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

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

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Page 1: Capítulo 5 Redes de computadores e a Internet A camada de enlace e redes locais

Capiacutetulo5

Redes de computadores e a InternetRedes de computadores e a Internet

A camada de enlace e redes locais

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A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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Algumas terminologias Hospedeiros e roteadores

satildeo noacutes Canais de comunicaccedilatildeo que

conectam noacutes adjacentes ao longo do caminho de comunicaccedilatildeo satildeo enlaces Enlaces com fio Enlaces sem fio LANs

Pacote de camada-2 eacute um quadro encapsula o datagrama

Camada de enlace introduccedilatildeo

camada de enlace tem a responsabilidade de transferir um datagrama de um noacute para o noacute adjacente sobre um enlace

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Datagrama transferido por protocolos de enlace diferentes sobre enlaces diferentes ex Ethernet no primeiro enlace quadro relay nos enlaces intermediaacuterios 80211 no uacuteltimo enlace

Cada protocolo de enlace provecirc serviccedilos diferentes ex pode ou natildeo prover transferecircncia confiaacutevel sobre o enlace

Analogia do transporte Viagem de Princeton ateacute Lausanne

Carro Princeton ateacute JFK Aviatildeo JFK ateacute Geneva Trem Geneva ateacute Lausanne

Turista = datagrama Segmento de transporte = enlace de comunicaccedilatildeo Modo de transporte = protocolo da camada de enlace Agente de viagem = algoritmo de roteamento

A camada de enlace contexto

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Enquadramento acesso ao enlace Encapsula datagramas em quadros acrescentando cabeccedilalhos e trailer Implementa acesso ao canal se o meio eacute compartilhado lsquoendereccedilos fiacutesicosrsquo usados nos cabeccedilalhos dos quadros para Identificar a fonte e o destino dos quadros Diferente do endereccedilo IP

Entrega confiaacutevel entre dois equipamentos fisicamente conectados Jaacute aprendemos como isso deve ser feito (capiacutetulo 3) Raramente usado em enlaces com baixa taxa de erro (fibra alguns tipos de par de fios tranccedilados de cobre) Enlaces sem fio (wireless) altas taxas de erro Q por que prover confiabilidade fim-a-fim e na camada de enlace

Serviccedilos da camada de enlace

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Controle de fluxo Limitaccedilatildeo da transmissatildeo entre transmissor e receptor

Detecccedilatildeo de erros Erros causados pela atenuaccedilatildeo do sinal e por ruiacutedos O receptor detecta a presenccedila de erros Avisa o transmissor para reenviar o quadro perdido

Correccedilatildeo de erros O receptor identifica e corrige o bit com erro(s) sem recorrer agrave

retransmissatildeo

Half-duplex efull-duplex Com half-duplex os noacutes em ambas as extremidades do enlace podem transmitir mas natildeo ao mesmo tempo

Serviccedilos da camada de enlace

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Camada de rede implementada no ldquoadaptadorrdquo (isto eacute NIC) Cartatildeo Ethernet cartatildeo PCMCI cartatildeo 80211

Lado transmissor Encapsula o datagrama em um quadro Adiciona bits de verificaccedilatildeo 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 eacute semi-autocircnomo Camadas de enlace e fiacutesica

Comunicaccedilatildeo de adaptadores

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A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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EDC= Bits de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros (redundacircncia)D = Dados protegidos pela verificaccedilatildeo de erros pode incluir os campos de cabeccedilalho A detecccedilatildeo de erros natildeo eacute 100 confiaacutevel

Protocolos podem deixar passar alguns erros mas eacute raro Quanto maior o campo EDC melhor eacute a capacidade de detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros

Detecccedilatildeo de erros

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Paridade com bit uacutenicoDetecta erro de um uacutenico bit

Verificaccedilatildeo de paridade

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Objetivo detectar ldquoerrosrdquo (ex bits trocados) num segmento transmitido (nota usado apenas na camada de transporte)

Transmissor Trata o conteuacutedo de segmentos como sequumlecircncias de nuacutemeros inteiros de 16 bits Checksum adiccedilatildeo (soma em complemento de um) do conteuacutedo 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 eacute igual ao valor do campo checksum

NAtildeO - erro detectado SIM - natildeo detectou erro Mas talvez haja erros apesar disso Mas depoishellip

Checksum da Internet

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Encara os bits de dados D como um nuacutemero binaacuterio Escolhe um padratildeo gerador de r + 1 bit G Objetivo escolhe r CRC bits R tal que

ltDRgt eacute divisiacutevel de forma exata por G (moacutedulo 2) Receptor conhece G divide ltDRgt por G Se o resto eacute diferente

de zero erro detectado Pode detectar todos os erros em sequumlecircncia (burst errors) com

comprimento menor que r + 1 bit Largamente usado na praacutetica (ATM HDCL)

Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica

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desejadoD2r XOR R = nG

equivalente aD2r = nG XOR R

equivalente a se noacutes dividimos D2r por

G buscamos resto R

R = resto[ ]D2rG

Exemplo de CRC

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A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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Trecircs tipos de enlaces Ponto-a-ponto (fio uacutenico ex PPP SLIP) Broadcast (fio ou meio compartilhado)

Ethernet tradicional Upstream HFC 80211 LAN sem fio

Enlaces de acesso muacuteltiplo e protocolos

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Canal de comunicaccedilatildeo uacutenico e compartilhado Duas ou mais transmissotildees simultacircneas pelos noacutes interferecircncia

Colisatildeo se um noacute receber dois ou mais sinais ao mesmo tempo

Protocolo de muacuteltiplo acesso Algoritmo distribuiacutedo que determina como as estaccedilotildees compartilham o canal isto eacute determinam quando cada estaccedilatildeo pode transmitir

Comunicaccedilatildeo sobre o compartilhamento do canal deve utilizar o proacutepro canal

Nenhum canal fora-de-banda para coordenaccedilatildeo

Protocolos de acesso muacuteltiplo

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Canal de broadcast de taxa R bps1 Quando um noacute quer transmitir ele pode enviar a uma taxa R2 Quando M noacutes querem transmitir cada um envia a uma taxa

meacutedia RM3 Totalmente descentralizada

Nenhum noacute especial para coordenar transmissotildees Nenhuma sincronizaccedilatildeo de reloacutegios e compartimentos

4 Simples

Protocolo ideal de muacuteltiplo acesso

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Trecircs grandes classes Particionamento de canal

Divide o canal em pedaccedilos menores (compartimentos de tempo frequumlecircncia)

Aloca um pedaccedilo para uso exclusivo de cada noacute

Acesso aleatoacuterio Canal natildeo dividido permite colisotildees ldquorecuperaccedilatildeordquo das colisotildees

