A

B

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 D

E

F S2

S4

S3

H

I

G

5 Camada de Enlace 5-75

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores Suponha 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

A

B

S1

C D

E

F S2

S4

S3

H

I

G

1

2

5 Camada de Enlace 5-76

Rede institucional

Para rede externa

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

aplicaccedilatildeo

transporte

rede

enlace

fiacutesica

rede

enlace

fiacutesica

enlace

fiacutesica

switch

datagrama

aplicaccedilatildeo

transporte

rede

enlace

fiacutesica

quadro

quadro

quadro

datagrama

5 Camada de Enlace 5-78

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Redes Locais Endereccedilamento

ARP

Ethernet

Switches

VLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Comcast

68800013

rede do Google

64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola

68802024

paacutegina web

navegador

5 Camada de Enlace 5-81

roteador

(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP DHCP

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

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

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)

DNS

UDP

IP

Eth

Phy

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

Eth

Phy

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)

DNS

UDP

IP

Eth

Phy

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 Comcast

68800013

servidor DNS

DNS

UDP

IP

Eth

Phy

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

HTTP

TCP

IP

Eth

Phy

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 estabelecida 64233169105

servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCP

IP

Eth

Phy

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

HTTP

TCP

IP

Eth

Phy

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

64233169105

servidor web

HTTP

TCP

IP

Eth

Phy

servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTP HTTP

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

Page 3: Capítulo 5: A Camada de Enlace - di.ufpe.brdi.ufpe.br/~suruagy/cursos/redes/cap5-Kurose.pdf · correção de erros 5.3 Protocolos de acesso múltiplo 5.4 Redes Locais Endereçamento,

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 datagrama

a 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 multiponto

bull 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

Transmissatildeo

fiacutesica

cpu memoacuteria

barramento

do hospedeiro

(ex PCI)

placa de rede

aplicaccedilatildeo

transporte

rede

enlace

enlace

fiacutesica

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 Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Redes Locais Endereccedilamento

ARP

Ethernet

Switches

VLANs

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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 Erros

EDC= 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 raro bull 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 Bit Detecta erros em um uacutenico bit

Paridade Bidimensional Detecta 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 CRC

Queremos

D2r XOR R = nG de forma equivalente

D2r = nG XOR R de forma equivalente

se dividirmos D2r por G queremos o resto R que satisfaccedila

G

DR

r2resto

101110000 1001

1001 101011

1010

1001

1100

1001

1010

1001

011

D G

R

r = 3

5 Camada de Enlace 5-15

Implementaccedilatildeo em Hardware

G=1001

D2r=101110000

5 Camada de Enlace 5-16

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Redes Locais Endereccedilamento

ARP

Ethernet

Switches

VLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS

56 Redes de centros de dados

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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 Muacuteltiplo

Para 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 MAC Trecircs 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

Ban

das

de f

requ

ecircnci

a

cabo FDM

5 Camada de Enlace 5-23

Protocolos de Acesso Aleatoacuterio

Quando noacute tem um pacote para transmitir

transmite na taxa maacutexima R

nenhuma coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes

dois ou mais noacutes transmitindo ldquocolisatildeordquo

O protocolo MAC de acesso aleatoacuterio especifica

como detectar colisotildees

como se recuperar delas (atraveacutes de retransmissotildees retardadas por exemplo)

Exemplos de protocolos MAC de acesso aleatoacuterio

slotted ALOHA

ALOHA

CSMA 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 canal usado 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 puro

P(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 acontecer atraso de propagaccedilatildeo significa que dois noacutes podem natildeo ouvir a transmissatildeo do outro

colisatildeo todo o tempo de transmissatildeo eacute desperdiccedilado

Disposiccedilatildeo espacial dos noacutes

nota papel 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 CSMA

As colisotildees satildeo detectadas em pouco tempo

Transmissotildees 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 Ethernet

1 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 0

ttrans vai para infinito

Muito melhor do que ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato

transprop tt 51

1eficiecircncia

5 Camada de Enlace 5-35

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo

Protocolos 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 aleatoacuterio

eficiente em baixas cargas um uacutenico noacute pode utilizar completamente o canal

Altas cargas overhead com colisotildees

Protocolos de revezamento

Procura oferecer o melhor dos dois mundos

5 Camada de Enlace 5-36

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo

Seleccedilatildeo (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 ldquorevezamentordquo

Passagem 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 para mandar)

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

cable modem

splitter

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 disputa

bull quadro de mapeamento downstream aloca slots upstream

bull requisiccedilatildeo de slots upstream (e dados) satildeo transmitidos atraveacutes de acesso aleatoacuterio (retirada binaacuteria) em slots selecionados

quadro de mapeamento

p intervalo [t1 t2]

Residecircncias com cable modems

Canal downstream i

Canal Upstream j

t1 t2

Minislots alocados contendo quadros de dados

upstream do cable modem

Minislots contendo quadros

de requisiccedilatildeo de minislots

cable headend

CMTS

5 Camada de Enlace 5-40

Resumo dos protocolos MAC

divisatildeo do canal por tempo frequecircncia ou coacutedigo Divisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequecircncia

acesso aleatoacuterio (dinacircmico) ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACD escutar a portadora faacutecil em algumas

tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)

CSMACD usado na Ethernet CSMACA usado no 80211

Revezamento Seleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto central

passagem de permissotildees Bluetooth FDDI Token Ring

5 Camada de Enlace 5-41

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Redes Locais Endereccedilamento

ARP

Ethernet

Switches

VLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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-AD

notaccedilatildeo hexadecimal (base 16)

(cada ldquonuacutemerordquo representa 4 bits)

5 Camada de Enlace 5-43

Endereccedilos MAC e ARP

cada 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 ou sem 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 portabilidade

Pode 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 o endereccedilo 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-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F

B

5 Camada de Enlace 5-48

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F

B

IP

Eth

Phy

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-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F

B

IP

Eth

Phy

quadro enviado de A para R

IP

Eth

Phy

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-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-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

IP

Eth

Phy

IP

Eth

Phy

5 Camada de Enlace 5-51

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-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

IP

Eth

Phy

IP

Eth

Phy

5 Camada de Enlace 5-52

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-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

IP

Eth

Phy

5 Camada de Enlace 5-53

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Redes Locais Endereccedilamento

ARP

Ethernet

Switches

VLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Ethernet

Adaptador 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 transmissor

dados 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

aplicaccedilatildeo

transporte

rede

enlace

fiacutesica

protocolo MAC

e formato do quadro

100BASE-TX

100BASE-T4

100BASE-FX 100BASE-T2

100BASE-SX 100BASE-BX

camada fiacutesica de fibra camada 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

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 Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Redes Locais Endereccedilamento

ARP

Ethernet

Switches

VLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Ethernet

examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento

transparente

hospedeiros 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 3

4 5

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 3

4 5

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 autoaprendizagem

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 3

4 5

6

A Arsquo

Origem A Dest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)

A 1 60

5 Camada de Enlace 5-72 5 Camada de Enlace

Switch filtragemrepasse de quadros

Quando 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 destino then

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 3

4 5

6

A Arsquo

Origem A Dest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)

A 1 60

A Arsquo A Arsquo A Arsquo A Arsquo A 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)

A

B

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 D

E

F S2

S4

S3

H

I

G

5 Camada de Enlace 5-75

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores Suponha 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

A

B

S1

C D

E

F S2

S4

S3

H

I

G

1

2

5 Camada de Enlace 5-76

Rede institucional

Para rede externa

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

aplicaccedilatildeo

transporte

rede

enlace

fiacutesica

rede

enlace

fiacutesica

enlace

fiacutesica

switch

datagrama

aplicaccedilatildeo

transporte

rede

enlace

fiacutesica

quadro

quadro

quadro

datagrama

5 Camada de Enlace 5-78

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Redes Locais Endereccedilamento

ARP

Ethernet

Switches

VLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Comcast

68800013

rede do Google

64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola

68802024

paacutegina web

navegador

5 Camada de Enlace 5-81

roteador

(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP DHCP

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

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

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)

DNS

UDP

IP

Eth

Phy

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

Eth

Phy

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)

DNS

UDP

IP

Eth

Phy

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 Comcast

68800013

servidor DNS

DNS

UDP

IP

Eth

Phy

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

HTTP

TCP

IP

Eth

Phy

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 estabelecida 64233169105

servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCP

IP

Eth

Phy

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

HTTP

TCP

IP

Eth

Phy

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

64233169105

servidor web

HTTP

TCP

IP

Eth

Phy

servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTP HTTP

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

Page 4: Capítulo 5: A Camada de Enlace - di.ufpe.brdi.ufpe.br/~suruagy/cursos/redes/cap5-Kurose.pdf · correção de erros 5.3 Protocolos de acesso múltiplo 5.4 Redes Locais Endereçamento,

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 multiponto

bull 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

Transmissatildeo

fiacutesica

cpu memoacuteria

barramento

do hospedeiro

(ex PCI)

placa de rede

aplicaccedilatildeo

transporte

rede

enlace

enlace

fiacutesica

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 Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Redes Locais Endereccedilamento

ARP

Ethernet

Switches

VLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Erros

EDC= 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 raro bull 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 Bit Detecta erros em um uacutenico bit

Paridade Bidimensional Detecta 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 CRC

Queremos

D2r XOR R = nG de forma equivalente

D2r = nG XOR R de forma equivalente

se dividirmos D2r por G queremos o resto R que satisfaccedila

G

DR

r2resto

101110000 1001

1001 101011

1010

1001

1100

1001

1010

1001

011

D G

R

r = 3

5 Camada de Enlace 5-15

Implementaccedilatildeo em Hardware

G=1001

D2r=101110000

5 Camada de Enlace 5-16

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Redes Locais Endereccedilamento

ARP

Ethernet

Switches

VLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Muacuteltiplo

Para 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 MAC Trecircs 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

Ban

das

de f

requ

ecircnci

a

cabo FDM

5 Camada de Enlace 5-23

Protocolos de Acesso Aleatoacuterio

Quando noacute tem um pacote para transmitir

transmite na taxa maacutexima R

nenhuma coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes

dois ou mais noacutes transmitindo ldquocolisatildeordquo

O protocolo MAC de acesso aleatoacuterio especifica

como detectar colisotildees

como se recuperar delas (atraveacutes de retransmissotildees retardadas por exemplo)

Exemplos de protocolos MAC de acesso aleatoacuterio

slotted ALOHA

ALOHA

CSMA 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 canal usado 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 puro

P(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 acontecer atraso de propagaccedilatildeo significa que dois noacutes podem natildeo ouvir a transmissatildeo do outro

colisatildeo todo o tempo de transmissatildeo eacute desperdiccedilado

Disposiccedilatildeo espacial dos noacutes

nota papel 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 CSMA

As colisotildees satildeo detectadas em pouco tempo

Transmissotildees 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 Ethernet

1 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 0

ttrans vai para infinito

Muito melhor do que ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato

transprop tt 51

1eficiecircncia

5 Camada de Enlace 5-35

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo

Protocolos 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 aleatoacuterio

eficiente em baixas cargas um uacutenico noacute pode utilizar completamente o canal

Altas cargas overhead com colisotildees

Protocolos de revezamento

Procura oferecer o melhor dos dois mundos

5 Camada de Enlace 5-36

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo

Seleccedilatildeo (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 ldquorevezamentordquo

Passagem 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 para mandar)

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

cable modem

splitter

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 disputa

bull quadro de mapeamento downstream aloca slots upstream

bull requisiccedilatildeo de slots upstream (e dados) satildeo transmitidos atraveacutes de acesso aleatoacuterio (retirada binaacuteria) em slots selecionados

quadro de mapeamento

p intervalo [t1 t2]

Residecircncias com cable modems

Canal downstream i

Canal Upstream j

t1 t2

Minislots alocados contendo quadros de dados

upstream do cable modem

Minislots contendo quadros

de requisiccedilatildeo de minislots

cable headend

CMTS

5 Camada de Enlace 5-40

Resumo dos protocolos MAC

divisatildeo do canal por tempo frequecircncia ou coacutedigo Divisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequecircncia

acesso aleatoacuterio (dinacircmico) ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACD escutar a portadora faacutecil em algumas

tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)

CSMACD usado na Ethernet CSMACA usado no 80211

Revezamento Seleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto central

passagem de permissotildees Bluetooth FDDI Token Ring

5 Camada de Enlace 5-41

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Redes Locais Endereccedilamento

ARP

Ethernet

Switches

VLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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-AD

notaccedilatildeo hexadecimal (base 16)

(cada ldquonuacutemerordquo representa 4 bits)

5 Camada de Enlace 5-43

Endereccedilos MAC e ARP

cada 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 ou sem 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 portabilidade

Pode 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 o endereccedilo 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-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F

B

5 Camada de Enlace 5-48

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F

B

IP

Eth

Phy

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-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F

B

IP

Eth

Phy

quadro enviado de A para R

IP

Eth

Phy

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-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-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

IP

Eth

Phy

IP

Eth

Phy

5 Camada de Enlace 5-51

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-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

IP

Eth

Phy

IP

Eth

Phy

5 Camada de Enlace 5-52

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-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

IP

Eth

Phy

5 Camada de Enlace 5-53

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Redes Locais Endereccedilamento

ARP

Ethernet

Switches

VLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Ethernet

Adaptador 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 transmissor

dados 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

aplicaccedilatildeo

transporte

rede

enlace

fiacutesica

protocolo MAC

e formato do quadro

100BASE-TX

100BASE-T4

100BASE-FX 100BASE-T2

100BASE-SX 100BASE-BX

camada fiacutesica de fibra camada 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

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 Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Redes Locais Endereccedilamento

ARP

Ethernet

Switches

VLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Ethernet

examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento

transparente

hospedeiros 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 3

4 5

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 3

4 5

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 autoaprendizagem

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 3

4 5

6

A Arsquo

Origem A Dest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)

A 1 60

5 Camada de Enlace 5-72 5 Camada de Enlace

Switch filtragemrepasse de quadros

Quando 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 destino then

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 3

4 5

6

A Arsquo

Origem A Dest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)

A 1 60

A Arsquo A Arsquo A Arsquo A Arsquo A 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)

A

B

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 D

E

F S2

S4

S3

H

I

G

5 Camada de Enlace 5-75

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores Suponha 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

A

B

S1

C D

E

F S2

S4

S3

H

I

G

1

2

5 Camada de Enlace 5-76

Rede institucional

Para rede externa

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

aplicaccedilatildeo

transporte

rede

enlace

fiacutesica

rede

enlace

fiacutesica

enlace

fiacutesica

switch

datagrama

aplicaccedilatildeo

transporte

rede

enlace

fiacutesica

quadro

quadro

quadro

datagrama

5 Camada de Enlace 5-78

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Redes Locais Endereccedilamento

ARP

Ethernet

Switches

VLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Comcast

68800013

rede do Google

64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola

68802024

paacutegina web

navegador

5 Camada de Enlace 5-81

roteador

(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP DHCP

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

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

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)

DNS

UDP

IP

Eth

Phy

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

Eth

Phy

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)

DNS

UDP

IP

Eth

Phy

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 Comcast

68800013

servidor DNS

DNS

UDP

IP

Eth

Phy

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

HTTP

TCP

IP

Eth

Phy

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 estabelecida 64233169105

servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCP

IP

Eth

Phy

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

HTTP

TCP

IP

Eth

Phy

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

64233169105

servidor web

HTTP

TCP

IP

Eth

Phy

servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTP HTTP

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

Page 5: Capítulo 5: A Camada de Enlace - di.ufpe.brdi.ufpe.br/~suruagy/cursos/redes/cap5-Kurose.pdf · correção de erros 5.3 Protocolos de acesso múltiplo 5.4 Redes Locais Endereçamento,

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 multiponto

bull 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

Transmissatildeo

fiacutesica

cpu memoacuteria

barramento

do hospedeiro

(ex PCI)

placa de rede

aplicaccedilatildeo

transporte

rede

enlace

enlace

fiacutesica

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 Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Redes Locais Endereccedilamento

ARP

Ethernet

Switches

VLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Erros

EDC= 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 raro bull 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 Bit Detecta erros em um uacutenico bit

Paridade Bidimensional Detecta 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 CRC

Queremos

D2r XOR R = nG de forma equivalente

D2r = nG XOR R de forma equivalente

se dividirmos D2r por G queremos o resto R que satisfaccedila

G

DR

r2resto

101110000 1001

1001 101011

1010

1001

1100

1001

1010

1001

011

D G

R

r = 3

5 Camada de Enlace 5-15

Implementaccedilatildeo em Hardware

G=1001

D2r=101110000

5 Camada de Enlace 5-16

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Redes Locais Endereccedilamento

ARP

Ethernet

Switches

VLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Muacuteltiplo

Para 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 MAC Trecircs 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

Ban

das

de f

requ

ecircnci

a

cabo FDM

5 Camada de Enlace 5-23

Protocolos de Acesso Aleatoacuterio

Quando noacute tem um pacote para transmitir

transmite na taxa maacutexima R

nenhuma coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes

dois ou mais noacutes transmitindo ldquocolisatildeordquo

O protocolo MAC de acesso aleatoacuterio especifica

como detectar colisotildees

como se recuperar delas (atraveacutes de retransmissotildees retardadas por exemplo)

Exemplos de protocolos MAC de acesso aleatoacuterio

slotted ALOHA

ALOHA

CSMA 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 canal usado 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 puro

P(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 acontecer atraso de propagaccedilatildeo significa que dois noacutes podem natildeo ouvir a transmissatildeo do outro

colisatildeo todo o tempo de transmissatildeo eacute desperdiccedilado

Disposiccedilatildeo espacial dos noacutes

nota papel 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 CSMA

As colisotildees satildeo detectadas em pouco tempo

Transmissotildees 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 Ethernet

1 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 0

ttrans vai para infinito

Muito melhor do que ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato

transprop tt 51

1eficiecircncia

5 Camada de Enlace 5-35

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo

Protocolos 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 aleatoacuterio

eficiente em baixas cargas um uacutenico noacute pode utilizar completamente o canal

Altas cargas overhead com colisotildees

Protocolos de revezamento

Procura oferecer o melhor dos dois mundos

5 Camada de Enlace 5-36

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo

Seleccedilatildeo (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 ldquorevezamentordquo

Passagem 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 para mandar)

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

cable modem

splitter

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 disputa

bull quadro de mapeamento downstream aloca slots upstream

bull requisiccedilatildeo de slots upstream (e dados) satildeo transmitidos atraveacutes de acesso aleatoacuterio (retirada binaacuteria) em slots selecionados

quadro de mapeamento

p intervalo [t1 t2]

Residecircncias com cable modems

Canal downstream i

Canal Upstream j

t1 t2

Minislots alocados contendo quadros de dados

upstream do cable modem

Minislots contendo quadros

de requisiccedilatildeo de minislots

cable headend

CMTS

5 Camada de Enlace 5-40

Resumo dos protocolos MAC

divisatildeo do canal por tempo frequecircncia ou coacutedigo Divisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequecircncia

acesso aleatoacuterio (dinacircmico) ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACD escutar a portadora faacutecil em algumas

tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)

CSMACD usado na Ethernet CSMACA usado no 80211

Revezamento Seleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto central

passagem de permissotildees Bluetooth FDDI Token Ring

5 Camada de Enlace 5-41

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Redes Locais Endereccedilamento

ARP

Ethernet

Switches

VLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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-AD

notaccedilatildeo hexadecimal (base 16)

(cada ldquonuacutemerordquo representa 4 bits)

5 Camada de Enlace 5-43

Endereccedilos MAC e ARP

cada 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 ou sem 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 portabilidade

Pode 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 o endereccedilo 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-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F

B

5 Camada de Enlace 5-48

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F

B

IP

Eth

Phy

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-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F

B

IP

Eth

Phy

quadro enviado de A para R

IP

Eth

Phy

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-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-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

IP

Eth

Phy

IP

Eth

Phy

5 Camada de Enlace 5-51

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-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

IP

Eth

Phy

IP

Eth

Phy

5 Camada de Enlace 5-52

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-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

IP

Eth

Phy

5 Camada de Enlace 5-53

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Redes Locais Endereccedilamento

ARP

Ethernet

Switches

VLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Ethernet

Adaptador 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 transmissor

dados 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

aplicaccedilatildeo

transporte

rede

enlace

fiacutesica

protocolo MAC

e formato do quadro

100BASE-TX

100BASE-T4

100BASE-FX 100BASE-T2

100BASE-SX 100BASE-BX

camada fiacutesica de fibra camada 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

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 Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Redes Locais Endereccedilamento

ARP

Ethernet

Switches

VLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Ethernet

examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento

transparente

hospedeiros 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 3

4 5

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 3

4 5

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 autoaprendizagem

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 3

4 5

6

A Arsquo

Origem A Dest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)

A 1 60

5 Camada de Enlace 5-72 5 Camada de Enlace

Switch filtragemrepasse de quadros

Quando 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 destino then

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 3

4 5

6

A Arsquo

Origem A Dest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)

A 1 60

A Arsquo A Arsquo A Arsquo A Arsquo A 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)

A

B

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 D

E

F S2

S4

S3

H

I

G

5 Camada de Enlace 5-75

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores Suponha 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

A

B

S1

C D

E

F S2

S4

S3

H

I

G

1

2

5 Camada de Enlace 5-76

Rede institucional

Para rede externa

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

aplicaccedilatildeo

transporte

rede

enlace

fiacutesica

rede

enlace

fiacutesica

enlace

fiacutesica

switch

datagrama

aplicaccedilatildeo

transporte

rede

enlace

fiacutesica

quadro

quadro

quadro

datagrama

5 Camada de Enlace 5-78

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Redes Locais Endereccedilamento

ARP

Ethernet

Switches

VLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Comcast

68800013

rede do Google

64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola

68802024

paacutegina web

navegador

5 Camada de Enlace 5-81

roteador

(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP DHCP

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

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

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)

DNS

UDP

IP

Eth

Phy

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

Eth

Phy

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)

DNS

UDP

IP

Eth

Phy

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 Comcast

68800013

servidor DNS

DNS

UDP

IP

Eth

Phy

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

HTTP

TCP

IP

Eth

Phy

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 estabelecida 64233169105

servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCP

IP

Eth

Phy

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

HTTP

TCP

IP

Eth

Phy

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

64233169105

servidor web

HTTP

TCP

IP

Eth

Phy

servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTP HTTP

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

Page 6: Capítulo 5: A Camada de Enlace - di.ufpe.brdi.ufpe.br/~suruagy/cursos/redes/cap5-Kurose.pdf · correção de erros 5.3 Protocolos de acesso múltiplo 5.4 Redes Locais Endereçamento,

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

Transmissatildeo

fiacutesica

cpu memoacuteria

barramento

do hospedeiro

(ex PCI)

placa de rede

aplicaccedilatildeo

transporte

rede

enlace

enlace

fiacutesica

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 Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Redes Locais Endereccedilamento

ARP

Ethernet

Switches

VLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Erros

EDC= 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 raro bull 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 Bit Detecta erros em um uacutenico bit

Paridade Bidimensional Detecta 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 CRC

Queremos

D2r XOR R = nG de forma equivalente

D2r = nG XOR R de forma equivalente

se dividirmos D2r por G queremos o resto R que satisfaccedila

G

DR

r2resto

101110000 1001

1001 101011

1010

1001

1100

1001

1010

1001

011

D G

R

r = 3

5 Camada de Enlace 5-15

Implementaccedilatildeo em Hardware

G=1001

D2r=101110000

5 Camada de Enlace 5-16

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Redes Locais Endereccedilamento

ARP

Ethernet

Switches

VLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Muacuteltiplo

Para 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 MAC Trecircs 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

Ban

das

de f

requ

ecircnci

a

cabo FDM

5 Camada de Enlace 5-23

Protocolos de Acesso Aleatoacuterio

Quando noacute tem um pacote para transmitir

transmite na taxa maacutexima R

nenhuma coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes

dois ou mais noacutes transmitindo ldquocolisatildeordquo

O protocolo MAC de acesso aleatoacuterio especifica

como detectar colisotildees

como se recuperar delas (atraveacutes de retransmissotildees retardadas por exemplo)

Exemplos de protocolos MAC de acesso aleatoacuterio

slotted ALOHA

ALOHA

CSMA 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 canal usado 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 puro

P(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 acontecer atraso de propagaccedilatildeo significa que dois noacutes podem natildeo ouvir a transmissatildeo do outro

colisatildeo todo o tempo de transmissatildeo eacute desperdiccedilado

Disposiccedilatildeo espacial dos noacutes

nota papel 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 CSMA

As colisotildees satildeo detectadas em pouco tempo

Transmissotildees 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 Ethernet

1 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 0

ttrans vai para infinito

Muito melhor do que ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato

transprop tt 51

1eficiecircncia

5 Camada de Enlace 5-35

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo

Protocolos 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 aleatoacuterio

eficiente em baixas cargas um uacutenico noacute pode utilizar completamente o canal

Altas cargas overhead com colisotildees

Protocolos de revezamento

Procura oferecer o melhor dos dois mundos

5 Camada de Enlace 5-36

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo

Seleccedilatildeo (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 ldquorevezamentordquo

Passagem 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 para mandar)

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

cable modem

splitter

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 disputa

bull quadro de mapeamento downstream aloca slots upstream

bull requisiccedilatildeo de slots upstream (e dados) satildeo transmitidos atraveacutes de acesso aleatoacuterio (retirada binaacuteria) em slots selecionados

quadro de mapeamento

p intervalo [t1 t2]

Residecircncias com cable modems

Canal downstream i

Canal Upstream j

t1 t2

Minislots alocados contendo quadros de dados

upstream do cable modem

Minislots contendo quadros

de requisiccedilatildeo de minislots

cable headend

CMTS

5 Camada de Enlace 5-40

Resumo dos protocolos MAC

divisatildeo do canal por tempo frequecircncia ou coacutedigo Divisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequecircncia

acesso aleatoacuterio (dinacircmico) ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACD escutar a portadora faacutecil em algumas

tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)

CSMACD usado na Ethernet CSMACA usado no 80211

Revezamento Seleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto central

passagem de permissotildees Bluetooth FDDI Token Ring

5 Camada de Enlace 5-41

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Redes Locais Endereccedilamento

ARP

Ethernet

Switches

VLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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-AD

notaccedilatildeo hexadecimal (base 16)

(cada ldquonuacutemerordquo representa 4 bits)

5 Camada de Enlace 5-43

Endereccedilos MAC e ARP

cada 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 ou sem 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 portabilidade

Pode 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 o endereccedilo 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-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F

B

5 Camada de Enlace 5-48

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F

B

IP

Eth

Phy

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-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F

B

IP

Eth

Phy

quadro enviado de A para R

IP

Eth

Phy

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-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-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

IP

Eth

Phy

IP

Eth

Phy

5 Camada de Enlace 5-51

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-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

IP

Eth

Phy

IP

Eth

Phy

5 Camada de Enlace 5-52

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-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

IP

Eth

Phy

5 Camada de Enlace 5-53

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Redes Locais Endereccedilamento

ARP

Ethernet

Switches

VLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Ethernet

Adaptador 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 transmissor

dados 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

aplicaccedilatildeo

transporte

rede

enlace

fiacutesica

protocolo MAC

e formato do quadro

100BASE-TX

100BASE-T4

100BASE-FX 100BASE-T2

100BASE-SX 100BASE-BX

camada fiacutesica de fibra camada 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

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 Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Redes Locais Endereccedilamento

ARP

Ethernet

Switches

VLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Ethernet

examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento

transparente

hospedeiros 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 3

4 5

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 3

4 5

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 autoaprendizagem

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 3

4 5

6

A Arsquo

Origem A Dest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)

A 1 60

5 Camada de Enlace 5-72 5 Camada de Enlace

Switch filtragemrepasse de quadros

Quando 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 destino then

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 3

4 5

6

A Arsquo

Origem A Dest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)

A 1 60

A Arsquo A Arsquo A Arsquo A Arsquo A 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)

A

B

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 D

E

F S2

S4

S3

H

I

G

5 Camada de Enlace 5-75

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores Suponha 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

A

B

S1

C D

E

F S2

S4

S3

H

I

G

1

2

5 Camada de Enlace 5-76

Rede institucional

Para rede externa

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

aplicaccedilatildeo

transporte

rede

enlace

fiacutesica

rede

enlace

fiacutesica

enlace

fiacutesica

switch

datagrama

aplicaccedilatildeo

transporte

rede

enlace

fiacutesica

quadro

quadro

quadro

datagrama

5 Camada de Enlace 5-78

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Redes Locais Endereccedilamento

ARP

Ethernet

Switches

VLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Comcast

68800013

rede do Google

64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola

68802024

paacutegina web

navegador

5 Camada de Enlace 5-81

roteador

(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP DHCP

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

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

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)

DNS

UDP

IP

Eth

Phy

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

Eth

Phy

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)

DNS

UDP

IP

Eth

Phy

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 Comcast

68800013

servidor DNS

DNS

UDP

IP

Eth

Phy

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

HTTP

TCP

IP

Eth

Phy

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 estabelecida 64233169105

servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCP

IP

Eth

Phy

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

HTTP

TCP

IP

Eth

Phy

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

64233169105

servidor web

HTTP

TCP

IP

Eth

Phy

servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTP HTTP

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

Page 7: Capítulo 5: A Camada de Enlace - di.ufpe.brdi.ufpe.br/~suruagy/cursos/redes/cap5-Kurose.pdf · correção de erros 5.3 Protocolos de acesso múltiplo 5.4 Redes Locais Endereçamento,

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

Transmissatildeo

fiacutesica

cpu memoacuteria

barramento

do hospedeiro

(ex PCI)

placa de rede

aplicaccedilatildeo

transporte

rede

enlace

enlace

fiacutesica

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 Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Redes Locais Endereccedilamento

ARP

Ethernet

Switches

VLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Erros

EDC= 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 raro bull 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 Bit Detecta erros em um uacutenico bit

Paridade Bidimensional Detecta 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 CRC

Queremos

D2r XOR R = nG de forma equivalente

D2r = nG XOR R de forma equivalente

se dividirmos D2r por G queremos o resto R que satisfaccedila

G

DR

r2resto

101110000 1001

1001 101011

1010

1001

1100

1001

1010

1001

011

D G

R

r = 3

5 Camada de Enlace 5-15

Implementaccedilatildeo em Hardware

G=1001

D2r=101110000

5 Camada de Enlace 5-16

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Redes Locais Endereccedilamento

ARP

Ethernet

Switches

VLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Muacuteltiplo

Para 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 MAC Trecircs 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

Ban

das

de f

requ

ecircnci

a

cabo FDM

5 Camada de Enlace 5-23

Protocolos de Acesso Aleatoacuterio

Quando noacute tem um pacote para transmitir

transmite na taxa maacutexima R

nenhuma coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes

dois ou mais noacutes transmitindo ldquocolisatildeordquo

O protocolo MAC de acesso aleatoacuterio especifica

como detectar colisotildees

como se recuperar delas (atraveacutes de retransmissotildees retardadas por exemplo)

Exemplos de protocolos MAC de acesso aleatoacuterio

slotted ALOHA

ALOHA

CSMA 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 canal usado 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 puro

P(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 acontecer atraso de propagaccedilatildeo significa que dois noacutes podem natildeo ouvir a transmissatildeo do outro

colisatildeo todo o tempo de transmissatildeo eacute desperdiccedilado

Disposiccedilatildeo espacial dos noacutes

nota papel 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 CSMA

As colisotildees satildeo detectadas em pouco tempo

Transmissotildees 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 Ethernet

1 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 0

ttrans vai para infinito

Muito melhor do que ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato

transprop tt 51

1eficiecircncia

5 Camada de Enlace 5-35

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo

Protocolos 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 aleatoacuterio

eficiente em baixas cargas um uacutenico noacute pode utilizar completamente o canal

Altas cargas overhead com colisotildees

Protocolos de revezamento

Procura oferecer o melhor dos dois mundos

5 Camada de Enlace 5-36

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo

Seleccedilatildeo (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 ldquorevezamentordquo

Passagem 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 para mandar)

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

cable modem

splitter

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 disputa

bull quadro de mapeamento downstream aloca slots upstream

bull requisiccedilatildeo de slots upstream (e dados) satildeo transmitidos atraveacutes de acesso aleatoacuterio (retirada binaacuteria) em slots selecionados

quadro de mapeamento

p intervalo [t1 t2]

Residecircncias com cable modems

Canal downstream i

Canal Upstream j

t1 t2

Minislots alocados contendo quadros de dados

upstream do cable modem

Minislots contendo quadros

de requisiccedilatildeo de minislots

cable headend

CMTS

5 Camada de Enlace 5-40

Resumo dos protocolos MAC

divisatildeo do canal por tempo frequecircncia ou coacutedigo Divisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequecircncia

acesso aleatoacuterio (dinacircmico) ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACD escutar a portadora faacutecil em algumas

tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)

CSMACD usado na Ethernet CSMACA usado no 80211

Revezamento Seleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto central

passagem de permissotildees Bluetooth FDDI Token Ring

5 Camada de Enlace 5-41

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Redes Locais Endereccedilamento

ARP

Ethernet

Switches

VLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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-AD

notaccedilatildeo hexadecimal (base 16)

(cada ldquonuacutemerordquo representa 4 bits)

5 Camada de Enlace 5-43

Endereccedilos MAC e ARP

cada 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 ou sem 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 portabilidade

Pode 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 o endereccedilo 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-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F

B

5 Camada de Enlace 5-48

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F

B

IP

Eth

Phy

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-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F

B

IP

Eth

Phy

quadro enviado de A para R

IP

Eth

Phy

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-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-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

IP

Eth

Phy

IP

Eth

Phy

5 Camada de Enlace 5-51

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-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

IP

Eth

Phy

IP

Eth

Phy

5 Camada de Enlace 5-52

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-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

IP

Eth

Phy

5 Camada de Enlace 5-53

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Redes Locais Endereccedilamento

ARP

Ethernet

Switches

VLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Ethernet

Adaptador 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 transmissor

dados 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

aplicaccedilatildeo

transporte

rede

enlace

fiacutesica

protocolo MAC

e formato do quadro

100BASE-TX

100BASE-T4

100BASE-FX 100BASE-T2

100BASE-SX 100BASE-BX

camada fiacutesica de fibra camada 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

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 Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Redes Locais Endereccedilamento

ARP

Ethernet

Switches

VLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Ethernet

examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento

transparente

hospedeiros 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 3

4 5

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 3

4 5

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 autoaprendizagem

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 3

4 5

6

A Arsquo

Origem A Dest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)

A 1 60

5 Camada de Enlace 5-72 5 Camada de Enlace

Switch filtragemrepasse de quadros

Quando 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 destino then

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 3

4 5

6

A Arsquo

Origem A Dest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)

A 1 60

A Arsquo A Arsquo A Arsquo A Arsquo A 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)

A

B

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 D

E

F S2

S4

S3

H

I

G

5 Camada de Enlace 5-75

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores Suponha 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

A

B

S1

C D

E

F S2

S4

S3

H

I

G

1

2

5 Camada de Enlace 5-76

Rede institucional

Para rede externa

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

aplicaccedilatildeo

transporte

rede

enlace

fiacutesica

rede

enlace

fiacutesica

enlace

fiacutesica

switch

datagrama

aplicaccedilatildeo

transporte

rede

enlace

fiacutesica

quadro

quadro

quadro

datagrama

5 Camada de Enlace 5-78

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Redes Locais Endereccedilamento

ARP

Ethernet

Switches

VLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Comcast

68800013

rede do Google

64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola

68802024

paacutegina web

navegador

5 Camada de Enlace 5-81

roteador

(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP DHCP

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

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

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)

DNS

UDP

IP

Eth

Phy

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

Eth

Phy

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)

DNS

UDP

IP

Eth

Phy

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 Comcast

68800013

servidor DNS

DNS

UDP

IP

Eth

Phy

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

HTTP

TCP

IP

Eth

Phy

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 estabelecida 64233169105

servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCP

IP

Eth

Phy

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

HTTP

TCP

IP

Eth

Phy

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

64233169105

servidor web

HTTP

TCP

IP

Eth

Phy

servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTP HTTP

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

Page 8: Capítulo 5: A Camada de Enlace - di.ufpe.brdi.ufpe.br/~suruagy/cursos/redes/cap5-Kurose.pdf · correção de erros 5.3 Protocolos de acesso múltiplo 5.4 Redes Locais Endereçamento,

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 Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Redes Locais Endereccedilamento

ARP

Ethernet

Switches

VLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Erros

EDC= 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 raro bull 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 Bit Detecta erros em um uacutenico bit

Paridade Bidimensional Detecta 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 CRC

Queremos

D2r XOR R = nG de forma equivalente

D2r = nG XOR R de forma equivalente

se dividirmos D2r por G queremos o resto R que satisfaccedila

G

DR

r2resto

101110000 1001

1001 101011

1010

1001

1100

1001

1010

1001

011

D G

R

r = 3

5 Camada de Enlace 5-15

Implementaccedilatildeo em Hardware

G=1001

D2r=101110000

5 Camada de Enlace 5-16

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Redes Locais Endereccedilamento

ARP

Ethernet

Switches

VLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do enlace MPLS

56 Redes de centros de dados

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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 Muacuteltiplo

Para 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 MAC Trecircs 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

Ban

das

de f

requ

ecircnci

a

cabo FDM

5 Camada de Enlace 5-23

Protocolos de Acesso Aleatoacuterio

Quando noacute tem um pacote para transmitir

transmite na taxa maacutexima R

nenhuma coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes

dois ou mais noacutes transmitindo ldquocolisatildeordquo

O protocolo MAC de acesso aleatoacuterio especifica

como detectar colisotildees

como se recuperar delas (atraveacutes de retransmissotildees retardadas por exemplo)

Exemplos de protocolos MAC de acesso aleatoacuterio

slotted ALOHA

ALOHA

CSMA 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 canal usado 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 puro

P(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 acontecer atraso de propagaccedilatildeo significa que dois noacutes podem natildeo ouvir a transmissatildeo do outro

colisatildeo todo o tempo de transmissatildeo eacute desperdiccedilado

Disposiccedilatildeo espacial dos noacutes

nota papel 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 CSMA

As colisotildees satildeo detectadas em pouco tempo

Transmissotildees 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 Ethernet

1 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 0

ttrans vai para infinito

Muito melhor do que ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato

transprop tt 51

1eficiecircncia

5 Camada de Enlace 5-35

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo

Protocolos 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 aleatoacuterio

eficiente em baixas cargas um uacutenico noacute pode utilizar completamente o canal

Altas cargas overhead com colisotildees

Protocolos de revezamento

Procura oferecer o melhor dos dois mundos

5 Camada de Enlace 5-36

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo

Seleccedilatildeo (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 ldquorevezamentordquo

Passagem 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 para mandar)

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

cable modem

splitter

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 disputa

bull quadro de mapeamento downstream aloca slots upstream

bull requisiccedilatildeo de slots upstream (e dados) satildeo transmitidos atraveacutes de acesso aleatoacuterio (retirada binaacuteria) em slots selecionados

quadro de mapeamento

p intervalo [t1 t2]

Residecircncias com cable modems

Canal downstream i

Canal Upstream j

t1 t2

Minislots alocados contendo quadros de dados

upstream do cable modem

Minislots contendo quadros

de requisiccedilatildeo de minislots

cable headend

CMTS

5 Camada de Enlace 5-40

Resumo dos protocolos MAC

divisatildeo do canal por tempo frequecircncia ou coacutedigo Divisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequecircncia

acesso aleatoacuterio (dinacircmico) ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACD escutar a portadora faacutecil em algumas

tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)

