Capítulo 5 Redes de computadores e a Internet A camada de enlace e redes locais

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  • Captulo 5 Redes de computadores e a Internet A camada de enlace e redes locais
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  • 5 2005 by Pearson Education 5 - 2 A camada de enlace 5.1 Introduo e servios 5.2 Deteco e correo de erros 5.3 Protocolos de mltiplo acesso 5.4 Endereamento da camada de enlace 5.5 Ethernet 5.6 Hubs e switches 5.7 PPP 5.8 Virtualizao de enlace: ATM e MPLS
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  • 5 2005 by Pearson Education 5 - 3 Algumas terminologias: Hospedeiros e roteadores so ns Canais de comunicao que conectam ns adjacentes ao longo do caminho de comunicao so enlaces Enlaces com fio Enlaces sem fio LANs Pacote de camada-2 um quadro, encapsula o datagrama Camada de enlace: introduo camada de enlace tem a responsabilidade de transferir um datagrama de um n para o n adjacente sobre um enlace.
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  • 5 2005 by Pearson Education 5 - 4 Datagrama transferido por protocolos de enlace diferentes sobre enlaces diferentes: ex.: Ethernet no primeiro enlace, quadro relay nos enlaces intermedirios, 802.11 no ltimo enlace. Cada protocolo de enlace prov servios diferentes ex.: pode ou no prover transferncia confivel sobre o enlace Analogia do transporte Viagem de Princeton at Lausanne Carro: Princeton at JFK Avio: JFK at Geneva Trem: Geneva at Lausanne Turista = datagrama Segmento de transporte = enlace de comunicao Modo de transporte = protocolo da camada de enlace Agente de viagem = algoritmo de roteamento A camada de enlace: contexto
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  • 5 2005 by Pearson Education 5 - 5 Enquadramento, acesso ao enlace: Encapsula datagramas em quadros acrescentando cabealhos e trailer Implementa acesso ao canal se o meio compartilhado endereos fsicos usados nos cabealhos dos quadros para Identificar a fonte e o destino dos quadros Diferente do endereo IP ! Entrega confivel entre dois equipamentos fisicamente conectados: J aprendemos como isso deve ser feito (captulo 3)! Raramente usado em enlaces com baixa taxa de erro (fibra, alguns tipos de par de fios tranados de cobre) Enlaces sem fio (wireless): altas taxas de erro Q: por que prover confiabilidade fim-a-fim e na camada de enlace? Servios da camada de enlace
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  • 5 2005 by Pearson Education 5 - 6 Controle de fluxo: Limitao da transmisso entre transmissor e receptor Deteco de erros: Erros causados pela atenuao do sinal e por rudos O receptor detecta a presena de erros: Avisa o transmissor para reenviar o quadro perdido Correo de erros: O receptor identifica e corrige o bit com erro(s) sem recorrer retransmisso Half-duplex efull-duplex Com half-duplex, os ns em ambas as extremidades do enlace podem transmitir, mas no ao mesmo tempo Servios da camada de enlace
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  • 5 2005 by Pearson Education 5 - 7 Camada de rede implementada no adaptador (isto , NIC) Carto Ethernet, carto PCMCI, carto 802.11 Lado transmissor: Encapsula o datagrama em um quadro Adiciona bits de verificao de erro, rdt, controle de fluxo etc. Lado receptor Procura erros, rdt, controle de fluxo etc Extrai o datagrama, passa para o lado receptor Adaptador semi-autnomo Camadas de enlace e fsica Comunicao de adaptadores
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  • 5 2005 by Pearson Education 5 - 8 A camada de enlace 5.1 Introduo e servios 5.2 Deteco e correo de erros 5.3 Protocolos de mltiplo acesso 5.4 Endereamento da camada de enlace 5.5 Ethernet 5.6 Hubs e switches 5.7 PPP 5.8 Virtualizao de enlace: ATM e MPLS
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  • 5 2005 by Pearson Education 5 - 9 EDC= Bits de deteco e correo de erros (redundncia) D = Dados protegidos pela verificao de erros; pode incluir os campos de cabealho A deteco de erros no 100% confivel! Protocolos podem deixar passar alguns erros, mas raro Quanto maior o campo EDC, melhor a capacidade de deteco e correo de erros Deteco de erros
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  • 5 2005 by Pearson Education 5 - 10 Paridade com bit nico: Detecta erro de um nico bit Verificao de paridade
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  • 5 2005 by Pearson Education 5 - 11 Objetivo: detectar erros (ex.: bits trocados) num segmento transmitido (nota: usado apenas na camada de transporte) Transmissor: Trata o contedo de segmentos como seqncias de nmeros inteiros de 16 bits Checksum: adio (soma em complemento de um) do contedo do segmento Transmissor coloca o valor do checksum no campo checksum do UDP Receptor: Computa o checksum do segmento recebido Verifica se o checksum calculado igual ao valor do campo checksum: NO - erro detectado SIM - no detectou erro. Mas talvez haja erros apesar disso? Mas depois. Checksum da Internet