Passagem de permissatildeo Noacutes transmitem nos seus turnos mas com mais volume para enviar

podem usar turnos mais longos

Protocolos MAC uma taxonomia

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TDMA acesso muacuteltiplo por divisatildeo temporal Acesso ao canal eacute feito por rdquoturnos Cada estaccedilatildeo controla um compartimento (ldquoslotrdquo) de tamanho

fixo (tamanho = tempo de transmissatildeo de pacote) em cada turno Compartimentos natildeo usados satildeo desperdiccedilados Exemplo rede local com 6 estaccedilotildees 1 3 4 tecircm pacotes

compartimentos 2 5 6 ficam vazios

Protocolos MAC com particionamento de canal TDMA

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FDMA acesso muacuteltiplo por divisatildeo de frequumlecircncia Oespectro do canal eacute dividido em bandas de frequumlecircncia Cada estaccedilatildeo recebe uma banda de frequumlecircncia Tempo de transmissatildeo natildeo usado nas bandas de frequumlecircncia eacute desperdiccedilado Exemplo rede local com 6 estaccedilotildees 1 3 4 tecircm pacotes as bandas de

frequumlecircncia 2 5 6 ficam vazias bandas

de f

requumlecircnci

a tempo

Protocolos MAC com particionamento de canal FDMA

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Quando o noacute tem um pacote a enviar Transmite com toda a taxa do canal R Natildeo haacute uma regra de coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes

Dois ou mais noacutes transmitindo -gt ldquocolisatildeordquo

Protocolo MAC de acesso aleatoacuterio especifica Como detectar colisotildees Como as estaccedilotildees se recuperam das colisotildees (ex via retransmissotildees

atrasadas) Exemplos de protocolos MAC de acesso aleatoacuterio

slotted ALOHA ALOHA CSMA e CSMACD

Protocolos de acesso aleatoacuterio

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Suposiccedilotildees Todos os quadros de mesmo tamanho Tempo dividido em slots de mesmo tamanho tempo para

transmitir 1 quadro Noacutes comeccedilam a transmitir quadros apenas no iniacutecio dos slots Noacutes satildeo sincronizados Se 2 ou mais noacutes transmitem no slot todos os noacutes detectam a

colisatildeo

Operaccedilatildeo Quando um noacute obteacutem um novo quadro ele transmite no proacuteximo

slot Sem colisatildeo o noacute pode enviar o novo quadro no proacuteximo slot Se haacute colisatildeo o noacute retransmite o quadro em cada slot

subsequumlente com prob p ateacute o successo

Slotted ALOHA

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Proacutes Um uacutenico noacute ativo pode transmitir continuamente com a taxa completa

de canal Altamente descentralizada somente slots em noacutes precisam ser

sincronizados Simples

Contras Colisotildees desperdiacutecio de slots Slots ociosos Noacutes podem detectar colisatildeo em menos tempo do que o tempo para

transmitir o pacote Sincronizaccedilatildeo de clock

Slotted ALOHA

LegendaC = Intervalo de colisatildeoE = Intervalo vazioS = Intervalo bem-sucedido

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Eficiecircncia eacute a fraccedilatildeo de slots bem-sucedidos quando haacute muitos noacutes cada um com muitos quadros para enviar

Suponha N noacutes com muitos quadros para enviar cada um transmite no slot com probabilidade p

Prob de o noacute 1 obter successo num slot = p(1-p)N-1

Prob de qualquer noacute obter um successo = Np(1-p)N-1

Para maacutexima eficiecircncia com N noacutes encontre p que maximiza Np(1-p)N-1

Para muitos noacutes o limite de Np(1-p)N-1 com N indo ao infinito resulta 1e = 37

No maacuteximo uso do canal para envio de dados uacuteteis 37 do tempo

Eficiecircncia do slotted Aloha

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Unslotted Aloha operaccedilatildeo mais simples natildeo haacute sincronizaccedilatildeo

Pacote necessita transmissatildeo Enviar sem esperar pelo iniacutecio de um compartimento

A probabilidade de colisatildeo aumentaPacote enviado em t0 colide com outros pacotes enviados em [t0-1 t0+1]

Aloha puro (unslotted)

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P(successo de um dado noacute) = P(noacute transmitir)

P(nenhum outro noacute transmitir em [p0-1p0]

P(nenhum outro noacute transmitir em [p0-1p0]

= p (1-p)N-1 (1-p)N-1

= p (1-p)2(N-1)

hellip escolhendo p oacutetimo e entatildeo deixando n -gt infinito

= 1(2e) = 18

Ainda pior

Eficiecircncia do Aloha puro

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CSMA escuta antes de transmitir Se o canal parece vazio transmite o pacote Se o canal estaacute ocupado adia a transmissatildeo Analogia humana natildeo interrompa os outros

CSMA Carrier Sense Multiple Access

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Colisotildees podem ocorrero atraso de propagaccedilatildeo implica que dois noacutes podem natildeo ouvir as transmissotildees do outro

Colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo do pacote eacute desperdiccedilado

Notepapel da distacircncia e do atraso de propagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo

arranjo espacial dos noacutes na rede

Colisotildees no CSMA

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CSMACD detecccedilatildeo de portadora deferecircncia como no CSMA Colisotildees detectadas num tempo mais curto Transmissotildees com colisotildees satildeo interrompidas reduzindo o desperdiacutecio do canal Detecccedilatildeo de colisatildeo Faacutecil em LANs cabeadas mediccedilatildeo da intensidade do sinal comparaccedilatildeo dos sinais transmitidos e recebidos Difiacutecil em LANs sem fio receptor desligado enquanto transmitindo Analogia humana o ldquobom de papordquo educado

CSMACD (detecccedilatildeo de colisatildeo)

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CSMACD detecccedilatildeo de colisatildeo

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Protocolos MAC com particionamento de canais Compartilham o canal eficientemente quando a carga eacute alta e bem distribuiacuteda Ineficiente nas cargas baixas atraso no acesso ao canal A estaccedilatildeo consegue uma banda de 1N da capacidade do canal mesmo que haja apenas 1 noacute ativo

Protocolos MAC de acesso aleatoacuterio Eficiente nas cargas baixas um uacutenico noacute pode usar todo o canal Cargas altas excesso de colisotildees

Protocolos de passagem de permissatildeoBuscam o melhor dos dois mundos

Protocolos MAC com passagem de permissatildeo

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Polling Noacute mestre ldquoconvidardquo os escravos a transmitirem um de cada vez Problemas

Polling overhead Latecircncia Ponto uacutenico de falha (mestre)

Token passing Controla um token passado de um noacute a outro sequumlencialmente Mensagem token Problemas

Token overhead Latecircncia Ponto uacutenico de falha (token)

Protocolos MAC com passagem de permissatildeo

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Como se faz com um canal compartilhado Particionamento de canal no tempo por frequumlecircncia ou por coacutedigo

Divisatildeo temporal divisatildeo por coacutedigo divisatildeo por frequumlecircncia Particionamento aleatoacuterio (dinacircmico)

ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACD Detecccedilatildeo de portadora faacutecil em alguns meios fiacutesicos (cabos) e

difiacutecil em outros (wireless) CSMACD usado na rede Ethernet CSMACA usado em 80211