CSMACD usado na Ethernet CSMACA usado no 80211

Revezamento Seleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto central

passagem de permissotildees Bluetooth FDDI Token Ring

5 Camada de Enlace 5-41

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Redes Locais Endereccedilamento

ARP

Ethernet

Switches

VLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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-AD

notaccedilatildeo hexadecimal (base 16)

(cada ldquonuacutemerordquo representa 4 bits)

5 Camada de Enlace 5-43

Endereccedilos MAC e ARP

cada 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 ou sem 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 portabilidade

Pode 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 o endereccedilo 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-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F

B

5 Camada de Enlace 5-48

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F

B

IP

Eth

Phy

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-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F

B

IP

Eth

Phy

quadro enviado de A para R

IP

Eth

Phy

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-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-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

IP

Eth

Phy

IP

Eth

Phy

5 Camada de Enlace 5-51

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-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

IP

Eth

Phy

IP

Eth

Phy

5 Camada de Enlace 5-52

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-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

IP

Eth

Phy

5 Camada de Enlace 5-53

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Redes Locais Endereccedilamento

ARP

Ethernet

Switches

VLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Ethernet

Adaptador 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 transmissor

dados 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

aplicaccedilatildeo

transporte

rede

enlace

fiacutesica

protocolo MAC

e formato do quadro

100BASE-TX

100BASE-T4

100BASE-FX 100BASE-T2

100BASE-SX 100BASE-BX

camada fiacutesica de fibra camada 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

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 Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Redes Locais Endereccedilamento

ARP

Ethernet

Switches

VLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Ethernet

examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento

transparente

hospedeiros 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 3

4 5

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 3

4 5

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 autoaprendizagem

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 3

4 5

6

A Arsquo

Origem A Dest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)

A 1 60

5 Camada de Enlace 5-72 5 Camada de Enlace

Switch filtragemrepasse de quadros

Quando 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 destino then

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 3

4 5

6

A Arsquo

Origem A Dest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)

A 1 60

A Arsquo A Arsquo A Arsquo A Arsquo A 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)

A

B

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 D

E

F S2

S4

S3

H

I

G

5 Camada de Enlace 5-75

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores Suponha 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

A

B

S1

C D

E

F S2

S4

S3

H

I

G

1

2

5 Camada de Enlace 5-76

Rede institucional

Para rede externa

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

aplicaccedilatildeo

transporte

rede

enlace

fiacutesica

rede

enlace

fiacutesica

enlace

fiacutesica

switch

datagrama

aplicaccedilatildeo

transporte

rede

enlace

fiacutesica

quadro

quadro

quadro

datagrama

5 Camada de Enlace 5-78

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Redes Locais Endereccedilamento

ARP

Ethernet

Switches

VLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Comcast

68800013

rede do Google

64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola

68802024

paacutegina web

navegador

5 Camada de Enlace 5-81

roteador

(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP DHCP

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

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

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)

DNS

UDP

IP

Eth

Phy

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

Eth

Phy

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)

DNS

UDP

IP

Eth

Phy

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 Comcast

68800013

servidor DNS

DNS

UDP

IP

Eth

Phy

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

HTTP

TCP

IP

Eth

Phy

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 estabelecida 64233169105

servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCP

IP

Eth

Phy

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

HTTP

TCP

IP

Eth

Phy

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

64233169105

servidor web

HTTP

TCP

IP

Eth

Phy

servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTP HTTP

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

Page 9: Capítulo 5: A Camada de Enlace - di.ufpe.brdi.ufpe.br/~suruagy/cursos/redes/cap5-Kurose.pdf · correção de erros 5.3 Protocolos de acesso múltiplo 5.4 Redes Locais Endereçamento,

5 Camada de Enlace 5-9

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Redes Locais Endereccedilamento

ARP

Ethernet

Switches

VLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Erros

EDC= 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 raro bull 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 Bit Detecta erros em um uacutenico bit

Paridade Bidimensional Detecta 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 CRC

Queremos

D2r XOR R = nG de forma equivalente

D2r = nG XOR R de forma equivalente

se dividirmos D2r por G queremos o resto R que satisfaccedila

G

DR

r2resto

101110000 1001

1001 101011

1010

1001

1100

1001

1010

1001

011

D G

R

r = 3

5 Camada de Enlace 5-15

Implementaccedilatildeo em Hardware

G=1001

D2r=101110000

5 Camada de Enlace 5-16

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Redes Locais Endereccedilamento

ARP

Ethernet

Switches

VLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Muacuteltiplo

Para 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 MAC Trecircs 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

Ban

das

de f

requ

ecircnci

a

cabo FDM

5 Camada de Enlace 5-23

Protocolos de Acesso Aleatoacuterio

Quando noacute tem um pacote para transmitir

transmite na taxa maacutexima R

nenhuma coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes

dois ou mais noacutes transmitindo ldquocolisatildeordquo

O protocolo MAC de acesso aleatoacuterio especifica

como detectar colisotildees

como se recuperar delas (atraveacutes de retransmissotildees retardadas por exemplo)

Exemplos de protocolos MAC de acesso aleatoacuterio

slotted ALOHA

ALOHA

CSMA 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 canal usado 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 puro

P(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 acontecer atraso de propagaccedilatildeo significa que dois noacutes podem natildeo ouvir a transmissatildeo do outro

colisatildeo todo o tempo de transmissatildeo eacute desperdiccedilado

Disposiccedilatildeo espacial dos noacutes

nota papel 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 CSMA

As colisotildees satildeo detectadas em pouco tempo

Transmissotildees 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 Ethernet

1 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 0

ttrans vai para infinito

Muito melhor do que ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato

transprop tt 51

1eficiecircncia

5 Camada de Enlace 5-35

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo

Protocolos 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 aleatoacuterio

eficiente em baixas cargas um uacutenico noacute pode utilizar completamente o canal

Altas cargas overhead com colisotildees

Protocolos de revezamento

Procura oferecer o melhor dos dois mundos

5 Camada de Enlace 5-36

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo

Seleccedilatildeo (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 ldquorevezamentordquo

Passagem 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 para mandar)

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

cable modem

splitter

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 disputa

bull quadro de mapeamento downstream aloca slots upstream

bull requisiccedilatildeo de slots upstream (e dados) satildeo transmitidos atraveacutes de acesso aleatoacuterio (retirada binaacuteria) em slots selecionados

quadro de mapeamento

p intervalo [t1 t2]

Residecircncias com cable modems

Canal downstream i

Canal Upstream j

t1 t2

Minislots alocados contendo quadros de dados

upstream do cable modem

Minislots contendo quadros

de requisiccedilatildeo de minislots

cable headend

CMTS

5 Camada de Enlace 5-40

Resumo dos protocolos MAC

divisatildeo do canal por tempo frequecircncia ou coacutedigo Divisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequecircncia

acesso aleatoacuterio (dinacircmico) ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACD escutar a portadora faacutecil em algumas

tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)

CSMACD usado na Ethernet CSMACA usado no 80211

Revezamento Seleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto central

passagem de permissotildees Bluetooth FDDI Token Ring

5 Camada de Enlace 5-41

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Redes Locais Endereccedilamento

ARP

Ethernet

Switches

VLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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-AD

notaccedilatildeo hexadecimal (base 16)

(cada ldquonuacutemerordquo representa 4 bits)

5 Camada de Enlace 5-43

Endereccedilos MAC e ARP

cada 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 ou sem 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 portabilidade

Pode 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 o endereccedilo 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-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F

B

5 Camada de Enlace 5-48

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F

B

IP

Eth

Phy

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-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F

B

IP

Eth

Phy

quadro enviado de A para R

IP

Eth

Phy

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-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-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

IP

Eth

Phy

IP

Eth

Phy

5 Camada de Enlace 5-51

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-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

IP

Eth

Phy

IP

Eth

Phy

5 Camada de Enlace 5-52

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-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

IP

Eth

Phy

5 Camada de Enlace 5-53

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Redes Locais Endereccedilamento

ARP

Ethernet

Switches

VLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Ethernet

Adaptador 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 transmissor

dados 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

aplicaccedilatildeo

transporte

rede

enlace

fiacutesica

protocolo MAC

e formato do quadro

100BASE-TX

100BASE-T4

100BASE-FX 100BASE-T2

100BASE-SX 100BASE-BX

camada fiacutesica de fibra camada 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

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 Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Redes Locais Endereccedilamento

ARP

Ethernet

Switches

VLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Ethernet

examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento

transparente

hospedeiros 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 3

4 5

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 3

4 5

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 autoaprendizagem

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 3

4 5

6

A Arsquo

Origem A Dest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)

A 1 60

5 Camada de Enlace 5-72 5 Camada de Enlace

Switch filtragemrepasse de quadros

Quando 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 destino then

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 3

4 5

6

A Arsquo

Origem A Dest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)

A 1 60

A Arsquo A Arsquo A Arsquo A Arsquo A 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)

A

B

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 D

E

F S2

S4

S3

H

I

G

5 Camada de Enlace 5-75

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores Suponha 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

A

B

S1

C D

E

F S2

S4

S3

H

I

G

1

2

5 Camada de Enlace 5-76

Rede institucional

Para rede externa

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

aplicaccedilatildeo

transporte

rede

enlace

fiacutesica

rede

enlace

fiacutesica

enlace

fiacutesica

switch

datagrama

aplicaccedilatildeo

transporte

rede

enlace

fiacutesica

quadro

quadro

quadro

datagrama

5 Camada de Enlace 5-78

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Redes Locais Endereccedilamento

ARP

Ethernet

Switches

VLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Comcast

68800013

rede do Google

64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola

68802024

paacutegina web

navegador

5 Camada de Enlace 5-81

roteador

(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP DHCP

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

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

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)

DNS

UDP

IP

Eth

Phy

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

Eth

Phy

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)

DNS

UDP

IP

Eth

Phy

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 Comcast

68800013

servidor DNS

DNS

UDP

IP

Eth

Phy

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

HTTP

TCP

IP

Eth

Phy

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 estabelecida 64233169105

servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCP

IP

Eth

Phy

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

HTTP

TCP

IP

Eth

Phy

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

64233169105

servidor web

HTTP

TCP

IP

Eth

Phy

servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTP HTTP

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

Page 10: Capítulo 5: A Camada de Enlace - di.ufpe.brdi.ufpe.br/~suruagy/cursos/redes/cap5-Kurose.pdf · correção de erros 5.3 Protocolos de acesso múltiplo 5.4 Redes Locais Endereçamento,

5 Camada de Enlace 5-10

Detecccedilatildeo de Erros

EDC= 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 raro bull 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 Bit Detecta erros em um uacutenico bit

Paridade Bidimensional Detecta 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 CRC

Queremos

D2r XOR R = nG de forma equivalente

D2r = nG XOR R de forma equivalente

se dividirmos D2r por G queremos o resto R que satisfaccedila

G

DR

r2resto

101110000 1001

1001 101011

1010

1001

1100

1001

1010

1001

011

D G

R

r = 3

5 Camada de Enlace 5-15

Implementaccedilatildeo em Hardware

G=1001

D2r=101110000

5 Camada de Enlace 5-16

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Redes Locais Endereccedilamento

ARP

Ethernet

Switches

VLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Muacuteltiplo

Para 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 MAC Trecircs 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

Ban

das

de f

requ

ecircnci

a

cabo FDM

5 Camada de Enlace 5-23

Protocolos de Acesso Aleatoacuterio

Quando noacute tem um pacote para transmitir

transmite na taxa maacutexima R

nenhuma coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes

dois ou mais noacutes transmitindo ldquocolisatildeordquo

O protocolo MAC de acesso aleatoacuterio especifica

como detectar colisotildees

como se recuperar delas (atraveacutes de retransmissotildees retardadas por exemplo)

Exemplos de protocolos MAC de acesso aleatoacuterio

slotted ALOHA

ALOHA

CSMA 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 canal usado 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 puro

P(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 acontecer atraso de propagaccedilatildeo significa que dois noacutes podem natildeo ouvir a transmissatildeo do outro

colisatildeo todo o tempo de transmissatildeo eacute desperdiccedilado

Disposiccedilatildeo espacial dos noacutes

nota papel 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 CSMA

As colisotildees satildeo detectadas em pouco tempo

Transmissotildees 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 Ethernet

1 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 0

ttrans vai para infinito

Muito melhor do que ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato

transprop tt 51

1eficiecircncia

5 Camada de Enlace 5-35

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo

Protocolos 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 aleatoacuterio

eficiente em baixas cargas um uacutenico noacute pode utilizar completamente o canal

Altas cargas overhead com colisotildees

Protocolos de revezamento

Procura oferecer o melhor dos dois mundos

5 Camada de Enlace 5-36

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo

Seleccedilatildeo (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 ldquorevezamentordquo

Passagem 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 para mandar)

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

cable modem

splitter

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 disputa

bull quadro de mapeamento downstream aloca slots upstream

bull requisiccedilatildeo de slots upstream (e dados) satildeo transmitidos atraveacutes de acesso aleatoacuterio (retirada binaacuteria) em slots selecionados

quadro de mapeamento

p intervalo [t1 t2]

Residecircncias com cable modems

Canal downstream i

Canal Upstream j

t1 t2

Minislots alocados contendo quadros de dados

upstream do cable modem

Minislots contendo quadros

de requisiccedilatildeo de minislots

cable headend

CMTS

5 Camada de Enlace 5-40

Resumo dos protocolos MAC

divisatildeo do canal por tempo frequecircncia ou coacutedigo Divisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequecircncia

acesso aleatoacuterio (dinacircmico) ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACD escutar a portadora faacutecil em algumas

tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)

CSMACD usado na Ethernet CSMACA usado no 80211

Revezamento Seleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto central

passagem de permissotildees Bluetooth FDDI Token Ring

5 Camada de Enlace 5-41

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Redes Locais Endereccedilamento

ARP

Ethernet

Switches

VLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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-AD

notaccedilatildeo hexadecimal (base 16)

(cada ldquonuacutemerordquo representa 4 bits)

5 Camada de Enlace 5-43

Endereccedilos MAC e ARP

cada 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 ou sem 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 portabilidade

Pode 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 o endereccedilo 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-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F

B

5 Camada de Enlace 5-48

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F

B

IP

Eth

Phy

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-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F

B

IP

Eth

Phy

quadro enviado de A para R

IP

Eth

Phy

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-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-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

IP

Eth

Phy

IP

Eth

Phy

5 Camada de Enlace 5-51

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-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

IP

Eth

Phy

IP

Eth

Phy

5 Camada de Enlace 5-52

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-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

IP

Eth

Phy

5 Camada de Enlace 5-53

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Redes Locais Endereccedilamento

ARP

Ethernet

Switches

VLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Ethernet

Adaptador 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 transmissor

dados 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

aplicaccedilatildeo

transporte

rede

enlace

fiacutesica

protocolo MAC

e formato do quadro

100BASE-TX

100BASE-T4

100BASE-FX 100BASE-T2

100BASE-SX 100BASE-BX

camada fiacutesica de fibra camada 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

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 Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Redes Locais Endereccedilamento

ARP

Ethernet

Switches

VLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Ethernet

examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento

transparente

hospedeiros 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 3

4 5

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 3

4 5

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 autoaprendizagem

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 3

4 5

6

A Arsquo

Origem A Dest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)

A 1 60

5 Camada de Enlace 5-72 5 Camada de Enlace

Switch filtragemrepasse de quadros

Quando 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 destino then

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 3

4 5

6

A Arsquo

Origem A Dest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)

A 1 60

A Arsquo A Arsquo A Arsquo A Arsquo A 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)

A

B

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 D

E

F S2

S4

S3

H

I

G

5 Camada de Enlace 5-75

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores Suponha 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

A

B

S1

C D

E

F S2

S4

S3

H

I

G

1

2

5 Camada de Enlace 5-76

Rede institucional

Para rede externa

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

aplicaccedilatildeo

transporte

rede

enlace

fiacutesica

rede

enlace

fiacutesica

enlace

fiacutesica

switch

datagrama

aplicaccedilatildeo

transporte

rede

enlace

fiacutesica

quadro

quadro

quadro

datagrama

5 Camada de Enlace 5-78

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Redes Locais Endereccedilamento

ARP

Ethernet

Switches

VLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Comcast

68800013

rede do Google

64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola

68802024

paacutegina web

navegador

5 Camada de Enlace 5-81

roteador

(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP DHCP

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

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

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)

DNS

UDP

IP

Eth

Phy

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

Eth

Phy

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)

DNS

UDP

IP

Eth

Phy

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 Comcast

68800013

servidor DNS

DNS

UDP

IP

Eth

Phy

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

HTTP

TCP

IP

Eth

Phy

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 estabelecida 64233169105

servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCP

IP

Eth

Phy

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

HTTP

TCP

IP

Eth

Phy

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

64233169105

servidor web

HTTP

TCP

IP

Eth

Phy

servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTP HTTP

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

Page 11: Capítulo 5: A Camada de Enlace - di.ufpe.brdi.ufpe.br/~suruagy/cursos/redes/cap5-Kurose.pdf · correção de erros 5.3 Protocolos de acesso múltiplo 5.4 Redes Locais Endereçamento,

5 Camada de Enlace 5-11

Verificaccedilotildees de Paridade

Paridade de 1 Bit Detecta erros em um uacutenico bit

Paridade Bidimensional Detecta 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 CRC

Queremos

D2r XOR R = nG de forma equivalente

D2r = nG XOR R de forma equivalente

se dividirmos D2r por G queremos o resto R que satisfaccedila

G

DR

r2resto

101110000 1001

1001 101011

1010

1001

1100

1001

1010

1001

011

D G

R

r = 3

5 Camada de Enlace 5-15

Implementaccedilatildeo em Hardware

G=1001

D2r=101110000

5 Camada de Enlace 5-16

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Redes Locais Endereccedilamento

ARP

Ethernet

Switches

VLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Muacuteltiplo

Para 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 MAC Trecircs 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

Ban

das

de f

requ

ecircnci

a

cabo FDM

5 Camada de Enlace 5-23

Protocolos de Acesso Aleatoacuterio

Quando noacute tem um pacote para transmitir

transmite na taxa maacutexima R

nenhuma coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes

dois ou mais noacutes transmitindo ldquocolisatildeordquo

O protocolo MAC de acesso aleatoacuterio especifica

como detectar colisotildees

como se recuperar delas (atraveacutes de retransmissotildees retardadas por exemplo)

Exemplos de protocolos MAC de acesso aleatoacuterio

slotted ALOHA

ALOHA

CSMA 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 canal usado 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 puro

P(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 acontecer atraso de propagaccedilatildeo significa que dois noacutes podem natildeo ouvir a transmissatildeo do outro

colisatildeo todo o tempo de transmissatildeo eacute desperdiccedilado

Disposiccedilatildeo espacial dos noacutes

nota papel 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 CSMA

As colisotildees satildeo detectadas em pouco tempo

Transmissotildees 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 Ethernet

1 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 0

ttrans vai para infinito

Muito melhor do que ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato

transprop tt 51

1eficiecircncia

5 Camada de Enlace 5-35

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo

Protocolos 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 aleatoacuterio

eficiente em baixas cargas um uacutenico noacute pode utilizar completamente o canal

Altas cargas overhead com colisotildees

Protocolos de revezamento

Procura oferecer o melhor dos dois mundos

5 Camada de Enlace 5-36

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo

Seleccedilatildeo (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 ldquorevezamentordquo

Passagem 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 para mandar)

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

cable modem

splitter

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 disputa

bull quadro de mapeamento downstream aloca slots upstream

bull requisiccedilatildeo de slots upstream (e dados) satildeo transmitidos atraveacutes de acesso aleatoacuterio (retirada binaacuteria) em slots selecionados

quadro de mapeamento

p intervalo [t1 t2]

Residecircncias com cable modems

Canal downstream i

Canal Upstream j

t1 t2

Minislots alocados contendo quadros de dados

upstream do cable modem

Minislots contendo quadros

de requisiccedilatildeo de minislots

cable headend

CMTS

5 Camada de Enlace 5-40

Resumo dos protocolos MAC

divisatildeo do canal por tempo frequecircncia ou coacutedigo Divisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequecircncia

acesso aleatoacuterio (dinacircmico) ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACD escutar a portadora faacutecil em algumas

tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)

CSMACD usado na Ethernet CSMACA usado no 80211

Revezamento Seleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto central

passagem de permissotildees Bluetooth FDDI Token Ring

5 Camada de Enlace 5-41

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Redes Locais Endereccedilamento

ARP

Ethernet

Switches

VLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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-AD

notaccedilatildeo hexadecimal (base 16)

(cada ldquonuacutemerordquo representa 4 bits)

5 Camada de Enlace 5-43

Endereccedilos MAC e ARP

cada 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 ou sem 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 portabilidade

Pode 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 o endereccedilo 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-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F

B

5 Camada de Enlace 5-48

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F

B

IP

Eth

Phy

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-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F

B

IP

Eth

Phy

quadro enviado de A para R

IP

Eth

Phy

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-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-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

IP

Eth

Phy

IP

Eth

Phy

5 Camada de Enlace 5-51

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-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

IP

Eth

Phy

IP

Eth

Phy

5 Camada de Enlace 5-52

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-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

IP

Eth

Phy

5 Camada de Enlace 5-53

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Redes Locais Endereccedilamento

ARP

Ethernet

Switches

VLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Ethernet

Adaptador 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 transmissor

dados 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

aplicaccedilatildeo

transporte

rede

enlace

fiacutesica

protocolo MAC

e formato do quadro

100BASE-TX

100BASE-T4

100BASE-FX 100BASE-T2

100BASE-SX 100BASE-BX

camada fiacutesica de fibra camada 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

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 Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Redes Locais Endereccedilamento

ARP

Ethernet

Switches

VLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Ethernet

examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento

transparente

hospedeiros 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 3

4 5

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 3

4 5

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 autoaprendizagem

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 3

4 5

6

A Arsquo

Origem A Dest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)

A 1 60

5 Camada de Enlace 5-72 5 Camada de Enlace

Switch filtragemrepasse de quadros

Quando 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 destino then

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 3

4 5

6

A Arsquo

Origem A Dest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)

A 1 60

A Arsquo A Arsquo A Arsquo A Arsquo A 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)

A

B

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 D

E

F S2

S4

S3

H

I

G

5 Camada de Enlace 5-75

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores Suponha 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

A

B

S1

C D

E

F S2

S4

S3

H

I

G

1

2

5 Camada de Enlace 5-76

Rede institucional

Para rede externa

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

aplicaccedilatildeo

transporte

rede

enlace

fiacutesica

rede

enlace

fiacutesica

enlace

fiacutesica

switch

datagrama

aplicaccedilatildeo

transporte

rede

enlace

fiacutesica

quadro

quadro

quadro

datagrama

5 Camada de Enlace 5-78

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Redes Locais Endereccedilamento

ARP

Ethernet

Switches

VLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Comcast

68800013

rede do Google

64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola

68802024

paacutegina web

navegador

5 Camada de Enlace 5-81

roteador

(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP DHCP

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

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

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)

DNS

UDP

IP

Eth

Phy

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

Eth

Phy

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)

DNS

UDP

IP

Eth

Phy

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 Comcast

68800013

servidor DNS

DNS

UDP

IP

Eth

Phy

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

HTTP

TCP

IP

Eth

Phy

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 estabelecida 64233169105

servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCP

IP

Eth

Phy

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

HTTP

TCP

IP

Eth

Phy

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

64233169105

servidor web

HTTP

TCP

IP

Eth

Phy

servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTP HTTP

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

Page 12: Capítulo 5: A Camada de Enlace - di.ufpe.brdi.ufpe.br/~suruagy/cursos/redes/cap5-Kurose.pdf · correção de erros 5.3 Protocolos de acesso múltiplo 5.4 Redes Locais Endereçamento,

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 CRC

Queremos

D2r XOR R = nG de forma equivalente

D2r = nG XOR R de forma equivalente

se dividirmos D2r por G queremos o resto R que satisfaccedila

G

DR

r2resto

101110000 1001

1001 101011

1010

1001

1100

1001

1010

1001

011

D G

R

r = 3

5 Camada de Enlace 5-15

Implementaccedilatildeo em Hardware

G=1001

D2r=101110000

5 Camada de Enlace 5-16

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Redes Locais Endereccedilamento

ARP

Ethernet

Switches

VLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Muacuteltiplo

Para 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 MAC Trecircs 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

Ban

das

de f

requ

ecircnci

a

cabo FDM

5 Camada de Enlace 5-23

Protocolos de Acesso Aleatoacuterio

Quando noacute tem um pacote para transmitir

transmite na taxa maacutexima R

nenhuma coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes

dois ou mais noacutes transmitindo ldquocolisatildeordquo

O protocolo MAC de acesso aleatoacuterio especifica

como detectar colisotildees

como se recuperar delas (atraveacutes de retransmissotildees retardadas por exemplo)

Exemplos de protocolos MAC de acesso aleatoacuterio

slotted ALOHA

ALOHA

CSMA 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 canal usado 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 puro

P(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 acontecer atraso de propagaccedilatildeo significa que dois noacutes podem natildeo ouvir a transmissatildeo do outro

colisatildeo todo o tempo de transmissatildeo eacute desperdiccedilado

Disposiccedilatildeo espacial dos noacutes

nota papel 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 CSMA

As colisotildees satildeo detectadas em pouco tempo

Transmissotildees 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 Ethernet

1 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 0

ttrans vai para infinito

Muito melhor do que ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato

transprop tt 51

1eficiecircncia

5 Camada de Enlace 5-35

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo

Protocolos 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 aleatoacuterio

eficiente em baixas cargas um uacutenico noacute pode utilizar completamente o canal

Altas cargas overhead com colisotildees

Protocolos de revezamento

Procura oferecer o melhor dos dois mundos

5 Camada de Enlace 5-36

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo

Seleccedilatildeo (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 ldquorevezamentordquo

Passagem 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 para mandar)

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

cable modem

splitter

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 disputa

bull quadro de mapeamento downstream aloca slots upstream

bull requisiccedilatildeo de slots upstream (e dados) satildeo transmitidos atraveacutes de acesso aleatoacuterio (retirada binaacuteria) em slots selecionados

quadro de mapeamento

p intervalo [t1 t2]

Residecircncias com cable modems

Canal downstream i

Canal Upstream j

t1 t2

Minislots alocados contendo quadros de dados

upstream do cable modem

Minislots contendo quadros

de requisiccedilatildeo de minislots

cable headend

CMTS

5 Camada de Enlace 5-40

Resumo dos protocolos MAC

divisatildeo do canal por tempo frequecircncia ou coacutedigo Divisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequecircncia

acesso aleatoacuterio (dinacircmico) ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACD escutar a portadora faacutecil em algumas

tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)

CSMACD usado na Ethernet CSMACA usado no 80211

Revezamento Seleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto central

passagem de permissotildees Bluetooth FDDI Token Ring

5 Camada de Enlace 5-41

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Redes Locais Endereccedilamento

ARP

Ethernet

Switches

VLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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-AD

notaccedilatildeo hexadecimal (base 16)

(cada ldquonuacutemerordquo representa 4 bits)

5 Camada de Enlace 5-43

Endereccedilos MAC e ARP

cada 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 ou sem 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 portabilidade

Pode 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 o endereccedilo 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-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F

B

5 Camada de Enlace 5-48

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F

B

IP

Eth

Phy

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-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F

B

IP

Eth

Phy

quadro enviado de A para R

IP

Eth

Phy

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-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-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

IP

Eth

Phy

IP

Eth

Phy

5 Camada de Enlace 5-51

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-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

IP

Eth

Phy

IP

Eth

Phy

5 Camada de Enlace 5-52

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-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

IP

Eth

Phy

5 Camada de Enlace 5-53

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Redes Locais Endereccedilamento

ARP

Ethernet

Switches

VLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Ethernet

Adaptador 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 transmissor

dados 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

aplicaccedilatildeo

transporte

rede

enlace

fiacutesica

protocolo MAC

e formato do quadro

100BASE-TX

100BASE-T4

100BASE-FX 100BASE-T2

100BASE-SX 100BASE-BX

camada fiacutesica de fibra camada 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

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 Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Redes Locais Endereccedilamento

ARP

Ethernet

Switches

VLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Ethernet

examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento

transparente

hospedeiros 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 3

4 5

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 3

4 5

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 autoaprendizagem

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 3

4 5

6

A Arsquo

Origem A Dest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)

A 1 60

5 Camada de Enlace 5-72 5 Camada de Enlace

Switch filtragemrepasse de quadros

Quando 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 destino then

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 3

4 5

6

A Arsquo

Origem A Dest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)

A 1 60

A Arsquo A Arsquo A Arsquo A Arsquo A 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)

A

B

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 D

E

F S2

S4

S3

H

I

G

5 Camada de Enlace 5-75

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores Suponha 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

A

B

S1

C D

E

F S2

S4

S3

H

I

G

1

2

5 Camada de Enlace 5-76

Rede institucional

Para rede externa

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

aplicaccedilatildeo

transporte

rede

enlace

fiacutesica

rede

enlace

fiacutesica

enlace

fiacutesica

switch

datagrama

aplicaccedilatildeo

transporte

rede

enlace

fiacutesica

quadro

quadro

quadro

datagrama

5 Camada de Enlace 5-78

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Redes Locais Endereccedilamento

ARP

Ethernet

Switches

VLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Comcast

68800013

rede do Google

64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola

68802024

paacutegina web

navegador

5 Camada de Enlace 5-81

roteador

(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP DHCP

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

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

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)

DNS

UDP

IP

Eth

Phy

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

Eth

Phy

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)

DNS

UDP

IP

Eth

Phy

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 Comcast

68800013

servidor DNS

DNS

UDP

IP

Eth

Phy

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

HTTP

TCP

IP

Eth

Phy

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 estabelecida 64233169105

servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCP

IP

Eth

Phy

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

HTTP

TCP

IP

Eth

Phy

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

64233169105

servidor web

HTTP

TCP

IP

Eth

Phy

servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTP HTTP

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

Page 13: Capítulo 5: A Camada de Enlace - di.ufpe.brdi.ufpe.br/~suruagy/cursos/redes/cap5-Kurose.pdf · correção de erros 5.3 Protocolos de acesso múltiplo 5.4 Redes Locais Endereçamento,

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 CRC

Queremos

D2r XOR R = nG de forma equivalente

D2r = nG XOR R de forma equivalente

se dividirmos D2r por G queremos o resto R que satisfaccedila

G

DR

r2resto

101110000 1001

1001 101011

1010

1001

1100

1001

1010

1001

011

D G

R

r = 3

5 Camada de Enlace 5-15

Implementaccedilatildeo em Hardware

G=1001

D2r=101110000

5 Camada de Enlace 5-16

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Redes Locais Endereccedilamento

ARP

Ethernet

Switches

VLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Muacuteltiplo

Para 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 MAC Trecircs 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

Ban

das

de f

requ

ecircnci

a

cabo FDM

5 Camada de Enlace 5-23

Protocolos de Acesso Aleatoacuterio

Quando noacute tem um pacote para transmitir

transmite na taxa maacutexima R

nenhuma coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes

dois ou mais noacutes transmitindo ldquocolisatildeordquo

O protocolo MAC de acesso aleatoacuterio especifica

como detectar colisotildees

como se recuperar delas (atraveacutes de retransmissotildees retardadas por exemplo)

Exemplos de protocolos MAC de acesso aleatoacuterio

slotted ALOHA

ALOHA

CSMA 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 canal usado 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 puro

P(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 acontecer atraso de propagaccedilatildeo significa que dois noacutes podem natildeo ouvir a transmissatildeo do outro

colisatildeo todo o tempo de transmissatildeo eacute desperdiccedilado

Disposiccedilatildeo espacial dos noacutes

nota papel 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 CSMA

As colisotildees satildeo detectadas em pouco tempo

Transmissotildees 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 Ethernet

1 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 0

ttrans vai para infinito

Muito melhor do que ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato

transprop tt 51

1eficiecircncia

5 Camada de Enlace 5-35

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo

Protocolos 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 aleatoacuterio

eficiente em baixas cargas um uacutenico noacute pode utilizar completamente o canal

Altas cargas overhead com colisotildees

Protocolos de revezamento

Procura oferecer o melhor dos dois mundos

5 Camada de Enlace 5-36

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo

Seleccedilatildeo (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 ldquorevezamentordquo

Passagem 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 para mandar)

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

cable modem

splitter

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 disputa

bull quadro de mapeamento downstream aloca slots upstream

bull requisiccedilatildeo de slots upstream (e dados) satildeo transmitidos atraveacutes de acesso aleatoacuterio (retirada binaacuteria) em slots selecionados

quadro de mapeamento

p intervalo [t1 t2]

Residecircncias com cable modems

Canal downstream i

Canal Upstream j

t1 t2

Minislots alocados contendo quadros de dados

upstream do cable modem

Minislots contendo quadros

de requisiccedilatildeo de minislots

cable headend

CMTS

5 Camada de Enlace 5-40

Resumo dos protocolos MAC

divisatildeo do canal por tempo frequecircncia ou coacutedigo Divisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequecircncia

acesso aleatoacuterio (dinacircmico) ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACD escutar a portadora faacutecil em algumas

tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)

CSMACD usado na Ethernet CSMACA usado no 80211

Revezamento Seleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto central

passagem de permissotildees Bluetooth FDDI Token Ring

5 Camada de Enlace 5-41

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Redes Locais Endereccedilamento

ARP

Ethernet

Switches

VLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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-AD

notaccedilatildeo hexadecimal (base 16)

(cada ldquonuacutemerordquo representa 4 bits)

5 Camada de Enlace 5-43

Endereccedilos MAC e ARP

cada 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 ou sem 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 portabilidade

Pode 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 o endereccedilo 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-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F

B

5 Camada de Enlace 5-48

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F

B

IP

Eth

Phy

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-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F

B

IP

Eth

Phy

quadro enviado de A para R

IP

Eth

Phy

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-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-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

IP

Eth

Phy

IP

Eth

Phy

5 Camada de Enlace 5-51

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-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

IP

Eth

Phy

IP

Eth

Phy

5 Camada de Enlace 5-52

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-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

IP

Eth

Phy

5 Camada de Enlace 5-53

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Redes Locais Endereccedilamento

ARP

Ethernet

Switches

VLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Ethernet

Adaptador 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 transmissor

dados 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

aplicaccedilatildeo

transporte

rede

enlace

fiacutesica

protocolo MAC

e formato do quadro

100BASE-TX

100BASE-T4

100BASE-FX 100BASE-T2

100BASE-SX 100BASE-BX

camada fiacutesica de fibra camada 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

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 Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Redes Locais Endereccedilamento

ARP

Ethernet

Switches

VLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Ethernet

examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento

transparente

hospedeiros 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 3

4 5

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 3

4 5

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 autoaprendizagem

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 3

4 5

6

A Arsquo

Origem A Dest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)

A 1 60

5 Camada de Enlace 5-72 5 Camada de Enlace

Switch filtragemrepasse de quadros

Quando 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 destino then

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 3

4 5

6

A Arsquo

Origem A Dest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)

A 1 60

A Arsquo A Arsquo A Arsquo A Arsquo A 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)

A

B

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 D

E

F S2

S4

S3

H

I

G

5 Camada de Enlace 5-75

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores Suponha 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

A

B

S1

C D

E

F S2

S4

S3

H

I

G

1

2

5 Camada de Enlace 5-76

Rede institucional

Para rede externa

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

aplicaccedilatildeo

transporte

rede

enlace

fiacutesica

rede

enlace

fiacutesica

enlace

fiacutesica

switch

datagrama

aplicaccedilatildeo

transporte

rede

enlace

fiacutesica

quadro

quadro

quadro

datagrama

5 Camada de Enlace 5-78

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Redes Locais Endereccedilamento

ARP

Ethernet

Switches

VLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Comcast

68800013

rede do Google

64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola

68802024

paacutegina web

navegador

5 Camada de Enlace 5-81

roteador

(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP DHCP

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

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

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)

DNS

UDP

IP

Eth

Phy

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

Eth

Phy

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)

DNS

UDP

IP

Eth

Phy

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 Comcast

68800013

servidor DNS

DNS

UDP

IP

Eth

Phy

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

HTTP

TCP

IP

Eth

Phy

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 estabelecida 64233169105

servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCP

IP

Eth

Phy

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

HTTP

TCP

IP

Eth

Phy

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

64233169105

servidor web

HTTP

TCP

IP

Eth

Phy

servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTP HTTP

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

Page 14: Capítulo 5: A Camada de Enlace - di.ufpe.brdi.ufpe.br/~suruagy/cursos/redes/cap5-Kurose.pdf · correção de erros 5.3 Protocolos de acesso múltiplo 5.4 Redes Locais Endereçamento,

5 Camada de Enlace 5-14

Exemplo de CRC

Queremos

D2r XOR R = nG de forma equivalente

D2r = nG XOR R de forma equivalente

se dividirmos D2r por G queremos o resto R que satisfaccedila

G

DR

r2resto

101110000 1001

1001 101011

1010

1001

1100

1001

1010

1001

011

D G

R

r = 3

5 Camada de Enlace 5-15

Implementaccedilatildeo em Hardware

G=1001

D2r=101110000

5 Camada de Enlace 5-16

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Redes Locais Endereccedilamento

ARP

Ethernet

Switches

VLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Muacuteltiplo

Para 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 MAC Trecircs 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

Ban

das

de f

requ

ecircnci

a

cabo FDM

5 Camada de Enlace 5-23

Protocolos de Acesso Aleatoacuterio

Quando noacute tem um pacote para transmitir

transmite na taxa maacutexima R

nenhuma coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes

dois ou mais noacutes transmitindo ldquocolisatildeordquo

O protocolo MAC de acesso aleatoacuterio especifica

como detectar colisotildees

como se recuperar delas (atraveacutes de retransmissotildees retardadas por exemplo)

Exemplos de protocolos MAC de acesso aleatoacuterio

slotted ALOHA

ALOHA

CSMA 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 canal usado 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 puro

P(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 acontecer atraso de propagaccedilatildeo significa que dois noacutes podem natildeo ouvir a transmissatildeo do outro

colisatildeo todo o tempo de transmissatildeo eacute desperdiccedilado

Disposiccedilatildeo espacial dos noacutes

nota papel 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 CSMA

As colisotildees satildeo detectadas em pouco tempo

Transmissotildees 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 Ethernet

1 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 0

ttrans vai para infinito

Muito melhor do que ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato

transprop tt 51

1eficiecircncia

5 Camada de Enlace 5-35

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo

Protocolos 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 aleatoacuterio

eficiente em baixas cargas um uacutenico noacute pode utilizar completamente o canal

Altas cargas overhead com colisotildees

Protocolos de revezamento

Procura oferecer o melhor dos dois mundos

5 Camada de Enlace 5-36

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo

Seleccedilatildeo (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 ldquorevezamentordquo

Passagem 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 para mandar)

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

cable modem

splitter

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 disputa

bull quadro de mapeamento downstream aloca slots upstream

bull requisiccedilatildeo de slots upstream (e dados) satildeo transmitidos atraveacutes de acesso aleatoacuterio (retirada binaacuteria) em slots selecionados

quadro de mapeamento

p intervalo [t1 t2]

Residecircncias com cable modems

Canal downstream i

Canal Upstream j

t1 t2

Minislots alocados contendo quadros de dados

upstream do cable modem

Minislots contendo quadros

de requisiccedilatildeo de minislots

cable headend

CMTS

5 Camada de Enlace 5-40

Resumo dos protocolos MAC

divisatildeo do canal por tempo frequecircncia ou coacutedigo Divisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequecircncia

acesso aleatoacuterio (dinacircmico) ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACD escutar a portadora faacutecil em algumas

tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)