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  • 5 2005 by Pearson Education 5 - 12 Encara os bits de dados, D, como um nmero binrio Escolhe um padro gerador de r + 1 bit, G Objetivo: escolhe r CRC bits, R, tal que divisvel de forma exata por G (mdulo 2) Receptor conhece G, divide por G. Se o resto diferente de zero, erro detectado! Pode detectar todos os erros em seqncia (burst errors) com comprimento menor que r + 1 bit Largamente usado na prtica (ATM, HDCL) Verificao de redundncia cclica
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  • 5 2005 by Pearson Education 5 - 13 desejado: D. 2r XOR R = nG equivalente a: D. 2r = nG XOR R equivalente a: se ns dividimos D. 2r por G, buscamos resto R R = resto[ ] D. 2r G Exemplo de CRC
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  • 5 2005 by Pearson Education 5 - 14 A camada de enlace 5.1 Introduo e servios 5.2 Deteco e correo de erros 5.3 Protocolos de mltiplo acesso 5.4 Endereamento da camada de enlace 5.5 Ethernet 5.6 Hubs e switches 5.7 PPP 5.8 Virtualizao de enlace: ATM e MPLS
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  • 5 2005 by Pearson Education 5 - 15 Trs tipos de enlaces: Ponto-a-ponto (fio nico, ex.: PPP, SLIP) Broadcast (fio ou meio compartilhado); Ethernet tradicional Upstream HFC 802.11 LAN sem fio Enlaces de acesso mltiplo e protocolos
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  • 5 2005 by Pearson Education 5 - 16 Canal de comunicao nico e compartilhado Duas ou mais transmisses simultneas pelos ns: interferncia Coliso se um n receber dois ou mais sinais ao mesmo tempo Protocolo de mltiplo acesso: Algoritmo distribudo que determina como as estaes compartilham o canal, isto , determinam quando cada estao pode transmitir Comunicao sobre o compartilhamento do canal deve utilizar o prpro canal! Nenhum canal fora-de-banda para coordenao Protocolos de acesso mltiplo
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  • 5 2005 by Pearson Education 5 - 17 Canal de broadcast de taxa R bps 1. Quando um n quer transmitir, ele pode enviar a uma taxa R. 2. Quando M ns querem transmitir, cada um envia a uma taxa mdia R/M 3. Totalmente descentralizada: Nenhum n especial para coordenar transmisses Nenhuma sincronizao de relgios e compartimentos 4. Simples Protocolo ideal de mltiplo acesso
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  • 5 2005 by Pearson Education 5 - 18 Trs grandes classes: Particionamento de canal Divide o canal em pedaos menores (compartimentos de tempo, freqncia) Aloca um pedao para uso exclusivo de cada n Acesso aleatrio Canal no dividido, permite colises recuperao das colises Passagem de permisso Ns transmitem nos seus turnos, mas com mais volume para enviar podem usar turnos mais longos Protocolos MAC: uma taxonomia
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  • 5 2005 by Pearson Education 5 - 21 Quando o n tem um pacote a enviar: Transmite com toda a taxa do canal R. No h uma regra de coordenao a priori entre os ns Dois ou mais ns transmitindo -> coliso, Protocolo MAC de acesso aleatrio especifica: Como detectar colises Como as estaes se recuperam das colises (ex., via retransmisses atrasadas) Exemplos de protocolos MAC de acesso aleatrio: slotted ALOHA ALOHA CSMA e CSMA/CD Protocolos de acesso aleatrio
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  • 5 2005 by Pearson Education 5 - 22 Suposies Todos os quadros de mesmo tamanho Tempo dividido em slots de mesmo tamanho, tempo para transmitir 1 quadro Ns comeam a transmitir quadros apenas no incio dos slots Ns so sincronizados Se 2 ou mais ns transmitem no slot, todos os ns detectam a coliso Operao Quando um n obtm um novo quadro, ele transmite no prximo slot Sem coliso, o n pode enviar o novo quadro no prximo slot Se h coliso, o n retransmite o quadro em cada slot subseqente com prob. p at o successo Slotted ALOHA
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  • 5 2005 by Pearson Education 5 - 23 Prs Um nico n ativo pode transmitir continuamente com a taxa completa de canal Altamente descentralizada: somente slots em ns precisam ser sincronizados Simples Contras Colises, desperdcio de slots Slots ociosos Ns podem detectar coliso em menos tempo do que o tempo para transmitir o pacote Sincronizao de clock Slotted ALOHA Legenda C = Intervalo de coliso E = Intervalo vazio S = Intervalo bem-sucedido
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  • 5 2005 by Pearson Education 5 - 24 Eficincia a frao de slots bem-sucedidos quando h muitos ns, cada um com muitos quadros para enviar Suponha N ns com muitos quadros para enviar, cada um transmite no slot com probabilidade p Prob. de o n 1 obter successo num slot = p(1-p) N-1 Prob. de qualquer n obter um successo = Np(1-p) N-1 Para mxima eficincia com N ns, encontre p* que maximiza Np(1-p) N-1 Para muitos ns, o limite de Np*(1-p*) N-1,com N indo ao infinito, resulta 1/e =.37 No mximo: uso do canal para envio de dados teis: 37% do tempo! Eficincia do slotted Aloha
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  • 5 2005 by Pearson Education 5 - 25 Unslotted Aloha: operao mais simples, no h sincronizao Pacote necessita transmisso: Enviar sem esperar pelo incio de um compartimento A probabilidade de coliso aumenta: Pacote enviado em t 0 colide com outros pacotes enviados em [t 0 -1, t 0 +1] Aloha puro (unslotted)