Passagem de permissatildeo Polling a partir de um site central passagem de token

Sumaacuterio dos protocolos MAC

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Camada de enlace ateacute agora Serviccedilos detecccedilatildeo de erroscorreccedilatildeo acesso muacuteltiplo

A seguir tecnologias de redes locais (LAN) Endereccedilamento Ethernet hubs pontes switches PPP

Tecnologias de LAN

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A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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Endereccedilos IP de 32-bit Endereccedilos da camada de rede Usados para levar o datagrama ateacute a rede de destino (lembre-se

da definiccedilatildeo de rede IP)

Endereccedilo de LAN (ou MAC ou fiacutesico) Usado para levar o datagrama de uma interface fiacutesica a outra

fisicamente conectada com a primeira (isto eacute na mesma rede) Endereccedilos MAC com 48 bits (na maioria das LANs)

gravados na memoacuteria fixa (ROM) do adaptador de rede

Endereccedilos de LAN e ARP

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A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEE O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (para

assegurar a unicidade)

Analogia (a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG (b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal

Endereccedilamento MAC eacute ldquoflatrdquo =gt portabilidade Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra sem

reconfiguraccedilatildeo de endereccedilo MAC

Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevel Depende da rede na qual se estaacute ligado

Endereccedilos de LAN (mais)

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Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de Bdado o endereccedilo IP de B Cada noacute IP (hospedeiro roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabela ARP Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt

lt IP address MAC address TTLgt TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamento de

endereccedilos seraacute esquecido (tipicamente 20 min)

ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de resoluccedilatildeo de endereccedilos)

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A que enviar um datagrama para B e o endereccedilo MAS de B natildeo estaacute na tabela ARP de A

A faz broadcast de pacote de consulta ARB contendo o endereccedilo IP de B end MAC de destino = FF-FF-FF-FF-FF-FF todas as maacutequinas na LAN recebem a consulta ARP

B recebe o pacote ARP responde para A com seu endereccedilo MAC (de B) Quadro enviado para o end MAC de A (unicast)

A faz um cache (salva) o par de endereccedilos IP para MAC em sua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo se torne antiga (expirada) soft state informaccedilatildeo que expira (eacute descartada) sem atualizaccedilatildeo

ARP eacute ldquoplug-and-playrdquo Noacutes criam suas tabelas ARP sem intervenccedilatildeo do administrador da rede

Protocolo ARP Mesma LAN (network)

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objetivo envia datagrama de A para B via R supotildee que A conhece o endereccedilo IP de B

bull Duas tabelas ARP no roteador R um para cada rede IP (LAN)

Roteamento para outra LAN

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A cria o pacote IP com origem A destino B A usa ARP para obter o endereccedilo de camada fiacutesica de R correspondente ao

endereccedilo IP 111111111110 A cria um quadro Ethernet com o endereccedilo fiacutesico de R como destino o

quadro Ethernet conteacutem o datagrama IP de A para B A camada de enlace de A envia o quadroEthernet A camada de enlace de R recebe o quadro Ethernet R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verifica que ele se destina a

B R usa ARP para obter o endereccedilo fiacutesico de B R cria quadro contendo um datagrama de A para B e envia para B

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A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo Barato R$20 por 100Mbps Primeira tecnologia de LAN largamente usada Mais simples e mais barata que LANs com token e ATM Velocidade crescente 10Mbps ndash 10Gbps

esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf

Ethernet

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Topologia de bus popular em meados dos anos 90 Agora a topologia em estrela prevalece Opccedilotildees de conexatildeo hub ou switch (mais adiante)

Topologia em estrela

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Adaptador do transmissor encapsula o datagrama IP (ou outro pacote de protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet

Preacircmbulo bull 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte com padratildeo 10101011bull usado para sincronizar as taxas de reloacutegio do transmissor e do receptor

Estrutura do quadro Ethernet

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Endereccedilos 6 bytes Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de destino coincidente ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa o dado no quadro para o protocolo da camada de rede

Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP mas outros podem ser suportados tais como Novell IPX e AppleTalk)

CRC verificado no receptor se um erro eacute detectado o quadro eacute simplesmente descartado

Estrutura do quadro Ethernet

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Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o receptor

Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou nacks para o adaptador transmissor O fluxo de datagramas que passa para a camada de rede pode deixar

lacunas Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCP Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas

Serviccedilo natildeo confiaacutevel sem conexatildeo

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Sem slots Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador

transmitindo isto eacute carrier sense O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador

transmitindo isto eacute collision detection Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo

aleatoacuterio isto eacute random access

Ethernet usa CSMACD

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1 Adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmitir o

quadro Se ele detecta o canal ocupado espera ateacute ele ficar livre e entatildeo transmite

3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo sua missatildeo com esse quadro estaacute cumprida

4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta e envia um jam signal

5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a m-eacutesima colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2m-1 O adaptador espera K512 tempos de bit e retorna ao passo 2

Algoritmo CSMACD da Ethernet

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Jam signal garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo 48 bitsBit time 1 microseg para Ethernet de 10 Mbpspara K=1023 o tempo de espera eacute cerca de 50 mseg

Veja o applet Java no Web site da AWL altamemte recomendadoExponential backoff Objetivo adaptar tentativas de retransmissatildeo para carga atual da rede

Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longa Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacute

K x 512 tempos de transmissatildeo de bit Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3hellip Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023

Ethernet CSMACD

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Tprop = propagaccedilatildeo maacutexima entre 2 noacutes na LAN

ttrans = tempo para transmitir um quadro de tamanho maacuteximo

Eficiecircncia tende a 1 quando tprop tende a 0

Tende a 1 quando ttrans tende ao infinito Muito melhor do que o ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato

transprop tt 51

1eficiecircncia

Eficiecircncia do CSMACD

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Taxa de 10100 Mbps chamado mais tarde de ldquofast ethernetrdquo T significa ldquoTwisted Pairrdquo (par de fios tranccedilados de cobre) Noacutes se conectam a um hub ldquotopologia em estrelardquo 100 m eacute a distacircncia

maacutexima entre os noacutes e o hub

10BaseT e 100BaseT

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Hubs satildeo essencialmente repetidores de camada fiacutesica Bits que chegam de um enlace se propagam para todos os outros enlaces Com a mesma taxa Natildeo possuem armazenagem de quadros Natildeo haacute CSMACD no hub adaptadores detectam colisotildees Provecirc funcionalidade de gerenciamento de rede

Hubs

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Usada em 10BaseT Cada bit possui uma transiccedilatildeo Permite que os reloacutegios nos noacutes de transmissatildeo e de recepccedilatildeo possam

sincronizar um com o outro Natildeo eacute necessaacuterio reloacutegio global centralizado entre os noacutes

Ei isso eacute coisa de camada fiacutesica

Codificaccedilatildeo Manchester

Codificaccedilatildeo Manchester

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Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeo Permite enlaces ponto-a-ponto e canais de muacuteltiplo acesso

compartilhados No modo compartilhado o CSMACD eacute usado exige pequenas

distacircncias entre os noacutes para ser eficiente Usa hubs chamados aqui de Distribuidores com Armazenagem

ldquoBuffered Distributorsrdquo Full-Duplex a 1 Gbps para enlaces ponto-a-ponto 10 Gbps agora