CSMACD usado na Ethernet CSMACA usado no 80211

Revezamento Seleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto central

passagem de permissotildees Bluetooth FDDI Token Ring

5 Camada de Enlace 5-41

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Redes Locais Endereccedilamento

ARP

Ethernet

Switches

VLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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-AD

notaccedilatildeo hexadecimal (base 16)

(cada ldquonuacutemerordquo representa 4 bits)

5 Camada de Enlace 5-43

Endereccedilos MAC e ARP

cada 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 ou sem 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 portabilidade

Pode 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 o endereccedilo 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-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F

B

5 Camada de Enlace 5-48

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F

B

IP

Eth

Phy

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-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F

B

IP

Eth

Phy

quadro enviado de A para R

IP

Eth

Phy

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-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-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

IP

Eth

Phy

IP

Eth

Phy

5 Camada de Enlace 5-51

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-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

IP

Eth

Phy

IP

Eth

Phy

5 Camada de Enlace 5-52

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-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

IP

Eth

Phy

5 Camada de Enlace 5-53

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Redes Locais Endereccedilamento

ARP

Ethernet

Switches

VLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Ethernet

Adaptador 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 transmissor

dados 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

aplicaccedilatildeo

transporte

rede

enlace

fiacutesica

protocolo MAC

e formato do quadro

100BASE-TX

100BASE-T4

100BASE-FX 100BASE-T2

100BASE-SX 100BASE-BX

camada fiacutesica de fibra camada 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

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 Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Redes Locais Endereccedilamento

ARP

Ethernet

Switches

VLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Ethernet

examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento

transparente

hospedeiros 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 3

4 5

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 3

4 5

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 autoaprendizagem

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 3

4 5

6

A Arsquo

Origem A Dest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)

A 1 60

5 Camada de Enlace 5-72 5 Camada de Enlace

Switch filtragemrepasse de quadros

Quando 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 destino then

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 3

4 5

6

A Arsquo

Origem A Dest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)

A 1 60

A Arsquo A Arsquo A Arsquo A Arsquo A 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)

A

B

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 D

E

F S2

S4

S3

H

I

G

5 Camada de Enlace 5-75

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores Suponha 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

A

B

S1

C D

E

F S2

S4

S3

H

I

G

1

2

5 Camada de Enlace 5-76

Rede institucional

Para rede externa

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

aplicaccedilatildeo

transporte

rede

enlace

fiacutesica

rede

enlace

fiacutesica

enlace

fiacutesica

switch

datagrama

aplicaccedilatildeo

transporte

rede

enlace

fiacutesica

quadro

quadro

quadro

datagrama

5 Camada de Enlace 5-78

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Redes Locais Endereccedilamento

ARP

Ethernet

Switches

VLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Comcast

68800013

rede do Google

64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola

68802024

paacutegina web

navegador

5 Camada de Enlace 5-81

roteador

(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP DHCP

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

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

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)

DNS

UDP

IP

Eth

Phy

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

Eth

Phy

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)

DNS

UDP

IP

Eth

Phy

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 Comcast

68800013

servidor DNS

DNS

UDP

IP

Eth

Phy

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

HTTP

TCP

IP

Eth

Phy

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 estabelecida 64233169105

servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCP

IP

Eth

Phy

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

HTTP

TCP

IP

Eth

Phy

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

64233169105

servidor web

HTTP

TCP

IP

Eth

Phy

servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTP HTTP

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

Page 15: Capítulo 5: A Camada de Enlace - di.ufpe.brdi.ufpe.br/~suruagy/cursos/redes/cap5-Kurose.pdf · correção de erros 5.3 Protocolos de acesso múltiplo 5.4 Redes Locais Endereçamento,

5 Camada de Enlace 5-15

Implementaccedilatildeo em Hardware

G=1001

D2r=101110000

5 Camada de Enlace 5-16

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Redes Locais Endereccedilamento

ARP

Ethernet

Switches

VLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Muacuteltiplo

Para 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 MAC Trecircs 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

Ban

das

de f

requ

ecircnci

a

cabo FDM

5 Camada de Enlace 5-23

Protocolos de Acesso Aleatoacuterio

Quando noacute tem um pacote para transmitir

transmite na taxa maacutexima R

nenhuma coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes

dois ou mais noacutes transmitindo ldquocolisatildeordquo

O protocolo MAC de acesso aleatoacuterio especifica

como detectar colisotildees

como se recuperar delas (atraveacutes de retransmissotildees retardadas por exemplo)

Exemplos de protocolos MAC de acesso aleatoacuterio

slotted ALOHA

ALOHA

CSMA 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 canal usado 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 puro

P(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 acontecer atraso de propagaccedilatildeo significa que dois noacutes podem natildeo ouvir a transmissatildeo do outro

colisatildeo todo o tempo de transmissatildeo eacute desperdiccedilado

Disposiccedilatildeo espacial dos noacutes

nota papel 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 CSMA

As colisotildees satildeo detectadas em pouco tempo

Transmissotildees 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 Ethernet

1 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 0

ttrans vai para infinito

Muito melhor do que ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato

transprop tt 51

1eficiecircncia

5 Camada de Enlace 5-35

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo

Protocolos 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 aleatoacuterio

eficiente em baixas cargas um uacutenico noacute pode utilizar completamente o canal

Altas cargas overhead com colisotildees

Protocolos de revezamento

Procura oferecer o melhor dos dois mundos

5 Camada de Enlace 5-36

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo

Seleccedilatildeo (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 ldquorevezamentordquo

Passagem 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 para mandar)

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

cable modem

splitter

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 disputa

bull quadro de mapeamento downstream aloca slots upstream

bull requisiccedilatildeo de slots upstream (e dados) satildeo transmitidos atraveacutes de acesso aleatoacuterio (retirada binaacuteria) em slots selecionados

quadro de mapeamento

p intervalo [t1 t2]

Residecircncias com cable modems

Canal downstream i

Canal Upstream j

t1 t2

Minislots alocados contendo quadros de dados

upstream do cable modem

Minislots contendo quadros

de requisiccedilatildeo de minislots

cable headend

CMTS

5 Camada de Enlace 5-40

Resumo dos protocolos MAC

divisatildeo do canal por tempo frequecircncia ou coacutedigo Divisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequecircncia

acesso aleatoacuterio (dinacircmico) ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACD escutar a portadora faacutecil em algumas

tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)

CSMACD usado na Ethernet CSMACA usado no 80211

Revezamento Seleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto central

passagem de permissotildees Bluetooth FDDI Token Ring

5 Camada de Enlace 5-41

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Redes Locais Endereccedilamento

ARP

Ethernet

Switches

VLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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-AD

notaccedilatildeo hexadecimal (base 16)

(cada ldquonuacutemerordquo representa 4 bits)

5 Camada de Enlace 5-43

Endereccedilos MAC e ARP

cada 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 ou sem 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 portabilidade

Pode 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 o endereccedilo 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-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F

B

5 Camada de Enlace 5-48

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F

B

IP

Eth

Phy

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-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F

B

IP

Eth

Phy

quadro enviado de A para R

IP

Eth

Phy

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-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-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

IP

Eth

Phy

IP

Eth

Phy

5 Camada de Enlace 5-51

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-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

IP

Eth

Phy

IP

Eth

Phy

5 Camada de Enlace 5-52

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-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

IP

Eth

Phy

5 Camada de Enlace 5-53

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Redes Locais Endereccedilamento

ARP

Ethernet

Switches

VLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Ethernet

Adaptador 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 transmissor

dados 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

aplicaccedilatildeo

transporte

rede

enlace

fiacutesica

protocolo MAC

e formato do quadro

100BASE-TX

100BASE-T4

100BASE-FX 100BASE-T2

100BASE-SX 100BASE-BX

camada fiacutesica de fibra camada 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

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 Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Redes Locais Endereccedilamento

ARP

Ethernet

Switches

VLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Ethernet

examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento

transparente

hospedeiros 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 3

4 5

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 3

4 5

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 autoaprendizagem

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 3

4 5

6

A Arsquo

Origem A Dest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)

A 1 60

5 Camada de Enlace 5-72 5 Camada de Enlace

Switch filtragemrepasse de quadros

Quando 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 destino then

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 3

4 5

6

A Arsquo

Origem A Dest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)

A 1 60

A Arsquo A Arsquo A Arsquo A Arsquo A 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)

A

B

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 D

E

F S2

S4

S3

H

I

G

5 Camada de Enlace 5-75

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores Suponha 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

A

B

S1

C D

E

F S2

S4

S3

H

I

G

1

2

5 Camada de Enlace 5-76

Rede institucional

Para rede externa

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

aplicaccedilatildeo

transporte

rede

enlace

fiacutesica

rede

enlace

fiacutesica

enlace

fiacutesica

switch

datagrama

aplicaccedilatildeo

transporte

rede

enlace

fiacutesica

quadro

quadro

quadro

datagrama

5 Camada de Enlace 5-78

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Redes Locais Endereccedilamento

ARP

Ethernet

Switches

VLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Comcast

68800013

rede do Google

64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola

68802024

paacutegina web

navegador

5 Camada de Enlace 5-81

roteador

(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP DHCP

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

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

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)

DNS

UDP

IP

Eth

Phy

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

Eth

Phy

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)

DNS

UDP

IP

Eth

Phy

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 Comcast

68800013

servidor DNS

DNS

UDP

IP

Eth

Phy

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

HTTP

TCP

IP

Eth

Phy

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 estabelecida 64233169105

servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCP

IP

Eth

Phy

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

HTTP

TCP

IP

Eth

Phy

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

64233169105

servidor web

HTTP

TCP

IP

Eth

Phy

servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTP HTTP

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

Page 16: Capítulo 5: A Camada de Enlace - di.ufpe.brdi.ufpe.br/~suruagy/cursos/redes/cap5-Kurose.pdf · correção de erros 5.3 Protocolos de acesso múltiplo 5.4 Redes Locais Endereçamento,

5 Camada de Enlace 5-16

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Redes Locais Endereccedilamento

ARP

Ethernet

Switches

VLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Muacuteltiplo

Para 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 MAC Trecircs 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

Ban

das

de f

requ

ecircnci

a

cabo FDM

5 Camada de Enlace 5-23

Protocolos de Acesso Aleatoacuterio

Quando noacute tem um pacote para transmitir

transmite na taxa maacutexima R

nenhuma coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes

dois ou mais noacutes transmitindo ldquocolisatildeordquo

O protocolo MAC de acesso aleatoacuterio especifica

como detectar colisotildees

como se recuperar delas (atraveacutes de retransmissotildees retardadas por exemplo)

Exemplos de protocolos MAC de acesso aleatoacuterio

slotted ALOHA

ALOHA

CSMA 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 canal usado 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 puro

P(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 acontecer atraso de propagaccedilatildeo significa que dois noacutes podem natildeo ouvir a transmissatildeo do outro

colisatildeo todo o tempo de transmissatildeo eacute desperdiccedilado

Disposiccedilatildeo espacial dos noacutes

nota papel 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 CSMA

As colisotildees satildeo detectadas em pouco tempo

Transmissotildees 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 Ethernet

1 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 0

ttrans vai para infinito

Muito melhor do que ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato

transprop tt 51

1eficiecircncia

5 Camada de Enlace 5-35

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo

Protocolos 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 aleatoacuterio

eficiente em baixas cargas um uacutenico noacute pode utilizar completamente o canal

Altas cargas overhead com colisotildees

Protocolos de revezamento

Procura oferecer o melhor dos dois mundos

5 Camada de Enlace 5-36

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo

Seleccedilatildeo (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 ldquorevezamentordquo

Passagem 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 para mandar)

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

cable modem

splitter

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 disputa

bull quadro de mapeamento downstream aloca slots upstream

bull requisiccedilatildeo de slots upstream (e dados) satildeo transmitidos atraveacutes de acesso aleatoacuterio (retirada binaacuteria) em slots selecionados

quadro de mapeamento

p intervalo [t1 t2]

Residecircncias com cable modems

Canal downstream i

Canal Upstream j

t1 t2

Minislots alocados contendo quadros de dados

upstream do cable modem

Minislots contendo quadros

de requisiccedilatildeo de minislots

cable headend

CMTS

5 Camada de Enlace 5-40

Resumo dos protocolos MAC

divisatildeo do canal por tempo frequecircncia ou coacutedigo Divisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequecircncia

acesso aleatoacuterio (dinacircmico) ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACD escutar a portadora faacutecil em algumas

tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)

CSMACD usado na Ethernet CSMACA usado no 80211

Revezamento Seleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto central

passagem de permissotildees Bluetooth FDDI Token Ring

5 Camada de Enlace 5-41

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Redes Locais Endereccedilamento

ARP

Ethernet

Switches

VLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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-AD

notaccedilatildeo hexadecimal (base 16)

(cada ldquonuacutemerordquo representa 4 bits)

5 Camada de Enlace 5-43

Endereccedilos MAC e ARP

cada 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 ou sem 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 portabilidade

Pode 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 o endereccedilo 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-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F

B

5 Camada de Enlace 5-48

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F

B

IP

Eth

Phy

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-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F

B

IP

Eth

Phy

quadro enviado de A para R

IP

Eth

Phy

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-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-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

IP

Eth

Phy

IP

Eth

Phy

5 Camada de Enlace 5-51

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-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

IP

Eth

Phy

IP

Eth

Phy

5 Camada de Enlace 5-52

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-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

IP

Eth

Phy

5 Camada de Enlace 5-53

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Redes Locais Endereccedilamento

ARP

Ethernet

Switches

VLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Ethernet

Adaptador 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 transmissor

dados 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

aplicaccedilatildeo

transporte

rede

enlace

fiacutesica

protocolo MAC

e formato do quadro

100BASE-TX

100BASE-T4

100BASE-FX 100BASE-T2

100BASE-SX 100BASE-BX

camada fiacutesica de fibra camada 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

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 Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Redes Locais Endereccedilamento

ARP

Ethernet

Switches

VLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Ethernet

examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento

transparente

hospedeiros 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 3

4 5

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 3

4 5

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 autoaprendizagem

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 3

4 5

6

A Arsquo

Origem A Dest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)

A 1 60

5 Camada de Enlace 5-72 5 Camada de Enlace

Switch filtragemrepasse de quadros

Quando 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 destino then

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 3

4 5

6

A Arsquo

Origem A Dest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)

A 1 60

A Arsquo A Arsquo A Arsquo A Arsquo A 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)

A

B

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 D

E

F S2

S4

S3

H

I

G

5 Camada de Enlace 5-75

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores Suponha 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

A

B

S1

C D

E

F S2

S4

S3

H

I

G

1

2

5 Camada de Enlace 5-76

Rede institucional

Para rede externa

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

aplicaccedilatildeo

transporte

rede

enlace

fiacutesica

rede

enlace

fiacutesica

enlace

fiacutesica

switch

datagrama

aplicaccedilatildeo

transporte

rede

enlace

fiacutesica

quadro

quadro

quadro

datagrama

5 Camada de Enlace 5-78

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Redes Locais Endereccedilamento

ARP

Ethernet

Switches

VLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Comcast

68800013

rede do Google

64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola

68802024

paacutegina web

navegador

5 Camada de Enlace 5-81

roteador

(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP DHCP

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

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

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)

DNS

UDP

IP

Eth

Phy

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

Eth

Phy

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)

DNS

UDP

IP

Eth

Phy

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 Comcast

68800013

servidor DNS

DNS

UDP

IP

Eth

Phy

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

HTTP

TCP

IP

Eth

Phy

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 estabelecida 64233169105

servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCP

IP

Eth

Phy

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

HTTP

TCP

IP

Eth

Phy

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

64233169105

servidor web

HTTP

TCP

IP

Eth

Phy

servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTP HTTP

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

Page 17: Capítulo 5: A Camada de Enlace - di.ufpe.brdi.ufpe.br/~suruagy/cursos/redes/cap5-Kurose.pdf · correção de erros 5.3 Protocolos de acesso múltiplo 5.4 Redes Locais Endereçamento,

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 Muacuteltiplo

Para 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 MAC Trecircs 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

Ban

das

de f

requ

ecircnci

a

cabo FDM

5 Camada de Enlace 5-23

Protocolos de Acesso Aleatoacuterio

Quando noacute tem um pacote para transmitir

transmite na taxa maacutexima R

nenhuma coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes

dois ou mais noacutes transmitindo ldquocolisatildeordquo

O protocolo MAC de acesso aleatoacuterio especifica

como detectar colisotildees

como se recuperar delas (atraveacutes de retransmissotildees retardadas por exemplo)

Exemplos de protocolos MAC de acesso aleatoacuterio

slotted ALOHA

ALOHA

CSMA 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 canal usado 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 puro

P(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 acontecer atraso de propagaccedilatildeo significa que dois noacutes podem natildeo ouvir a transmissatildeo do outro

colisatildeo todo o tempo de transmissatildeo eacute desperdiccedilado

Disposiccedilatildeo espacial dos noacutes

nota papel 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 CSMA

As colisotildees satildeo detectadas em pouco tempo

Transmissotildees 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 Ethernet

1 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 0

ttrans vai para infinito

Muito melhor do que ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato

transprop tt 51

1eficiecircncia

5 Camada de Enlace 5-35

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo

Protocolos 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 aleatoacuterio

eficiente em baixas cargas um uacutenico noacute pode utilizar completamente o canal

Altas cargas overhead com colisotildees

Protocolos de revezamento

Procura oferecer o melhor dos dois mundos

5 Camada de Enlace 5-36

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo

Seleccedilatildeo (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 ldquorevezamentordquo

Passagem 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 para mandar)

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

cable modem

splitter

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 disputa

bull quadro de mapeamento downstream aloca slots upstream

bull requisiccedilatildeo de slots upstream (e dados) satildeo transmitidos atraveacutes de acesso aleatoacuterio (retirada binaacuteria) em slots selecionados

quadro de mapeamento

p intervalo [t1 t2]

Residecircncias com cable modems

Canal downstream i

Canal Upstream j

t1 t2

Minislots alocados contendo quadros de dados

upstream do cable modem

Minislots contendo quadros

de requisiccedilatildeo de minislots

cable headend

CMTS

5 Camada de Enlace 5-40

Resumo dos protocolos MAC

divisatildeo do canal por tempo frequecircncia ou coacutedigo Divisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequecircncia

acesso aleatoacuterio (dinacircmico) ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACD escutar a portadora faacutecil em algumas

tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)

CSMACD usado na Ethernet CSMACA usado no 80211

Revezamento Seleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto central

passagem de permissotildees Bluetooth FDDI Token Ring

5 Camada de Enlace 5-41

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Redes Locais Endereccedilamento

ARP

Ethernet

Switches

VLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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-AD

notaccedilatildeo hexadecimal (base 16)

(cada ldquonuacutemerordquo representa 4 bits)

5 Camada de Enlace 5-43

Endereccedilos MAC e ARP

cada 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 ou sem 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 portabilidade

Pode 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 o endereccedilo 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-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F

B

5 Camada de Enlace 5-48

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F

B

IP

Eth

Phy

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-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F

B

IP

Eth

Phy

quadro enviado de A para R

IP

Eth

Phy

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-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-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

IP

Eth

Phy

IP

Eth

Phy

5 Camada de Enlace 5-51

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-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

IP

Eth

Phy

IP

Eth

Phy

5 Camada de Enlace 5-52

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-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

IP

Eth

Phy

5 Camada de Enlace 5-53

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Redes Locais Endereccedilamento

ARP

Ethernet

Switches

VLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Ethernet

Adaptador 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 transmissor

dados 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

aplicaccedilatildeo

transporte

rede

enlace

fiacutesica

protocolo MAC

e formato do quadro

100BASE-TX

100BASE-T4

100BASE-FX 100BASE-T2

100BASE-SX 100BASE-BX

camada fiacutesica de fibra camada 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

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 Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Redes Locais Endereccedilamento

ARP

Ethernet

Switches

VLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Ethernet

examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento

transparente

hospedeiros 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 3

4 5

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 3

4 5

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 autoaprendizagem

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 3

4 5

6

A Arsquo

Origem A Dest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)

A 1 60

5 Camada de Enlace 5-72 5 Camada de Enlace

Switch filtragemrepasse de quadros

Quando 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 destino then

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 3

4 5

6

A Arsquo

Origem A Dest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)

A 1 60

A Arsquo A Arsquo A Arsquo A Arsquo A 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)

A

B

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 D

E

F S2

S4

S3

H

I

G

5 Camada de Enlace 5-75

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores Suponha 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

A

B

S1

C D

E

F S2

S4

S3

H

I

G

1

2

5 Camada de Enlace 5-76

Rede institucional

Para rede externa

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

aplicaccedilatildeo

transporte

rede

enlace

fiacutesica

rede

enlace

fiacutesica

enlace

fiacutesica

switch

datagrama

aplicaccedilatildeo

transporte

rede

enlace

fiacutesica

quadro

quadro

quadro

datagrama

5 Camada de Enlace 5-78

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Redes Locais Endereccedilamento

ARP

Ethernet

Switches

VLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Comcast

68800013

rede do Google

64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola

68802024

paacutegina web

navegador

5 Camada de Enlace 5-81

roteador

(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP DHCP

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

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

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)

DNS

UDP

IP

Eth

Phy

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

Eth

Phy

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)

DNS

UDP

IP

Eth

Phy

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 Comcast

68800013

servidor DNS

DNS

UDP

IP

Eth

Phy

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

HTTP

TCP

IP

Eth

Phy

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 estabelecida 64233169105

servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCP

IP

Eth

Phy

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

HTTP

TCP

IP

Eth

Phy

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

64233169105

servidor web

HTTP

TCP

IP

Eth

Phy

servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTP HTTP

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

Page 18: Capítulo 5: A Camada de Enlace - di.ufpe.brdi.ufpe.br/~suruagy/cursos/redes/cap5-Kurose.pdf · correção de erros 5.3 Protocolos de acesso múltiplo 5.4 Redes Locais Endereçamento,

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 Muacuteltiplo

Para 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 MAC Trecircs 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

Ban

das

de f

requ

ecircnci

a

cabo FDM

5 Camada de Enlace 5-23

Protocolos de Acesso Aleatoacuterio

Quando noacute tem um pacote para transmitir

transmite na taxa maacutexima R

nenhuma coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes

dois ou mais noacutes transmitindo ldquocolisatildeordquo

O protocolo MAC de acesso aleatoacuterio especifica

como detectar colisotildees

como se recuperar delas (atraveacutes de retransmissotildees retardadas por exemplo)

Exemplos de protocolos MAC de acesso aleatoacuterio

slotted ALOHA

ALOHA

CSMA 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 canal usado 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 puro

P(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 acontecer atraso de propagaccedilatildeo significa que dois noacutes podem natildeo ouvir a transmissatildeo do outro

colisatildeo todo o tempo de transmissatildeo eacute desperdiccedilado

Disposiccedilatildeo espacial dos noacutes

nota papel 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 CSMA

As colisotildees satildeo detectadas em pouco tempo

Transmissotildees 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 Ethernet

1 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 0

ttrans vai para infinito

Muito melhor do que ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato

transprop tt 51

1eficiecircncia

5 Camada de Enlace 5-35

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo

Protocolos 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 aleatoacuterio

eficiente em baixas cargas um uacutenico noacute pode utilizar completamente o canal

Altas cargas overhead com colisotildees

Protocolos de revezamento

Procura oferecer o melhor dos dois mundos

5 Camada de Enlace 5-36

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo

Seleccedilatildeo (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 ldquorevezamentordquo

Passagem 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 para mandar)

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

cable modem

splitter

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 disputa

bull quadro de mapeamento downstream aloca slots upstream

bull requisiccedilatildeo de slots upstream (e dados) satildeo transmitidos atraveacutes de acesso aleatoacuterio (retirada binaacuteria) em slots selecionados

quadro de mapeamento

p intervalo [t1 t2]

Residecircncias com cable modems

Canal downstream i

Canal Upstream j

t1 t2

Minislots alocados contendo quadros de dados

upstream do cable modem

Minislots contendo quadros

de requisiccedilatildeo de minislots

cable headend

CMTS

5 Camada de Enlace 5-40

Resumo dos protocolos MAC

divisatildeo do canal por tempo frequecircncia ou coacutedigo Divisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequecircncia

acesso aleatoacuterio (dinacircmico) ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACD escutar a portadora faacutecil em algumas

tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)

CSMACD usado na Ethernet CSMACA usado no 80211

Revezamento Seleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto central

passagem de permissotildees Bluetooth FDDI Token Ring

5 Camada de Enlace 5-41

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Redes Locais Endereccedilamento

ARP

Ethernet

Switches

VLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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-AD

notaccedilatildeo hexadecimal (base 16)

(cada ldquonuacutemerordquo representa 4 bits)

5 Camada de Enlace 5-43

Endereccedilos MAC e ARP

cada 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 ou sem 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 portabilidade

Pode 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 o endereccedilo 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-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F

B

5 Camada de Enlace 5-48

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F

B

IP

Eth

Phy

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-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F

B

IP

Eth

Phy

quadro enviado de A para R

IP

Eth

Phy

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-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-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

IP

Eth

Phy

IP

Eth

Phy

5 Camada de Enlace 5-51

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-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

IP

Eth

Phy

IP

Eth

Phy

5 Camada de Enlace 5-52

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-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

IP

Eth

Phy

5 Camada de Enlace 5-53

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Redes Locais Endereccedilamento

ARP

Ethernet

Switches

VLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Ethernet

Adaptador 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 transmissor

dados 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

aplicaccedilatildeo

transporte

rede

enlace

fiacutesica

protocolo MAC

e formato do quadro

100BASE-TX

100BASE-T4

100BASE-FX 100BASE-T2

100BASE-SX 100BASE-BX

camada fiacutesica de fibra camada 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

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 Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Redes Locais Endereccedilamento

ARP

Ethernet

Switches

VLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Ethernet

examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento

transparente

hospedeiros 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 3

4 5

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 3

4 5

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 autoaprendizagem

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 3

4 5

6

A Arsquo

Origem A Dest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)

A 1 60

5 Camada de Enlace 5-72 5 Camada de Enlace

Switch filtragemrepasse de quadros

Quando 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 destino then

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 3

4 5

6

A Arsquo

Origem A Dest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)

A 1 60

A Arsquo A Arsquo A Arsquo A Arsquo A 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)

A

B

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 D

E

F S2

S4

S3

H

I

G

5 Camada de Enlace 5-75

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores Suponha 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

A

B

S1

C D

E

F S2

S4

S3

H

I

G

1

2

5 Camada de Enlace 5-76

Rede institucional

Para rede externa

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

aplicaccedilatildeo

transporte

rede

enlace

fiacutesica

rede

enlace

fiacutesica

enlace

fiacutesica

switch

datagrama

aplicaccedilatildeo

transporte

rede

enlace

fiacutesica

quadro

quadro

quadro

datagrama

5 Camada de Enlace 5-78

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Redes Locais Endereccedilamento

ARP

Ethernet

Switches

VLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Comcast

68800013

rede do Google

64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola

68802024

paacutegina web

navegador

5 Camada de Enlace 5-81

roteador

(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP DHCP

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

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

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)

DNS

UDP

IP

Eth

Phy

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

Eth

Phy

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)

DNS

UDP

IP

Eth

Phy

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 Comcast

68800013

servidor DNS

DNS

UDP

IP

Eth

Phy

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

HTTP

TCP

IP

Eth

Phy

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 estabelecida 64233169105

servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCP

IP

Eth

Phy

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

HTTP

TCP

IP

Eth

Phy

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

64233169105

servidor web

HTTP

TCP

IP

Eth

Phy

servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTP HTTP

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

Page 19: Capítulo 5: A Camada de Enlace - di.ufpe.brdi.ufpe.br/~suruagy/cursos/redes/cap5-Kurose.pdf · correção de erros 5.3 Protocolos de acesso múltiplo 5.4 Redes Locais Endereçamento,

5 Camada de Enlace 5-19

Protocolo Ideal de Acesso Muacuteltiplo

Para 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 MAC Trecircs 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

Ban

das

de f

requ

ecircnci

a

cabo FDM

5 Camada de Enlace 5-23

Protocolos de Acesso Aleatoacuterio

Quando noacute tem um pacote para transmitir

transmite na taxa maacutexima R

nenhuma coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes

dois ou mais noacutes transmitindo ldquocolisatildeordquo

O protocolo MAC de acesso aleatoacuterio especifica

como detectar colisotildees

como se recuperar delas (atraveacutes de retransmissotildees retardadas por exemplo)

Exemplos de protocolos MAC de acesso aleatoacuterio

slotted ALOHA

ALOHA

CSMA 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 canal usado 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 puro

P(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 acontecer atraso de propagaccedilatildeo significa que dois noacutes podem natildeo ouvir a transmissatildeo do outro

colisatildeo todo o tempo de transmissatildeo eacute desperdiccedilado

Disposiccedilatildeo espacial dos noacutes

nota papel 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 CSMA

As colisotildees satildeo detectadas em pouco tempo

Transmissotildees 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 Ethernet

1 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 0

ttrans vai para infinito

Muito melhor do que ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato

transprop tt 51

1eficiecircncia

5 Camada de Enlace 5-35

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo

Protocolos 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 aleatoacuterio

eficiente em baixas cargas um uacutenico noacute pode utilizar completamente o canal

Altas cargas overhead com colisotildees

Protocolos de revezamento

Procura oferecer o melhor dos dois mundos

5 Camada de Enlace 5-36

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo

Seleccedilatildeo (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 ldquorevezamentordquo

Passagem 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 para mandar)

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

cable modem

splitter

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 disputa

bull quadro de mapeamento downstream aloca slots upstream

bull requisiccedilatildeo de slots upstream (e dados) satildeo transmitidos atraveacutes de acesso aleatoacuterio (retirada binaacuteria) em slots selecionados

quadro de mapeamento

p intervalo [t1 t2]

Residecircncias com cable modems

Canal downstream i

Canal Upstream j

t1 t2

Minislots alocados contendo quadros de dados

upstream do cable modem

Minislots contendo quadros

de requisiccedilatildeo de minislots

cable headend

CMTS

5 Camada de Enlace 5-40

Resumo dos protocolos MAC

divisatildeo do canal por tempo frequecircncia ou coacutedigo Divisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequecircncia

acesso aleatoacuterio (dinacircmico) ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACD escutar a portadora faacutecil em algumas

tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)

CSMACD usado na Ethernet CSMACA usado no 80211

Revezamento Seleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto central

passagem de permissotildees Bluetooth FDDI Token Ring

5 Camada de Enlace 5-41

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Redes Locais Endereccedilamento

ARP

Ethernet

Switches

VLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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-AD

notaccedilatildeo hexadecimal (base 16)

(cada ldquonuacutemerordquo representa 4 bits)

5 Camada de Enlace 5-43

Endereccedilos MAC e ARP

cada 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 ou sem 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 portabilidade

Pode 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 o endereccedilo 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-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F

B

5 Camada de Enlace 5-48

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F

B

IP

Eth

Phy

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-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F

B

IP

Eth

Phy

quadro enviado de A para R

IP

Eth

Phy

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-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-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

IP

Eth

Phy

IP

Eth

Phy

5 Camada de Enlace 5-51

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-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

IP

Eth

Phy

IP

Eth

Phy

5 Camada de Enlace 5-52

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-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

IP

Eth

Phy

5 Camada de Enlace 5-53

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Redes Locais Endereccedilamento

ARP

Ethernet

Switches

VLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Ethernet

Adaptador 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 transmissor

dados 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

aplicaccedilatildeo

transporte

rede

enlace

fiacutesica

protocolo MAC

e formato do quadro

100BASE-TX

100BASE-T4

100BASE-FX 100BASE-T2

100BASE-SX 100BASE-BX

camada fiacutesica de fibra camada 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

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 Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Redes Locais Endereccedilamento

ARP

Ethernet

Switches

VLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Ethernet

examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento

transparente

hospedeiros 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 3

4 5

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 3

4 5

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 autoaprendizagem

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 3

4 5

6

A Arsquo

Origem A Dest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)

A 1 60

5 Camada de Enlace 5-72 5 Camada de Enlace

Switch filtragemrepasse de quadros

Quando 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 destino then

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 3

4 5

6

A Arsquo

Origem A Dest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)

A 1 60

A Arsquo A Arsquo A Arsquo A Arsquo A 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)

A

B

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 D

E

F S2

S4

S3

H

I

G

5 Camada de Enlace 5-75

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores Suponha 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

A

B

S1

C D

E

F S2

S4

S3

H

I

G

1

2

5 Camada de Enlace 5-76

Rede institucional

Para rede externa

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

aplicaccedilatildeo

transporte

rede

enlace

fiacutesica

rede

enlace

fiacutesica

enlace

fiacutesica

switch

datagrama

aplicaccedilatildeo

transporte

rede

enlace

fiacutesica

quadro

quadro

quadro

datagrama

5 Camada de Enlace 5-78

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Redes Locais Endereccedilamento

ARP

Ethernet

Switches

VLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Comcast

68800013

rede do Google

64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola

68802024

paacutegina web

navegador

5 Camada de Enlace 5-81

roteador

(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP DHCP

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

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

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)

DNS

UDP

IP

Eth

Phy

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

Eth

Phy

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)

DNS

UDP

IP

Eth

Phy

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 Comcast

68800013

servidor DNS

DNS

UDP

IP

Eth

Phy

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

HTTP

TCP

IP

Eth

Phy

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 estabelecida 64233169105

servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCP

IP

Eth

Phy

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

HTTP

TCP

IP

Eth

Phy

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

64233169105

servidor web

HTTP

TCP

IP

Eth

Phy

servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTP HTTP

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

Page 20: Capítulo 5: A Camada de Enlace - di.ufpe.brdi.ufpe.br/~suruagy/cursos/redes/cap5-Kurose.pdf · correção de erros 5.3 Protocolos de acesso múltiplo 5.4 Redes Locais Endereçamento,

5 Camada de Enlace 5-20

Taxonomia dos Protocolos MAC Trecircs 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

Ban

das

de f

requ

ecircnci

a

cabo FDM

5 Camada de Enlace 5-23

Protocolos de Acesso Aleatoacuterio

Quando noacute tem um pacote para transmitir

transmite na taxa maacutexima R

nenhuma coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes

dois ou mais noacutes transmitindo ldquocolisatildeordquo

O protocolo MAC de acesso aleatoacuterio especifica

como detectar colisotildees

como se recuperar delas (atraveacutes de retransmissotildees retardadas por exemplo)

Exemplos de protocolos MAC de acesso aleatoacuterio

slotted ALOHA

ALOHA

CSMA 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 canal usado 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 puro

P(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 acontecer atraso de propagaccedilatildeo significa que dois noacutes podem natildeo ouvir a transmissatildeo do outro

colisatildeo todo o tempo de transmissatildeo eacute desperdiccedilado

Disposiccedilatildeo espacial dos noacutes

nota papel 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 CSMA

As colisotildees satildeo detectadas em pouco tempo

Transmissotildees 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 Ethernet

1 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 0

ttrans vai para infinito

Muito melhor do que ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato

transprop tt 51

1eficiecircncia

5 Camada de Enlace 5-35

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo

Protocolos 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 aleatoacuterio

eficiente em baixas cargas um uacutenico noacute pode utilizar completamente o canal

Altas cargas overhead com colisotildees

Protocolos de revezamento

Procura oferecer o melhor dos dois mundos

5 Camada de Enlace 5-36

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo

Seleccedilatildeo (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 ldquorevezamentordquo

Passagem 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 para mandar)

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

cable modem

splitter

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 disputa

bull quadro de mapeamento downstream aloca slots upstream

bull requisiccedilatildeo de slots upstream (e dados) satildeo transmitidos atraveacutes de acesso aleatoacuterio (retirada binaacuteria) em slots selecionados

quadro de mapeamento

p intervalo [t1 t2]

Residecircncias com cable modems

Canal downstream i

Canal Upstream j

t1 t2

Minislots alocados contendo quadros de dados

upstream do cable modem

Minislots contendo quadros

de requisiccedilatildeo de minislots

cable headend

CMTS

5 Camada de Enlace 5-40

Resumo dos protocolos MAC

divisatildeo do canal por tempo frequecircncia ou coacutedigo Divisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequecircncia

acesso aleatoacuterio (dinacircmico) ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACD escutar a portadora faacutecil em algumas

tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)

CSMACD usado na Ethernet CSMACA usado no 80211

Revezamento Seleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto central

passagem de permissotildees Bluetooth FDDI Token Ring

5 Camada de Enlace 5-41

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Redes Locais Endereccedilamento

ARP

Ethernet

Switches

VLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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-AD

notaccedilatildeo hexadecimal (base 16)

(cada ldquonuacutemerordquo representa 4 bits)

5 Camada de Enlace 5-43

Endereccedilos MAC e ARP

cada 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 ou sem 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 portabilidade

Pode 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 o endereccedilo 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-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F

B

5 Camada de Enlace 5-48

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F

B

IP

Eth

Phy

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-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F

B

IP

Eth

Phy

quadro enviado de A para R

IP

Eth

Phy

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-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-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

IP

Eth

Phy

IP

Eth

Phy

5 Camada de Enlace 5-51

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-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

IP

Eth

Phy

IP

Eth

Phy

5 Camada de Enlace 5-52

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-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

IP

Eth

Phy

5 Camada de Enlace 5-53

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Redes Locais Endereccedilamento

ARP

Ethernet

Switches

VLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Ethernet

Adaptador 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 transmissor

dados 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

aplicaccedilatildeo

transporte

rede

enlace

fiacutesica

protocolo MAC

e formato do quadro

100BASE-TX

100BASE-T4

100BASE-FX 100BASE-T2

100BASE-SX 100BASE-BX

camada fiacutesica de fibra camada 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

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 Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Redes Locais Endereccedilamento

ARP

Ethernet

Switches

VLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Ethernet

examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento

transparente

hospedeiros 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 3

4 5

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 3

4 5

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 autoaprendizagem

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 3

4 5

6

A Arsquo

Origem A Dest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)

A 1 60

5 Camada de Enlace 5-72 5 Camada de Enlace

Switch filtragemrepasse de quadros

Quando 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 destino then

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 3

4 5

6

A Arsquo

Origem A Dest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)

A 1 60

A Arsquo A Arsquo A Arsquo A Arsquo A 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)

A

B

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 D

E

F S2

S4

S3

H

I

G

5 Camada de Enlace 5-75

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores Suponha 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

A

B

S1

C D

E

F S2

S4

S3

H

I

G

1

2

5 Camada de Enlace 5-76

Rede institucional

Para rede externa

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

aplicaccedilatildeo

transporte

rede

enlace

fiacutesica

rede

enlace

fiacutesica

enlace

fiacutesica

switch

datagrama

aplicaccedilatildeo

transporte

rede

enlace

fiacutesica

quadro

quadro

quadro

datagrama

5 Camada de Enlace 5-78

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Redes Locais Endereccedilamento

ARP

Ethernet

Switches

VLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Comcast

68800013

rede do Google

64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola

68802024

paacutegina web

navegador

5 Camada de Enlace 5-81

roteador

(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP DHCP

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

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

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)

DNS

UDP

IP

Eth

Phy

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

Eth

Phy

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)