Gigabit Ethernet

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A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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Hub de backbone interconecta segmentos de LAN Estende a distacircncia maacutexima entre os noacutes Mas domiacutenios de colisatildeo individuais tornam-se um uacutenico e grande

domiacutenio de colisatildeo Natildeo pode interconectar 10BaseT e 100BaseT

Interconexatildeo com hubs

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Dispositivo de camada de enlace Armazena e encaminha quadros Ethernet Examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o

quadro baseado no endereccedilo MAC de destino Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento

usa CSMACD para acessar o segmento Transparente

Hospedeiros satildeo inconscientes da presenccedila dos switches Plug-and-play self-learning (auto-aprendizado)

Switches natildeo precisam ser configurados

Switch

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Como determinar para qual segmento da LAN encaminhar o quadro Parece um problema de roteamento

Encaminhamento

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Um switch possui uma tabela de switch Entrada na tabela do switch

(endereccedilo MAC interface marca de tempo) Entradas expiradas na tabela satildeo decartadas (TTL pode ser 60 min)

Switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de suas interfaces Quando recebe um quadro o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento da LAN que chega Registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela

Self learning (auto-aprendizado)

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Quando um switch recebe um quadro

indexa a tabela do switch usando end MAC de destinoif entrada for encontrada para o destino

then if dest no segmento deste quadro chegou

then descarta o quadro else encaminha o quadro na interface indicada else flood

Encaminha para todas as interfacesexceto para a que o quadro chegou

Filtragemencaminhamento

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Suponha que C envia um quadro para D

Switch recebe o quadro de C Anota na tabela que C estaacute na interface 1 Como D natildeo estaacute na tabela o switch encaminha o quadro para as

interfaces 2 e 3 Quadro recebido por D

hub hub hub

switch

A

B CD

EF

G H

I

endereccedilo interface

ABEG

1123

12 3

Switch exemplo

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Suponha que D responde com um quadro para C

Switch recebe quadro de D Anota na tabela que D estaacute na interface 2 Como C estaacute na tabela o switch encaminha o quadro apenas para a

interface 1 Quadro recebido por C

hub hub hub

switch

A

B CD

EF

G H

I

endereccedilo interface

ABEGC

11231

Switch exemplo

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A instalaccedilatildeo do switch quebra as sub-redes em segmentos de LAN Switch filtra pacotes

Alguns quadros do mesmo segmento de LAN natildeo satildeo usualmente encaminhados para outros segmento de LAN

Segmentos se tornam separados em domiacutenios de colisatildeo

hub hub hub

switch

domiacutenio de colisatildeo domiacutenio de colisatildeo

domiacutenio de colisatildeo

Switch isolaccedilatildeo de traacutefego

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Switch com muitas interfaces Hospedeiros possuem conexatildeo direta ao switch Sem colisotildees full duplex

Switching A-para-Arsquo e B-para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees

Switches acesso dedicado

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Cut-through switching quadro encaminhado da porta de entrada ateacute a porta de saiacuteda sem ter de primeiro coletar o quadro todo Ligeira reduccedilatildeo na latecircncia

Combinaccedilotildees de interfaces 101001000 Mbps compartilhadasdedicadas

Mais sobre switches

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Redes corporativas

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Ambos satildeo dispositivos store-and-forward Roteadores dispositivos de camada de rede (examinam cabeccedilalhos

da camada de rede) Switches satildeo dispositivos da camada de enlace

Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam algoritmos de roteamento Switches mantecircm tabelas de switch implementam filtragem algoritmos de aprendizagem

Switches vs roteadores

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hubs roteadores switches

isolaccedilatildeo detraacutefego

natildeo sim sim

plug amp play sim natildeo sim

roteamentooacutetimo

natildeo sim natildeo

cutthrough

sim natildeo sim

Resumo comparaccedilatildeo

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A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace de broadcast Sem Media Access Control Natildeo necessita de endereccedilamento MAC expliacutecito Ex dialup link linha ISDN

Protocolos ponto-a-ponto DLC populares PPP (point-to-point protocol) HDLC High level data link control (camada de enlace costumava ser considerada ldquocamada altardquo na pilha de protocolos)

Controle de enlace de dados ponto-a-ponto

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Enquadramento de pacote encapsulamento do datagrama da camada de rede no quadro da camada de enlace Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolo de rede (natildeo apenas o IP) ao mesmo tempo Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo

Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo de bit no campo de dados

Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo) Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do enlace

para a camada de rede Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos terminais

do enlace podem aprender e configurar o endereccedilo de rede dos outros

PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]

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Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros Natildeo haacute controle de fluxo Aceita entregas fora de ordem Natildeo haacute necessidade de suportar enlaces multiponto (ex polling)

Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeo dos dados satildeo todos relegados para as camadas mais altas

PPP natildeo requisitos

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Flag delimitador (enquadramento) Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura) Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacuteltiplos campos de

controle Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o conteuacutedo do

quadro deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)

PPP formato do quadro

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info dados da camada superior sendo transportados CRC verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de erros

PPP formato dos dados

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Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de dados deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt01111110gt

P Se for recebido o padratildeo lt01111110gt satildeo dados ou eacute flag Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte extra com o padratildeo lt

01111101gt (escape) antes de cada byte com o padratildeo de flag lt 01111110gt nos dados

Receptor Um byte 01111101 seguido de 01111110 em seguida descarta o primeiro e continua a recepccedilatildeo de dados Uacutenico byte 01111110 entatildeo eacute um flag

Byte stuffing

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byte com o padratildeodo flag nos dados a enviar

byte com o padratildeo de escape acrescentado nos dados transmitidos seguido por um byte com padratildeo de flag

Byte stuffing

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Antes de trocar dados da camada de rede os parceiros da camada de enlace devem A configurar o enlace PPP (tamanho maacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo) Aprenderconfigurar as informaccedilotildees da camada de rede

Para o IP transportar mensagens do protocolo de controle IP (IPCP) (campo de protocolo 8021) para configuraraprender os

endereccedilos IP

PPP protocolo de controle de dados

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A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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Virtualizaccedilatildeo dos recursos uma poderosa abstraccedilatildeo em engenharia de sistemas Exemplos em computaccedilatildeo memoacuteria virtual dispositivos virtuais

Maacutequinas virtuais ex java IBM VM os dos anos 6070

Camada de abstraccedilotildees natildeo se apega a detalhes da camada mais baixa apenas trata com as camadas mais baixas abstratamente

Virtualizaccedilatildeo das redes

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1974 muacuteltiplas redes desconectadas ARPAnet redes de dados-sobre-cabo rede de pacote por sateacutelite (Aloha) rede de pacotes por raacutedio

hellip diferentes em convenccedilotildees de endereccedilamento formatos do pacote recuperaccedilatildeo de erros roteamento