DNS

UDP

IP

Eth

Phy

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 Comcast

68800013

servidor DNS

DNS

UDP

IP

Eth

Phy

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

HTTP

TCP

IP

Eth

Phy

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 estabelecida 64233169105

servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCP

IP

Eth

Phy

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

HTTP

TCP

IP

Eth

Phy

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

64233169105

servidor web

HTTP

TCP

IP

Eth

Phy

servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTP HTTP

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

Page 21: Capítulo 5: A Camada de Enlace - di.ufpe.brdi.ufpe.br/~suruagy/cursos/redes/cap5-Kurose.pdf · correção de erros 5.3 Protocolos de acesso múltiplo 5.4 Redes Locais Endereçamento,

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

Ban

das

de f

requ

ecircnci

a

cabo FDM

5 Camada de Enlace 5-23

Protocolos de Acesso Aleatoacuterio

Quando noacute tem um pacote para transmitir

transmite na taxa maacutexima R

nenhuma coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes

dois ou mais noacutes transmitindo ldquocolisatildeordquo

O protocolo MAC de acesso aleatoacuterio especifica

como detectar colisotildees

como se recuperar delas (atraveacutes de retransmissotildees retardadas por exemplo)

Exemplos de protocolos MAC de acesso aleatoacuterio

slotted ALOHA

ALOHA

CSMA 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 canal usado 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 puro

P(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 acontecer atraso de propagaccedilatildeo significa que dois noacutes podem natildeo ouvir a transmissatildeo do outro

colisatildeo todo o tempo de transmissatildeo eacute desperdiccedilado

Disposiccedilatildeo espacial dos noacutes

nota papel 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 CSMA

As colisotildees satildeo detectadas em pouco tempo

Transmissotildees 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 Ethernet

1 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 0

ttrans vai para infinito

Muito melhor do que ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato

transprop tt 51

1eficiecircncia

5 Camada de Enlace 5-35

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo

Protocolos 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 aleatoacuterio

eficiente em baixas cargas um uacutenico noacute pode utilizar completamente o canal

Altas cargas overhead com colisotildees

Protocolos de revezamento

Procura oferecer o melhor dos dois mundos

5 Camada de Enlace 5-36

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo

Seleccedilatildeo (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 ldquorevezamentordquo

Passagem 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 para mandar)

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

cable modem

splitter

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 disputa

bull quadro de mapeamento downstream aloca slots upstream

bull requisiccedilatildeo de slots upstream (e dados) satildeo transmitidos atraveacutes de acesso aleatoacuterio (retirada binaacuteria) em slots selecionados

quadro de mapeamento

p intervalo [t1 t2]

Residecircncias com cable modems

Canal downstream i

Canal Upstream j

t1 t2

Minislots alocados contendo quadros de dados

upstream do cable modem

Minislots contendo quadros

de requisiccedilatildeo de minislots

cable headend

CMTS

5 Camada de Enlace 5-40

Resumo dos protocolos MAC

divisatildeo do canal por tempo frequecircncia ou coacutedigo Divisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequecircncia

acesso aleatoacuterio (dinacircmico) ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACD escutar a portadora faacutecil em algumas

tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)

CSMACD usado na Ethernet CSMACA usado no 80211

Revezamento Seleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto central

passagem de permissotildees Bluetooth FDDI Token Ring

5 Camada de Enlace 5-41

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Redes Locais Endereccedilamento

ARP

Ethernet

Switches

VLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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-AD

notaccedilatildeo hexadecimal (base 16)

(cada ldquonuacutemerordquo representa 4 bits)

5 Camada de Enlace 5-43

Endereccedilos MAC e ARP

cada 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 ou sem 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 portabilidade

Pode 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 o endereccedilo 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-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F

B

5 Camada de Enlace 5-48

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F

B

IP

Eth

Phy

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-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F

B

IP

Eth

Phy

quadro enviado de A para R

IP

Eth

Phy

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-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-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

IP

Eth

Phy

IP

Eth

Phy

5 Camada de Enlace 5-51

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-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

IP

Eth

Phy

IP

Eth

Phy

5 Camada de Enlace 5-52

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-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

IP

Eth

Phy

5 Camada de Enlace 5-53

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Redes Locais Endereccedilamento

ARP

Ethernet

Switches

VLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Ethernet

Adaptador 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 transmissor

dados 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

aplicaccedilatildeo

transporte

rede

enlace

fiacutesica

protocolo MAC

e formato do quadro

100BASE-TX

100BASE-T4

100BASE-FX 100BASE-T2

100BASE-SX 100BASE-BX

camada fiacutesica de fibra camada 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

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 Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Redes Locais Endereccedilamento

ARP

Ethernet

Switches

VLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Ethernet

examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento

transparente

hospedeiros 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 3

4 5

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 3

4 5

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 autoaprendizagem

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 3

4 5

6

A Arsquo

Origem A Dest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)

A 1 60

5 Camada de Enlace 5-72 5 Camada de Enlace

Switch filtragemrepasse de quadros

Quando 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 destino then

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 3

4 5

6

A Arsquo

Origem A Dest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)

A 1 60

A Arsquo A Arsquo A Arsquo A Arsquo A 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)

A

B

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 D

E

F S2

S4

S3

H

I

G

5 Camada de Enlace 5-75

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores Suponha 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

A

B

S1

C D

E

F S2

S4

S3

H

I

G

1

2

5 Camada de Enlace 5-76

Rede institucional

Para rede externa

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

aplicaccedilatildeo

transporte

rede

enlace

fiacutesica

rede

enlace

fiacutesica

enlace

fiacutesica

switch

datagrama

aplicaccedilatildeo

transporte

rede

enlace

fiacutesica

quadro

quadro

quadro

datagrama

5 Camada de Enlace 5-78

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Redes Locais Endereccedilamento

ARP

Ethernet

Switches

VLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Comcast

68800013

rede do Google

64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola

68802024

paacutegina web

navegador

5 Camada de Enlace 5-81

roteador

(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP DHCP

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

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

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)

DNS

UDP

IP

Eth

Phy

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

Eth

Phy

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)

DNS

UDP

IP

Eth

Phy

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 Comcast

68800013

servidor DNS

DNS

UDP

IP

Eth

Phy

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

HTTP

TCP

IP

Eth

Phy

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 estabelecida 64233169105

servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCP

IP

Eth

Phy

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

HTTP

TCP

IP

Eth

Phy

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

64233169105

servidor web

HTTP

TCP

IP

Eth

Phy

servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTP HTTP

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

Page 22: Capítulo 5: A Camada de Enlace - di.ufpe.brdi.ufpe.br/~suruagy/cursos/redes/cap5-Kurose.pdf · correção de erros 5.3 Protocolos de acesso múltiplo 5.4 Redes Locais Endereçamento,

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

Ban

das

de f

requ

ecircnci

a

cabo FDM

5 Camada de Enlace 5-23

Protocolos de Acesso Aleatoacuterio

Quando noacute tem um pacote para transmitir

transmite na taxa maacutexima R

nenhuma coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes

dois ou mais noacutes transmitindo ldquocolisatildeordquo

O protocolo MAC de acesso aleatoacuterio especifica

como detectar colisotildees

como se recuperar delas (atraveacutes de retransmissotildees retardadas por exemplo)

Exemplos de protocolos MAC de acesso aleatoacuterio

slotted ALOHA

ALOHA

CSMA 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 canal usado 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 puro

P(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 acontecer atraso de propagaccedilatildeo significa que dois noacutes podem natildeo ouvir a transmissatildeo do outro

colisatildeo todo o tempo de transmissatildeo eacute desperdiccedilado

Disposiccedilatildeo espacial dos noacutes

nota papel 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 CSMA

As colisotildees satildeo detectadas em pouco tempo

Transmissotildees 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 Ethernet

1 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 0

ttrans vai para infinito

Muito melhor do que ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato

transprop tt 51

1eficiecircncia

5 Camada de Enlace 5-35

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo

Protocolos 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 aleatoacuterio

eficiente em baixas cargas um uacutenico noacute pode utilizar completamente o canal

Altas cargas overhead com colisotildees

Protocolos de revezamento

Procura oferecer o melhor dos dois mundos

5 Camada de Enlace 5-36

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo

Seleccedilatildeo (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 ldquorevezamentordquo

Passagem 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 para mandar)

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

cable modem

splitter

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 disputa

bull quadro de mapeamento downstream aloca slots upstream

bull requisiccedilatildeo de slots upstream (e dados) satildeo transmitidos atraveacutes de acesso aleatoacuterio (retirada binaacuteria) em slots selecionados

quadro de mapeamento

p intervalo [t1 t2]

Residecircncias com cable modems

Canal downstream i

Canal Upstream j

t1 t2

Minislots alocados contendo quadros de dados

upstream do cable modem

Minislots contendo quadros

de requisiccedilatildeo de minislots

cable headend

CMTS

5 Camada de Enlace 5-40

Resumo dos protocolos MAC

divisatildeo do canal por tempo frequecircncia ou coacutedigo Divisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequecircncia

acesso aleatoacuterio (dinacircmico) ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACD escutar a portadora faacutecil em algumas

tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)

CSMACD usado na Ethernet CSMACA usado no 80211

Revezamento Seleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto central

passagem de permissotildees Bluetooth FDDI Token Ring

5 Camada de Enlace 5-41

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Redes Locais Endereccedilamento

ARP

Ethernet

Switches

VLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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-AD

notaccedilatildeo hexadecimal (base 16)

(cada ldquonuacutemerordquo representa 4 bits)

5 Camada de Enlace 5-43

Endereccedilos MAC e ARP

cada 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 ou sem 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 portabilidade

Pode 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 o endereccedilo 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-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F

B

5 Camada de Enlace 5-48

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F

B

IP

Eth

Phy

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-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F

B

IP

Eth

Phy

quadro enviado de A para R

IP

Eth

Phy

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-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-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

IP

Eth

Phy

IP

Eth

Phy

5 Camada de Enlace 5-51

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-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

IP

Eth

Phy

IP

Eth

Phy

5 Camada de Enlace 5-52

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-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

IP

Eth

Phy

5 Camada de Enlace 5-53

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Redes Locais Endereccedilamento

ARP

Ethernet

Switches

VLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Ethernet

Adaptador 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 transmissor

dados 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

aplicaccedilatildeo

transporte

rede

enlace

fiacutesica

protocolo MAC

e formato do quadro

100BASE-TX

100BASE-T4

100BASE-FX 100BASE-T2

100BASE-SX 100BASE-BX

camada fiacutesica de fibra camada 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

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 Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Redes Locais Endereccedilamento

ARP

Ethernet

Switches

VLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Ethernet

examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento

transparente

hospedeiros 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 3

4 5

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 3

4 5

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 autoaprendizagem

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 3

4 5

6

A Arsquo

Origem A Dest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)

A 1 60

5 Camada de Enlace 5-72 5 Camada de Enlace

Switch filtragemrepasse de quadros

Quando 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 destino then

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 3

4 5

6

A Arsquo

Origem A Dest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)

A 1 60

A Arsquo A Arsquo A Arsquo A Arsquo A 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)

A

B

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 D

E

F S2

S4

S3

H

I

G

5 Camada de Enlace 5-75

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores Suponha 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

A

B

S1

C D

E

F S2

S4

S3

H

I

G

1

2

5 Camada de Enlace 5-76

Rede institucional

Para rede externa

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

aplicaccedilatildeo

transporte

rede

enlace

fiacutesica

rede

enlace

fiacutesica

enlace

fiacutesica

switch

datagrama

aplicaccedilatildeo

transporte

rede

enlace

fiacutesica

quadro

quadro

quadro

datagrama

5 Camada de Enlace 5-78

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Redes Locais Endereccedilamento

ARP

Ethernet

Switches

VLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Comcast

68800013

rede do Google

64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola

68802024

paacutegina web

navegador

5 Camada de Enlace 5-81

roteador

(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP DHCP

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

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

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)

DNS

UDP

IP

Eth

Phy

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

Eth

Phy

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)

DNS

UDP

IP

Eth

Phy

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 Comcast

68800013

servidor DNS

DNS

UDP

IP

Eth

Phy

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

HTTP

TCP

IP

Eth

Phy

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 estabelecida 64233169105

servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCP

IP

Eth

Phy

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

HTTP

TCP

IP

Eth

Phy

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

64233169105

servidor web

HTTP

TCP

IP

Eth

Phy

servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTP HTTP

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

Page 23: Capítulo 5: A Camada de Enlace - di.ufpe.brdi.ufpe.br/~suruagy/cursos/redes/cap5-Kurose.pdf · correção de erros 5.3 Protocolos de acesso múltiplo 5.4 Redes Locais Endereçamento,

5 Camada de Enlace 5-23

Protocolos de Acesso Aleatoacuterio

Quando noacute tem um pacote para transmitir

transmite na taxa maacutexima R

nenhuma coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes

dois ou mais noacutes transmitindo ldquocolisatildeordquo

O protocolo MAC de acesso aleatoacuterio especifica

como detectar colisotildees

como se recuperar delas (atraveacutes de retransmissotildees retardadas por exemplo)

Exemplos de protocolos MAC de acesso aleatoacuterio

slotted ALOHA

ALOHA

CSMA 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 canal usado 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 puro

P(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 acontecer atraso de propagaccedilatildeo significa que dois noacutes podem natildeo ouvir a transmissatildeo do outro

colisatildeo todo o tempo de transmissatildeo eacute desperdiccedilado

Disposiccedilatildeo espacial dos noacutes

nota papel 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 CSMA

As colisotildees satildeo detectadas em pouco tempo

Transmissotildees 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 Ethernet

1 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 0

ttrans vai para infinito

Muito melhor do que ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato

transprop tt 51

1eficiecircncia

5 Camada de Enlace 5-35

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo

Protocolos 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 aleatoacuterio

eficiente em baixas cargas um uacutenico noacute pode utilizar completamente o canal

Altas cargas overhead com colisotildees

Protocolos de revezamento

Procura oferecer o melhor dos dois mundos

5 Camada de Enlace 5-36

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo

Seleccedilatildeo (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 ldquorevezamentordquo

Passagem 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 para mandar)

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

cable modem

splitter

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 disputa

bull quadro de mapeamento downstream aloca slots upstream

bull requisiccedilatildeo de slots upstream (e dados) satildeo transmitidos atraveacutes de acesso aleatoacuterio (retirada binaacuteria) em slots selecionados

quadro de mapeamento

p intervalo [t1 t2]

Residecircncias com cable modems

Canal downstream i

Canal Upstream j

t1 t2

Minislots alocados contendo quadros de dados

upstream do cable modem

Minislots contendo quadros

de requisiccedilatildeo de minislots

cable headend

CMTS

5 Camada de Enlace 5-40

Resumo dos protocolos MAC

divisatildeo do canal por tempo frequecircncia ou coacutedigo Divisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequecircncia

acesso aleatoacuterio (dinacircmico) ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACD escutar a portadora faacutecil em algumas

tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)

CSMACD usado na Ethernet CSMACA usado no 80211

Revezamento Seleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto central

passagem de permissotildees Bluetooth FDDI Token Ring

5 Camada de Enlace 5-41

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Redes Locais Endereccedilamento

ARP

Ethernet

Switches

VLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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-AD

notaccedilatildeo hexadecimal (base 16)

(cada ldquonuacutemerordquo representa 4 bits)

5 Camada de Enlace 5-43

Endereccedilos MAC e ARP

cada 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 ou sem 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 portabilidade

Pode 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 o endereccedilo 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-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F

B

5 Camada de Enlace 5-48

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F

B

IP

Eth

Phy

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-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F

B

IP

Eth

Phy

quadro enviado de A para R

IP

Eth

Phy

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-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-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

IP

Eth

Phy

IP

Eth

Phy

5 Camada de Enlace 5-51

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-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

IP

Eth

Phy

IP

Eth

Phy

5 Camada de Enlace 5-52

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-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

IP

Eth

Phy

5 Camada de Enlace 5-53

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Redes Locais Endereccedilamento

ARP

Ethernet

Switches

VLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Ethernet

Adaptador 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 transmissor

dados 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

aplicaccedilatildeo

transporte

rede

enlace

fiacutesica

protocolo MAC

e formato do quadro

100BASE-TX

100BASE-T4

100BASE-FX 100BASE-T2

100BASE-SX 100BASE-BX

camada fiacutesica de fibra camada 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

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 Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Redes Locais Endereccedilamento

ARP

Ethernet

Switches

VLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Ethernet

examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento

transparente

hospedeiros 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 3

4 5

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 3

4 5

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 autoaprendizagem

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 3

4 5

6

A Arsquo

Origem A Dest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)

A 1 60

5 Camada de Enlace 5-72 5 Camada de Enlace

Switch filtragemrepasse de quadros

Quando 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 destino then

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 3

4 5

6

A Arsquo

Origem A Dest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)

A 1 60

A Arsquo A Arsquo A Arsquo A Arsquo A 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)

A

B

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 D

E

F S2

S4

S3

H

I

G

5 Camada de Enlace 5-75

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores Suponha 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

A

B

S1

C D

E

F S2

S4

S3

H

I

G

1

2

5 Camada de Enlace 5-76

Rede institucional

Para rede externa

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

aplicaccedilatildeo

transporte

rede

enlace

fiacutesica

rede

enlace

fiacutesica

enlace

fiacutesica

switch

datagrama

aplicaccedilatildeo

transporte

rede

enlace

fiacutesica

quadro

quadro

quadro

datagrama

5 Camada de Enlace 5-78

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Redes Locais Endereccedilamento

ARP

Ethernet

Switches

VLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Comcast

68800013

rede do Google

64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola

68802024

paacutegina web

navegador

5 Camada de Enlace 5-81

roteador

(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP DHCP

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

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

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)

DNS

UDP

IP

Eth

Phy

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

Eth

Phy

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)

DNS

UDP

IP

Eth

Phy

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 Comcast

68800013

servidor DNS

DNS

UDP

IP

Eth

Phy

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

HTTP

TCP

IP

Eth

Phy

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 estabelecida 64233169105

servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCP

IP

Eth

Phy

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

HTTP

TCP

IP

Eth

Phy

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

64233169105

servidor web

HTTP

TCP

IP

Eth

Phy

servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTP HTTP

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

Page 24: Capítulo 5: A Camada de Enlace - di.ufpe.brdi.ufpe.br/~suruagy/cursos/redes/cap5-Kurose.pdf · correção de erros 5.3 Protocolos de acesso múltiplo 5.4 Redes Locais Endereçamento,

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 canal usado 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 puro

P(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 acontecer atraso de propagaccedilatildeo significa que dois noacutes podem natildeo ouvir a transmissatildeo do outro

colisatildeo todo o tempo de transmissatildeo eacute desperdiccedilado

Disposiccedilatildeo espacial dos noacutes

nota papel 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 CSMA

As colisotildees satildeo detectadas em pouco tempo

Transmissotildees 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 Ethernet

1 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 0

ttrans vai para infinito

Muito melhor do que ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato

transprop tt 51

1eficiecircncia

5 Camada de Enlace 5-35

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo

Protocolos 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 aleatoacuterio

eficiente em baixas cargas um uacutenico noacute pode utilizar completamente o canal

Altas cargas overhead com colisotildees

Protocolos de revezamento

Procura oferecer o melhor dos dois mundos

5 Camada de Enlace 5-36

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo

Seleccedilatildeo (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 ldquorevezamentordquo

Passagem 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 para mandar)

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

cable modem

splitter

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 disputa

bull quadro de mapeamento downstream aloca slots upstream

bull requisiccedilatildeo de slots upstream (e dados) satildeo transmitidos atraveacutes de acesso aleatoacuterio (retirada binaacuteria) em slots selecionados

quadro de mapeamento

p intervalo [t1 t2]

Residecircncias com cable modems

Canal downstream i

Canal Upstream j

t1 t2

Minislots alocados contendo quadros de dados

upstream do cable modem

Minislots contendo quadros

de requisiccedilatildeo de minislots

cable headend

CMTS

5 Camada de Enlace 5-40

Resumo dos protocolos MAC

divisatildeo do canal por tempo frequecircncia ou coacutedigo Divisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequecircncia

acesso aleatoacuterio (dinacircmico) ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACD escutar a portadora faacutecil em algumas

tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)

CSMACD usado na Ethernet CSMACA usado no 80211

Revezamento Seleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto central

passagem de permissotildees Bluetooth FDDI Token Ring

5 Camada de Enlace 5-41

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Redes Locais Endereccedilamento

ARP

Ethernet

Switches

VLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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-AD

notaccedilatildeo hexadecimal (base 16)

(cada ldquonuacutemerordquo representa 4 bits)

5 Camada de Enlace 5-43

Endereccedilos MAC e ARP

cada 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 ou sem 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 portabilidade

Pode 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 o endereccedilo 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-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F

B

5 Camada de Enlace 5-48

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F

B

IP

Eth

Phy

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-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F

B

IP

Eth

Phy

quadro enviado de A para R

IP

Eth

Phy

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-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-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

IP

Eth

Phy

IP

Eth

Phy

5 Camada de Enlace 5-51

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-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

IP

Eth

Phy

IP

Eth

Phy

5 Camada de Enlace 5-52

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-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

IP

Eth

Phy

5 Camada de Enlace 5-53

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Redes Locais Endereccedilamento

ARP

Ethernet

Switches

VLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Ethernet

Adaptador 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 transmissor

dados 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

aplicaccedilatildeo

transporte

rede

enlace

fiacutesica

protocolo MAC

e formato do quadro

100BASE-TX

100BASE-T4

100BASE-FX 100BASE-T2

100BASE-SX 100BASE-BX

camada fiacutesica de fibra camada 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

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 Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Redes Locais Endereccedilamento

ARP

Ethernet

Switches

VLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Ethernet

examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento

transparente

hospedeiros 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 3

4 5

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 3

4 5

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 autoaprendizagem

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 3

4 5

6

A Arsquo

Origem A Dest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)

A 1 60

5 Camada de Enlace 5-72 5 Camada de Enlace

Switch filtragemrepasse de quadros

Quando 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 destino then

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 3

4 5

6

A Arsquo

Origem A Dest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)

A 1 60

A Arsquo A Arsquo A Arsquo A Arsquo A 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)

A

B

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 D

E

F S2

S4

S3

H

I

G

5 Camada de Enlace 5-75

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores Suponha 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

A

B

S1

C D

E

F S2

S4

S3

H

I

G

1

2

5 Camada de Enlace 5-76

Rede institucional

Para rede externa

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

aplicaccedilatildeo

transporte

rede

enlace

fiacutesica

rede

enlace

fiacutesica

enlace

fiacutesica

switch

datagrama

aplicaccedilatildeo

transporte

rede

enlace

fiacutesica

quadro

quadro

quadro

datagrama

5 Camada de Enlace 5-78

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Redes Locais Endereccedilamento

ARP

Ethernet

Switches

VLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Comcast

68800013

rede do Google

64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola

68802024

paacutegina web

navegador

5 Camada de Enlace 5-81

roteador

(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP DHCP

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

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

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)

DNS

UDP

IP

Eth

Phy

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

Eth

Phy

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)

DNS

UDP

IP

Eth

Phy

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 Comcast

68800013

servidor DNS

DNS

UDP

IP

Eth

Phy

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

HTTP

TCP

IP

Eth

Phy

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 estabelecida 64233169105

servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCP

IP

Eth

Phy

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

HTTP

TCP

IP

Eth

Phy

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

64233169105

servidor web

HTTP

TCP

IP

Eth

Phy

servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTP HTTP

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

Page 25: Capítulo 5: A Camada de Enlace - di.ufpe.brdi.ufpe.br/~suruagy/cursos/redes/cap5-Kurose.pdf · correção de erros 5.3 Protocolos de acesso múltiplo 5.4 Redes Locais Endereçamento,

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 canal usado 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 puro

P(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 acontecer atraso de propagaccedilatildeo significa que dois noacutes podem natildeo ouvir a transmissatildeo do outro

colisatildeo todo o tempo de transmissatildeo eacute desperdiccedilado

Disposiccedilatildeo espacial dos noacutes

nota papel 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 CSMA

As colisotildees satildeo detectadas em pouco tempo

Transmissotildees 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 Ethernet

1 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 0

ttrans vai para infinito

Muito melhor do que ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato

transprop tt 51

1eficiecircncia

5 Camada de Enlace 5-35

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo

Protocolos 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 aleatoacuterio

eficiente em baixas cargas um uacutenico noacute pode utilizar completamente o canal

Altas cargas overhead com colisotildees

Protocolos de revezamento

Procura oferecer o melhor dos dois mundos

5 Camada de Enlace 5-36

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo

Seleccedilatildeo (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 ldquorevezamentordquo

Passagem 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 para mandar)

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

cable modem

splitter

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 disputa

bull quadro de mapeamento downstream aloca slots upstream

bull requisiccedilatildeo de slots upstream (e dados) satildeo transmitidos atraveacutes de acesso aleatoacuterio (retirada binaacuteria) em slots selecionados

quadro de mapeamento

p intervalo [t1 t2]

Residecircncias com cable modems

Canal downstream i

Canal Upstream j

t1 t2

Minislots alocados contendo quadros de dados

upstream do cable modem

Minislots contendo quadros

de requisiccedilatildeo de minislots

cable headend

CMTS

5 Camada de Enlace 5-40

Resumo dos protocolos MAC

divisatildeo do canal por tempo frequecircncia ou coacutedigo Divisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequecircncia

acesso aleatoacuterio (dinacircmico) ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACD escutar a portadora faacutecil em algumas

tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)

CSMACD usado na Ethernet CSMACA usado no 80211

Revezamento Seleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto central

passagem de permissotildees Bluetooth FDDI Token Ring

5 Camada de Enlace 5-41

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Redes Locais Endereccedilamento

ARP

Ethernet

Switches

VLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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-AD

notaccedilatildeo hexadecimal (base 16)

(cada ldquonuacutemerordquo representa 4 bits)

5 Camada de Enlace 5-43

Endereccedilos MAC e ARP

cada 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 ou sem 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 portabilidade

Pode 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 o endereccedilo 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-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F

B

5 Camada de Enlace 5-48

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F

B

IP

Eth

Phy

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-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F

B

IP

Eth

Phy

quadro enviado de A para R

IP

Eth

Phy

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-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-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

IP

Eth

Phy

IP

Eth

Phy

5 Camada de Enlace 5-51

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-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

IP

Eth

Phy

IP

Eth

Phy

5 Camada de Enlace 5-52

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-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

IP

Eth

Phy

5 Camada de Enlace 5-53

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Redes Locais Endereccedilamento

ARP

Ethernet

Switches

VLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Ethernet

Adaptador 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 transmissor

dados 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

aplicaccedilatildeo

transporte

rede

enlace

fiacutesica

protocolo MAC

e formato do quadro

100BASE-TX

100BASE-T4

100BASE-FX 100BASE-T2

100BASE-SX 100BASE-BX

camada fiacutesica de fibra camada 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

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 Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Redes Locais Endereccedilamento

ARP

Ethernet

Switches

VLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Ethernet

examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento

transparente

hospedeiros 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 3

4 5

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 3

4 5

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 autoaprendizagem

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 3

4 5

6

A Arsquo

Origem A Dest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)

A 1 60

5 Camada de Enlace 5-72 5 Camada de Enlace

Switch filtragemrepasse de quadros

Quando 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 destino then

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 3

4 5

6

A Arsquo

Origem A Dest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)

A 1 60

A Arsquo A Arsquo A Arsquo A Arsquo A 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)

A

B

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 D

E

F S2

S4

S3

H

I

G

5 Camada de Enlace 5-75

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores Suponha 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

A

B

S1

C D

E

F S2

S4

S3

H

I

G

1

2

5 Camada de Enlace 5-76

Rede institucional

Para rede externa

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

aplicaccedilatildeo

transporte

rede

enlace

fiacutesica

rede

enlace

fiacutesica

enlace

fiacutesica

switch

datagrama

aplicaccedilatildeo

transporte

rede

enlace

fiacutesica

quadro

quadro

quadro

datagrama

5 Camada de Enlace 5-78

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Redes Locais Endereccedilamento

ARP

Ethernet

Switches

VLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Comcast

68800013

rede do Google

64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola

68802024

paacutegina web

navegador

5 Camada de Enlace 5-81

roteador

(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP DHCP

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

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

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)

DNS

UDP

IP

Eth

Phy

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

Eth

Phy

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)

DNS

UDP

IP

Eth

Phy

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 Comcast

68800013

servidor DNS

DNS

UDP

IP

Eth

Phy

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

HTTP

TCP

IP

Eth

Phy

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 estabelecida 64233169105

servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCP

IP

Eth

Phy

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

HTTP

TCP

IP

Eth

Phy

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

64233169105

servidor web

HTTP

TCP

IP

Eth

Phy

servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTP HTTP

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

Page 26: Capítulo 5: A Camada de Enlace - di.ufpe.brdi.ufpe.br/~suruagy/cursos/redes/cap5-Kurose.pdf · correção de erros 5.3 Protocolos de acesso múltiplo 5.4 Redes Locais Endereçamento,

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 canal usado 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 puro

P(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 acontecer atraso de propagaccedilatildeo significa que dois noacutes podem natildeo ouvir a transmissatildeo do outro

colisatildeo todo o tempo de transmissatildeo eacute desperdiccedilado

Disposiccedilatildeo espacial dos noacutes

nota papel 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 CSMA

As colisotildees satildeo detectadas em pouco tempo

Transmissotildees 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 Ethernet

1 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 0

ttrans vai para infinito

Muito melhor do que ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato

transprop tt 51

1eficiecircncia

5 Camada de Enlace 5-35

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo

Protocolos 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 aleatoacuterio

eficiente em baixas cargas um uacutenico noacute pode utilizar completamente o canal

Altas cargas overhead com colisotildees

Protocolos de revezamento

Procura oferecer o melhor dos dois mundos

5 Camada de Enlace 5-36

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo

Seleccedilatildeo (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 ldquorevezamentordquo

Passagem 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 para mandar)

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

cable modem

splitter

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 disputa

bull quadro de mapeamento downstream aloca slots upstream

bull requisiccedilatildeo de slots upstream (e dados) satildeo transmitidos atraveacutes de acesso aleatoacuterio (retirada binaacuteria) em slots selecionados

quadro de mapeamento

p intervalo [t1 t2]

Residecircncias com cable modems

Canal downstream i

Canal Upstream j

t1 t2

Minislots alocados contendo quadros de dados

upstream do cable modem

Minislots contendo quadros

de requisiccedilatildeo de minislots

cable headend

CMTS

5 Camada de Enlace 5-40

Resumo dos protocolos MAC

divisatildeo do canal por tempo frequecircncia ou coacutedigo Divisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequecircncia

acesso aleatoacuterio (dinacircmico) ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACD escutar a portadora faacutecil em algumas

tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)

CSMACD usado na Ethernet CSMACA usado no 80211

Revezamento Seleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto central

passagem de permissotildees Bluetooth FDDI Token Ring

5 Camada de Enlace 5-41

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Redes Locais Endereccedilamento

ARP

Ethernet

Switches

VLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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-AD

notaccedilatildeo hexadecimal (base 16)

(cada ldquonuacutemerordquo representa 4 bits)

5 Camada de Enlace 5-43

Endereccedilos MAC e ARP

cada 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 ou sem 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 portabilidade

Pode 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 o endereccedilo 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-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F

B

5 Camada de Enlace 5-48

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F

B

IP

Eth

Phy

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-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F

B

IP

Eth

Phy

quadro enviado de A para R

IP

Eth

Phy

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-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-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

IP

Eth

Phy

IP

Eth

Phy

5 Camada de Enlace 5-51

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-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

IP

Eth

Phy

IP

Eth

Phy

5 Camada de Enlace 5-52

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-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

IP

Eth

Phy

5 Camada de Enlace 5-53

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Redes Locais Endereccedilamento

ARP

Ethernet

Switches

VLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Ethernet

Adaptador 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 transmissor

dados 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

aplicaccedilatildeo

transporte

rede

enlace

fiacutesica

protocolo MAC

e formato do quadro

100BASE-TX

100BASE-T4

100BASE-FX 100BASE-T2

100BASE-SX 100BASE-BX

camada fiacutesica de fibra camada 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

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 Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Redes Locais Endereccedilamento

ARP

Ethernet

Switches

VLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Ethernet

examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento

transparente

hospedeiros 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 3

4 5

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 3

4 5

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 autoaprendizagem

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 3

4 5

6

A Arsquo

Origem A Dest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)

A 1 60

5 Camada de Enlace 5-72 5 Camada de Enlace

Switch filtragemrepasse de quadros

Quando 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 destino then

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 3

4 5

6

A Arsquo

Origem A Dest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)

A 1 60

A Arsquo A Arsquo A Arsquo A Arsquo A 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)

A

B

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 D

E

F S2

S4

S3

H

I

G

5 Camada de Enlace 5-75

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores Suponha 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

A

B

S1

C D

E

F S2

S4

S3

H

I

G

1

2

5 Camada de Enlace 5-76

Rede institucional

Para rede externa

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

aplicaccedilatildeo

transporte

rede

enlace

fiacutesica

rede

enlace

fiacutesica

enlace

fiacutesica

switch

datagrama

aplicaccedilatildeo

transporte

rede

enlace

fiacutesica

quadro

quadro

quadro

datagrama

5 Camada de Enlace 5-78

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Redes Locais Endereccedilamento

ARP

Ethernet

Switches

VLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Comcast

68800013

rede do Google

64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola

68802024

paacutegina web

navegador

5 Camada de Enlace 5-81

roteador

(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP DHCP

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

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

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)

DNS

UDP

IP

Eth

Phy

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

Eth

Phy

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)

DNS

UDP

IP

Eth

Phy

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 Comcast

68800013

servidor DNS

DNS

UDP

IP

Eth

Phy

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

HTTP

TCP

IP

Eth

Phy

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 estabelecida 64233169105

servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCP

IP

Eth

Phy

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

HTTP

TCP

IP

Eth

Phy

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

64233169105

servidor web

HTTP

TCP

IP

Eth

Phy

servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTP HTTP

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

Page 27: Capítulo 5: A Camada de Enlace - di.ufpe.brdi.ufpe.br/~suruagy/cursos/redes/cap5-Kurose.pdf · correção de erros 5.3 Protocolos de acesso múltiplo 5.4 Redes Locais Endereçamento,

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 puro

P(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 acontecer atraso de propagaccedilatildeo significa que dois noacutes podem natildeo ouvir a transmissatildeo do outro

colisatildeo todo o tempo de transmissatildeo eacute desperdiccedilado

Disposiccedilatildeo espacial dos noacutes

nota papel 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 CSMA

As colisotildees satildeo detectadas em pouco tempo

Transmissotildees 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 Ethernet

1 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 0

ttrans vai para infinito

Muito melhor do que ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato

transprop tt 51

1eficiecircncia

5 Camada de Enlace 5-35

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo

Protocolos 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 aleatoacuterio

eficiente em baixas cargas um uacutenico noacute pode utilizar completamente o canal

Altas cargas overhead com colisotildees

Protocolos de revezamento

Procura oferecer o melhor dos dois mundos

5 Camada de Enlace 5-36

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo

Seleccedilatildeo (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 ldquorevezamentordquo

Passagem 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 para mandar)

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

cable modem

splitter

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 disputa

bull quadro de mapeamento downstream aloca slots upstream

bull requisiccedilatildeo de slots upstream (e dados) satildeo transmitidos atraveacutes de acesso aleatoacuterio (retirada binaacuteria) em slots selecionados

quadro de mapeamento

p intervalo [t1 t2]

Residecircncias com cable modems

Canal downstream i

Canal Upstream j

t1 t2

Minislots alocados contendo quadros de dados

upstream do cable modem

Minislots contendo quadros

de requisiccedilatildeo de minislots

cable headend

CMTS

5 Camada de Enlace 5-40

Resumo dos protocolos MAC

divisatildeo do canal por tempo frequecircncia ou coacutedigo Divisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequecircncia

acesso aleatoacuterio (dinacircmico) ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACD escutar a portadora faacutecil em algumas

tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)

CSMACD usado na Ethernet CSMACA usado no 80211

Revezamento Seleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto central

passagem de permissotildees Bluetooth FDDI Token Ring

5 Camada de Enlace 5-41

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Redes Locais Endereccedilamento

ARP

Ethernet

Switches

VLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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-AD

notaccedilatildeo hexadecimal (base 16)

(cada ldquonuacutemerordquo representa 4 bits)

5 Camada de Enlace 5-43

Endereccedilos MAC e ARP

cada 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 ou sem 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 portabilidade

Pode 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 o endereccedilo 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-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F

B

5 Camada de Enlace 5-48

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F

B

IP

Eth

Phy

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-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F

B

IP

Eth

Phy

quadro enviado de A para R

IP

Eth

Phy

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-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-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

IP

Eth

Phy

IP

Eth

Phy

5 Camada de Enlace 5-51

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-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

IP

Eth

Phy

IP

Eth

Phy

5 Camada de Enlace 5-52

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-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

IP

Eth

Phy

5 Camada de Enlace 5-53

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Redes Locais Endereccedilamento

ARP

Ethernet

Switches

VLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Ethernet

Adaptador 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 transmissor

dados 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

aplicaccedilatildeo

transporte

rede

enlace

fiacutesica

protocolo MAC

e formato do quadro

100BASE-TX

100BASE-T4

100BASE-FX 100BASE-T2

100BASE-SX 100BASE-BX

camada fiacutesica de fibra camada 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

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 Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Redes Locais Endereccedilamento

ARP

Ethernet

Switches

VLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Ethernet

examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento

transparente

hospedeiros 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 3

4 5

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 3

4 5

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 autoaprendizagem

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 3

4 5

6

A Arsquo

Origem A Dest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)

A 1 60

5 Camada de Enlace 5-72 5 Camada de Enlace

Switch filtragemrepasse de quadros

Quando 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 destino then

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 3

4 5

6

A Arsquo

Origem A Dest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)

A 1 60

A Arsquo A Arsquo A Arsquo A Arsquo A 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)

A

B

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 D

E

F S2

S4

S3

H

I

G

5 Camada de Enlace 5-75

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores Suponha 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

A

B

S1

C D

E

F S2

S4

S3

H

I

G

1

2

5 Camada de Enlace 5-76

Rede institucional

Para rede externa

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

aplicaccedilatildeo

transporte

rede

enlace

fiacutesica

rede

enlace

fiacutesica

enlace

fiacutesica

switch

datagrama

aplicaccedilatildeo

transporte

rede

enlace

fiacutesica

quadro

quadro

quadro

datagrama

5 Camada de Enlace 5-78

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Redes Locais Endereccedilamento

ARP

Ethernet

Switches

VLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Comcast

68800013

rede do Google

64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola

68802024

paacutegina web

navegador

5 Camada de Enlace 5-81

roteador

(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP DHCP

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

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

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)

DNS

UDP

IP

Eth

Phy

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

Eth

Phy

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)

DNS

UDP

IP

Eth

Phy

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 Comcast

68800013

servidor DNS

DNS

UDP

IP

Eth

Phy

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

HTTP

TCP

IP

Eth

Phy

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 estabelecida 64233169105

servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCP

IP

Eth

Phy

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

HTTP

TCP

IP

Eth

Phy

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

64233169105

servidor web

HTTP

TCP

IP

Eth

Phy

servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTP HTTP

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

Page 28: Capítulo 5: A Camada de Enlace - di.ufpe.brdi.ufpe.br/~suruagy/cursos/redes/cap5-Kurose.pdf · correção de erros 5.3 Protocolos de acesso múltiplo 5.4 Redes Locais Endereçamento,

5 Camada de Enlace 5-28

Eficiecircncia do Aloha puro

P(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 acontecer atraso de propagaccedilatildeo significa que dois noacutes podem natildeo ouvir a transmissatildeo do outro

colisatildeo todo o tempo de transmissatildeo eacute desperdiccedilado

Disposiccedilatildeo espacial dos noacutes

nota papel 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 CSMA

As colisotildees satildeo detectadas em pouco tempo

Transmissotildees 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 Ethernet

1 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 0

ttrans vai para infinito

Muito melhor do que ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato

transprop tt 51

1eficiecircncia

5 Camada de Enlace 5-35

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo

Protocolos 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 aleatoacuterio

eficiente em baixas cargas um uacutenico noacute pode utilizar completamente o canal

Altas cargas overhead com colisotildees

Protocolos de revezamento

Procura oferecer o melhor dos dois mundos

5 Camada de Enlace 5-36

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo

Seleccedilatildeo (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 ldquorevezamentordquo

Passagem 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 para mandar)

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

cable modem

splitter

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 disputa

bull quadro de mapeamento downstream aloca slots upstream

bull requisiccedilatildeo de slots upstream (e dados) satildeo transmitidos atraveacutes de acesso aleatoacuterio (retirada binaacuteria) em slots selecionados

quadro de mapeamento

p intervalo [t1 t2]

Residecircncias com cable modems

Canal downstream i

Canal Upstream j

t1 t2

Minislots alocados contendo quadros de dados

upstream do cable modem

Minislots contendo quadros

de requisiccedilatildeo de minislots

cable headend

CMTS

5 Camada de Enlace 5-40

Resumo dos protocolos MAC

divisatildeo do canal por tempo frequecircncia ou coacutedigo Divisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequecircncia

acesso aleatoacuterio (dinacircmico) ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACD escutar a portadora faacutecil em algumas

tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)

CSMACD usado na Ethernet CSMACA usado no 80211

Revezamento Seleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto central

passagem de permissotildees Bluetooth FDDI Token Ring

5 Camada de Enlace 5-41

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Redes Locais Endereccedilamento

ARP

Ethernet

Switches

VLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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-AD

notaccedilatildeo hexadecimal (base 16)

(cada ldquonuacutemerordquo representa 4 bits)

5 Camada de Enlace 5-43

Endereccedilos MAC e ARP

cada 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 ou sem 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 portabilidade

Pode 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 o endereccedilo 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-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F

B

5 Camada de Enlace 5-48

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F

B

IP

Eth

Phy

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-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F

B

IP

Eth

Phy

quadro enviado de A para R

IP

Eth

Phy

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-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-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

IP

Eth

Phy

IP

Eth

Phy

5 Camada de Enlace 5-51

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-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

IP

Eth

Phy

IP

Eth

Phy

5 Camada de Enlace 5-52

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-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

IP

Eth

Phy

5 Camada de Enlace 5-53

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Redes Locais Endereccedilamento

ARP

Ethernet

Switches

VLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Ethernet

Adaptador 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 transmissor

dados 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

aplicaccedilatildeo

transporte

rede

enlace

fiacutesica

protocolo MAC

e formato do quadro

100BASE-TX

100BASE-T4

100BASE-FX 100BASE-T2

100BASE-SX 100BASE-BX

camada fiacutesica de fibra camada 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

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 Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Redes Locais Endereccedilamento

ARP

Ethernet

Switches

VLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Ethernet

examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento

transparente

hospedeiros 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 3

4 5

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 3

4 5

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 autoaprendizagem

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 3

4 5

6

A Arsquo

Origem A Dest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)

A 1 60

5 Camada de Enlace 5-72 5 Camada de Enlace

Switch filtragemrepasse de quadros

Quando 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 destino then

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 3

4 5

6

A Arsquo

Origem A Dest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)

A 1 60

A Arsquo A Arsquo A Arsquo A Arsquo A 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)

A

B

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 D

E

F S2

S4

S3

H

I

G

5 Camada de Enlace 5-75

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores Suponha 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

A

B

S1

C D

E

F S2

S4

S3

H

I

G

1

2

5 Camada de Enlace 5-76

Rede institucional

Para rede externa

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

aplicaccedilatildeo

transporte

rede

enlace

fiacutesica

rede

enlace

fiacutesica

enlace

fiacutesica

switch

datagrama

aplicaccedilatildeo

transporte

rede

enlace

fiacutesica

quadro

quadro

quadro

datagrama

5 Camada de Enlace 5-78

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Redes Locais Endereccedilamento

ARP

Ethernet

Switches

VLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Comcast

68800013

rede do Google

64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola

68802024

paacutegina web

navegador

5 Camada de Enlace 5-81

roteador

(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP DHCP

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

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

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)

DNS

UDP

IP

Eth

Phy

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

Eth

Phy

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)

DNS

UDP

IP

Eth

Phy

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 Comcast

68800013

servidor DNS

DNS

UDP

IP

Eth

Phy

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

HTTP

TCP

IP

Eth

Phy

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 estabelecida 64233169105

servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCP

IP

Eth

Phy

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

HTTP

TCP

IP

Eth

Phy

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

64233169105

servidor web

HTTP

TCP

IP

Eth

Phy

servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTP HTTP

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

Page 29: Capítulo 5: A Camada de Enlace - di.ufpe.brdi.ufpe.br/~suruagy/cursos/redes/cap5-Kurose.pdf · correção de erros 5.3 Protocolos de acesso múltiplo 5.4 Redes Locais Endereçamento,

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 acontecer atraso de propagaccedilatildeo significa que dois noacutes podem natildeo ouvir a transmissatildeo do outro

colisatildeo todo o tempo de transmissatildeo eacute desperdiccedilado

Disposiccedilatildeo espacial dos noacutes

nota papel 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 CSMA

As colisotildees satildeo detectadas em pouco tempo

Transmissotildees 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 Ethernet

1 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 0

ttrans vai para infinito

Muito melhor do que ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato

transprop tt 51

1eficiecircncia

5 Camada de Enlace 5-35

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo

Protocolos 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 aleatoacuterio

eficiente em baixas cargas um uacutenico noacute pode utilizar completamente o canal

Altas cargas overhead com colisotildees

Protocolos de revezamento

Procura oferecer o melhor dos dois mundos

5 Camada de Enlace 5-36

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo

Seleccedilatildeo (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 ldquorevezamentordquo

Passagem 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 para mandar)

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

cable modem

splitter

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 disputa

bull quadro de mapeamento downstream aloca slots upstream

bull requisiccedilatildeo de slots upstream (e dados) satildeo transmitidos atraveacutes de acesso aleatoacuterio (retirada binaacuteria) em slots selecionados

quadro de mapeamento

p intervalo [t1 t2]

Residecircncias com cable modems

Canal downstream i

Canal Upstream j

t1 t2

Minislots alocados contendo quadros de dados

upstream do cable modem

Minislots contendo quadros

de requisiccedilatildeo de minislots

cable headend

CMTS

5 Camada de Enlace 5-40

Resumo dos protocolos MAC

divisatildeo do canal por tempo frequecircncia ou coacutedigo Divisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequecircncia

acesso aleatoacuterio (dinacircmico) ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACD escutar a portadora faacutecil em algumas

tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)

CSMACD usado na Ethernet CSMACA usado no 80211

Revezamento Seleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto central

passagem de permissotildees Bluetooth FDDI Token Ring

5 Camada de Enlace 5-41

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Redes Locais Endereccedilamento

ARP

Ethernet

Switches

VLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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-AD

notaccedilatildeo hexadecimal (base 16)

(cada ldquonuacutemerordquo representa 4 bits)

5 Camada de Enlace 5-43

Endereccedilos MAC e ARP

cada 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 ou sem 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 portabilidade

Pode 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 o endereccedilo 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-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F

B

5 Camada de Enlace 5-48

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F

B

IP

Eth

Phy

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-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F

B

IP

Eth

Phy

quadro enviado de A para R

IP

Eth

Phy

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-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-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

IP

Eth

Phy

IP

Eth

Phy

5 Camada de Enlace 5-51

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-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

IP

Eth

Phy

IP

Eth

Phy

5 Camada de Enlace 5-52

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-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

IP

Eth

Phy

5 Camada de Enlace 5-53

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Redes Locais Endereccedilamento

ARP

Ethernet

Switches

VLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Ethernet

Adaptador 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 transmissor

dados 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

aplicaccedilatildeo

transporte

rede

enlace

fiacutesica

protocolo MAC

e formato do quadro

100BASE-TX

100BASE-T4

100BASE-FX 100BASE-T2

100BASE-SX 100BASE-BX

camada fiacutesica de fibra camada 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

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 Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Redes Locais Endereccedilamento

ARP

Ethernet

Switches

VLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Ethernet

examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento

transparente

hospedeiros 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 3

4 5

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 3

4 5

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 autoaprendizagem

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 3

4 5

6

A Arsquo

Origem A Dest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)

A 1 60

5 Camada de Enlace 5-72 5 Camada de Enlace

Switch filtragemrepasse de quadros

Quando 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 destino then

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 3

4 5

6

A Arsquo

Origem A Dest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)

A 1 60

A Arsquo A Arsquo A Arsquo A Arsquo A 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)

A

B

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 D

E

F S2

S4

S3

H

I

G

5 Camada de Enlace 5-75

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores Suponha 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

A

B

S1

C D

E

F S2

S4

S3

H

I

G

1

2

5 Camada de Enlace 5-76

Rede institucional

Para rede externa

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

aplicaccedilatildeo

transporte

rede

enlace

fiacutesica

rede

enlace

fiacutesica

enlace

fiacutesica

switch

datagrama

aplicaccedilatildeo

transporte

rede

enlace

fiacutesica

quadro

quadro

quadro

datagrama

5 Camada de Enlace 5-78

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Redes Locais Endereccedilamento

ARP

Ethernet

Switches

VLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Comcast

68800013

rede do Google

64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola

68802024

paacutegina web

navegador

5 Camada de Enlace 5-81

roteador

(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP DHCP

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

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

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)

DNS

UDP

IP

Eth

Phy

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

Eth

Phy

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)

DNS

UDP

IP

Eth

Phy

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 Comcast

68800013

servidor DNS

DNS

UDP

IP

Eth

Phy

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

HTTP

TCP

IP

Eth

Phy

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 estabelecida 64233169105

servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCP

IP

Eth

Phy

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

HTTP

TCP

IP

Eth

Phy

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

64233169105

servidor web

HTTP

TCP

IP

Eth

Phy

servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTP HTTP

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

Page 30: Capítulo 5: A Camada de Enlace - di.ufpe.brdi.ufpe.br/~suruagy/cursos/redes/cap5-Kurose.pdf · correção de erros 5.3 Protocolos de acesso múltiplo 5.4 Redes Locais Endereçamento,

5 Camada de Enlace 5-30

Colisotildees no CSMA

colisotildees ainda podem acontecer atraso de propagaccedilatildeo significa que dois noacutes podem natildeo ouvir a transmissatildeo do outro

colisatildeo todo o tempo de transmissatildeo eacute desperdiccedilado

Disposiccedilatildeo espacial dos noacutes

nota papel 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 CSMA

As colisotildees satildeo detectadas em pouco tempo

Transmissotildees 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 Ethernet

1 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 0

ttrans vai para infinito

Muito melhor do que ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato

transprop tt 51

1eficiecircncia

5 Camada de Enlace 5-35

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo

Protocolos 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 aleatoacuterio

eficiente em baixas cargas um uacutenico noacute pode utilizar completamente o canal

Altas cargas overhead com colisotildees

Protocolos de revezamento

Procura oferecer o melhor dos dois mundos

5 Camada de Enlace 5-36

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo

Seleccedilatildeo (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 ldquorevezamentordquo

Passagem 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 para mandar)

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

cable modem

splitter

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 disputa

bull quadro de mapeamento downstream aloca slots upstream

bull requisiccedilatildeo de slots upstream (e dados) satildeo transmitidos atraveacutes de acesso aleatoacuterio (retirada binaacuteria) em slots selecionados

quadro de mapeamento

p intervalo [t1 t2]

Residecircncias com cable modems

Canal downstream i

Canal Upstream j

t1 t2

Minislots alocados contendo quadros de dados

upstream do cable modem

Minislots contendo quadros

de requisiccedilatildeo de minislots

cable headend

CMTS

5 Camada de Enlace 5-40

Resumo dos protocolos MAC

divisatildeo do canal por tempo frequecircncia ou coacutedigo Divisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequecircncia

acesso aleatoacuterio (dinacircmico) ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACD escutar a portadora faacutecil em algumas

tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)

CSMACD usado na Ethernet CSMACA usado no 80211

Revezamento Seleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto central

passagem de permissotildees Bluetooth FDDI Token Ring

5 Camada de Enlace 5-41

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Redes Locais Endereccedilamento

ARP

Ethernet

Switches

VLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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-AD

notaccedilatildeo hexadecimal (base 16)

(cada ldquonuacutemerordquo representa 4 bits)

5 Camada de Enlace 5-43

Endereccedilos MAC e ARP

cada 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 ou sem 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 portabilidade

Pode 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 o endereccedilo 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-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F

B

5 Camada de Enlace 5-48

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F

B

IP

Eth

Phy

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-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F

B

IP

Eth

Phy

quadro enviado de A para R

IP

Eth

Phy

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-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-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

IP

Eth

Phy

IP

Eth

Phy

5 Camada de Enlace 5-51

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-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

IP

Eth

Phy

IP

Eth

Phy

5 Camada de Enlace 5-52

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-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

IP

Eth

Phy

5 Camada de Enlace 5-53

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Redes Locais Endereccedilamento

ARP

Ethernet

Switches

VLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Ethernet

Adaptador 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 transmissor

dados 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

aplicaccedilatildeo

transporte

rede

enlace

fiacutesica

protocolo MAC

e formato do quadro

100BASE-TX

100BASE-T4

100BASE-FX 100BASE-T2

100BASE-SX 100BASE-BX

camada fiacutesica de fibra camada 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

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 Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Redes Locais Endereccedilamento

ARP

Ethernet

Switches

VLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Ethernet

examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento

transparente

hospedeiros 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 3

4 5

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 3

4 5

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 autoaprendizagem

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 3

4 5

6

A Arsquo

Origem A Dest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)

A 1 60

5 Camada de Enlace 5-72 5 Camada de Enlace

Switch filtragemrepasse de quadros

Quando 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 destino then

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 3

4 5

6

A Arsquo

Origem A Dest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)

A 1 60

A Arsquo A Arsquo A Arsquo A Arsquo A 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)

A

B

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 D

E

F S2

S4

S3

H

I

G

5 Camada de Enlace 5-75

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores Suponha 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

A

B

S1

C D

E

F S2

S4

S3

H

I

G

1

2

5 Camada de Enlace 5-76

Rede institucional

Para rede externa

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

aplicaccedilatildeo

transporte

rede

enlace

fiacutesica

rede

enlace

fiacutesica

enlace

fiacutesica

switch

datagrama

aplicaccedilatildeo

transporte

rede

enlace

fiacutesica

quadro

quadro

quadro

datagrama

5 Camada de Enlace 5-78

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Redes Locais Endereccedilamento

ARP

Ethernet

Switches

VLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Comcast

68800013

rede do Google

64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola

68802024

paacutegina web

navegador

5 Camada de Enlace 5-81

roteador

(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP DHCP

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

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

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)

DNS

UDP

IP

Eth

Phy

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

Eth

Phy

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)

DNS

UDP

IP

Eth

Phy

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 Comcast

68800013

servidor DNS

DNS

UDP

IP

Eth

Phy

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

HTTP

TCP

IP

Eth

Phy

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 estabelecida 64233169105

servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCP

IP

Eth

Phy

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

HTTP

TCP

IP

Eth

Phy

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

64233169105

servidor web

HTTP

TCP

IP

Eth

Phy

servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTP HTTP

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

Page 31: Capítulo 5: A Camada de Enlace - di.ufpe.brdi.ufpe.br/~suruagy/cursos/redes/cap5-Kurose.pdf · correção de erros 5.3 Protocolos de acesso múltiplo 5.4 Redes Locais Endereçamento,

5 Camada de Enlace 5-31

CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisotildees)

CSMACD detecccedilatildeo da portadora adia a transmissatildeo como no CSMA

As colisotildees satildeo detectadas em pouco tempo

Transmissotildees 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 Ethernet

1 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 0

ttrans vai para infinito

Muito melhor do que ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato

transprop tt 51

1eficiecircncia

5 Camada de Enlace 5-35

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo

Protocolos 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 aleatoacuterio

eficiente em baixas cargas um uacutenico noacute pode utilizar completamente o canal

Altas cargas overhead com colisotildees

Protocolos de revezamento

Procura oferecer o melhor dos dois mundos

5 Camada de Enlace 5-36

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo

Seleccedilatildeo (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 ldquorevezamentordquo

Passagem 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 para mandar)

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

cable modem

splitter

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 disputa

bull quadro de mapeamento downstream aloca slots upstream

bull requisiccedilatildeo de slots upstream (e dados) satildeo transmitidos atraveacutes de acesso aleatoacuterio (retirada binaacuteria) em slots selecionados

quadro de mapeamento

p intervalo [t1 t2]

Residecircncias com cable modems

Canal downstream i

Canal Upstream j

t1 t2

Minislots alocados contendo quadros de dados

upstream do cable modem

Minislots contendo quadros

de requisiccedilatildeo de minislots

cable headend

CMTS

5 Camada de Enlace 5-40

Resumo dos protocolos MAC

divisatildeo do canal por tempo frequecircncia ou coacutedigo Divisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequecircncia

acesso aleatoacuterio (dinacircmico) ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACD escutar a portadora faacutecil em algumas

tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)

CSMACD usado na Ethernet CSMACA usado no 80211

Revezamento Seleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto central

passagem de permissotildees Bluetooth FDDI Token Ring

5 Camada de Enlace 5-41

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Redes Locais Endereccedilamento

ARP

Ethernet

Switches

VLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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-AD

notaccedilatildeo hexadecimal (base 16)

(cada ldquonuacutemerordquo representa 4 bits)

5 Camada de Enlace 5-43

Endereccedilos MAC e ARP

cada 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 ou sem 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 portabilidade

Pode 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 o endereccedilo 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-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F

B

5 Camada de Enlace 5-48

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F

B

IP

Eth

Phy

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-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F

B

IP

Eth

Phy

quadro enviado de A para R

IP

Eth

Phy

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-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-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

IP

Eth

Phy

IP

Eth

Phy

5 Camada de Enlace 5-51

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-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

IP

Eth

Phy

IP

Eth

Phy

5 Camada de Enlace 5-52

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-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

IP

Eth

Phy

5 Camada de Enlace 5-53

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Redes Locais Endereccedilamento

ARP

Ethernet

Switches

VLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Ethernet

Adaptador 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 transmissor

dados 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

aplicaccedilatildeo

transporte

rede

enlace

fiacutesica

protocolo MAC

e formato do quadro

100BASE-TX

100BASE-T4

100BASE-FX 100BASE-T2

100BASE-SX 100BASE-BX

camada fiacutesica de fibra camada 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

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 Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Redes Locais Endereccedilamento

ARP

Ethernet

Switches

VLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Ethernet

examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento

transparente

hospedeiros 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 3

4 5

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 3

4 5

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 autoaprendizagem

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 3

4 5

6

A Arsquo

Origem A Dest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)

A 1 60

5 Camada de Enlace 5-72 5 Camada de Enlace

Switch filtragemrepasse de quadros

Quando 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 destino then

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 3

4 5

6

A Arsquo

Origem A Dest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)

A 1 60

A Arsquo A Arsquo A Arsquo A Arsquo A 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)

A

B

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 D

E

F S2

S4

S3

H

I

G

5 Camada de Enlace 5-75

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores Suponha 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

A

B

S1

C D

E

F S2

S4

S3

H

I

G

1

2

5 Camada de Enlace 5-76

Rede institucional

Para rede externa

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

aplicaccedilatildeo

transporte

rede

enlace

fiacutesica

rede

enlace

fiacutesica

enlace

fiacutesica

switch

datagrama

aplicaccedilatildeo

transporte

rede

enlace

fiacutesica

quadro

quadro

quadro

datagrama

5 Camada de Enlace 5-78

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Redes Locais Endereccedilamento

ARP

Ethernet

Switches

VLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Comcast

68800013

rede do Google

64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola

68802024

paacutegina web

navegador

5 Camada de Enlace 5-81

roteador

(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP DHCP

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

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

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)

DNS

UDP

IP

Eth

Phy

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

Eth

Phy

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)

DNS

UDP

IP

Eth

Phy

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 Comcast

68800013

servidor DNS

DNS

UDP

IP

Eth

Phy

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

HTTP

TCP

IP

Eth

Phy

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 estabelecida 64233169105

servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCP

IP

Eth

Phy

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

HTTP

TCP

IP

Eth

Phy

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

64233169105

servidor web

HTTP

TCP

IP

Eth

Phy

servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTP HTTP

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

Page 32: Capítulo 5: A Camada de Enlace - di.ufpe.brdi.ufpe.br/~suruagy/cursos/redes/cap5-Kurose.pdf · correção de erros 5.3 Protocolos de acesso múltiplo 5.4 Redes Locais Endereçamento,

5 Camada de Enlace 5-32

Detecccedilatildeo de colisotildees em CSMACD

5 Camada de Enlace 5-33

Algoritmo CSMACD do Ethernet

1 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 0

ttrans vai para infinito

Muito melhor do que ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato

transprop tt 51

1eficiecircncia

5 Camada de Enlace 5-35

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo

Protocolos 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 aleatoacuterio

eficiente em baixas cargas um uacutenico noacute pode utilizar completamente o canal

Altas cargas overhead com colisotildees

Protocolos de revezamento

Procura oferecer o melhor dos dois mundos

5 Camada de Enlace 5-36

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo

Seleccedilatildeo (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 ldquorevezamentordquo

Passagem 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 para mandar)

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

cable modem

splitter

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 disputa

bull quadro de mapeamento downstream aloca slots upstream

bull requisiccedilatildeo de slots upstream (e dados) satildeo transmitidos atraveacutes de acesso aleatoacuterio (retirada binaacuteria) em slots selecionados

quadro de mapeamento

p intervalo [t1 t2]

Residecircncias com cable modems

Canal downstream i

Canal Upstream j

t1 t2

Minislots alocados contendo quadros de dados

upstream do cable modem

Minislots contendo quadros

de requisiccedilatildeo de minislots

cable headend

CMTS

5 Camada de Enlace 5-40

Resumo dos protocolos MAC

divisatildeo do canal por tempo frequecircncia ou coacutedigo Divisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequecircncia

acesso aleatoacuterio (dinacircmico) ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACD escutar a portadora faacutecil em algumas

tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)

CSMACD usado na Ethernet CSMACA usado no 80211

Revezamento Seleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto central

passagem de permissotildees Bluetooth FDDI Token Ring

5 Camada de Enlace 5-41

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Redes Locais Endereccedilamento

ARP

Ethernet

Switches

VLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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-AD

notaccedilatildeo hexadecimal (base 16)

(cada ldquonuacutemerordquo representa 4 bits)

5 Camada de Enlace 5-43

Endereccedilos MAC e ARP

cada 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 ou sem 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 portabilidade

Pode 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 o endereccedilo 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-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F

B

5 Camada de Enlace 5-48

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F

B

IP

Eth

Phy

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-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F

B

IP

Eth

Phy

quadro enviado de A para R

IP

Eth

Phy

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-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-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

IP

Eth

Phy

IP

Eth

Phy

5 Camada de Enlace 5-51

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-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

IP

Eth

Phy

IP

Eth

Phy

5 Camada de Enlace 5-52

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-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

IP

Eth

Phy

5 Camada de Enlace 5-53

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Redes Locais Endereccedilamento

ARP

Ethernet

Switches

VLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Ethernet

Adaptador 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 transmissor

dados 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

aplicaccedilatildeo

transporte

rede

enlace

fiacutesica

protocolo MAC

e formato do quadro

100BASE-TX

100BASE-T4

100BASE-FX 100BASE-T2

100BASE-SX 100BASE-BX

camada fiacutesica de fibra camada 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

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 Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Redes Locais Endereccedilamento

ARP

Ethernet

Switches

VLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Ethernet

examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento

transparente

hospedeiros 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 3

4 5

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 3

4 5

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 autoaprendizagem

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 3

4 5

6

A Arsquo

Origem A Dest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)

A 1 60

5 Camada de Enlace 5-72 5 Camada de Enlace

Switch filtragemrepasse de quadros

Quando 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 destino then

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 3

4 5

6

A Arsquo

Origem A Dest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)

A 1 60

A Arsquo A Arsquo A Arsquo A Arsquo A 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)

A

B

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 D

E

F S2

S4

S3

H

I

G

5 Camada de Enlace 5-75

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores Suponha 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

A

B

S1

C D

E

F S2

S4

S3

H

I

G

1

2

5 Camada de Enlace 5-76

Rede institucional

Para rede externa

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

aplicaccedilatildeo

transporte

rede

enlace

fiacutesica

rede

enlace

fiacutesica

enlace

fiacutesica

switch

datagrama

aplicaccedilatildeo

transporte

rede

enlace

fiacutesica

quadro

quadro

quadro

datagrama

5 Camada de Enlace 5-78

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Redes Locais Endereccedilamento

ARP

Ethernet

Switches

VLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Comcast

68800013

rede do Google

64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola

68802024

paacutegina web

navegador

5 Camada de Enlace 5-81

roteador

(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP DHCP

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

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

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)

DNS

UDP

IP

Eth

Phy

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

Eth

Phy

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)

DNS

UDP

IP

Eth

Phy

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 Comcast

68800013

servidor DNS

DNS

UDP

IP

Eth

Phy

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

HTTP

TCP

IP

Eth

Phy

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 estabelecida 64233169105

servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCP

IP

Eth

Phy

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

HTTP

TCP

IP

Eth

Phy

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

64233169105

servidor web

HTTP

TCP

IP

Eth

Phy

servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTP HTTP

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

Page 33: Capítulo 5: A Camada de Enlace - di.ufpe.brdi.ufpe.br/~suruagy/cursos/redes/cap5-Kurose.pdf · correção de erros 5.3 Protocolos de acesso múltiplo 5.4 Redes Locais Endereçamento,

5 Camada de Enlace 5-33

Algoritmo CSMACD do Ethernet

1 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 0

ttrans vai para infinito

Muito melhor do que ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato

transprop tt 51

1eficiecircncia

5 Camada de Enlace 5-35

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo

Protocolos 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 aleatoacuterio

eficiente em baixas cargas um uacutenico noacute pode utilizar completamente o canal

Altas cargas overhead com colisotildees

Protocolos de revezamento

Procura oferecer o melhor dos dois mundos

5 Camada de Enlace 5-36

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo

Seleccedilatildeo (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 ldquorevezamentordquo

Passagem 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 para mandar)

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

cable modem

splitter

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 disputa

bull quadro de mapeamento downstream aloca slots upstream

bull requisiccedilatildeo de slots upstream (e dados) satildeo transmitidos atraveacutes de acesso aleatoacuterio (retirada binaacuteria) em slots selecionados

quadro de mapeamento

p intervalo [t1 t2]

Residecircncias com cable modems

Canal downstream i

Canal Upstream j

t1 t2

Minislots alocados contendo quadros de dados

upstream do cable modem

Minislots contendo quadros

de requisiccedilatildeo de minislots

cable headend

CMTS

5 Camada de Enlace 5-40

Resumo dos protocolos MAC

divisatildeo do canal por tempo frequecircncia ou coacutedigo Divisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequecircncia

acesso aleatoacuterio (dinacircmico) ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACD escutar a portadora faacutecil em algumas

tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)

CSMACD usado na Ethernet CSMACA usado no 80211

Revezamento Seleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto central

passagem de permissotildees Bluetooth FDDI Token Ring

5 Camada de Enlace 5-41

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Redes Locais Endereccedilamento

ARP

Ethernet

Switches

VLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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-AD

notaccedilatildeo hexadecimal (base 16)

(cada ldquonuacutemerordquo representa 4 bits)

5 Camada de Enlace 5-43

Endereccedilos MAC e ARP

cada 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 ou sem 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 portabilidade

Pode 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 o endereccedilo 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-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F

B

5 Camada de Enlace 5-48

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F

B

IP

Eth

Phy

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-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F

B

IP

Eth

Phy

quadro enviado de A para R

IP

Eth

Phy

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-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-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

IP

Eth

Phy

IP

Eth

Phy

5 Camada de Enlace 5-51

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-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

IP

Eth

Phy

IP

Eth

Phy

5 Camada de Enlace 5-52

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-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

IP

Eth

Phy

5 Camada de Enlace 5-53

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Redes Locais Endereccedilamento

ARP

Ethernet

Switches

VLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Ethernet

Adaptador 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 transmissor

dados 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

aplicaccedilatildeo

transporte

rede

enlace

fiacutesica

protocolo MAC

e formato do quadro

100BASE-TX

100BASE-T4

100BASE-FX 100BASE-T2

100BASE-SX 100BASE-BX

camada fiacutesica de fibra camada 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

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 Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Redes Locais Endereccedilamento

ARP

Ethernet

Switches

VLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Ethernet

examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento

transparente

hospedeiros 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 3

4 5

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 3

4 5

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 autoaprendizagem

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 3

4 5

6

A Arsquo

Origem A Dest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)

A 1 60

5 Camada de Enlace 5-72 5 Camada de Enlace

Switch filtragemrepasse de quadros

Quando 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 destino then

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 3

4 5

6

A Arsquo

Origem A Dest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)

A 1 60

A Arsquo A Arsquo A Arsquo A Arsquo A 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)

A

B

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 D

E

F S2

S4

S3

H

I

G

5 Camada de Enlace 5-75

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores Suponha 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

A

B

S1

C D

E

F S2

S4

S3

H

I

G

1

2

5 Camada de Enlace 5-76

Rede institucional

Para rede externa

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

aplicaccedilatildeo

transporte

rede

enlace

fiacutesica

rede

enlace

fiacutesica

enlace

fiacutesica

switch

datagrama

aplicaccedilatildeo

transporte

rede

enlace

fiacutesica

quadro

quadro

quadro

datagrama

5 Camada de Enlace 5-78

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Redes Locais Endereccedilamento

ARP

Ethernet

Switches

VLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Comcast

68800013

rede do Google

64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola

68802024

paacutegina web

navegador

5 Camada de Enlace 5-81

roteador

(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP DHCP

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

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

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)

DNS

UDP

IP

Eth

Phy

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

Eth

Phy

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)

DNS

UDP

IP

Eth

Phy

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 Comcast

68800013

servidor DNS

DNS

UDP

IP

Eth

Phy

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

HTTP

TCP

IP

Eth

Phy

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 estabelecida 64233169105

servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCP

IP

Eth

Phy

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

HTTP

TCP

IP

Eth

Phy

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

64233169105

servidor web

HTTP

TCP

IP

Eth

Phy

servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTP HTTP

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

Page 34: Capítulo 5: A Camada de Enlace - di.ufpe.brdi.ufpe.br/~suruagy/cursos/redes/cap5-Kurose.pdf · correção de erros 5.3 Protocolos de acesso múltiplo 5.4 Redes Locais Endereçamento,

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 0

ttrans vai para infinito

Muito melhor do que ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato

transprop tt 51

1eficiecircncia

5 Camada de Enlace 5-35

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo

Protocolos 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 aleatoacuterio

eficiente em baixas cargas um uacutenico noacute pode utilizar completamente o canal

Altas cargas overhead com colisotildees

Protocolos de revezamento

Procura oferecer o melhor dos dois mundos

5 Camada de Enlace 5-36

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo

Seleccedilatildeo (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 ldquorevezamentordquo

Passagem 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 para mandar)

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

cable modem

splitter

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 disputa

bull quadro de mapeamento downstream aloca slots upstream

bull requisiccedilatildeo de slots upstream (e dados) satildeo transmitidos atraveacutes de acesso aleatoacuterio (retirada binaacuteria) em slots selecionados

quadro de mapeamento

p intervalo [t1 t2]

Residecircncias com cable modems

Canal downstream i

Canal Upstream j

t1 t2

Minislots alocados contendo quadros de dados

upstream do cable modem

Minislots contendo quadros

de requisiccedilatildeo de minislots

cable headend

CMTS

5 Camada de Enlace 5-40

Resumo dos protocolos MAC

divisatildeo do canal por tempo frequecircncia ou coacutedigo Divisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequecircncia

acesso aleatoacuterio (dinacircmico) ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACD escutar a portadora faacutecil em algumas

tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)

CSMACD usado na Ethernet CSMACA usado no 80211

Revezamento Seleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto central

passagem de permissotildees Bluetooth FDDI Token Ring

5 Camada de Enlace 5-41

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Redes Locais Endereccedilamento

ARP

Ethernet

Switches

VLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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-AD

notaccedilatildeo hexadecimal (base 16)

(cada ldquonuacutemerordquo representa 4 bits)

5 Camada de Enlace 5-43

Endereccedilos MAC e ARP

cada 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 ou sem 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 portabilidade

Pode 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 o endereccedilo 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-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F

B

5 Camada de Enlace 5-48

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F

B

IP

Eth

Phy

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-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F

B

IP

Eth

Phy

quadro enviado de A para R

IP

Eth

Phy

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-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-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

IP

Eth

Phy

IP

Eth

Phy

5 Camada de Enlace 5-51

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-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

IP

Eth

Phy

IP

Eth

Phy

5 Camada de Enlace 5-52

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-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

IP

Eth

Phy

5 Camada de Enlace 5-53

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Redes Locais Endereccedilamento

ARP

Ethernet

Switches

VLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Ethernet

Adaptador 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 transmissor

dados 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

aplicaccedilatildeo

transporte

rede

enlace

fiacutesica

protocolo MAC

e formato do quadro

100BASE-TX

100BASE-T4

100BASE-FX 100BASE-T2

100BASE-SX 100BASE-BX

camada fiacutesica de fibra camada 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

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 Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Redes Locais Endereccedilamento

ARP

Ethernet

Switches

VLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Ethernet

examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento

transparente

hospedeiros 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 3

4 5

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 3

4 5

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 autoaprendizagem

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 3

4 5

6

A Arsquo

Origem A Dest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)

A 1 60

5 Camada de Enlace 5-72 5 Camada de Enlace

Switch filtragemrepasse de quadros

Quando 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 destino then

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 3

4 5

6

A Arsquo

Origem A Dest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)

A 1 60

A Arsquo A Arsquo A Arsquo A Arsquo A 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)

A

B

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 D

E

F S2

S4

S3

H

I

G

5 Camada de Enlace 5-75

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores Suponha 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

A

B

S1

C D

E

F S2

S4

S3

H

I

G

1

2

5 Camada de Enlace 5-76

Rede institucional

Para rede externa

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

aplicaccedilatildeo

transporte

rede

enlace

fiacutesica

rede

enlace

fiacutesica

enlace

fiacutesica

switch

datagrama

aplicaccedilatildeo

transporte

rede

enlace

fiacutesica

quadro

quadro

quadro

datagrama

5 Camada de Enlace 5-78

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Redes Locais Endereccedilamento

ARP

Ethernet

Switches

VLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Comcast

68800013

rede do Google

64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola

68802024

paacutegina web

navegador

5 Camada de Enlace 5-81

roteador

(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP DHCP

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

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

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)

DNS

UDP

IP

Eth

Phy

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

Eth

Phy

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)

DNS

UDP

IP

Eth

Phy

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 Comcast

68800013

servidor DNS

DNS

UDP

IP

Eth

Phy

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

HTTP

TCP

IP

Eth

Phy

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 estabelecida 64233169105

servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCP

IP

Eth

Phy

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

HTTP

TCP

IP

Eth

Phy

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

64233169105

servidor web

HTTP

TCP

IP

Eth

Phy

servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTP HTTP

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

Page 35: Capítulo 5: A Camada de Enlace - di.ufpe.brdi.ufpe.br/~suruagy/cursos/redes/cap5-Kurose.pdf · correção de erros 5.3 Protocolos de acesso múltiplo 5.4 Redes Locais Endereçamento,

5 Camada de Enlace 5-35

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo

Protocolos 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 aleatoacuterio

eficiente em baixas cargas um uacutenico noacute pode utilizar completamente o canal

Altas cargas overhead com colisotildees

Protocolos de revezamento

Procura oferecer o melhor dos dois mundos

5 Camada de Enlace 5-36

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo

Seleccedilatildeo (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 ldquorevezamentordquo

Passagem 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 para mandar)

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

cable modem

splitter

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 disputa

bull quadro de mapeamento downstream aloca slots upstream

bull requisiccedilatildeo de slots upstream (e dados) satildeo transmitidos atraveacutes de acesso aleatoacuterio (retirada binaacuteria) em slots selecionados

quadro de mapeamento

p intervalo [t1 t2]

Residecircncias com cable modems

Canal downstream i

Canal Upstream j

t1 t2

Minislots alocados contendo quadros de dados

upstream do cable modem

Minislots contendo quadros

de requisiccedilatildeo de minislots

cable headend

CMTS

5 Camada de Enlace 5-40

Resumo dos protocolos MAC

divisatildeo do canal por tempo frequecircncia ou coacutedigo Divisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequecircncia

acesso aleatoacuterio (dinacircmico) ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACD escutar a portadora faacutecil em algumas

tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)

CSMACD usado na Ethernet CSMACA usado no 80211

Revezamento Seleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto central

passagem de permissotildees Bluetooth FDDI Token Ring

5 Camada de Enlace 5-41

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Redes Locais Endereccedilamento

ARP

Ethernet

Switches

VLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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-AD

notaccedilatildeo hexadecimal (base 16)

(cada ldquonuacutemerordquo representa 4 bits)

5 Camada de Enlace 5-43

Endereccedilos MAC e ARP

cada 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 ou sem 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 portabilidade

Pode 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 o endereccedilo 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-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F

B

5 Camada de Enlace 5-48

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F

B

IP

Eth

Phy

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-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F

B

IP

Eth

Phy

quadro enviado de A para R

IP

Eth

Phy

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-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-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

IP

Eth

Phy

IP

Eth

Phy

5 Camada de Enlace 5-51

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-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

IP

Eth

Phy

IP

Eth

Phy

5 Camada de Enlace 5-52

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-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

IP

Eth

Phy

5 Camada de Enlace 5-53

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Redes Locais Endereccedilamento

ARP

Ethernet

Switches

VLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Ethernet

Adaptador 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 transmissor

dados 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

aplicaccedilatildeo

transporte

rede

enlace

fiacutesica

protocolo MAC

e formato do quadro

100BASE-TX

100BASE-T4

100BASE-FX 100BASE-T2

100BASE-SX 100BASE-BX

camada fiacutesica de fibra camada 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

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 Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Redes Locais Endereccedilamento

ARP

Ethernet

Switches

VLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Ethernet

examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento

transparente

hospedeiros 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 3

4 5

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 3

4 5

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 autoaprendizagem

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 3

4 5

6

A Arsquo

Origem A Dest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)

A 1 60

5 Camada de Enlace 5-72 5 Camada de Enlace

Switch filtragemrepasse de quadros

Quando 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 destino then

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 3

4 5

6

A Arsquo

Origem A Dest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)

A 1 60

A Arsquo A Arsquo A Arsquo A Arsquo A 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)

A

B

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 D

E

F S2

S4

S3

H

I

G

5 Camada de Enlace 5-75

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores Suponha 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

A

B

S1

C D

E

F S2

S4

S3

H

I

G

1

2

5 Camada de Enlace 5-76

Rede institucional

Para rede externa

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

aplicaccedilatildeo

transporte

rede

enlace

fiacutesica

rede

enlace

fiacutesica

enlace

fiacutesica

switch

datagrama

aplicaccedilatildeo

transporte

rede

enlace

fiacutesica

quadro

quadro

quadro

datagrama

5 Camada de Enlace 5-78

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Redes Locais Endereccedilamento