Internet virtualizaccedilatildeo das redes

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Camada de rede da Internet (IP) Endereccedilamento internetwork

aparece como uma entidade uacutenica e uniforme escondendo a heterogeneidade das redes locais

Rede de redes

Gateway ldquoembute pacotes da Internet no

formato de um pacote local ou os extrairdquo

Rota (no niacutevel de internetwork) para o proacuteximo gateway

Internet virtualizaccedilatildeo das redes

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O que eacute virtualizado Duas camadas de endereccedilamento Internet e rede local Nova camada (IP) torna tudo homogecircneo na camada da Internet Tecnologia da rede local em questatildeo

Cabo Sateacutelite Modem telefocircnico de 56 K Hoje ATM MPLS

hellip ldquoinvisiacutevelrdquo na camada da Internet Parece com uma tecnologia de camada de enlace para o IP

Arquitetura da Internet de Cerf amp Kahn

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ATM MPLS redes separadas em seus proacuteprios direitos Modelos de serviccedilo endereccedilamento roteamento diferentes da Internet

Vistos pela Internet como um enlace loacutegico conectando roteadores IP Assim como o dialup link eacute realmente parte de uma rede separada

(rede telefocircnica)

ATM MPLS de interesse teacutecnico em seu proacuteprio direito

ATM e MPLS

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Padratildeo dos anos 8090 para altas taxas de transmissatildeo (155 Mbps a 622 Mbps e mais altas) arquitetura de Broadband Integrated Service Digital Network (B-ISDN)

Objetivo transporte integrado de voz dados e imagens com foco nas redes puacuteblicas de comunicaccedilatildeo Deve atender aos requisitos de tempoQoS para aplicaccedilotildees de voz

e de viacutedeo (versus o serviccedilo de melhor esforccedilo da Internet) Telefonia de ldquoproacutexima geraccedilatildeordquo fundamentos teacutecnicos no mundo da telefonia Comutaccedilatildeo de pacotes (pacotes de tamanho fixo chamados ldquoceacutelulasrdquo) usando circuitos virtuais

Modo de transferecircncia assiacutencrono ATM

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Camada de adaptaccedilatildeo apenas na borda de uma rede ATM Segmentaccedilatildeo e remontagem dos dados Grosseiramente anaacuteloga agrave camada de transporte da Internet

Camada ATM camada de ldquorederdquo Comutaccedilatildeo de ceacutelulas roteamento

Camada fiacutesica

Sistema final Sistema finalSwitch ATM Switch ATM

Arquitetura ATM

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Visatildeo transporte fim-a-fim ldquoATM de computador a computadorrdquo ATM eacute uma tecnologia de redeRealidade usada para conectar roteadores IP de backbone ldquoIP sobre ATMrdquo ATM como uma camada de enlace comutada conectando roteadores IP

ATM camada de rede ou de enlace

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Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL) ldquoadaptardquo camadas superiores (aplicaccedilotildees IP ou nativas ATM) para a camada ATM abaixo

AAL presente apenas nos sistemas finais natildeo nos comutadores ATM (ldquoswitchesrdquo)

O segmento da camada AAL (campo de cabeccedilalhotrailer e de dados) satildeo fragmentados em muacuteltiplas ceacutelulas ATM Analogia segmento TCP em muitos pacotes IP

Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL)

Sistema final Sistema finalSwitch ATM Switch ATM

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Diferentes versotildees da camada AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM AAL1 para serviccedilo CBR (taxa de bit constante) ex emulaccedilatildeo de circuitos AAL2 para serviccedilos VBR (taxa de bit variaacutevel) ex viacutedeo MPEG AAL5 para dados (ex datagramas IP)

AAL PDU

ceacutelula ATM

Dados de usuaacuterio

subcamadade convergecircncia

subcamadaSAR

Ceacutelula ATM

Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL)

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Serviccedilo transporte de ceacutelulas atraveacutes da rede ATM Anaacuteloga agrave camada de rede IP Serviccedilos muito diferentes da camada de rede IP

Arquiteturade rede

Internet

ATM

ATM

ATM

ATM

Modelo de serviccedilo

melhoresforccediloCBR

VBR

ABR

UBR

Banda

natildeo

taxaconstantetaxagarantidamiacutenimogarantidonatildeo

Perda

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Ordem

natildeo

sim

sim

sim

sim

Tempo

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Aviso decongestatildeo

natildeo (inferidopelas perdas)natildeo haacutecongestatildeonatildeo haacutecongestatildeosim

natildeo

Garantias

Camada ATM

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Transporte em VC ceacutelulas satildeo transportadas sobre VC da fonte ao destino Estabelecimento de conexatildeo necessaacuterio para cada chamada antes que o fluxo de dados possa ser iniciado Cada pacote transporta um identificador de VC (natildeo transporta o endereccedilo do destino) Cada comutador com caminho entre a fonte e o destino manteacutem o ldquoestadordquo para cada conexatildeo passante Recursos do enlace e do comutador (banda passante buffers) podem ser alocados por VC para obter um comportamento semelhante a um circuito fiacutesico

VCs permanentes (PVCs) Conexotildees de longa duraccedilatildeo Tipicamente rota ldquopermanenterdquo entre roteadores IP

VCs comutados (SVC) Dinamicamente criados numa base por chamada

Camadas ATM circuitos virtuais

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Vantagens do uso de circuitos virtuais no ATM Iacutendices de QoS garantidos para conexotildees mapeadas em

circuitos virtuais (banda passante atraso variacircncia de atraso)

Problemas no uso de circuitos virtuais O suporte de traacutefego datagrama eacute ineficiente Um PVC entre cada par origemdestino natildeo tem boa

escalabilidade (N2 conexotildees satildeo necessaacuterias) SVC introduz latecircncia de estabelecimento de conexatildeo e

atrasos de processamento para conexotildees de curta duraccedilatildeo

ATM VCs

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Cabeccedilalho da ceacutelula ATM com 5 bytes Carga uacutetil com 48-bytes

Por quecirc carga uacutetil pequena -gt pequeno atraso de criaccedilatildeo de ceacutelula para voz digitalizada

Meio do caminho entre 32 e 64 (compromisso)

cabeccedilalhoda ceacutelula

formato daceacutelula

3o bit no campo PTvalor 1 indica uacuteltima ceacutelula (AAL-indicate bit)

Camada ATM ceacutelula ATM

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VCI identificador de canal virtual Pode mudar de enlace para enlace atraveacutes da rede

PT tipo de carga uacutetil (ex ceacutelula RM versus ceacutelula de dados) CLP bit de prioridade de perda de ceacutelula

CLP = 1 implica ceacutelula de baixa prioridade pode ser descartada em caso de congestatildeo

HEC verificaccedilatildeo de erros no cabeccedilalho Verificaccedilatildeo ciacuteclica de erros

Cabeccedilalho da ceacutelula ATM

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A camada fiacutesica se compotildee de duas partes (subcamadas ) Subcamada de convergecircncia de transmissatildeo (TCS) adapta a camada