ARP

Ethernet

Switches

VLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Comcast

68800013

rede do Google

64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola

68802024

paacutegina web

navegador

5 Camada de Enlace 5-81

roteador

(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP DHCP

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

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

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)

DNS

UDP

IP

Eth

Phy

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

Eth

Phy

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)

DNS

UDP

IP

Eth

Phy

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 Comcast

68800013

servidor DNS

DNS

UDP

IP

Eth

Phy

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

HTTP

TCP

IP

Eth

Phy

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 estabelecida 64233169105

servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCP

IP

Eth

Phy

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

HTTP

TCP

IP

Eth

Phy

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

64233169105

servidor web

HTTP

TCP

IP

Eth

Phy

servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTP HTTP

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

Page 36: Capítulo 5: A Camada de Enlace - di.ufpe.brdi.ufpe.br/~suruagy/cursos/redes/cap5-Kurose.pdf · correção de erros 5.3 Protocolos de acesso múltiplo 5.4 Redes Locais Endereçamento,

5 Camada de Enlace 5-36

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo

Seleccedilatildeo (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 ldquorevezamentordquo

Passagem 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 para mandar)

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

cable modem

splitter

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 disputa

bull quadro de mapeamento downstream aloca slots upstream

bull requisiccedilatildeo de slots upstream (e dados) satildeo transmitidos atraveacutes de acesso aleatoacuterio (retirada binaacuteria) em slots selecionados

quadro de mapeamento

p intervalo [t1 t2]

Residecircncias com cable modems

Canal downstream i

Canal Upstream j

t1 t2

Minislots alocados contendo quadros de dados

upstream do cable modem

Minislots contendo quadros

de requisiccedilatildeo de minislots

cable headend

CMTS

5 Camada de Enlace 5-40

Resumo dos protocolos MAC

divisatildeo do canal por tempo frequecircncia ou coacutedigo Divisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequecircncia

acesso aleatoacuterio (dinacircmico) ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACD escutar a portadora faacutecil em algumas

tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)

CSMACD usado na Ethernet CSMACA usado no 80211

Revezamento Seleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto central

passagem de permissotildees Bluetooth FDDI Token Ring

5 Camada de Enlace 5-41

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Redes Locais Endereccedilamento

ARP

Ethernet

Switches

VLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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-AD

notaccedilatildeo hexadecimal (base 16)

(cada ldquonuacutemerordquo representa 4 bits)

5 Camada de Enlace 5-43

Endereccedilos MAC e ARP

cada 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 ou sem 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 portabilidade

Pode 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 o endereccedilo 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-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F

B

5 Camada de Enlace 5-48

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F

B

IP

Eth

Phy

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-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F

B

IP

Eth

Phy

quadro enviado de A para R

IP

Eth

Phy

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-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-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

IP

Eth

Phy

IP

Eth

Phy

5 Camada de Enlace 5-51

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-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

IP

Eth

Phy

IP

Eth

Phy

5 Camada de Enlace 5-52

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-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

IP

Eth

Phy

5 Camada de Enlace 5-53

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Redes Locais Endereccedilamento

ARP

Ethernet

Switches

VLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Ethernet

Adaptador 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 transmissor

dados 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

aplicaccedilatildeo

transporte

rede

enlace

fiacutesica

protocolo MAC

e formato do quadro

100BASE-TX

100BASE-T4

100BASE-FX 100BASE-T2

100BASE-SX 100BASE-BX

camada fiacutesica de fibra camada 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

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 Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Redes Locais Endereccedilamento

ARP

Ethernet

Switches

VLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Ethernet

examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento

transparente

hospedeiros 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 3

4 5

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 3

4 5

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 autoaprendizagem

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 3

4 5

6

A Arsquo

Origem A Dest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)

A 1 60

5 Camada de Enlace 5-72 5 Camada de Enlace

Switch filtragemrepasse de quadros

Quando 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 destino then

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 3

4 5

6

A Arsquo

Origem A Dest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)

A 1 60

A Arsquo A Arsquo A Arsquo A Arsquo A 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)

A

B

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 D

E

F S2

S4

S3

H

I

G

5 Camada de Enlace 5-75

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores Suponha 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

A

B

S1

C D

E

F S2

S4

S3

H

I

G

1

2

5 Camada de Enlace 5-76

Rede institucional

Para rede externa

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

aplicaccedilatildeo

transporte

rede

enlace

fiacutesica

rede

enlace

fiacutesica

enlace

fiacutesica

switch

datagrama

aplicaccedilatildeo

transporte

rede

enlace

fiacutesica

quadro

quadro

quadro

datagrama

5 Camada de Enlace 5-78

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Redes Locais Endereccedilamento

ARP

Ethernet

Switches

VLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Comcast

68800013

rede do Google

64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola

68802024

paacutegina web

navegador

5 Camada de Enlace 5-81

roteador

(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP DHCP

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

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

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)

DNS

UDP

IP

Eth

Phy

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

Eth

Phy

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)

DNS

UDP

IP

Eth

Phy

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 Comcast

68800013

servidor DNS

DNS

UDP

IP

Eth

Phy

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

HTTP

TCP

IP

Eth

Phy

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 estabelecida 64233169105

servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCP

IP

Eth

Phy

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

HTTP

TCP

IP

Eth

Phy

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

64233169105

servidor web

HTTP

TCP

IP

Eth

Phy

servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTP HTTP

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

Page 37: Capítulo 5: A Camada de Enlace - di.ufpe.brdi.ufpe.br/~suruagy/cursos/redes/cap5-Kurose.pdf · correção de erros 5.3 Protocolos de acesso múltiplo 5.4 Redes Locais Endereçamento,

5 Camada de Enlace 5-37

Protocolos MAC de ldquorevezamentordquo

Passagem 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 para mandar)

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

cable modem

splitter

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 disputa

bull quadro de mapeamento downstream aloca slots upstream

bull requisiccedilatildeo de slots upstream (e dados) satildeo transmitidos atraveacutes de acesso aleatoacuterio (retirada binaacuteria) em slots selecionados

quadro de mapeamento

p intervalo [t1 t2]

Residecircncias com cable modems

Canal downstream i

Canal Upstream j

t1 t2

Minislots alocados contendo quadros de dados

upstream do cable modem

Minislots contendo quadros

de requisiccedilatildeo de minislots

cable headend

CMTS

5 Camada de Enlace 5-40

Resumo dos protocolos MAC

divisatildeo do canal por tempo frequecircncia ou coacutedigo Divisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequecircncia

acesso aleatoacuterio (dinacircmico) ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACD escutar a portadora faacutecil em algumas

tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)

CSMACD usado na Ethernet CSMACA usado no 80211

Revezamento Seleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto central

passagem de permissotildees Bluetooth FDDI Token Ring

5 Camada de Enlace 5-41

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Redes Locais Endereccedilamento

ARP

Ethernet

Switches

VLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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-AD

notaccedilatildeo hexadecimal (base 16)

(cada ldquonuacutemerordquo representa 4 bits)

5 Camada de Enlace 5-43

Endereccedilos MAC e ARP

cada 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 ou sem 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 portabilidade

Pode 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 o endereccedilo 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-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F

B

5 Camada de Enlace 5-48

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F

B

IP

Eth

Phy

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-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F

B

IP

Eth

Phy

quadro enviado de A para R

IP

Eth

Phy

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-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-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

IP

Eth

Phy

IP

Eth

Phy

5 Camada de Enlace 5-51

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-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

IP

Eth

Phy

IP

Eth

Phy

5 Camada de Enlace 5-52

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-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

IP

Eth

Phy

5 Camada de Enlace 5-53

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Redes Locais Endereccedilamento

ARP

Ethernet

Switches

VLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Ethernet

Adaptador 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 transmissor

dados 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

aplicaccedilatildeo

transporte

rede

enlace

fiacutesica

protocolo MAC

e formato do quadro

100BASE-TX

100BASE-T4

100BASE-FX 100BASE-T2

100BASE-SX 100BASE-BX

camada fiacutesica de fibra camada 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

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 Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Redes Locais Endereccedilamento

ARP

Ethernet

Switches

VLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Ethernet

examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento

transparente

hospedeiros 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 3

4 5

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 3

4 5

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 autoaprendizagem

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 3

4 5

6

A Arsquo

Origem A Dest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)

A 1 60

5 Camada de Enlace 5-72 5 Camada de Enlace

Switch filtragemrepasse de quadros

Quando 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 destino then

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 3

4 5

6

A Arsquo

Origem A Dest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)

A 1 60

A Arsquo A Arsquo A Arsquo A Arsquo A 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)

A

B

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 D

E

F S2

S4

S3

H

I

G

5 Camada de Enlace 5-75

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores Suponha 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

A

B

S1

C D

E

F S2

S4

S3

H

I

G

1

2

5 Camada de Enlace 5-76

Rede institucional

Para rede externa

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

aplicaccedilatildeo

transporte

rede

enlace

fiacutesica

rede

enlace

fiacutesica

enlace

fiacutesica

switch

datagrama

aplicaccedilatildeo

transporte

rede

enlace

fiacutesica

quadro

quadro

quadro

datagrama

5 Camada de Enlace 5-78

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Redes Locais Endereccedilamento

ARP

Ethernet

Switches

VLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Comcast

68800013

rede do Google

64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola

68802024

paacutegina web

navegador

5 Camada de Enlace 5-81

roteador

(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP DHCP

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

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

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)

DNS

UDP

IP

Eth

Phy

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

Eth

Phy

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)

DNS

UDP

IP

Eth

Phy

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 Comcast

68800013

servidor DNS

DNS

UDP

IP

Eth

Phy

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

HTTP

TCP

IP

Eth

Phy

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 estabelecida 64233169105

servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCP

IP

Eth

Phy

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

HTTP

TCP

IP

Eth

Phy

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

64233169105

servidor web

HTTP

TCP

IP

Eth

Phy

servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTP HTTP

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

Page 38: Capítulo 5: A Camada de Enlace - di.ufpe.brdi.ufpe.br/~suruagy/cursos/redes/cap5-Kurose.pdf · correção de erros 5.3 Protocolos de acesso múltiplo 5.4 Redes Locais Endereçamento,

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

cable modem

splitter

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 disputa

bull quadro de mapeamento downstream aloca slots upstream

bull requisiccedilatildeo de slots upstream (e dados) satildeo transmitidos atraveacutes de acesso aleatoacuterio (retirada binaacuteria) em slots selecionados

quadro de mapeamento

p intervalo [t1 t2]

Residecircncias com cable modems

Canal downstream i

Canal Upstream j

t1 t2

Minislots alocados contendo quadros de dados

upstream do cable modem

Minislots contendo quadros

de requisiccedilatildeo de minislots

cable headend

CMTS

5 Camada de Enlace 5-40

Resumo dos protocolos MAC

divisatildeo do canal por tempo frequecircncia ou coacutedigo Divisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequecircncia

acesso aleatoacuterio (dinacircmico) ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACD escutar a portadora faacutecil em algumas

tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)

CSMACD usado na Ethernet CSMACA usado no 80211

Revezamento Seleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto central

passagem de permissotildees Bluetooth FDDI Token Ring

5 Camada de Enlace 5-41

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Redes Locais Endereccedilamento

ARP

Ethernet

Switches

VLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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-AD

notaccedilatildeo hexadecimal (base 16)

(cada ldquonuacutemerordquo representa 4 bits)

5 Camada de Enlace 5-43

Endereccedilos MAC e ARP

cada 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 ou sem 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 portabilidade

Pode 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 o endereccedilo 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-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F

B

5 Camada de Enlace 5-48

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F

B

IP

Eth

Phy

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-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F

B

IP

Eth

Phy

quadro enviado de A para R

IP

Eth

Phy

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-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-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

IP

Eth

Phy

IP

Eth

Phy

5 Camada de Enlace 5-51

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-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

IP

Eth

Phy

IP

Eth

Phy

5 Camada de Enlace 5-52

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-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

IP

Eth

Phy

5 Camada de Enlace 5-53

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Redes Locais Endereccedilamento

ARP

Ethernet

Switches

VLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Ethernet

Adaptador 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 transmissor

dados 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

aplicaccedilatildeo

transporte

rede

enlace

fiacutesica

protocolo MAC

e formato do quadro

100BASE-TX

100BASE-T4

100BASE-FX 100BASE-T2

100BASE-SX 100BASE-BX

camada fiacutesica de fibra camada 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

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 Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Redes Locais Endereccedilamento

ARP

Ethernet

Switches

VLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Ethernet

examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento

transparente

hospedeiros 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 3

4 5

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 3

4 5

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 autoaprendizagem

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 3

4 5

6

A Arsquo

Origem A Dest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)

A 1 60

5 Camada de Enlace 5-72 5 Camada de Enlace

Switch filtragemrepasse de quadros

Quando 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 destino then

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 3

4 5

6

A Arsquo

Origem A Dest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)

A 1 60

A Arsquo A Arsquo A Arsquo A Arsquo A 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)

A

B

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 D

E

F S2

S4

S3

H

I

G

5 Camada de Enlace 5-75

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores Suponha 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

A

B

S1

C D

E

F S2

S4

S3

H

I

G

1

2

5 Camada de Enlace 5-76

Rede institucional

Para rede externa

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

aplicaccedilatildeo

transporte

rede

enlace

fiacutesica

rede

enlace

fiacutesica

enlace

fiacutesica

switch

datagrama

aplicaccedilatildeo

transporte

rede

enlace

fiacutesica

quadro

quadro

quadro

datagrama

5 Camada de Enlace 5-78

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Redes Locais Endereccedilamento

ARP

Ethernet

Switches

VLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Comcast

68800013

rede do Google

64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola

68802024

paacutegina web

navegador

5 Camada de Enlace 5-81

roteador

(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP DHCP

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

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

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)

DNS

UDP

IP

Eth

Phy

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

Eth

Phy

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)

DNS

UDP

IP

Eth

Phy

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 Comcast

68800013

servidor DNS

DNS

UDP

IP

Eth

Phy

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

HTTP

TCP

IP

Eth

Phy

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 estabelecida 64233169105

servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCP

IP

Eth

Phy

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

HTTP

TCP

IP

Eth

Phy

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

64233169105

servidor web

HTTP

TCP

IP

Eth

Phy

servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTP HTTP

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

Page 39: Capítulo 5: A Camada de Enlace - di.ufpe.brdi.ufpe.br/~suruagy/cursos/redes/cap5-Kurose.pdf · correção de erros 5.3 Protocolos de acesso múltiplo 5.4 Redes Locais Endereçamento,

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 disputa

bull quadro de mapeamento downstream aloca slots upstream

bull requisiccedilatildeo de slots upstream (e dados) satildeo transmitidos atraveacutes de acesso aleatoacuterio (retirada binaacuteria) em slots selecionados

quadro de mapeamento

p intervalo [t1 t2]

Residecircncias com cable modems

Canal downstream i

Canal Upstream j

t1 t2

Minislots alocados contendo quadros de dados

upstream do cable modem

Minislots contendo quadros

de requisiccedilatildeo de minislots

cable headend

CMTS

5 Camada de Enlace 5-40

Resumo dos protocolos MAC

divisatildeo do canal por tempo frequecircncia ou coacutedigo Divisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequecircncia

acesso aleatoacuterio (dinacircmico) ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACD escutar a portadora faacutecil em algumas

tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)

CSMACD usado na Ethernet CSMACA usado no 80211

Revezamento Seleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto central

passagem de permissotildees Bluetooth FDDI Token Ring

5 Camada de Enlace 5-41

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Redes Locais Endereccedilamento

ARP

Ethernet

Switches

VLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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-AD

notaccedilatildeo hexadecimal (base 16)

(cada ldquonuacutemerordquo representa 4 bits)

5 Camada de Enlace 5-43

Endereccedilos MAC e ARP

cada 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 ou sem 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 portabilidade

Pode 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 o endereccedilo 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-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F

B

5 Camada de Enlace 5-48

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F

B

IP

Eth

Phy

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-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F

B

IP

Eth

Phy

quadro enviado de A para R

IP

Eth

Phy

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-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-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

IP

Eth

Phy

IP

Eth

Phy

5 Camada de Enlace 5-51

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-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

IP

Eth

Phy

IP

Eth

Phy

5 Camada de Enlace 5-52

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-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

IP

Eth

Phy

5 Camada de Enlace 5-53

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Redes Locais Endereccedilamento

ARP

Ethernet

Switches

VLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Ethernet

Adaptador 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 transmissor

dados 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

aplicaccedilatildeo

transporte

rede

enlace

fiacutesica

protocolo MAC

e formato do quadro

100BASE-TX

100BASE-T4

100BASE-FX 100BASE-T2

100BASE-SX 100BASE-BX

camada fiacutesica de fibra camada 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

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 Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Redes Locais Endereccedilamento

ARP

Ethernet

Switches

VLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Ethernet

examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento

transparente

hospedeiros 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 3

4 5

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 3

4 5

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 autoaprendizagem

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 3

4 5

6

A Arsquo

Origem A Dest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)

A 1 60

5 Camada de Enlace 5-72 5 Camada de Enlace

Switch filtragemrepasse de quadros

Quando 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 destino then

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 3

4 5

6

A Arsquo

Origem A Dest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)

A 1 60

A Arsquo A Arsquo A Arsquo A Arsquo A 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)

A

B

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 D

E

F S2

S4

S3

H

I

G

5 Camada de Enlace 5-75

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores Suponha 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

A

B

S1

C D

E

F S2

S4

S3

H

I

G

1

2

5 Camada de Enlace 5-76

Rede institucional

Para rede externa

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

aplicaccedilatildeo

transporte

rede

enlace

fiacutesica

rede

enlace

fiacutesica

enlace

fiacutesica

switch

datagrama

aplicaccedilatildeo

transporte

rede

enlace

fiacutesica

quadro

quadro

quadro

datagrama

5 Camada de Enlace 5-78

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Redes Locais Endereccedilamento

ARP

Ethernet

Switches

VLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Comcast

68800013

rede do Google

64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola

68802024

paacutegina web

navegador

5 Camada de Enlace 5-81

roteador

(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP DHCP

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

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

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)

DNS

UDP

IP

Eth

Phy

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

Eth

Phy

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)

DNS

UDP

IP

Eth

Phy

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 Comcast

68800013

servidor DNS

DNS

UDP

IP

Eth

Phy

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

HTTP

TCP

IP

Eth

Phy

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 estabelecida 64233169105

servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCP

IP

Eth

Phy

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

HTTP

TCP

IP

Eth

Phy

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

64233169105

servidor web

HTTP

TCP

IP

Eth

Phy

servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTP HTTP

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

Page 40: Capítulo 5: A Camada de Enlace - di.ufpe.brdi.ufpe.br/~suruagy/cursos/redes/cap5-Kurose.pdf · correção de erros 5.3 Protocolos de acesso múltiplo 5.4 Redes Locais Endereçamento,

5 Camada de Enlace 5-40

Resumo dos protocolos MAC

divisatildeo do canal por tempo frequecircncia ou coacutedigo Divisatildeo de Tempo Divisatildeo de Frequecircncia

acesso aleatoacuterio (dinacircmico) ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACD escutar a portadora faacutecil em algumas

tecnologias (cabeadas) difiacutecil em outras (sem fio)

CSMACD usado na Ethernet CSMACA usado no 80211

Revezamento Seleccedilatildeo (polling) a partir de um ponto central

passagem de permissotildees Bluetooth FDDI Token Ring

5 Camada de Enlace 5-41

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Redes Locais Endereccedilamento

ARP

Ethernet

Switches

VLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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-AD

notaccedilatildeo hexadecimal (base 16)

(cada ldquonuacutemerordquo representa 4 bits)

5 Camada de Enlace 5-43

Endereccedilos MAC e ARP

cada 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 ou sem 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 portabilidade

Pode 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 o endereccedilo 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-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F

B

5 Camada de Enlace 5-48

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F

B

IP

Eth

Phy

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-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F

B

IP

Eth

Phy

quadro enviado de A para R

IP

Eth

Phy

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-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-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

IP

Eth

Phy

IP

Eth

Phy

5 Camada de Enlace 5-51

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-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

IP

Eth

Phy

IP

Eth

Phy

5 Camada de Enlace 5-52

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-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

IP

Eth

Phy

5 Camada de Enlace 5-53

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Redes Locais Endereccedilamento

ARP

Ethernet

Switches

VLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Ethernet

Adaptador 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 transmissor

dados 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

aplicaccedilatildeo

transporte

rede

enlace

fiacutesica

protocolo MAC

e formato do quadro

100BASE-TX

100BASE-T4

100BASE-FX 100BASE-T2

100BASE-SX 100BASE-BX

camada fiacutesica de fibra camada 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

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 Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Redes Locais Endereccedilamento

ARP

Ethernet

Switches

VLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Ethernet

examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento

transparente

hospedeiros 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 3

4 5

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 3

4 5

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 autoaprendizagem

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 3

4 5

6

A Arsquo

Origem A Dest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)

A 1 60

5 Camada de Enlace 5-72 5 Camada de Enlace

Switch filtragemrepasse de quadros

Quando 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 destino then

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 3

4 5

6

A Arsquo

Origem A Dest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)

A 1 60

A Arsquo A Arsquo A Arsquo A Arsquo A 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)

A

B

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 D

E

F S2

S4

S3

H

I

G

5 Camada de Enlace 5-75

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores Suponha 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

A

B

S1

C D

E

F S2

S4

S3

H

I

G

1

2

5 Camada de Enlace 5-76

Rede institucional

Para rede externa

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

aplicaccedilatildeo

transporte

rede

enlace

fiacutesica

rede

enlace

fiacutesica

enlace

fiacutesica

switch

datagrama

aplicaccedilatildeo

transporte

rede

enlace

fiacutesica

quadro

quadro

quadro

datagrama

5 Camada de Enlace 5-78

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Redes Locais Endereccedilamento

ARP

Ethernet

Switches

VLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Comcast

68800013

rede do Google

64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola

68802024

paacutegina web

navegador

5 Camada de Enlace 5-81

roteador

(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP DHCP

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

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

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)

DNS

UDP

IP

Eth

Phy

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

Eth

Phy

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)

DNS

UDP

IP

Eth

Phy

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 Comcast

68800013

servidor DNS

DNS

UDP

IP

Eth

Phy

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

HTTP

TCP

IP

Eth

Phy

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 estabelecida 64233169105

servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCP

IP

Eth

Phy

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

HTTP

TCP

IP

Eth

Phy

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

64233169105

servidor web

HTTP

TCP

IP

Eth

Phy

servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTP HTTP

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

Page 41: Capítulo 5: A Camada de Enlace - di.ufpe.brdi.ufpe.br/~suruagy/cursos/redes/cap5-Kurose.pdf · correção de erros 5.3 Protocolos de acesso múltiplo 5.4 Redes Locais Endereçamento,

5 Camada de Enlace 5-41

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Redes Locais Endereccedilamento

ARP

Ethernet

Switches

VLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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-AD

notaccedilatildeo hexadecimal (base 16)

(cada ldquonuacutemerordquo representa 4 bits)

5 Camada de Enlace 5-43

Endereccedilos MAC e ARP

cada 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 ou sem 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 portabilidade

Pode 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 o endereccedilo 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-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F

B

5 Camada de Enlace 5-48

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F

B

IP

Eth

Phy

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-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F

B

IP

Eth

Phy

quadro enviado de A para R

IP

Eth

Phy

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-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-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

IP

Eth

Phy

IP

Eth

Phy

5 Camada de Enlace 5-51

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-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

IP

Eth

Phy

IP

Eth

Phy

5 Camada de Enlace 5-52

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-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

IP

Eth

Phy

5 Camada de Enlace 5-53

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Redes Locais Endereccedilamento

ARP

Ethernet

Switches

VLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Ethernet

Adaptador 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 transmissor

dados 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

aplicaccedilatildeo

transporte

rede

enlace

fiacutesica

protocolo MAC

e formato do quadro

100BASE-TX

100BASE-T4

100BASE-FX 100BASE-T2

100BASE-SX 100BASE-BX

camada fiacutesica de fibra camada 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

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 Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Redes Locais Endereccedilamento

ARP

Ethernet

Switches

VLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Ethernet

examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento

transparente

hospedeiros 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 3

4 5

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 3

4 5

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 autoaprendizagem

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 3

4 5

6

A Arsquo

Origem A Dest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)

A 1 60

5 Camada de Enlace 5-72 5 Camada de Enlace

Switch filtragemrepasse de quadros

Quando 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 destino then

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 3

4 5

6

A Arsquo

Origem A Dest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)

A 1 60

A Arsquo A Arsquo A Arsquo A Arsquo A 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)

A

B

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 D

E

F S2

S4

S3

H

I

G

5 Camada de Enlace 5-75

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores Suponha 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

A

B

S1

C D

E

F S2

S4

S3

H

I

G

1

2

5 Camada de Enlace 5-76

Rede institucional

Para rede externa

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

aplicaccedilatildeo

transporte

rede

enlace

fiacutesica

rede

enlace

fiacutesica

enlace

fiacutesica

switch

datagrama

aplicaccedilatildeo

transporte

rede

enlace

fiacutesica

quadro

quadro

quadro

datagrama

5 Camada de Enlace 5-78

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Redes Locais Endereccedilamento

ARP

Ethernet

Switches

VLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Comcast

68800013

rede do Google

64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola

68802024

paacutegina web

navegador

5 Camada de Enlace 5-81

roteador

(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP DHCP

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

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

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)

DNS

UDP

IP

Eth

Phy

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

Eth

Phy

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)

DNS

UDP

IP

Eth

Phy

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 Comcast

68800013

servidor DNS

DNS

UDP

IP

Eth

Phy

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

HTTP

TCP

IP

Eth

Phy

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 estabelecida 64233169105

servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCP

IP

Eth

Phy

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

HTTP

TCP

IP

Eth

Phy

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

64233169105

servidor web

HTTP

TCP

IP

Eth

Phy

servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTP HTTP

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

Page 42: Capítulo 5: A Camada de Enlace - di.ufpe.brdi.ufpe.br/~suruagy/cursos/redes/cap5-Kurose.pdf · correção de erros 5.3 Protocolos de acesso múltiplo 5.4 Redes Locais Endereçamento,

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-AD

notaccedilatildeo hexadecimal (base 16)

(cada ldquonuacutemerordquo representa 4 bits)

5 Camada de Enlace 5-43

Endereccedilos MAC e ARP

cada 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 ou sem 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 portabilidade

Pode 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 o endereccedilo 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-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F

B

5 Camada de Enlace 5-48

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F

B

IP

Eth

Phy

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-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F

B

IP

Eth

Phy

quadro enviado de A para R

IP

Eth

Phy

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-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-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

IP

Eth

Phy

IP

Eth

Phy

5 Camada de Enlace 5-51

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-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

IP

Eth

Phy

IP

Eth

Phy

5 Camada de Enlace 5-52

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-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

IP

Eth

Phy

5 Camada de Enlace 5-53

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Redes Locais Endereccedilamento

ARP

Ethernet

Switches

VLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Ethernet

Adaptador 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 transmissor

dados 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

aplicaccedilatildeo

transporte

rede

enlace

fiacutesica

protocolo MAC

e formato do quadro

100BASE-TX

100BASE-T4

100BASE-FX 100BASE-T2

100BASE-SX 100BASE-BX

camada fiacutesica de fibra camada 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

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 Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Redes Locais Endereccedilamento

ARP

Ethernet

Switches

VLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Ethernet

examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento

transparente

hospedeiros 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 3

4 5

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 3

4 5

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 autoaprendizagem

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 3

4 5

6

A Arsquo

Origem A Dest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)

A 1 60

5 Camada de Enlace 5-72 5 Camada de Enlace

Switch filtragemrepasse de quadros

Quando 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 destino then

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 3

4 5

6

A Arsquo

Origem A Dest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)

A 1 60

A Arsquo A Arsquo A Arsquo A Arsquo A 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)

A

B

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 D

E

F S2

S4

S3

H

I

G

5 Camada de Enlace 5-75

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores Suponha 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

A

B

S1

C D

E

F S2

S4

S3

H

I

G

1

2

5 Camada de Enlace 5-76

Rede institucional

Para rede externa

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

aplicaccedilatildeo

transporte

rede

enlace

fiacutesica

rede

enlace

fiacutesica

enlace

fiacutesica

switch

datagrama

aplicaccedilatildeo

transporte

rede

enlace

fiacutesica

quadro

quadro

quadro

datagrama

5 Camada de Enlace 5-78

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Redes Locais Endereccedilamento

ARP

Ethernet

Switches

VLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Comcast

68800013

rede do Google

64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola

68802024

paacutegina web

navegador

5 Camada de Enlace 5-81

roteador

(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP DHCP

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

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

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)

DNS

UDP

IP

Eth

Phy

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

Eth

Phy

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)

DNS

UDP

IP

Eth

Phy

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 Comcast

68800013

servidor DNS

DNS

UDP

IP

Eth

Phy

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

HTTP

TCP

IP

Eth

Phy

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 estabelecida 64233169105

servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCP

IP

Eth

Phy

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

HTTP

TCP

IP

Eth

Phy

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

64233169105

servidor web

HTTP

TCP

IP

Eth

Phy

servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTP HTTP

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

Page 43: Capítulo 5: A Camada de Enlace - di.ufpe.brdi.ufpe.br/~suruagy/cursos/redes/cap5-Kurose.pdf · correção de erros 5.3 Protocolos de acesso múltiplo 5.4 Redes Locais Endereçamento,

5 Camada de Enlace 5-43

Endereccedilos MAC e ARP

cada 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 ou sem 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 portabilidade

Pode 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 o endereccedilo 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-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F

B

5 Camada de Enlace 5-48

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F

B

IP

Eth

Phy

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-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F

B

IP

Eth

Phy

quadro enviado de A para R

IP

Eth

Phy

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-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-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

IP

Eth

Phy

IP

Eth

Phy

5 Camada de Enlace 5-51

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-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

IP

Eth

Phy

IP

Eth

Phy

5 Camada de Enlace 5-52

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-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

IP

Eth

Phy

5 Camada de Enlace 5-53

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Redes Locais Endereccedilamento

ARP

Ethernet

Switches

VLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Ethernet

Adaptador 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 transmissor

dados 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

aplicaccedilatildeo

transporte

rede

enlace

fiacutesica

protocolo MAC

e formato do quadro

100BASE-TX

100BASE-T4

100BASE-FX 100BASE-T2

100BASE-SX 100BASE-BX

camada fiacutesica de fibra camada 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

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 Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Redes Locais Endereccedilamento

ARP

Ethernet

Switches

VLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Ethernet

examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento

transparente

hospedeiros 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 3

4 5

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 3

4 5

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 autoaprendizagem

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 3

4 5

6

A Arsquo

Origem A Dest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)

A 1 60

5 Camada de Enlace 5-72 5 Camada de Enlace

Switch filtragemrepasse de quadros

Quando 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 destino then

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 3

4 5

6

A Arsquo

Origem A Dest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)

A 1 60

A Arsquo A Arsquo A Arsquo A Arsquo A 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)

A

B

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 D

E

F S2

S4

S3

H

I

G

5 Camada de Enlace 5-75

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores Suponha 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

A

B

S1

C D

E

F S2

S4

S3

H

I

G

1

2

5 Camada de Enlace 5-76

Rede institucional

Para rede externa

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

aplicaccedilatildeo

transporte

rede

enlace

fiacutesica

rede

enlace

fiacutesica

enlace

fiacutesica

switch

datagrama

aplicaccedilatildeo

transporte

rede

enlace

fiacutesica

quadro

quadro

quadro

datagrama

5 Camada de Enlace 5-78

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Redes Locais Endereccedilamento

ARP

Ethernet

Switches

VLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Comcast

68800013

rede do Google

64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola

68802024

paacutegina web

navegador

5 Camada de Enlace 5-81

roteador

(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP DHCP

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

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

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)

DNS

UDP

IP

Eth

Phy

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

Eth

Phy

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)

DNS

UDP

IP

Eth

Phy

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 Comcast

68800013

servidor DNS

DNS

UDP

IP

Eth

Phy

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

HTTP

TCP

IP

Eth

Phy

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 estabelecida 64233169105

servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCP

IP

Eth

Phy

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

HTTP

TCP

IP

Eth

Phy

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

64233169105

servidor web

HTTP

TCP

IP

Eth

Phy

servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTP HTTP

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

Page 44: Capítulo 5: A Camada de Enlace - di.ufpe.brdi.ufpe.br/~suruagy/cursos/redes/cap5-Kurose.pdf · correção de erros 5.3 Protocolos de acesso múltiplo 5.4 Redes Locais Endereçamento,

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 portabilidade

Pode 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 o endereccedilo 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-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F

B

5 Camada de Enlace 5-48

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F

B

IP

Eth

Phy

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-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F

B

IP

Eth

Phy

quadro enviado de A para R

IP

Eth

Phy

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-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-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

IP

Eth

Phy

IP

Eth

Phy

5 Camada de Enlace 5-51

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-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

IP

Eth

Phy

IP

Eth

Phy

5 Camada de Enlace 5-52

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-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

IP

Eth

Phy

5 Camada de Enlace 5-53

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Redes Locais Endereccedilamento

ARP

Ethernet

Switches

VLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Ethernet

Adaptador 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 transmissor

dados 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

aplicaccedilatildeo

transporte

rede

enlace

fiacutesica

protocolo MAC

e formato do quadro

100BASE-TX

100BASE-T4

100BASE-FX 100BASE-T2

100BASE-SX 100BASE-BX

camada fiacutesica de fibra camada 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

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 Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Redes Locais Endereccedilamento

ARP

Ethernet

Switches

VLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Ethernet

examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento

transparente

hospedeiros 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 3

4 5

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 3

4 5

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 autoaprendizagem

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 3

4 5

6

A Arsquo

Origem A Dest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)

A 1 60

5 Camada de Enlace 5-72 5 Camada de Enlace

Switch filtragemrepasse de quadros

Quando 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 destino then

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 3

4 5

6

A Arsquo

Origem A Dest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)

A 1 60

A Arsquo A Arsquo A Arsquo A Arsquo A 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)

A

B

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 D

E

F S2

S4

S3

H

I

G

5 Camada de Enlace 5-75

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores Suponha 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

A

B

S1

C D

E

F S2

S4

S3

H

I

G

1

2

5 Camada de Enlace 5-76

Rede institucional

Para rede externa

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

aplicaccedilatildeo

transporte

rede

enlace

fiacutesica

rede

enlace

fiacutesica

enlace

fiacutesica

switch

datagrama

aplicaccedilatildeo

transporte

rede

enlace

fiacutesica

quadro

quadro

quadro

datagrama

5 Camada de Enlace 5-78

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Redes Locais Endereccedilamento

ARP

Ethernet

Switches

VLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Comcast

68800013

rede do Google

64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola

68802024

paacutegina web

navegador

5 Camada de Enlace 5-81

roteador

(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP DHCP

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

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

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)

DNS

UDP

IP

Eth

Phy

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

Eth

Phy

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)

DNS

UDP

IP

Eth

Phy

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 Comcast

68800013

servidor DNS

DNS

UDP

IP

Eth

Phy

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

HTTP

TCP

IP

Eth

Phy

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 estabelecida 64233169105

servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCP

IP

Eth

Phy

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

HTTP

TCP

IP

Eth

Phy

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

64233169105

servidor web

HTTP

TCP

IP

Eth

Phy

servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTP HTTP

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

Page 45: Capítulo 5: A Camada de Enlace - di.ufpe.brdi.ufpe.br/~suruagy/cursos/redes/cap5-Kurose.pdf · correção de erros 5.3 Protocolos de acesso múltiplo 5.4 Redes Locais Endereçamento,

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 o endereccedilo 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-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F

B

5 Camada de Enlace 5-48

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F

B

IP

Eth

Phy

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-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F

B

IP

Eth

Phy

quadro enviado de A para R

IP

Eth

Phy

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-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-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

IP

Eth

Phy

IP

Eth

Phy

5 Camada de Enlace 5-51

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-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

IP

Eth

Phy

IP

Eth

Phy

5 Camada de Enlace 5-52

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-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

IP

Eth

Phy

5 Camada de Enlace 5-53

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Redes Locais Endereccedilamento

ARP

Ethernet

Switches

VLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Ethernet

Adaptador 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 transmissor

dados 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

aplicaccedilatildeo

transporte

rede

enlace

fiacutesica

protocolo MAC

e formato do quadro

100BASE-TX

100BASE-T4

100BASE-FX 100BASE-T2

100BASE-SX 100BASE-BX

camada fiacutesica de fibra camada 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

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 Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Redes Locais Endereccedilamento

ARP

Ethernet

Switches

VLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Ethernet

examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento

transparente

hospedeiros 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 3

4 5

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 3

4 5

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 autoaprendizagem

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 3

4 5

6

A Arsquo

Origem A Dest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)

A 1 60

5 Camada de Enlace 5-72 5 Camada de Enlace

Switch filtragemrepasse de quadros

Quando 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 destino then

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 3

4 5

6

A Arsquo

Origem A Dest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)

A 1 60

A Arsquo A Arsquo A Arsquo A Arsquo A 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)

A

B

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 D

E

F S2

S4

S3

H

I

G

5 Camada de Enlace 5-75

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores Suponha 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

A

B

S1

C D

E

F S2

S4

S3

H

I

G

1

2

5 Camada de Enlace 5-76

Rede institucional

Para rede externa

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

aplicaccedilatildeo

transporte

rede

enlace

fiacutesica

rede

enlace

fiacutesica

enlace

fiacutesica

switch

datagrama

aplicaccedilatildeo

transporte

rede

enlace

fiacutesica

quadro

quadro

quadro

datagrama

5 Camada de Enlace 5-78

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Redes Locais Endereccedilamento

ARP

Ethernet

Switches

VLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Comcast

68800013

rede do Google

64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola

68802024

paacutegina web

navegador

5 Camada de Enlace 5-81

roteador

(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP DHCP

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

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

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)

DNS

UDP

IP

Eth

Phy

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

Eth

Phy

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)

DNS

UDP

IP

Eth

Phy

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 Comcast

68800013

servidor DNS

DNS

UDP

IP

Eth

Phy

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

HTTP

TCP

IP

Eth

Phy

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 estabelecida 64233169105

servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCP

IP

Eth

Phy

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

HTTP

TCP

IP

Eth

Phy

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

64233169105

servidor web

HTTP

TCP

IP

Eth

Phy

servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTP HTTP

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

Page 46: Capítulo 5: A Camada de Enlace - di.ufpe.brdi.ufpe.br/~suruagy/cursos/redes/cap5-Kurose.pdf · correção de erros 5.3 Protocolos de acesso múltiplo 5.4 Redes Locais Endereçamento,

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-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F

B

5 Camada de Enlace 5-48

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F

B

IP

Eth

Phy

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-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F

B

IP

Eth

Phy

quadro enviado de A para R

IP

Eth

Phy

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-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-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

IP

Eth

Phy

IP

Eth

Phy

5 Camada de Enlace 5-51

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-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

IP

Eth

Phy

IP

Eth

Phy

5 Camada de Enlace 5-52

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-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

IP

Eth

Phy

5 Camada de Enlace 5-53

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Redes Locais Endereccedilamento

ARP

Ethernet

Switches

VLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Ethernet

Adaptador 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 transmissor

dados 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

aplicaccedilatildeo

transporte

rede

enlace

fiacutesica

protocolo MAC

e formato do quadro

100BASE-TX

100BASE-T4

100BASE-FX 100BASE-T2

100BASE-SX 100BASE-BX

camada fiacutesica de fibra camada 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

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 Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Redes Locais Endereccedilamento

ARP

Ethernet

Switches

VLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Ethernet

examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento

transparente

hospedeiros 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 3

4 5

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 3

4 5

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 autoaprendizagem

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 3

4 5

6

A Arsquo

Origem A Dest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)

A 1 60

5 Camada de Enlace 5-72 5 Camada de Enlace

Switch filtragemrepasse de quadros

Quando 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 destino then

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 3

4 5

6

A Arsquo

Origem A Dest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)

A 1 60

A Arsquo A Arsquo A Arsquo A Arsquo A 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)

A

B

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 D

E

F S2

S4

S3

H

I

G

5 Camada de Enlace 5-75

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores Suponha 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

A

B

S1

C D

E

F S2

S4

S3

H

I

G

1

2

5 Camada de Enlace 5-76

Rede institucional

Para rede externa

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

aplicaccedilatildeo

transporte

rede

enlace

fiacutesica

rede

enlace

fiacutesica

enlace

fiacutesica

switch

datagrama

aplicaccedilatildeo

transporte

rede

enlace

fiacutesica

quadro

quadro

quadro

datagrama

5 Camada de Enlace 5-78

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Redes Locais Endereccedilamento

ARP

Ethernet

Switches

VLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Comcast

68800013

rede do Google

64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola

68802024

paacutegina web

navegador

5 Camada de Enlace 5-81

roteador

(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP DHCP

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

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

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)

DNS

UDP

IP

Eth

Phy

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

Eth

Phy

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)

DNS

UDP

IP

Eth

Phy

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 Comcast

68800013

servidor DNS

DNS

UDP

IP

Eth

Phy

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

HTTP

TCP

IP

Eth

Phy

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 estabelecida 64233169105

servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCP

IP

Eth

Phy

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

HTTP

TCP

IP

Eth

Phy

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

64233169105

servidor web

HTTP

TCP

IP

Eth

Phy

servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTP HTTP

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

Page 47: Capítulo 5: A Camada de Enlace - di.ufpe.brdi.ufpe.br/~suruagy/cursos/redes/cap5-Kurose.pdf · correção de erros 5.3 Protocolos de acesso múltiplo 5.4 Redes Locais Endereçamento,

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-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F

B

5 Camada de Enlace 5-48

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F

B

IP

Eth

Phy

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-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F

B

IP

Eth

Phy

quadro enviado de A para R

IP

Eth

Phy

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-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-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

IP

Eth

Phy

IP

Eth

Phy

5 Camada de Enlace 5-51

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-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

IP

Eth

Phy

IP

Eth

Phy

5 Camada de Enlace 5-52

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-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

IP

Eth

Phy

5 Camada de Enlace 5-53

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Redes Locais Endereccedilamento

ARP

Ethernet

Switches

VLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Ethernet

Adaptador 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 transmissor

dados 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

aplicaccedilatildeo

transporte

rede

enlace

fiacutesica

protocolo MAC

e formato do quadro

100BASE-TX

100BASE-T4

100BASE-FX 100BASE-T2

100BASE-SX 100BASE-BX

camada fiacutesica de fibra camada 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

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 Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Redes Locais Endereccedilamento

ARP

Ethernet

Switches

VLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Ethernet

examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento

transparente

hospedeiros 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 3

4 5

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 3

4 5

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 autoaprendizagem

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 3

4 5

6

A Arsquo

Origem A Dest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)

A 1 60

5 Camada de Enlace 5-72 5 Camada de Enlace

Switch filtragemrepasse de quadros

Quando 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 destino then

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 3

4 5

6

A Arsquo

Origem A Dest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)

A 1 60

A Arsquo A Arsquo A Arsquo A Arsquo A 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)

A

B

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 D

E

F S2

S4

S3

H

I

G

5 Camada de Enlace 5-75

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores Suponha 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

A

B

S1

C D

E

F S2

S4

S3

H

I

G

1

2

5 Camada de Enlace 5-76

Rede institucional

Para rede externa

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

aplicaccedilatildeo

transporte

rede

enlace

fiacutesica

rede

enlace

fiacutesica

enlace

fiacutesica

switch

datagrama

aplicaccedilatildeo

transporte

rede

enlace

fiacutesica

quadro

quadro

quadro

datagrama

5 Camada de Enlace 5-78

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Redes Locais Endereccedilamento

ARP

Ethernet

Switches

VLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Comcast

68800013

rede do Google

64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola

68802024

paacutegina web

navegador

5 Camada de Enlace 5-81

roteador

(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP DHCP

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

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

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)

DNS

UDP

IP

Eth

Phy

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

Eth

Phy

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)

DNS

UDP

IP

Eth

Phy

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 Comcast

68800013

servidor DNS

DNS

UDP

IP

Eth

Phy

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

HTTP

TCP

IP

Eth

Phy

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 estabelecida 64233169105

servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCP

IP

Eth

Phy

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

HTTP

TCP

IP

Eth

Phy

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

64233169105

servidor web

HTTP

TCP

IP

Eth

Phy

servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTP HTTP

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

Page 48: Capítulo 5: A Camada de Enlace - di.ufpe.brdi.ufpe.br/~suruagy/cursos/redes/cap5-Kurose.pdf · correção de erros 5.3 Protocolos de acesso múltiplo 5.4 Redes Locais Endereçamento,

5 Camada de Enlace 5-48

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F

B

IP

Eth

Phy

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-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F

B

IP

Eth

Phy

quadro enviado de A para R

IP

Eth

Phy

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-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-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

IP

Eth

Phy

IP

Eth

Phy

5 Camada de Enlace 5-51

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-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

IP

Eth

Phy

IP

Eth

Phy

5 Camada de Enlace 5-52

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-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

IP

Eth

Phy

5 Camada de Enlace 5-53

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Redes Locais Endereccedilamento

ARP

Ethernet

Switches

VLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Ethernet

Adaptador 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 transmissor

dados 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

aplicaccedilatildeo

transporte

rede

enlace

fiacutesica

protocolo MAC

e formato do quadro

100BASE-TX

100BASE-T4

100BASE-FX 100BASE-T2

100BASE-SX 100BASE-BX

camada fiacutesica de fibra camada 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

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 Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Redes Locais Endereccedilamento

ARP

Ethernet

Switches

VLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Ethernet

examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento

transparente

hospedeiros 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 3

4 5

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 3

4 5

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 autoaprendizagem

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 3

4 5

6

A Arsquo

Origem A Dest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)

A 1 60

5 Camada de Enlace 5-72 5 Camada de Enlace

Switch filtragemrepasse de quadros

Quando 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 destino then

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 3

4 5

6

A Arsquo

Origem A Dest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)

A 1 60

A Arsquo A Arsquo A Arsquo A Arsquo A 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)

A

B

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 D

E

F S2

S4

S3

H

I

G

5 Camada de Enlace 5-75

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores Suponha 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

A

B

S1

C D

E

F S2

S4

S3

H

I

G

1

2

5 Camada de Enlace 5-76

Rede institucional

Para rede externa

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

aplicaccedilatildeo

transporte

rede

enlace

fiacutesica

rede

enlace

fiacutesica

enlace

fiacutesica

switch

datagrama

aplicaccedilatildeo

transporte

rede

enlace

fiacutesica

quadro

quadro

quadro

datagrama

5 Camada de Enlace 5-78

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Redes Locais Endereccedilamento

ARP

Ethernet

Switches

VLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Comcast

68800013

rede do Google

64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola

68802024

paacutegina web

navegador

5 Camada de Enlace 5-81

roteador

(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP DHCP

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

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

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)

DNS

UDP

IP

Eth

Phy

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

Eth

Phy

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)

DNS

UDP

IP

Eth

Phy

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 Comcast

68800013

servidor DNS

DNS

UDP

IP

Eth

Phy

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

HTTP

TCP

IP

Eth

Phy

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 estabelecida 64233169105

servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCP

IP

Eth

Phy

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

HTTP

TCP

IP

Eth

Phy

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

64233169105

servidor web

HTTP

TCP

IP

Eth

Phy

servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTP HTTP

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

Page 49: Capítulo 5: A Camada de Enlace - di.ufpe.brdi.ufpe.br/~suruagy/cursos/redes/cap5-Kurose.pdf · correção de erros 5.3 Protocolos de acesso múltiplo 5.4 Redes Locais Endereçamento,

5 Camada de Enlace 5-49

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-B2-2F-54-1A-0F

B

IP

Eth

Phy

quadro enviado de A para R

IP

Eth

Phy

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-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-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

IP

Eth

Phy

IP

Eth

Phy

5 Camada de Enlace 5-51

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-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

IP

Eth

Phy

IP

Eth

Phy

5 Camada de Enlace 5-52

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-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

IP

Eth

Phy

5 Camada de Enlace 5-53

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Redes Locais Endereccedilamento

ARP

Ethernet

Switches

VLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Ethernet

Adaptador 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 transmissor

dados 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

aplicaccedilatildeo

transporte

rede

enlace

fiacutesica

protocolo MAC

e formato do quadro

100BASE-TX

100BASE-T4

100BASE-FX 100BASE-T2

100BASE-SX 100BASE-BX

camada fiacutesica de fibra camada 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

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 Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Redes Locais Endereccedilamento

ARP

Ethernet

Switches

VLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Ethernet

examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento

transparente

hospedeiros 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 3

4 5

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 3

4 5

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 autoaprendizagem

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 3

4 5

6

A Arsquo

Origem A Dest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)

A 1 60

5 Camada de Enlace 5-72 5 Camada de Enlace

Switch filtragemrepasse de quadros

Quando 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 destino then

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 3

4 5

6

A Arsquo

Origem A Dest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)

A 1 60

A Arsquo A Arsquo A Arsquo A Arsquo A 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)

A

B

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 D

E

F S2

S4

S3

H

I

G

5 Camada de Enlace 5-75

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores Suponha 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

A

B

S1

C D

E

F S2

S4

S3

H

I

G

1

2

5 Camada de Enlace 5-76

Rede institucional

Para rede externa

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

aplicaccedilatildeo

transporte

rede

enlace

fiacutesica

rede

enlace

fiacutesica

enlace

fiacutesica

switch

datagrama

aplicaccedilatildeo

transporte

rede

enlace

fiacutesica

quadro

quadro

quadro

datagrama

5 Camada de Enlace 5-78

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Redes Locais Endereccedilamento

ARP

Ethernet

Switches

VLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Comcast

68800013

rede do Google

64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola

68802024

paacutegina web

navegador

5 Camada de Enlace 5-81

roteador

(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP DHCP

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

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

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)

DNS

UDP

IP

Eth

Phy

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

Eth

Phy

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)

DNS

UDP

IP

Eth

Phy

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 Comcast

68800013

servidor DNS

DNS

UDP

IP

Eth

Phy

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

HTTP

TCP

IP

Eth

Phy

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 estabelecida 64233169105

servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCP

IP

Eth

Phy

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

HTTP

TCP

IP

Eth

Phy

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

64233169105

servidor web

HTTP

TCP

IP

Eth

Phy

servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTP HTTP

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

Page 50: Capítulo 5: A Camada de Enlace - di.ufpe.brdi.ufpe.br/~suruagy/cursos/redes/cap5-Kurose.pdf · correção de erros 5.3 Protocolos de acesso múltiplo 5.4 Redes Locais Endereçamento,

5 Camada de Enlace 5-50

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-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

IP

Eth

Phy

IP

Eth

Phy

5 Camada de Enlace 5-51

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-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

IP

Eth

Phy

IP

Eth

Phy

5 Camada de Enlace 5-52

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-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

IP

Eth

Phy

5 Camada de Enlace 5-53

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Redes Locais Endereccedilamento

ARP

Ethernet

Switches

VLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Ethernet

Adaptador 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 transmissor

dados 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

aplicaccedilatildeo

transporte

rede

enlace

fiacutesica

protocolo MAC

e formato do quadro

100BASE-TX

100BASE-T4

100BASE-FX 100BASE-T2

100BASE-SX 100BASE-BX

camada fiacutesica de fibra camada 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

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 Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Redes Locais Endereccedilamento

ARP

Ethernet

Switches

VLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Ethernet

examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento

transparente

hospedeiros 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 3

4 5

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 3

4 5

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 autoaprendizagem

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 3

4 5

6

A Arsquo

Origem A Dest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)

A 1 60

5 Camada de Enlace 5-72 5 Camada de Enlace

Switch filtragemrepasse de quadros

Quando 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 destino then

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 3

4 5

6

A Arsquo

Origem A Dest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)

A 1 60

A Arsquo A Arsquo A Arsquo A Arsquo A 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)

A

B

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 D

E

F S2

S4

S3

H

I

G

5 Camada de Enlace 5-75

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores Suponha 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

A

B

S1

C D

E

F S2

S4

S3

H

I

G

1

2

5 Camada de Enlace 5-76

Rede institucional

Para rede externa

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

aplicaccedilatildeo

transporte

rede

enlace

fiacutesica

rede

enlace

fiacutesica

enlace

fiacutesica

switch

datagrama

aplicaccedilatildeo

transporte

rede

enlace

fiacutesica

quadro

quadro

quadro

datagrama

5 Camada de Enlace 5-78

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Redes Locais Endereccedilamento

ARP

Ethernet

Switches

VLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Comcast

68800013

rede do Google

64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola

68802024

paacutegina web

navegador

5 Camada de Enlace 5-81

roteador

(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP DHCP

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

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

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)

DNS

UDP

IP

Eth

Phy

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

Eth

Phy

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)

DNS

UDP

IP

Eth

Phy

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 Comcast

68800013

servidor DNS

DNS

UDP

IP

Eth

Phy

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

HTTP

TCP

IP

Eth

Phy

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 estabelecida 64233169105

servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCP

IP

Eth

Phy

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

HTTP

TCP

IP

Eth

Phy

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

64233169105

servidor web

HTTP

TCP

IP

Eth

Phy

servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTP HTTP

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

Page 51: Capítulo 5: A Camada de Enlace - di.ufpe.brdi.ufpe.br/~suruagy/cursos/redes/cap5-Kurose.pdf · correção de erros 5.3 Protocolos de acesso múltiplo 5.4 Redes Locais Endereçamento,

5 Camada de Enlace 5-51

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-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

IP

Eth

Phy

IP

Eth

Phy

5 Camada de Enlace 5-52

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-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

IP

Eth

Phy

5 Camada de Enlace 5-53

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Redes Locais Endereccedilamento

ARP

Ethernet

Switches

VLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Ethernet

Adaptador 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 transmissor

dados 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

aplicaccedilatildeo

transporte

rede

enlace

fiacutesica

protocolo MAC

e formato do quadro

100BASE-TX

100BASE-T4

100BASE-FX 100BASE-T2

100BASE-SX 100BASE-BX

camada fiacutesica de fibra camada 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

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 Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Redes Locais Endereccedilamento

ARP

Ethernet

Switches

VLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Ethernet

examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento

transparente

hospedeiros 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 3

4 5

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 3

4 5

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 autoaprendizagem

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 3

4 5

6

A Arsquo

Origem A Dest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)

A 1 60

5 Camada de Enlace 5-72 5 Camada de Enlace

Switch filtragemrepasse de quadros

Quando 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 destino then

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 3

4 5

6

A Arsquo

Origem A Dest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)

A 1 60

A Arsquo A Arsquo A Arsquo A Arsquo A 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)

A

B

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 D

E

F S2

S4

S3

H

I

G

5 Camada de Enlace 5-75

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores Suponha 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

A

B

S1

C D

E

F S2

S4

S3

H

I

G

1

2

5 Camada de Enlace 5-76

Rede institucional

Para rede externa

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

aplicaccedilatildeo

transporte

rede

enlace

fiacutesica

rede

enlace

fiacutesica

enlace

fiacutesica

switch

datagrama

aplicaccedilatildeo

transporte

rede

enlace

fiacutesica

quadro

quadro

quadro

datagrama

5 Camada de Enlace 5-78

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Redes Locais Endereccedilamento

ARP

Ethernet

Switches

VLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Comcast

68800013

rede do Google

64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola

68802024

paacutegina web

navegador

5 Camada de Enlace 5-81

roteador

(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP DHCP

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

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

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)

DNS

UDP

IP

Eth

Phy

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

Eth

Phy

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)

DNS

UDP

IP

Eth

Phy

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 Comcast

68800013

servidor DNS

DNS

UDP

IP

Eth

Phy

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

HTTP

TCP

IP

Eth

Phy

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 estabelecida 64233169105

servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCP

IP

Eth

Phy

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

HTTP

TCP

IP

Eth

Phy

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

64233169105

servidor web

HTTP

TCP

IP

Eth

Phy

servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTP HTTP

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

Page 52: Capítulo 5: A Camada de Enlace - di.ufpe.brdi.ufpe.br/~suruagy/cursos/redes/cap5-Kurose.pdf · correção de erros 5.3 Protocolos de acesso múltiplo 5.4 Redes Locais Endereçamento,

5 Camada de Enlace 5-52

Endereccedilamento repassando para outra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B 222222222220

111111111110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

111111111111

74-29-9C-E8-FF-55

A

222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

222222222221 88-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

IP

Eth

Phy

5 Camada de Enlace 5-53

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Redes Locais Endereccedilamento

ARP

Ethernet

Switches

VLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Ethernet

Adaptador 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 transmissor

dados 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

aplicaccedilatildeo

transporte

rede

enlace

fiacutesica

protocolo MAC

e formato do quadro

100BASE-TX

100BASE-T4

100BASE-FX 100BASE-T2

100BASE-SX 100BASE-BX

camada fiacutesica de fibra camada 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

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 Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Redes Locais Endereccedilamento

ARP

Ethernet

Switches

VLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Ethernet

examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento

transparente

hospedeiros 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 3

4 5

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 3

4 5

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 autoaprendizagem

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 3

4 5

6

A Arsquo

Origem A Dest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)

A 1 60

5 Camada de Enlace 5-72 5 Camada de Enlace

Switch filtragemrepasse de quadros

Quando 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 destino then

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 3

4 5

6

A Arsquo

Origem A Dest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)

A 1 60

A Arsquo A Arsquo A Arsquo A Arsquo A 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)

A

B

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 D

E

F S2

S4

S3

H

I

G

5 Camada de Enlace 5-75

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores Suponha 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

A

B

S1

C D

E

F S2

S4

S3

H

I

G

1

2

5 Camada de Enlace 5-76

Rede institucional

Para rede externa

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

aplicaccedilatildeo

transporte

rede

enlace

fiacutesica

rede

enlace

fiacutesica

enlace

fiacutesica

switch

datagrama

aplicaccedilatildeo

transporte

rede

enlace

fiacutesica

quadro

quadro

quadro

datagrama

5 Camada de Enlace 5-78

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Redes Locais Endereccedilamento

ARP

Ethernet

Switches

VLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Comcast

68800013

rede do Google

64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola

68802024

paacutegina web

navegador

5 Camada de Enlace 5-81

roteador

(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP DHCP

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

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

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)

DNS

UDP

IP

Eth

Phy

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

Eth

Phy

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)

DNS

UDP

IP

Eth

Phy

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 Comcast

68800013

servidor DNS

DNS

UDP

IP

Eth

Phy

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

HTTP

TCP

IP

Eth

Phy

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 estabelecida 64233169105

servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCP

IP

Eth

Phy

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

HTTP

TCP

IP

Eth

Phy

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

64233169105

servidor web

HTTP

TCP

IP

Eth

Phy

servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTP HTTP

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

Page 53: Capítulo 5: A Camada de Enlace - di.ufpe.brdi.ufpe.br/~suruagy/cursos/redes/cap5-Kurose.pdf · correção de erros 5.3 Protocolos de acesso múltiplo 5.4 Redes Locais Endereçamento,

5 Camada de Enlace 5-53

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Redes Locais Endereccedilamento

ARP

Ethernet

Switches

VLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Ethernet

Adaptador 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 transmissor

dados 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

aplicaccedilatildeo

transporte

rede

enlace

fiacutesica

protocolo MAC

e formato do quadro

100BASE-TX

100BASE-T4

100BASE-FX 100BASE-T2

100BASE-SX 100BASE-BX

camada fiacutesica de fibra camada 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

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 Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Redes Locais Endereccedilamento

ARP

Ethernet

Switches

VLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Ethernet

examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento

transparente

hospedeiros 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 3

4 5

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 3

4 5

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 autoaprendizagem

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 3

4 5

6

A Arsquo

Origem A Dest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)

A 1 60

5 Camada de Enlace 5-72 5 Camada de Enlace

Switch filtragemrepasse de quadros

Quando 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 destino then

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 3

4 5

6

A Arsquo

Origem A Dest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)

A 1 60

A Arsquo A Arsquo A Arsquo A Arsquo A 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)

A

B

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 D

E

F S2

S4

S3

H

I

G

5 Camada de Enlace 5-75

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores Suponha 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

A

B

S1

C D

E

F S2

S4

S3

H

I

G

1

2

5 Camada de Enlace 5-76

Rede institucional

Para rede externa

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

aplicaccedilatildeo

transporte

rede

enlace

fiacutesica

rede

enlace

fiacutesica

enlace

fiacutesica

switch

datagrama

aplicaccedilatildeo

transporte

rede

enlace

fiacutesica

quadro

quadro

quadro

datagrama

5 Camada de Enlace 5-78

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Redes Locais Endereccedilamento

ARP

Ethernet

Switches

VLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Comcast

68800013

rede do Google

64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola

68802024

paacutegina web

navegador

5 Camada de Enlace 5-81

roteador

(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP DHCP

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

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

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)

DNS

UDP

IP

Eth

Phy

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

Eth

Phy

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)

DNS

UDP

IP

Eth

Phy

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 Comcast

68800013

servidor DNS

DNS

UDP

IP

Eth

Phy

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

HTTP

TCP

IP

Eth

Phy

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 estabelecida 64233169105

servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCP

IP

Eth

Phy

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

HTTP

TCP

IP

Eth

Phy

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

64233169105

servidor web

HTTP

TCP

IP

Eth

Phy

servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTP HTTP

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

Page 54: Capítulo 5: A Camada de Enlace - di.ufpe.brdi.ufpe.br/~suruagy/cursos/redes/cap5-Kurose.pdf · correção de erros 5.3 Protocolos de acesso múltiplo 5.4 Redes Locais Endereçamento,

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 Ethernet

Adaptador 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 transmissor

dados 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

aplicaccedilatildeo

transporte

rede

enlace

fiacutesica

protocolo MAC

e formato do quadro

100BASE-TX

100BASE-T4

100BASE-FX 100BASE-T2

100BASE-SX 100BASE-BX

camada fiacutesica de fibra camada 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

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 Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Redes Locais Endereccedilamento

ARP

Ethernet

Switches

VLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Ethernet

examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento

transparente

hospedeiros 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 3

4 5

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 3

4 5

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 autoaprendizagem

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 3

4 5

6

A Arsquo

Origem A Dest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)

A 1 60

5 Camada de Enlace 5-72 5 Camada de Enlace

Switch filtragemrepasse de quadros

Quando 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 destino then

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 3

4 5

6

A Arsquo

Origem A Dest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)

A 1 60

A Arsquo A Arsquo A Arsquo A Arsquo A 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)

A

B

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 D

E

F S2

S4

S3

H

I

G

5 Camada de Enlace 5-75

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores Suponha 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

A

B

S1

C D

E

F S2

S4

S3

H

I

G

1

2

5 Camada de Enlace 5-76

Rede institucional

Para rede externa

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

aplicaccedilatildeo

transporte

rede

enlace

fiacutesica

rede

enlace

fiacutesica

enlace

fiacutesica

switch

datagrama

aplicaccedilatildeo

transporte

rede

enlace

fiacutesica

quadro

quadro

quadro

datagrama

5 Camada de Enlace 5-78

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Redes Locais Endereccedilamento

ARP

Ethernet

Switches

VLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Comcast

68800013

rede do Google

64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola

68802024

paacutegina web

navegador

5 Camada de Enlace 5-81

roteador

(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP DHCP

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

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

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)

DNS

UDP

IP

Eth

Phy

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

Eth

Phy

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)

DNS

UDP

IP

Eth

Phy

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 Comcast

68800013

servidor DNS

DNS

UDP

IP

Eth

Phy

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

HTTP

TCP

IP

Eth

Phy

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 estabelecida 64233169105

servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCP

IP

Eth

Phy

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

HTTP

TCP

IP

Eth

Phy

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

64233169105

servidor web

HTTP

TCP

IP

Eth

Phy

servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTP HTTP

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

Page 55: Capítulo 5: A Camada de Enlace - di.ufpe.brdi.ufpe.br/~suruagy/cursos/redes/cap5-Kurose.pdf · correção de erros 5.3 Protocolos de acesso múltiplo 5.4 Redes Locais Endereçamento,

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 Ethernet

Adaptador 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 transmissor

dados 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

aplicaccedilatildeo

transporte

rede

enlace

fiacutesica

protocolo MAC

e formato do quadro

100BASE-TX

100BASE-T4

100BASE-FX 100BASE-T2

100BASE-SX 100BASE-BX

camada fiacutesica de fibra camada 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

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 Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Redes Locais Endereccedilamento

ARP

Ethernet

Switches

VLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Ethernet

examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento

transparente

hospedeiros 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 3

4 5

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 3

4 5

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 autoaprendizagem

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 3

4 5

6

A Arsquo

Origem A Dest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)

A 1 60

5 Camada de Enlace 5-72 5 Camada de Enlace

Switch filtragemrepasse de quadros

Quando 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 destino then

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 3

4 5

6

A Arsquo

Origem A Dest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)

A 1 60

A Arsquo A Arsquo A Arsquo A Arsquo A 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)

A

B

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 D

E

F S2

S4

S3

H

I

G

5 Camada de Enlace 5-75

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores Suponha 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

A

B

S1

C D

E

F S2

S4

S3

H

I

G

1

2

5 Camada de Enlace 5-76

Rede institucional

Para rede externa

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

aplicaccedilatildeo

transporte

rede

enlace

fiacutesica

rede

enlace

fiacutesica

enlace

fiacutesica

switch

datagrama

aplicaccedilatildeo

transporte

rede

enlace

fiacutesica

quadro

quadro

quadro

datagrama

5 Camada de Enlace 5-78

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Redes Locais Endereccedilamento

ARP

Ethernet

Switches

VLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Comcast

68800013

rede do Google

64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola

68802024

paacutegina web

navegador

5 Camada de Enlace 5-81

roteador

(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP DHCP

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

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

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)

DNS

UDP

IP

Eth

Phy

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

Eth

Phy

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)

DNS

UDP

IP

Eth

Phy

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 Comcast

68800013

servidor DNS

DNS

UDP

IP

Eth

Phy

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

HTTP

TCP

IP

Eth

Phy

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 estabelecida 64233169105

servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCP

IP

Eth

Phy

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

HTTP

TCP

IP

Eth

Phy

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

64233169105

servidor web

HTTP

TCP

IP

Eth

Phy

servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTP HTTP

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

Page 56: Capítulo 5: A Camada de Enlace - di.ufpe.brdi.ufpe.br/~suruagy/cursos/redes/cap5-Kurose.pdf · correção de erros 5.3 Protocolos de acesso múltiplo 5.4 Redes Locais Endereçamento,

5 Camada de Enlace 5-56

Estrutura do Quadro Ethernet

Adaptador 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 transmissor

dados 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

aplicaccedilatildeo

transporte

rede

enlace

fiacutesica

protocolo MAC

e formato do quadro

100BASE-TX

100BASE-T4

100BASE-FX 100BASE-T2

100BASE-SX 100BASE-BX

camada fiacutesica de fibra camada 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

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 Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Redes Locais Endereccedilamento

ARP

Ethernet

Switches

VLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Ethernet

examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento

transparente

hospedeiros 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 3

4 5

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 3

4 5

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 autoaprendizagem

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 3

4 5

6

A Arsquo

Origem A Dest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)

A 1 60

5 Camada de Enlace 5-72 5 Camada de Enlace

Switch filtragemrepasse de quadros

Quando 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 destino then

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 3

4 5

6

A Arsquo

Origem A Dest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)

A 1 60

A Arsquo A Arsquo A Arsquo A Arsquo A 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)

A

B

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 D

E

F S2

S4

S3

H

I

G

5 Camada de Enlace 5-75

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores Suponha 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

A

B

S1

C D

E

F S2

S4

S3

H

I

G

1

2

5 Camada de Enlace 5-76

Rede institucional

Para rede externa

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

aplicaccedilatildeo

transporte

rede

enlace

fiacutesica

rede

enlace

fiacutesica

enlace

fiacutesica

switch

datagrama

aplicaccedilatildeo

transporte

rede

enlace

fiacutesica

quadro

quadro

quadro

datagrama

5 Camada de Enlace 5-78

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Redes Locais Endereccedilamento

ARP

Ethernet

Switches

VLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Comcast

68800013

rede do Google

64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola

68802024

paacutegina web

navegador

5 Camada de Enlace 5-81

roteador

(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP DHCP

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

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

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)

DNS

UDP

IP

Eth

Phy

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

Eth

Phy

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)

DNS

UDP

IP

Eth

Phy

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 Comcast

68800013

servidor DNS

DNS

UDP

IP

Eth

Phy

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

HTTP

TCP

IP

Eth

Phy

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 estabelecida 64233169105

servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCP

IP

Eth

Phy

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

HTTP

TCP

IP

Eth

Phy

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

64233169105

servidor web

HTTP

TCP

IP

Eth

Phy

servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTP HTTP

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

Page 57: Capítulo 5: A Camada de Enlace - di.ufpe.brdi.ufpe.br/~suruagy/cursos/redes/cap5-Kurose.pdf · correção de erros 5.3 Protocolos de acesso múltiplo 5.4 Redes Locais Endereçamento,

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 transmissor

dados 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

aplicaccedilatildeo

transporte

rede

enlace

fiacutesica

protocolo MAC

e formato do quadro

100BASE-TX

100BASE-T4

100BASE-FX 100BASE-T2

100BASE-SX 100BASE-BX

camada fiacutesica de fibra camada 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

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 Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Redes Locais Endereccedilamento

ARP

Ethernet

Switches

VLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Ethernet

examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento

transparente

hospedeiros 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 3

4 5

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 3

4 5

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 autoaprendizagem

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 3

4 5

6

A Arsquo

Origem A Dest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)

A 1 60

5 Camada de Enlace 5-72 5 Camada de Enlace

Switch filtragemrepasse de quadros

Quando 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 destino then

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 3

4 5

6

A Arsquo

Origem A Dest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)

A 1 60

A Arsquo A Arsquo A Arsquo A Arsquo A 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)

A

B

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 D

E

F S2

S4

S3

H

I

G

5 Camada de Enlace 5-75

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores Suponha 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

A

B

S1

C D

E

F S2

S4

S3

H

I

G

1

2

5 Camada de Enlace 5-76

Rede institucional

Para rede externa

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

aplicaccedilatildeo

transporte

rede

enlace

fiacutesica

rede

enlace

fiacutesica

enlace

fiacutesica

switch

datagrama

aplicaccedilatildeo

transporte

rede

enlace

fiacutesica

quadro

quadro

quadro

datagrama

5 Camada de Enlace 5-78

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Redes Locais Endereccedilamento

ARP

Ethernet

Switches

VLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Comcast

68800013

rede do Google

64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola

68802024

paacutegina web

navegador

5 Camada de Enlace 5-81

roteador

(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP DHCP

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

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

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)

DNS

UDP

IP

Eth

Phy

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

Eth

Phy

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)

DNS

UDP

IP

Eth

Phy

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 Comcast

68800013

servidor DNS

DNS

UDP

IP

Eth

Phy

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

HTTP

TCP

IP

Eth

Phy

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 estabelecida 64233169105

servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCP

IP

Eth

Phy

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

HTTP

TCP

IP

Eth

Phy

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

64233169105

servidor web

HTTP

TCP

IP

Eth

Phy

servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTP HTTP

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

Page 58: Capítulo 5: A Camada de Enlace - di.ufpe.brdi.ufpe.br/~suruagy/cursos/redes/cap5-Kurose.pdf · correção de erros 5.3 Protocolos de acesso múltiplo 5.4 Redes Locais Endereçamento,

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 transmissor

dados 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

aplicaccedilatildeo

transporte

rede

enlace

fiacutesica

protocolo MAC

e formato do quadro

100BASE-TX

100BASE-T4

100BASE-FX 100BASE-T2

100BASE-SX 100BASE-BX

camada fiacutesica de fibra camada 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

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 Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Redes Locais Endereccedilamento

ARP

Ethernet

Switches

VLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Ethernet

examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento

transparente

hospedeiros 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 3

4 5

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 3

4 5

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 autoaprendizagem

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 3

4 5

6

A Arsquo

Origem A Dest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)

A 1 60

5 Camada de Enlace 5-72 5 Camada de Enlace

Switch filtragemrepasse de quadros

Quando 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 destino then

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 3

4 5

6

A Arsquo

Origem A Dest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)

A 1 60

A Arsquo A Arsquo A Arsquo A Arsquo A 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)

A

B

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 D

E

F S2

S4

S3

H

I

G

5 Camada de Enlace 5-75

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores Suponha 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

A

B

S1

C D

E

F S2

S4

S3

H

I

G

1

2

5 Camada de Enlace 5-76

Rede institucional

Para rede externa

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

aplicaccedilatildeo

transporte

rede

enlace

fiacutesica

rede

enlace

fiacutesica

enlace

fiacutesica

switch

datagrama

aplicaccedilatildeo

transporte

rede

enlace

fiacutesica

quadro

quadro

quadro

datagrama

5 Camada de Enlace 5-78

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Redes Locais Endereccedilamento

ARP

Ethernet

Switches

VLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Comcast

68800013

rede do Google

64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola

68802024

paacutegina web

navegador

5 Camada de Enlace 5-81

roteador

(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP DHCP

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

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

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)

DNS

UDP

IP

Eth

Phy

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

Eth

Phy

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)

DNS

UDP

IP

Eth

Phy

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 Comcast

68800013

servidor DNS

DNS

UDP

IP

Eth

Phy

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

HTTP

TCP

IP

Eth

Phy

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 estabelecida 64233169105

servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCP

IP

Eth

Phy

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

HTTP

TCP

IP

Eth

Phy

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

64233169105

servidor web

HTTP

TCP

IP

Eth

Phy

servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTP HTTP

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

Page 59: Capítulo 5: A Camada de Enlace - di.ufpe.brdi.ufpe.br/~suruagy/cursos/redes/cap5-Kurose.pdf · correção de erros 5.3 Protocolos de acesso múltiplo 5.4 Redes Locais Endereçamento,

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

aplicaccedilatildeo

transporte

rede

enlace

fiacutesica

protocolo MAC

e formato do quadro

100BASE-TX

100BASE-T4

100BASE-FX 100BASE-T2

100BASE-SX 100BASE-BX

camada fiacutesica de fibra camada 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

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 Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Redes Locais Endereccedilamento

ARP

Ethernet

Switches

VLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Ethernet

examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento

transparente

hospedeiros 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 3

4 5

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 3

4 5

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 autoaprendizagem

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 3

4 5

6

A Arsquo

Origem A Dest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)

A 1 60

5 Camada de Enlace 5-72 5 Camada de Enlace

Switch filtragemrepasse de quadros

Quando 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 destino then

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 3

4 5

6

A Arsquo

Origem A Dest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)

A 1 60

A Arsquo A Arsquo A Arsquo A Arsquo A 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)

A

B

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 D

E

F S2

S4

S3

H

I

G

5 Camada de Enlace 5-75

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores Suponha 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

A

B

S1

C D

E

F S2

S4

S3

H

I

G

1

2

5 Camada de Enlace 5-76

Rede institucional

Para rede externa

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

aplicaccedilatildeo

transporte

rede

enlace

fiacutesica

rede

enlace

fiacutesica

enlace

fiacutesica

switch

datagrama

aplicaccedilatildeo

transporte

rede

enlace

fiacutesica

quadro

quadro

quadro

datagrama

5 Camada de Enlace 5-78

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Redes Locais Endereccedilamento

ARP

Ethernet

Switches

VLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Comcast

68800013

rede do Google

64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola

68802024

paacutegina web

navegador

5 Camada de Enlace 5-81

roteador

(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP DHCP

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

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

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)

DNS

UDP

IP

Eth

Phy

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

Eth

Phy

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)

DNS

UDP

IP

Eth

Phy

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 Comcast

68800013

servidor DNS

DNS

UDP

IP

Eth

Phy

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

HTTP

TCP

IP

Eth

Phy

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 estabelecida 64233169105

servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCP

IP

Eth

Phy

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

HTTP

TCP

IP

Eth

Phy

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

64233169105

servidor web

HTTP

TCP

IP

Eth

Phy

servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTP HTTP

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

Page 60: Capítulo 5: A Camada de Enlace - di.ufpe.brdi.ufpe.br/~suruagy/cursos/redes/cap5-Kurose.pdf · correção de erros 5.3 Protocolos de acesso múltiplo 5.4 Redes Locais Endereçamento,

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

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 Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Redes Locais Endereccedilamento

ARP

Ethernet

Switches

VLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Ethernet

examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento

transparente

hospedeiros 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 3

4 5

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 3

4 5

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 autoaprendizagem

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 3

4 5

6

A Arsquo

Origem A Dest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)

A 1 60

5 Camada de Enlace 5-72 5 Camada de Enlace

Switch filtragemrepasse de quadros

Quando 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 destino then

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 3

4 5

6

A Arsquo

Origem A Dest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)

A 1 60

A Arsquo A Arsquo A Arsquo A Arsquo A 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)

A

B

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 D

E

F S2

S4

S3

H

I

G

5 Camada de Enlace 5-75

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores Suponha 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

A

B

S1

C D

E

F S2

S4

S3

H

I

G

1

2

5 Camada de Enlace 5-76

Rede institucional

Para rede externa

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

aplicaccedilatildeo

transporte

rede

enlace

fiacutesica

rede

enlace

fiacutesica

enlace

fiacutesica

switch

datagrama

aplicaccedilatildeo

transporte

rede

enlace

fiacutesica

quadro

quadro

quadro

datagrama

5 Camada de Enlace 5-78

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Redes Locais Endereccedilamento

ARP

Ethernet

Switches

VLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Comcast

68800013

rede do Google

64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola

68802024

paacutegina web

navegador

5 Camada de Enlace 5-81

roteador

(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP DHCP

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

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

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)

DNS

UDP

IP

Eth

Phy

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

Eth

Phy

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)

DNS

UDP

IP

Eth

Phy

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 Comcast

68800013

servidor DNS

DNS

UDP

IP

Eth

Phy

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

HTTP

TCP

IP

Eth

Phy

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 estabelecida 64233169105

servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCP

IP

Eth

Phy

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

HTTP

TCP

IP

Eth

Phy

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

64233169105

servidor web

HTTP

TCP

IP

Eth

Phy

servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTP HTTP

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

Page 61: Capítulo 5: A Camada de Enlace - di.ufpe.brdi.ufpe.br/~suruagy/cursos/redes/cap5-Kurose.pdf · correção de erros 5.3 Protocolos de acesso múltiplo 5.4 Redes Locais Endereçamento,

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

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 Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Redes Locais Endereccedilamento

ARP

Ethernet

Switches

VLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Ethernet

examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento

transparente

hospedeiros 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 3

4 5

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 3

4 5

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 autoaprendizagem

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 3

4 5

6

A Arsquo

Origem A Dest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)