ATM acima agrave subcamada fiacutesica abaixo (PMD) Subcamada dependente do meio depende do tipo de meio fiacutesico que

estaacute sendo empregado

Funccedilotildees da TCS Geraccedilatildeo do checksum do cabeccedilalho 8 bits CRC Delineamento de ceacutelula Com uma subcamada PMD natildeo estruturada transmite ceacutelulas vazias

(ldquoidle cellsrdquo) quando natildeo haacute ceacutelulas de dados a enviar

Camada fiacutesica ATM

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Subcamada dependente do meio fiacutesico (PMD) SONETSDH estrutura de transmissatildeo de quadros (como um

container carregando bits) Sincronizaccedilatildeo de bits Particcedilotildees da banda passante (TDM) Vaacuterias velocidades OC1 = 5184 Mbps OC3 = 15552 Mbps OC12 = 62208 Mbps

T1T3 estrutura de transmissatildeo de quadros (velha hierarquia de telefonia 15 Mbps45 Mbps No Brasil usa-se a hierarquia europeacuteia E1E3 2 34 Mbps

Natildeo estruturada apenas ceacutelulas (ocupadasvazias)

Camada fiacutesica ATM

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Apenas IP claacutessico 3 ldquoredesrdquo (ex segmentos de LAN) Endereccedilos MAC (8023) e IP

IP sobre ATM Substitui ldquorederdquo (ex segmento

de LAN) com a rede ATM Endereccedilos ATM endereccedilos IP

redeATM

EthernetLANs

EthernetLANs

IP-sobre-ATM

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No endereccedilo de origem Camada IP encontra um mapeamento entre o endereccedilo IP e o endereccedilo de destino ATM (usando ARP) Passa o datagrama para a camada de adaptaccedilatildeo AAL5 AAL5 encapsula os dados segmenta em ceacutelulas e passa para a camada ATM

Rede ATM move a ceacutelula para o destino de acordo com o seu VC (circuito virtual)

No hospedeiro de destino AAL5 remonta o datagrama original a partir das ceacutelulas recebidas Se o CRC OK datagrama eacute passado ao IP

Viagem de um datagrama numa rede IP-sobre-ATM

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Questotildees Datagramas IP em ATM AAL5 PDUs Dos endereccedilos IP aos endereccedilos ATM

Da mesma forma que de endereccedilos IP para endereccedilos MAC 8023

redeATM

EthernetLANs

IP-sobre-ATM

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Objetivo inicial aumentar a velocidade de encaminhamento IP usando labels de tamanho fixo (em vez de endereccedilo IP) Mesma ideacuteia do meacutetodo de circuito virtual (VC) Mas o datagrama IP ainda manteacutem o endereccedilo IP

Multiprotocol label switching (MPLS)

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Roteador faz a funccedilatildeo de comutador de roacutetulo Pacotes encaminhados para interface de saiacuteda com base apenas no valor

do roacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP) Tabela de encaminhamento MPLS distinta das tabelas de encaminhamento IP

Protocolo de sinalizaccedilatildeo necessaacuterio para estabelecer o encaminhamento RSVP-TE Encaminhamento eacute possiacutevel por caminhos que o IP sozinho natildeo pode usar (ex roteamento de especificado pela origem) Use MPLS para engenharia de traacutefego

Deve coexistir com roteadores unicamente IP

Roteadores MPLS

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Tabelas de encaminhamento MPLS

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Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace Detecccedilatildeo de erros correccedilatildeo Compartilhando um canal broadcast acesso muacuteltiplo Endereccedilamento da camada de enlace

Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de vaacuterias tecnologias da camada de enlace Ethernet LANS comutadas PPP Redes virtualizadas como uma camada de enlace ATM MPLS

Resumo

Page 2: Capítulo 5 Redes de computadores e a Internet A camada de enlace e redes locais

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A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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Algumas terminologias Hospedeiros e roteadores

satildeo noacutes Canais de comunicaccedilatildeo que

conectam noacutes adjacentes ao longo do caminho de comunicaccedilatildeo satildeo enlaces Enlaces com fio Enlaces sem fio LANs

Pacote de camada-2 eacute um quadro encapsula o datagrama

Camada de enlace introduccedilatildeo

camada de enlace tem a responsabilidade de transferir um datagrama de um noacute para o noacute adjacente sobre um enlace

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Datagrama transferido por protocolos de enlace diferentes sobre enlaces diferentes ex Ethernet no primeiro enlace quadro relay nos enlaces intermediaacuterios 80211 no uacuteltimo enlace

Cada protocolo de enlace provecirc serviccedilos diferentes ex pode ou natildeo prover transferecircncia confiaacutevel sobre o enlace

Analogia do transporte Viagem de Princeton ateacute Lausanne

Carro Princeton ateacute JFK Aviatildeo JFK ateacute Geneva Trem Geneva ateacute Lausanne

Turista = datagrama Segmento de transporte = enlace de comunicaccedilatildeo Modo de transporte = protocolo da camada de enlace Agente de viagem = algoritmo de roteamento

A camada de enlace contexto

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Enquadramento acesso ao enlace Encapsula datagramas em quadros acrescentando cabeccedilalhos e trailer Implementa acesso ao canal se o meio eacute compartilhado lsquoendereccedilos fiacutesicosrsquo usados nos cabeccedilalhos dos quadros para Identificar a fonte e o destino dos quadros Diferente do endereccedilo IP

Entrega confiaacutevel entre dois equipamentos fisicamente conectados Jaacute aprendemos como isso deve ser feito (capiacutetulo 3) Raramente usado em enlaces com baixa taxa de erro (fibra alguns tipos de par de fios tranccedilados de cobre) Enlaces sem fio (wireless) altas taxas de erro Q por que prover confiabilidade fim-a-fim e na camada de enlace

Serviccedilos da camada de enlace

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Controle de fluxo Limitaccedilatildeo da transmissatildeo entre transmissor e receptor

Detecccedilatildeo de erros Erros causados pela atenuaccedilatildeo do sinal e por ruiacutedos O receptor detecta a presenccedila de erros Avisa o transmissor para reenviar o quadro perdido

Correccedilatildeo de erros O receptor identifica e corrige o bit com erro(s) sem recorrer agrave

retransmissatildeo

Half-duplex efull-duplex Com half-duplex os noacutes em ambas as extremidades do enlace podem transmitir mas natildeo ao mesmo tempo

Serviccedilos da camada de enlace

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Camada de rede implementada no ldquoadaptadorrdquo (isto eacute NIC) Cartatildeo Ethernet cartatildeo PCMCI cartatildeo 80211

Lado transmissor Encapsula o datagrama em um quadro Adiciona bits de verificaccedilatildeo 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 eacute semi-autocircnomo Camadas de enlace e fiacutesica

Comunicaccedilatildeo de adaptadores

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A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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EDC= Bits de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros (redundacircncia)D = Dados protegidos pela verificaccedilatildeo de erros pode incluir os campos de cabeccedilalho A detecccedilatildeo de erros natildeo eacute 100 confiaacutevel

Protocolos podem deixar passar alguns erros mas eacute raro Quanto maior o campo EDC melhor eacute a capacidade de detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros

Detecccedilatildeo de erros

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Paridade com bit uacutenicoDetecta erro de um uacutenico bit

Verificaccedilatildeo de paridade

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Objetivo detectar ldquoerrosrdquo (ex bits trocados) num segmento transmitido (nota usado apenas na camada de transporte)

Transmissor Trata o conteuacutedo de segmentos como sequumlecircncias de nuacutemeros inteiros de 16 bits Checksum adiccedilatildeo (soma em complemento de um) do conteuacutedo 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 eacute igual ao valor do campo checksum

NAtildeO - erro detectado SIM - natildeo detectou erro Mas talvez haja erros apesar disso Mas depoishellip

Checksum da Internet

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Encara os bits de dados D como um nuacutemero binaacuterio Escolhe um padratildeo gerador de r + 1 bit G Objetivo escolhe r CRC bits R tal que

ltDRgt eacute divisiacutevel de forma exata por G (moacutedulo 2) Receptor conhece G divide ltDRgt por G Se o resto eacute diferente

de zero erro detectado Pode detectar todos os erros em sequumlecircncia (burst errors) com

comprimento menor que r + 1 bit Largamente usado na praacutetica (ATM HDCL)

Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica

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desejadoD2r XOR R = nG

equivalente aD2r = nG XOR R

equivalente a se noacutes dividimos D2r por

G buscamos resto R

R = resto[ ]D2rG

Exemplo de CRC

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A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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Trecircs tipos de enlaces Ponto-a-ponto (fio uacutenico ex PPP SLIP) Broadcast (fio ou meio compartilhado)

Ethernet tradicional Upstream HFC 80211 LAN sem fio

Enlaces de acesso muacuteltiplo e protocolos

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Canal de comunicaccedilatildeo uacutenico e compartilhado Duas ou mais transmissotildees simultacircneas pelos noacutes interferecircncia

Colisatildeo se um noacute receber dois ou mais sinais ao mesmo tempo

Protocolo de muacuteltiplo acesso Algoritmo distribuiacutedo que determina como as estaccedilotildees compartilham o canal isto eacute determinam quando cada estaccedilatildeo pode transmitir

Comunicaccedilatildeo sobre o compartilhamento do canal deve utilizar o proacutepro canal

Nenhum canal fora-de-banda para coordenaccedilatildeo

Protocolos de acesso muacuteltiplo

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Canal de broadcast de taxa R bps1 Quando um noacute quer transmitir ele pode enviar a uma taxa R2 Quando M noacutes querem transmitir cada um envia a uma taxa

meacutedia RM3 Totalmente descentralizada

Nenhum noacute especial para coordenar transmissotildees Nenhuma sincronizaccedilatildeo de reloacutegios e compartimentos

4 Simples

Protocolo ideal de muacuteltiplo acesso

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Trecircs grandes classes Particionamento de canal

Divide o canal em pedaccedilos menores (compartimentos de tempo frequumlecircncia)

Aloca um pedaccedilo para uso exclusivo de cada noacute

Acesso aleatoacuterio Canal natildeo dividido permite colisotildees ldquorecuperaccedilatildeordquo das colisotildees

Passagem de permissatildeo Noacutes transmitem nos seus turnos mas com mais volume para enviar

podem usar turnos mais longos

Protocolos MAC uma taxonomia

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TDMA acesso muacuteltiplo por divisatildeo temporal Acesso ao canal eacute feito por rdquoturnos Cada estaccedilatildeo controla um compartimento (ldquoslotrdquo) de tamanho

fixo (tamanho = tempo de transmissatildeo de pacote) em cada turno Compartimentos natildeo usados satildeo desperdiccedilados Exemplo rede local com 6 estaccedilotildees 1 3 4 tecircm pacotes

compartimentos 2 5 6 ficam vazios

Protocolos MAC com particionamento de canal TDMA

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FDMA acesso muacuteltiplo por divisatildeo de frequumlecircncia Oespectro do canal eacute dividido em bandas de frequumlecircncia Cada estaccedilatildeo recebe uma banda de frequumlecircncia Tempo de transmissatildeo natildeo usado nas bandas de frequumlecircncia eacute desperdiccedilado Exemplo rede local com 6 estaccedilotildees 1 3 4 tecircm pacotes as bandas de

frequumlecircncia 2 5 6 ficam vazias bandas

de f

requumlecircnci

a tempo

Protocolos MAC com particionamento de canal FDMA

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Quando o noacute tem um pacote a enviar Transmite com toda a taxa do canal R Natildeo haacute uma regra de coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes

Dois ou mais noacutes transmitindo -gt ldquocolisatildeordquo

Protocolo MAC de acesso aleatoacuterio especifica Como detectar colisotildees Como as estaccedilotildees se recuperam das colisotildees (ex via retransmissotildees

atrasadas) Exemplos de protocolos MAC de acesso aleatoacuterio

slotted ALOHA ALOHA CSMA e CSMACD

Protocolos de acesso aleatoacuterio

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Suposiccedilotildees Todos os quadros de mesmo tamanho Tempo dividido em slots de mesmo tamanho tempo para

transmitir 1 quadro Noacutes comeccedilam a transmitir quadros apenas no iniacutecio dos slots Noacutes satildeo sincronizados Se 2 ou mais noacutes transmitem no slot todos os noacutes detectam a

colisatildeo

Operaccedilatildeo Quando um noacute obteacutem um novo quadro ele transmite no proacuteximo

slot Sem colisatildeo o noacute pode enviar o novo quadro no proacuteximo slot Se haacute colisatildeo o noacute retransmite o quadro em cada slot

subsequumlente com prob p ateacute o successo

Slotted ALOHA

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Proacutes Um uacutenico noacute ativo pode transmitir continuamente com a taxa completa

de canal Altamente descentralizada somente slots em noacutes precisam ser

sincronizados Simples

Contras Colisotildees desperdiacutecio de slots Slots ociosos Noacutes podem detectar colisatildeo em menos tempo do que o tempo para

transmitir o pacote Sincronizaccedilatildeo de clock

Slotted ALOHA

LegendaC = Intervalo de colisatildeoE = Intervalo vazioS = Intervalo bem-sucedido

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Eficiecircncia eacute a fraccedilatildeo de slots bem-sucedidos quando haacute muitos noacutes cada um com muitos quadros para enviar

Suponha N noacutes com muitos quadros para enviar cada um transmite no slot com probabilidade p

Prob de o noacute 1 obter successo num slot = p(1-p)N-1

Prob de qualquer noacute obter um successo = Np(1-p)N-1

Para maacutexima eficiecircncia com N noacutes encontre p que maximiza Np(1-p)N-1

Para muitos noacutes o limite de Np(1-p)N-1 com N indo ao infinito resulta 1e = 37

No maacuteximo uso do canal para envio de dados uacuteteis 37 do tempo

Eficiecircncia do slotted Aloha

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Unslotted Aloha operaccedilatildeo mais simples natildeo haacute sincronizaccedilatildeo