A 1 60

5 Camada de Enlace 5-72 5 Camada de Enlace

Switch filtragemrepasse de quadros

Quando 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 destino then

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 3

4 5

6

A Arsquo

Origem A Dest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)

A 1 60

A Arsquo A Arsquo A Arsquo A Arsquo A 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)

A

B

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 D

E

F S2

S4

S3

H

I

G

5 Camada de Enlace 5-75

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores Suponha 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

A

B

S1

C D

E

F S2

S4

S3

H

I

G

1

2

5 Camada de Enlace 5-76

Rede institucional

Para rede externa

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

aplicaccedilatildeo

transporte

rede

enlace

fiacutesica

rede

enlace

fiacutesica

enlace

fiacutesica

switch

datagrama

aplicaccedilatildeo

transporte

rede

enlace

fiacutesica

quadro

quadro

quadro

datagrama

5 Camada de Enlace 5-78

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Redes Locais Endereccedilamento

ARP

Ethernet

Switches

VLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Comcast

68800013

rede do Google

64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola

68802024

paacutegina web

navegador

5 Camada de Enlace 5-81

roteador

(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP DHCP

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

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

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)

DNS

UDP

IP

Eth

Phy

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

Eth

Phy

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)

DNS

UDP

IP

Eth

Phy

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 Comcast

68800013

servidor DNS

DNS

UDP

IP

Eth

Phy

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

HTTP

TCP

IP

Eth

Phy

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 estabelecida 64233169105

servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCP

IP

Eth

Phy

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

HTTP

TCP

IP

Eth

Phy

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

64233169105

servidor web

HTTP

TCP

IP

Eth

Phy

servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTP HTTP

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

Page 62: Capítulo 5: A Camada de Enlace - di.ufpe.brdi.ufpe.br/~suruagy/cursos/redes/cap5-Kurose.pdf · correção de erros 5.3 Protocolos de acesso múltiplo 5.4 Redes Locais Endereçamento,

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

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 Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Redes Locais Endereccedilamento

ARP

Ethernet

Switches

VLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Ethernet

examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento

transparente

hospedeiros 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 3

4 5

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 3

4 5

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 autoaprendizagem

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 3

4 5

6

A Arsquo

Origem A Dest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)

A 1 60

5 Camada de Enlace 5-72 5 Camada de Enlace

Switch filtragemrepasse de quadros

Quando 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 destino then

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 3

4 5

6

A Arsquo

Origem A Dest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)

A 1 60

A Arsquo A Arsquo A Arsquo A Arsquo A 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)

A

B

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 D

E

F S2

S4

S3

H

I

G

5 Camada de Enlace 5-75

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores Suponha 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

A

B

S1

C D

E

F S2

S4

S3

H

I

G

1

2

5 Camada de Enlace 5-76

Rede institucional

Para rede externa

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

aplicaccedilatildeo

transporte

rede

enlace

fiacutesica

rede

enlace

fiacutesica

enlace

fiacutesica

switch

datagrama

aplicaccedilatildeo

transporte

rede

enlace

fiacutesica

quadro

quadro

quadro

datagrama

5 Camada de Enlace 5-78

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Redes Locais Endereccedilamento

ARP

Ethernet

Switches

VLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Comcast

68800013

rede do Google

64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola

68802024

paacutegina web

navegador

5 Camada de Enlace 5-81

roteador

(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP DHCP

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

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

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)

DNS

UDP

IP

Eth

Phy

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

Eth

Phy

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)

DNS

UDP

IP

Eth

Phy

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 Comcast

68800013

servidor DNS

DNS

UDP

IP

Eth

Phy

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

HTTP

TCP

IP

Eth

Phy

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 estabelecida 64233169105

servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCP

IP

Eth

Phy

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

HTTP

TCP

IP

Eth

Phy

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

64233169105

servidor web

HTTP

TCP

IP

Eth

Phy

servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTP HTTP

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

Page 63: Capítulo 5: A Camada de Enlace - di.ufpe.brdi.ufpe.br/~suruagy/cursos/redes/cap5-Kurose.pdf · correção de erros 5.3 Protocolos de acesso múltiplo 5.4 Redes Locais Endereçamento,

5 Camada de Enlace 5-63

Conector RJ 45

5 Camada de Enlace 5-64

100Base-TX

httpwwwethermanagecom

5 Camada de Enlace 5-65

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 Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Redes Locais Endereccedilamento

ARP

Ethernet

Switches

VLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Ethernet

examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento

transparente

hospedeiros 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 3

4 5

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 3

4 5

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 autoaprendizagem

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 3

4 5

6

A Arsquo

Origem A Dest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)

A 1 60

5 Camada de Enlace 5-72 5 Camada de Enlace

Switch filtragemrepasse de quadros

Quando 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 destino then

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 3

4 5

6

A Arsquo

Origem A Dest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)

A 1 60

A Arsquo A Arsquo A Arsquo A Arsquo A 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)

A

B

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 D

E

F S2

S4

S3

H

I

G

5 Camada de Enlace 5-75

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores Suponha 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

A

B

S1

C D

E

F S2

S4

S3

H

I

G

1

2

5 Camada de Enlace 5-76

Rede institucional

Para rede externa

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

aplicaccedilatildeo

transporte

rede

enlace

fiacutesica

rede

enlace

fiacutesica

enlace

fiacutesica

switch

datagrama

aplicaccedilatildeo

transporte

rede

enlace

fiacutesica

quadro

quadro

quadro

datagrama

5 Camada de Enlace 5-78

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Redes Locais Endereccedilamento

ARP

Ethernet

Switches

VLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Comcast

68800013

rede do Google

64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola

68802024

paacutegina web

navegador

5 Camada de Enlace 5-81

roteador

(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP DHCP

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

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

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)

DNS

UDP

IP

Eth

Phy

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

Eth

Phy

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)

DNS

UDP

IP

Eth

Phy

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 Comcast

68800013

servidor DNS

DNS

UDP

IP

Eth

Phy

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

HTTP

TCP

IP

Eth

Phy

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 estabelecida 64233169105

servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCP

IP

Eth

Phy

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

HTTP

TCP

IP

Eth

Phy

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

64233169105

servidor web

HTTP

TCP

IP

Eth

Phy

servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTP HTTP

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

Page 64: Capítulo 5: A Camada de Enlace - di.ufpe.brdi.ufpe.br/~suruagy/cursos/redes/cap5-Kurose.pdf · correção de erros 5.3 Protocolos de acesso múltiplo 5.4 Redes Locais Endereçamento,

5 Camada de Enlace 5-64

100Base-TX

httpwwwethermanagecom

5 Camada de Enlace 5-65

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 Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Redes Locais Endereccedilamento

ARP

Ethernet

Switches

VLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Ethernet

examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento

transparente

hospedeiros 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 3

4 5

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 3

4 5

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 autoaprendizagem

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 3

4 5

6

A Arsquo

Origem A Dest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)

A 1 60

5 Camada de Enlace 5-72 5 Camada de Enlace

Switch filtragemrepasse de quadros

Quando 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 destino then

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 3

4 5

6

A Arsquo

Origem A Dest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)

A 1 60

A Arsquo A Arsquo A Arsquo A Arsquo A 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)

A

B

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 D

E

F S2

S4

S3

H

I

G

5 Camada de Enlace 5-75

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores Suponha 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

A

B

S1

C D

E

F S2

S4

S3

H

I

G

1

2

5 Camada de Enlace 5-76

Rede institucional

Para rede externa

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

aplicaccedilatildeo

transporte

rede

enlace

fiacutesica

rede

enlace

fiacutesica

enlace

fiacutesica

switch

datagrama

aplicaccedilatildeo

transporte

rede

enlace

fiacutesica

quadro

quadro

quadro

datagrama

5 Camada de Enlace 5-78

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Redes Locais Endereccedilamento

ARP

Ethernet

Switches

VLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Comcast

68800013

rede do Google

64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola

68802024

paacutegina web

navegador

5 Camada de Enlace 5-81

roteador

(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP DHCP

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

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

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)

DNS

UDP

IP

Eth

Phy

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

Eth

Phy

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)

DNS

UDP

IP

Eth

Phy

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 Comcast

68800013

servidor DNS

DNS

UDP

IP

Eth

Phy

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

HTTP

TCP

IP

Eth

Phy

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 estabelecida 64233169105

servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCP

IP

Eth

Phy

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

HTTP

TCP

IP

Eth

Phy

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

64233169105

servidor web

HTTP

TCP

IP

Eth

Phy

servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTP HTTP

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

Page 65: Capítulo 5: A Camada de Enlace - di.ufpe.brdi.ufpe.br/~suruagy/cursos/redes/cap5-Kurose.pdf · correção de erros 5.3 Protocolos de acesso múltiplo 5.4 Redes Locais Endereçamento,

5 Camada de Enlace 5-65

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 Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Redes Locais Endereccedilamento

ARP

Ethernet

Switches

VLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Ethernet

examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento

transparente

hospedeiros 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 3

4 5

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 3

4 5

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 autoaprendizagem

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 3

4 5

6

A Arsquo

Origem A Dest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)

A 1 60

5 Camada de Enlace 5-72 5 Camada de Enlace

Switch filtragemrepasse de quadros

Quando 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 destino then

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 3

4 5

6

A Arsquo

Origem A Dest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)

A 1 60

A Arsquo A Arsquo A Arsquo A Arsquo A 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)

A

B

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 D

E

F S2

S4

S3

H

I

G

5 Camada de Enlace 5-75

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores Suponha 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

A

B

S1

C D

E

F S2

S4

S3

H

I

G

1

2

5 Camada de Enlace 5-76

Rede institucional

Para rede externa

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

aplicaccedilatildeo

transporte

rede

enlace

fiacutesica

rede

enlace

fiacutesica

enlace

fiacutesica

switch

datagrama

aplicaccedilatildeo

transporte

rede

enlace

fiacutesica

quadro

quadro

quadro

datagrama

5 Camada de Enlace 5-78

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Redes Locais Endereccedilamento

ARP

Ethernet

Switches

VLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Comcast

68800013

rede do Google

64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola

68802024

paacutegina web

navegador

5 Camada de Enlace 5-81

roteador

(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP DHCP

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

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

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)

DNS

UDP

IP

Eth

Phy

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

Eth

Phy

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)

DNS

UDP

IP

Eth

Phy

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 Comcast

68800013

servidor DNS

DNS

UDP

IP

Eth

Phy

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

HTTP

TCP

IP

Eth

Phy

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 estabelecida 64233169105

servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCP

IP

Eth

Phy

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

HTTP

TCP

IP

Eth

Phy

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

64233169105

servidor web

HTTP

TCP

IP

Eth

Phy

servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTP HTTP

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

Page 66: Capítulo 5: A Camada de Enlace - di.ufpe.brdi.ufpe.br/~suruagy/cursos/redes/cap5-Kurose.pdf · correção de erros 5.3 Protocolos de acesso múltiplo 5.4 Redes Locais Endereçamento,

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 Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Redes Locais Endereccedilamento

ARP

Ethernet

Switches

VLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Ethernet

examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento

transparente

hospedeiros 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 3

4 5

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 3

4 5

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 autoaprendizagem

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 3

4 5

6

A Arsquo

Origem A Dest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)

A 1 60

5 Camada de Enlace 5-72 5 Camada de Enlace

Switch filtragemrepasse de quadros

Quando 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 destino then

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 3

4 5

6

A Arsquo

Origem A Dest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)

A 1 60

A Arsquo A Arsquo A Arsquo A Arsquo A 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)

A

B

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 D

E

F S2

S4

S3

H

I

G

5 Camada de Enlace 5-75

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores Suponha 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

A

B

S1

C D

E

F S2

S4

S3

H

I

G

1

2

5 Camada de Enlace 5-76

Rede institucional

Para rede externa

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

aplicaccedilatildeo

transporte

rede

enlace

fiacutesica

rede

enlace

fiacutesica

enlace

fiacutesica

switch

datagrama

aplicaccedilatildeo

transporte

rede

enlace

fiacutesica

quadro

quadro

quadro

datagrama

5 Camada de Enlace 5-78

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Redes Locais Endereccedilamento

ARP

Ethernet

Switches

VLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Comcast

68800013

rede do Google

64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola

68802024

paacutegina web

navegador

5 Camada de Enlace 5-81

roteador

(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP DHCP

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

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

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)

DNS

UDP

IP

Eth

Phy

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

Eth

Phy

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)

DNS

UDP

IP

Eth

Phy

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 Comcast

68800013

servidor DNS

DNS

UDP

IP

Eth

Phy

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

HTTP

TCP

IP

Eth

Phy

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 estabelecida 64233169105

servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCP

IP

Eth

Phy

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

HTTP

TCP

IP

Eth

Phy

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

64233169105

servidor web

HTTP

TCP

IP

Eth

Phy

servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTP HTTP

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

Page 67: Capítulo 5: A Camada de Enlace - di.ufpe.brdi.ufpe.br/~suruagy/cursos/redes/cap5-Kurose.pdf · correção de erros 5.3 Protocolos de acesso múltiplo 5.4 Redes Locais Endereçamento,

5 Camada de Enlace 5-67

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Redes Locais Endereccedilamento

ARP

Ethernet

Switches

VLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Ethernet

examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento

transparente

hospedeiros 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 3

4 5

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 3

4 5

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 autoaprendizagem

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 3

4 5

6

A Arsquo

Origem A Dest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)

A 1 60

5 Camada de Enlace 5-72 5 Camada de Enlace

Switch filtragemrepasse de quadros

Quando 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 destino then

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 3

4 5

6

A Arsquo

Origem A Dest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)

A 1 60

A Arsquo A Arsquo A Arsquo A Arsquo A 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)

A

B

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 D

E

F S2

S4

S3

H

I

G

5 Camada de Enlace 5-75

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores Suponha 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

A

B

S1

C D

E

F S2

S4

S3

H

I

G

1

2

5 Camada de Enlace 5-76

Rede institucional

Para rede externa

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

aplicaccedilatildeo

transporte

rede

enlace

fiacutesica

rede

enlace

fiacutesica

enlace

fiacutesica

switch

datagrama

aplicaccedilatildeo

transporte

rede

enlace

fiacutesica

quadro

quadro

quadro

datagrama

5 Camada de Enlace 5-78

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Redes Locais Endereccedilamento

ARP

Ethernet

Switches

VLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Comcast

68800013

rede do Google

64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola

68802024

paacutegina web

navegador

5 Camada de Enlace 5-81

roteador

(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP DHCP

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

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

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)

DNS

UDP

IP

Eth

Phy

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

Eth

Phy

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)

DNS

UDP

IP

Eth

Phy

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 Comcast

68800013

servidor DNS

DNS

UDP

IP

Eth

Phy

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

HTTP

TCP

IP

Eth

Phy

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 estabelecida 64233169105

servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCP

IP

Eth

Phy

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

HTTP

TCP

IP

Eth

Phy

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

64233169105

servidor web

HTTP

TCP

IP

Eth

Phy

servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTP HTTP

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

Page 68: Capítulo 5: A Camada de Enlace - di.ufpe.brdi.ufpe.br/~suruagy/cursos/redes/cap5-Kurose.pdf · correção de erros 5.3 Protocolos de acesso múltiplo 5.4 Redes Locais Endereçamento,

5 Camada de Enlace 5-68

Comutador (switch) Ethernet

Dispositivo da camada de enlace tecircm papel ativo

armazena e retransmite quadros Ethernet

examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o quadro para um ou mais links de saiacuteda usa o CSMACD para acessar o segmento

transparente

hospedeiros 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 3

4 5

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 3

4 5

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 autoaprendizagem

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 3

4 5

6

A Arsquo

Origem A Dest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)

A 1 60

5 Camada de Enlace 5-72 5 Camada de Enlace

Switch filtragemrepasse de quadros

Quando 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 destino then

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 3

4 5

6

A Arsquo

Origem A Dest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)

A 1 60

A Arsquo A Arsquo A Arsquo A Arsquo A 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)

A

B

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 D

E

F S2

S4

S3

H

I

G

5 Camada de Enlace 5-75

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores Suponha 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

A

B

S1

C D

E

F S2

S4

S3

H

I

G

1

2

5 Camada de Enlace 5-76

Rede institucional

Para rede externa

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

aplicaccedilatildeo

transporte

rede

enlace

fiacutesica

rede

enlace

fiacutesica

enlace

fiacutesica

switch

datagrama

aplicaccedilatildeo

transporte

rede

enlace

fiacutesica

quadro

quadro

quadro

datagrama

5 Camada de Enlace 5-78

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Redes Locais Endereccedilamento

ARP

Ethernet

Switches

VLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Comcast

68800013

rede do Google

64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola

68802024

paacutegina web

navegador

5 Camada de Enlace 5-81

roteador

(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP DHCP

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

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

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)

DNS

UDP

IP

Eth

Phy

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

Eth

Phy

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)

DNS

UDP

IP

Eth

Phy

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 Comcast

68800013

servidor DNS

DNS

UDP

IP

Eth

Phy

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

HTTP

TCP

IP

Eth

Phy

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 estabelecida 64233169105

servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCP

IP

Eth

Phy

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

HTTP

TCP

IP

Eth

Phy

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

64233169105

servidor web

HTTP

TCP

IP

Eth

Phy

servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTP HTTP

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

Page 69: Capítulo 5: A Camada de Enlace - di.ufpe.brdi.ufpe.br/~suruagy/cursos/redes/cap5-Kurose.pdf · correção de erros 5.3 Protocolos de acesso múltiplo 5.4 Redes Locais Endereçamento,

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 3

4 5

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 3

4 5

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 autoaprendizagem

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 3

4 5

6

A Arsquo

Origem A Dest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)

A 1 60

5 Camada de Enlace 5-72 5 Camada de Enlace

Switch filtragemrepasse de quadros

Quando 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 destino then

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 3

4 5

6

A Arsquo

Origem A Dest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)

A 1 60

A Arsquo A Arsquo A Arsquo A Arsquo A 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)

A

B

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 D

E

F S2

S4

S3

H

I

G

5 Camada de Enlace 5-75

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores Suponha 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

A

B

S1

C D

E

F S2

S4

S3

H

I

G

1

2

5 Camada de Enlace 5-76

Rede institucional

Para rede externa

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

aplicaccedilatildeo

transporte

rede

enlace

fiacutesica

rede

enlace

fiacutesica

enlace

fiacutesica

switch

datagrama

aplicaccedilatildeo

transporte

rede

enlace

fiacutesica

quadro

quadro

quadro

datagrama

5 Camada de Enlace 5-78

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Redes Locais Endereccedilamento

ARP

Ethernet

Switches

VLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Comcast

68800013

rede do Google

64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola

68802024

paacutegina web

navegador

5 Camada de Enlace 5-81

roteador

(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP DHCP

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

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

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)

DNS

UDP

IP

Eth

Phy

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

Eth

Phy

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)

DNS

UDP

IP

Eth

Phy

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 Comcast

68800013

servidor DNS

DNS

UDP

IP

Eth

Phy

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

HTTP

TCP

IP

Eth

Phy

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 estabelecida 64233169105

servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCP

IP

Eth

Phy

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

HTTP

TCP

IP

Eth

Phy

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

64233169105

servidor web

HTTP

TCP

IP

Eth

Phy

servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTP HTTP

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

Page 70: Capítulo 5: A Camada de Enlace - di.ufpe.brdi.ufpe.br/~suruagy/cursos/redes/cap5-Kurose.pdf · correção de erros 5.3 Protocolos de acesso múltiplo 5.4 Redes Locais Endereçamento,

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 3

4 5

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 autoaprendizagem

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 3

4 5

6

A Arsquo

Origem A Dest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)

A 1 60

5 Camada de Enlace 5-72 5 Camada de Enlace

Switch filtragemrepasse de quadros

Quando 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 destino then

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 3

4 5

6

A Arsquo

Origem A Dest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)

A 1 60

A Arsquo A Arsquo A Arsquo A Arsquo A 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)

A

B

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 D

E

F S2

S4

S3

H

I

G

5 Camada de Enlace 5-75

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores Suponha 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

A

B

S1

C D

E

F S2

S4

S3

H

I

G

1

2

5 Camada de Enlace 5-76

Rede institucional

Para rede externa

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

aplicaccedilatildeo

transporte

rede

enlace

fiacutesica

rede

enlace

fiacutesica

enlace

fiacutesica

switch

datagrama

aplicaccedilatildeo

transporte

rede

enlace

fiacutesica

quadro

quadro

quadro

datagrama

5 Camada de Enlace 5-78

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Redes Locais Endereccedilamento

ARP

Ethernet

Switches

VLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Comcast

68800013

rede do Google

64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola

68802024

paacutegina web

navegador

5 Camada de Enlace 5-81

roteador

(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP DHCP

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

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

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)

DNS

UDP

IP

Eth

Phy

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

Eth

Phy

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)

DNS

UDP

IP

Eth

Phy

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 Comcast

68800013

servidor DNS

DNS

UDP

IP

Eth

Phy

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

HTTP

TCP

IP

Eth

Phy

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 estabelecida 64233169105

servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCP

IP

Eth

Phy

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

HTTP

TCP

IP

Eth

Phy

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

64233169105

servidor web

HTTP

TCP

IP

Eth

Phy

servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTP HTTP

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

Page 71: Capítulo 5: A Camada de Enlace - di.ufpe.brdi.ufpe.br/~suruagy/cursos/redes/cap5-Kurose.pdf · correção de erros 5.3 Protocolos de acesso múltiplo 5.4 Redes Locais Endereçamento,

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 autoaprendizagem

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 3

4 5

6

A Arsquo

Origem A Dest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)

A 1 60

5 Camada de Enlace 5-72 5 Camada de Enlace

Switch filtragemrepasse de quadros

Quando 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 destino then

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 3

4 5

6

A Arsquo

Origem A Dest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)

A 1 60

A Arsquo A Arsquo A Arsquo A Arsquo A 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)

A

B

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 D

E

F S2

S4

S3

H

I

G

5 Camada de Enlace 5-75

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores Suponha 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

A

B

S1

C D

E

F S2

S4

S3

H

I

G

1

2

5 Camada de Enlace 5-76

Rede institucional

Para rede externa

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

aplicaccedilatildeo

transporte

rede

enlace

fiacutesica

rede

enlace

fiacutesica

enlace

fiacutesica

switch

datagrama

aplicaccedilatildeo

transporte

rede

enlace

fiacutesica

quadro

quadro

quadro

datagrama

5 Camada de Enlace 5-78

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Redes Locais Endereccedilamento

ARP

Ethernet

Switches

VLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Comcast

68800013

rede do Google

64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola

68802024

paacutegina web

navegador

5 Camada de Enlace 5-81

roteador

(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP DHCP

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

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

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)

DNS

UDP

IP

Eth

Phy

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

Eth

Phy

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)

DNS

UDP

IP

Eth

Phy

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 Comcast

68800013

servidor DNS

DNS

UDP

IP

Eth

Phy

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

HTTP

TCP

IP

Eth

Phy

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 estabelecida 64233169105

servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCP

IP

Eth

Phy

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

HTTP

TCP

IP

Eth

Phy

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

64233169105

servidor web

HTTP

TCP

IP

Eth

Phy

servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTP HTTP

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

Page 72: Capítulo 5: A Camada de Enlace - di.ufpe.brdi.ufpe.br/~suruagy/cursos/redes/cap5-Kurose.pdf · correção de erros 5.3 Protocolos de acesso múltiplo 5.4 Redes Locais Endereçamento,

5 Camada de Enlace 5-72 5 Camada de Enlace

Switch filtragemrepasse de quadros

Quando 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 destino then

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 3

4 5

6

A Arsquo

Origem A Dest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)

A 1 60

A Arsquo A Arsquo A Arsquo A Arsquo A 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)

A

B

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 D

E

F S2

S4

S3

H

I

G

5 Camada de Enlace 5-75

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores Suponha 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

A

B

S1

C D

E

F S2

S4

S3

H

I

G

1

2

5 Camada de Enlace 5-76

Rede institucional

Para rede externa

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

aplicaccedilatildeo

transporte

rede

enlace

fiacutesica

rede

enlace

fiacutesica

enlace

fiacutesica

switch

datagrama

aplicaccedilatildeo

transporte

rede

enlace

fiacutesica

quadro

quadro

quadro

datagrama

5 Camada de Enlace 5-78

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Redes Locais Endereccedilamento

ARP

Ethernet

Switches

VLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Comcast

68800013

rede do Google

64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola

68802024

paacutegina web

navegador

5 Camada de Enlace 5-81

roteador

(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP DHCP

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

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

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)

DNS

UDP

IP

Eth

Phy

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

Eth

Phy

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)

DNS

UDP

IP

Eth

Phy

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 Comcast

68800013

servidor DNS

DNS

UDP

IP

Eth

Phy

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

HTTP

TCP

IP

Eth

Phy

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 estabelecida 64233169105

servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCP

IP

Eth

Phy

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

HTTP

TCP

IP

Eth

Phy

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

64233169105

servidor web

HTTP

TCP

IP

Eth

Phy

servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTP HTTP

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

Page 73: Capítulo 5: A Camada de Enlace - di.ufpe.brdi.ufpe.br/~suruagy/cursos/redes/cap5-Kurose.pdf · correção de erros 5.3 Protocolos de acesso múltiplo 5.4 Redes Locais Endereçamento,

5 Camada de Enlace 5-73

Exemplo de auto aprendizagem e repasse

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 3

4 5

6

A Arsquo

Origem A Dest Arsquo

end MAC interface TTL

Tabela de comutaccedilatildeo (inicialmente vazia)

A 1 60

A Arsquo A Arsquo A Arsquo A Arsquo A 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)

A

B

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 D

E

F S2

S4

S3

H

I

G

5 Camada de Enlace 5-75

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores Suponha 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

A

B

S1

C D

E

F S2

S4

S3

H

I

G

1

2

5 Camada de Enlace 5-76

Rede institucional

Para rede externa

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

aplicaccedilatildeo

transporte

rede

enlace

fiacutesica

rede

enlace

fiacutesica

enlace

fiacutesica

switch

datagrama

aplicaccedilatildeo

transporte

rede

enlace

fiacutesica

quadro

quadro

quadro

datagrama

5 Camada de Enlace 5-78

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Redes Locais Endereccedilamento

ARP

Ethernet

Switches

VLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Comcast

68800013

rede do Google

64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola

68802024

paacutegina web

navegador

5 Camada de Enlace 5-81

roteador

(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP DHCP

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

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

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)

DNS

UDP

IP

Eth

Phy

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

Eth

Phy

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)

DNS

UDP

IP

Eth

Phy

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 Comcast

68800013

servidor DNS

DNS

UDP

IP

Eth

Phy

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

HTTP

TCP

IP

Eth

Phy

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 estabelecida 64233169105

servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCP

IP

Eth

Phy

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

HTTP

TCP

IP

Eth

Phy

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

64233169105

servidor web

HTTP

TCP

IP

Eth

Phy

servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTP HTTP

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

Page 74: Capítulo 5: A Camada de Enlace - di.ufpe.brdi.ufpe.br/~suruagy/cursos/redes/cap5-Kurose.pdf · correção de erros 5.3 Protocolos de acesso múltiplo 5.4 Redes Locais Endereçamento,

5 Camada de Enlace 5-74

Interligaccedilatildeo de comutadores

Podemos interligar comutadores (switches)

A

B

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 D

E

F S2

S4

S3

H

I

G

5 Camada de Enlace 5-75

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores Suponha 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

A

B

S1

C D

E

F S2

S4

S3

H

I

G

1

2

5 Camada de Enlace 5-76

Rede institucional

Para rede externa

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

aplicaccedilatildeo

transporte

rede

enlace

fiacutesica

rede

enlace

fiacutesica

enlace

fiacutesica

switch

datagrama

aplicaccedilatildeo

transporte

rede

enlace

fiacutesica

quadro

quadro

quadro

datagrama

5 Camada de Enlace 5-78

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Redes Locais Endereccedilamento

ARP

Ethernet

Switches

VLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Comcast

68800013

rede do Google

64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola

68802024

paacutegina web

navegador

5 Camada de Enlace 5-81

roteador

(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP DHCP

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

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

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)

DNS

UDP

IP

Eth

Phy

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

Eth

Phy

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)

DNS

UDP

IP

Eth

Phy

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 Comcast

68800013

servidor DNS

DNS

UDP

IP

Eth

Phy

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

HTTP

TCP

IP

Eth

Phy

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 estabelecida 64233169105

servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCP

IP

Eth

Phy

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

HTTP

TCP

IP

Eth

Phy

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

64233169105

servidor web

HTTP

TCP

IP

Eth

Phy

servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTP HTTP

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

Page 75: Capítulo 5: A Camada de Enlace - di.ufpe.brdi.ufpe.br/~suruagy/cursos/redes/cap5-Kurose.pdf · correção de erros 5.3 Protocolos de acesso múltiplo 5.4 Redes Locais Endereçamento,

5 Camada de Enlace 5-75

Exemplo de autoaprendizado com muacuteltiplos comutadores Suponha 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

A

B

S1

C D

E

F S2

S4

S3

H

I

G

1

2

5 Camada de Enlace 5-76

Rede institucional

Para rede externa

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

aplicaccedilatildeo

transporte

rede

enlace

fiacutesica

rede

enlace

fiacutesica

enlace

fiacutesica

switch

datagrama

aplicaccedilatildeo

transporte

rede

enlace

fiacutesica

quadro

quadro

quadro

datagrama

5 Camada de Enlace 5-78

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Redes Locais Endereccedilamento

ARP

Ethernet

Switches

VLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Comcast

68800013

rede do Google

64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola

68802024

paacutegina web

navegador

5 Camada de Enlace 5-81

roteador

(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP DHCP

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

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

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)

DNS

UDP

IP

Eth

Phy

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

Eth

Phy

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)

DNS

UDP

IP

Eth

Phy

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 Comcast

68800013

servidor DNS

DNS

UDP

IP

Eth

Phy

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

HTTP

TCP

IP

Eth

Phy

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 estabelecida 64233169105

servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCP

IP

Eth

Phy

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

HTTP

TCP

IP

Eth

Phy

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

64233169105

servidor web

HTTP

TCP

IP

Eth

Phy

servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTP HTTP

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

Page 76: Capítulo 5: A Camada de Enlace - di.ufpe.brdi.ufpe.br/~suruagy/cursos/redes/cap5-Kurose.pdf · correção de erros 5.3 Protocolos de acesso múltiplo 5.4 Redes Locais Endereçamento,

5 Camada de Enlace 5-76

Rede institucional

Para rede externa

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

aplicaccedilatildeo

transporte

rede

enlace

fiacutesica

rede

enlace

fiacutesica

enlace

fiacutesica

switch

datagrama

aplicaccedilatildeo

transporte

rede

enlace

fiacutesica

quadro

quadro

quadro

datagrama

5 Camada de Enlace 5-78

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Redes Locais Endereccedilamento

ARP

Ethernet

Switches

VLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Comcast

68800013

rede do Google

64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola

68802024

paacutegina web

navegador

5 Camada de Enlace 5-81

roteador

(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP DHCP

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

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

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)

DNS

UDP

IP

Eth

Phy

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

Eth

Phy

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)

DNS

UDP

IP

Eth

Phy

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 Comcast

68800013

servidor DNS

DNS

UDP

IP

Eth

Phy

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

HTTP

TCP

IP

Eth

Phy

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 estabelecida 64233169105

servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCP

IP

Eth

Phy

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

HTTP

TCP

IP

Eth

Phy

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

64233169105

servidor web

HTTP

TCP

IP

Eth

Phy

servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTP HTTP

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

Page 77: Capítulo 5: A Camada de Enlace - di.ufpe.brdi.ufpe.br/~suruagy/cursos/redes/cap5-Kurose.pdf · correção de erros 5.3 Protocolos de acesso múltiplo 5.4 Redes Locais Endereçamento,

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

aplicaccedilatildeo

transporte

rede

enlace

fiacutesica

rede

enlace

fiacutesica

enlace

fiacutesica

switch

datagrama

aplicaccedilatildeo

transporte

rede

enlace

fiacutesica

quadro

quadro

quadro

datagrama

5 Camada de Enlace 5-78

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Redes Locais Endereccedilamento

ARP

Ethernet

Switches

VLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Comcast

68800013

rede do Google

64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola

68802024

paacutegina web

navegador

5 Camada de Enlace 5-81

roteador

(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP DHCP

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

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

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)

DNS

UDP

IP

Eth

Phy

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

Eth

Phy

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)

DNS

UDP

IP

Eth

Phy

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 Comcast

68800013

servidor DNS

DNS

UDP

IP

Eth

Phy

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

HTTP

TCP

IP

Eth

Phy

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 estabelecida 64233169105

servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCP

IP

Eth

Phy

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

HTTP

TCP

IP

Eth

Phy

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

64233169105

servidor web

HTTP

TCP

IP

Eth

Phy

servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTP HTTP

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

Page 78: Capítulo 5: A Camada de Enlace - di.ufpe.brdi.ufpe.br/~suruagy/cursos/redes/cap5-Kurose.pdf · correção de erros 5.3 Protocolos de acesso múltiplo 5.4 Redes Locais Endereçamento,

5 Camada de Enlace 5-78

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Redes Locais Endereccedilamento

ARP

Ethernet

Switches

VLANs

55 Virtualizaccedilatildeo do 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 Comcast

68800013

rede do Google

64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola

68802024

paacutegina web

navegador

5 Camada de Enlace 5-81

roteador

(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP DHCP

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

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

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)

DNS

UDP

IP

Eth

Phy

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

Eth

Phy

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)

DNS

UDP

IP

Eth

Phy

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 Comcast

68800013

servidor DNS

DNS

UDP

IP

Eth

Phy

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

HTTP

TCP

IP

Eth

Phy

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 estabelecida 64233169105

servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCP

IP

Eth

Phy

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

HTTP

TCP

IP

Eth

Phy

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

64233169105

servidor web

HTTP

TCP

IP

Eth

Phy

servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTP HTTP

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

Page 79: Capítulo 5: A Camada de Enlace - di.ufpe.brdi.ufpe.br/~suruagy/cursos/redes/cap5-Kurose.pdf · correção de erros 5.3 Protocolos de acesso múltiplo 5.4 Redes Locais Endereçamento,

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 Comcast

68800013

rede do Google

64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola

68802024

paacutegina web

navegador

5 Camada de Enlace 5-81

roteador

(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

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DHCP

DHCP

DHCP

DHCP DHCP

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

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

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)

DNS

UDP

IP

Eth

Phy

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

Eth

Phy

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)

DNS

UDP

IP

Eth

Phy

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 Comcast

68800013

servidor DNS

DNS

UDP

IP

Eth

Phy

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

HTTP

TCP

IP

Eth

Phy

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 estabelecida 64233169105

servidor web

SYN

SYN

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TCP

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Phy

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SYNACK

SYNACK

SYNACK

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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

HTTP

TCP

IP

Eth

Phy

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

64233169105

servidor web

HTTP

TCP

IP

Eth

Phy

servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTP HTTP

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

Page 80: Capítulo 5: A Camada de Enlace - di.ufpe.brdi.ufpe.br/~suruagy/cursos/redes/cap5-Kurose.pdf · correção de erros 5.3 Protocolos de acesso múltiplo 5.4 Redes Locais Endereçamento,

5 Camada de Enlace 5-80

Um dia na vida cenaacuterio

rede da Comcast

68800013

rede do Google

64233160019 64233169105

servidor web

Servidor DNS

rede da escola

68802024

paacutegina web

navegador

5 Camada de Enlace 5-81

roteador

(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP DHCP

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

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

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)

DNS

UDP

IP

Eth

Phy

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

Eth

Phy

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)

DNS

UDP

IP

Eth

Phy

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 Comcast

68800013

servidor DNS

DNS

UDP

IP

Eth

Phy

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

HTTP

TCP

IP

Eth

Phy

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 estabelecida 64233169105

servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCP

IP

Eth

Phy

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

HTTP

TCP

IP

Eth

Phy

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

64233169105

servidor web

HTTP

TCP

IP

Eth

Phy

servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTP HTTP

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

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5 Camada de Enlace 5-81

roteador

(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conectando agrave Internet

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP DHCP

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

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

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)

DNS

UDP

IP

Eth

Phy

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

Eth

Phy

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)

DNS

UDP

IP

Eth

Phy

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 Comcast

68800013

servidor DNS

DNS

UDP

IP

Eth

Phy

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

HTTP

TCP

IP

Eth

Phy

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 estabelecida 64233169105

servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCP

IP

Eth

Phy

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

HTTP

TCP

IP

Eth

Phy

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

64233169105

servidor web

HTTP

TCP

IP

Eth

Phy

servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTP HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

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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

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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

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

UDP

IP

Eth

Fiacutes

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)

DNS

UDP

IP

Eth

Phy

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

Eth

Phy

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)

DNS

UDP

IP

Eth

Phy

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 Comcast

68800013

servidor DNS

DNS

UDP

IP

Eth

Phy

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

HTTP

TCP

IP

Eth

Phy

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 estabelecida 64233169105

servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCP

IP

Eth

Phy

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

HTTP

TCP

IP

Eth

Phy

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

64233169105

servidor web

HTTP

TCP

IP

Eth

Phy

servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTP HTTP

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

Page 83: Capítulo 5: A Camada de Enlace - di.ufpe.brdi.ufpe.br/~suruagy/cursos/redes/cap5-Kurose.pdf · correção de erros 5.3 Protocolos de acesso múltiplo 5.4 Redes Locais Endereçamento,

5 Camada de Enlace 5-83

roteador

(roda DHCP)

Um dia na vidahellip ARP (antes do DNS antes do HTTP)

DNS

UDP

IP

Eth

Phy

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

Eth

Phy

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)

DNS

UDP

IP

Eth

Phy

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 Comcast

68800013

servidor DNS

DNS

UDP

IP

Eth

Phy

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

HTTP

TCP

IP

Eth

Phy

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 estabelecida 64233169105

servidor web

SYN

SYN

SYN

SYN

TCP

IP

Eth

Phy

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

HTTP

TCP

IP

Eth

Phy

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

64233169105

servidor web

HTTP

TCP

IP

Eth

Phy

servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTP HTTP

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

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5 Camada de Enlace 5-84

roteador

(roda DHCP)

DNS

UDP

IP

Eth

Phy

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 Comcast

68800013

servidor DNS

DNS

UDP

IP

Eth

Phy

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

HTTP

TCP

IP

Eth

Phy

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 estabelecida 64233169105

servidor web

SYN

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IP

Eth

Phy

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

HTTP

TCP

IP

Eth

Phy

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

64233169105

servidor web

HTTP

TCP

IP

Eth

Phy

servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTP HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

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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

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5 Camada de Enlace 5-85

roteador

(roda DHCP)

Um dia na vidahellip conexatildeo TCP transportando HTTP

HTTP

TCP

IP

Eth

Phy

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 estabelecida 64233169105

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SYN

SYN

SYN

SYN

TCP

IP

Eth

Phy

SYN

SYN

SYN

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

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5 Camada de Enlace 5-86

roteador

(roda DHCP)

Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP

HTTP

TCP

IP

Eth

Phy

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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

64233169105

servidor web

HTTP

TCP

IP

Eth

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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

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roteador

(roda DHCP)

Um dia na vidahellip solicitaccedilatildeoresposta HTTP

HTTP

TCP

IP

Eth

Phy

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

64233169105

servidor web

HTTP

TCP

IP

Eth

Phy

servidor web responde com resposta HTTP (contendo a paacutegina web)

HTTP

HTTP

HTTP HTTP

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

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5 Camada de Enlace 5-87

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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