Pacote necessita transmissatildeo Enviar sem esperar pelo iniacutecio de um compartimento

A probabilidade de colisatildeo aumentaPacote enviado em t0 colide com outros pacotes enviados em [t0-1 t0+1]

Aloha puro (unslotted)

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P(successo de um dado noacute) = P(noacute transmitir)

P(nenhum outro noacute transmitir em [p0-1p0]

P(nenhum outro noacute transmitir em [p0-1p0]

= p (1-p)N-1 (1-p)N-1

= p (1-p)2(N-1)

hellip escolhendo p oacutetimo e entatildeo deixando n -gt infinito

= 1(2e) = 18

Ainda pior

Eficiecircncia do Aloha puro

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CSMA escuta antes de transmitir Se o canal parece vazio transmite o pacote Se o canal estaacute ocupado adia a transmissatildeo Analogia humana natildeo interrompa os outros

CSMA Carrier Sense Multiple Access

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Colisotildees podem ocorrero atraso de propagaccedilatildeo implica que dois noacutes podem natildeo ouvir as transmissotildees do outro

Colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo do pacote eacute desperdiccedilado

Notepapel da distacircncia e do atraso de propagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo

arranjo espacial dos noacutes na rede

Colisotildees no CSMA

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CSMACD detecccedilatildeo de portadora deferecircncia como no CSMA Colisotildees detectadas num tempo mais curto Transmissotildees com colisotildees satildeo interrompidas reduzindo o desperdiacutecio do canal Detecccedilatildeo de colisatildeo Faacutecil em LANs cabeadas mediccedilatildeo da intensidade do sinal comparaccedilatildeo dos sinais transmitidos e recebidos Difiacutecil em LANs sem fio receptor desligado enquanto transmitindo Analogia humana o ldquobom de papordquo educado

CSMACD (detecccedilatildeo de colisatildeo)

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CSMACD detecccedilatildeo de colisatildeo

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Protocolos MAC com particionamento de canais Compartilham o canal eficientemente quando a carga eacute alta e bem distribuiacuteda Ineficiente nas cargas baixas atraso no acesso ao canal A estaccedilatildeo consegue uma banda de 1N da capacidade do canal mesmo que haja apenas 1 noacute ativo

Protocolos MAC de acesso aleatoacuterio Eficiente nas cargas baixas um uacutenico noacute pode usar todo o canal Cargas altas excesso de colisotildees

Protocolos de passagem de permissatildeoBuscam o melhor dos dois mundos

Protocolos MAC com passagem de permissatildeo

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Polling Noacute mestre ldquoconvidardquo os escravos a transmitirem um de cada vez Problemas

Polling overhead Latecircncia Ponto uacutenico de falha (mestre)

Token passing Controla um token passado de um noacute a outro sequumlencialmente Mensagem token Problemas

Token overhead Latecircncia Ponto uacutenico de falha (token)

Protocolos MAC com passagem de permissatildeo

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Como se faz com um canal compartilhado Particionamento de canal no tempo por frequumlecircncia ou por coacutedigo

Divisatildeo temporal divisatildeo por coacutedigo divisatildeo por frequumlecircncia Particionamento aleatoacuterio (dinacircmico)

ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACD Detecccedilatildeo de portadora faacutecil em alguns meios fiacutesicos (cabos) e

difiacutecil em outros (wireless) CSMACD usado na rede Ethernet CSMACA usado em 80211

Passagem de permissatildeo Polling a partir de um site central passagem de token

Sumaacuterio dos protocolos MAC

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Camada de enlace ateacute agora Serviccedilos detecccedilatildeo de erroscorreccedilatildeo acesso muacuteltiplo

A seguir tecnologias de redes locais (LAN) Endereccedilamento Ethernet hubs pontes switches PPP

Tecnologias de LAN

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A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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Endereccedilos IP de 32-bit Endereccedilos da camada de rede Usados para levar o datagrama ateacute a rede de destino (lembre-se

da definiccedilatildeo de rede IP)

Endereccedilo de LAN (ou MAC ou fiacutesico) Usado para levar o datagrama de uma interface fiacutesica a outra

fisicamente conectada com a primeira (isto eacute na mesma rede) Endereccedilos MAC com 48 bits (na maioria das LANs)

gravados na memoacuteria fixa (ROM) do adaptador de rede

Endereccedilos de LAN e ARP

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A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEE O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (para

assegurar a unicidade)

Analogia (a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG (b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal

Endereccedilamento MAC eacute ldquoflatrdquo =gt portabilidade Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra sem

reconfiguraccedilatildeo de endereccedilo MAC

Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevel Depende da rede na qual se estaacute ligado

Endereccedilos de LAN (mais)

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Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de Bdado o endereccedilo IP de B Cada noacute IP (hospedeiro roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabela ARP Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt

lt IP address MAC address TTLgt TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamento de

endereccedilos seraacute esquecido (tipicamente 20 min)

ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de resoluccedilatildeo de endereccedilos)

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A que enviar um datagrama para B e o endereccedilo MAS de B natildeo estaacute na tabela ARP de A

A faz broadcast de pacote de consulta ARB contendo o endereccedilo IP de B end MAC de destino = FF-FF-FF-FF-FF-FF todas as maacutequinas na LAN recebem a consulta ARP

B recebe o pacote ARP responde para A com seu endereccedilo MAC (de B) Quadro enviado para o end MAC de A (unicast)

A faz um cache (salva) o par de endereccedilos IP para MAC em sua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo se torne antiga (expirada) soft state informaccedilatildeo que expira (eacute descartada) sem atualizaccedilatildeo

ARP eacute ldquoplug-and-playrdquo Noacutes criam suas tabelas ARP sem intervenccedilatildeo do administrador da rede

Protocolo ARP Mesma LAN (network)

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objetivo envia datagrama de A para B via R supotildee que A conhece o endereccedilo IP de B

bull Duas tabelas ARP no roteador R um para cada rede IP (LAN)

Roteamento para outra LAN

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A cria o pacote IP com origem A destino B A usa ARP para obter o endereccedilo de camada fiacutesica de R correspondente ao

endereccedilo IP 111111111110 A cria um quadro Ethernet com o endereccedilo fiacutesico de R como destino o

quadro Ethernet conteacutem o datagrama IP de A para B A camada de enlace de A envia o quadroEthernet A camada de enlace de R recebe o quadro Ethernet R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verifica que ele se destina a

B R usa ARP para obter o endereccedilo fiacutesico de B R cria quadro contendo um datagrama de A para B e envia para B

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A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo Barato R$20 por 100Mbps Primeira tecnologia de LAN largamente usada Mais simples e mais barata que LANs com token e ATM Velocidade crescente 10Mbps ndash 10Gbps

esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf

Ethernet

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Topologia de bus popular em meados dos anos 90 Agora a topologia em estrela prevalece Opccedilotildees de conexatildeo hub ou switch (mais adiante)

Topologia em estrela

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Adaptador do transmissor encapsula o datagrama IP (ou outro pacote de protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet

Preacircmbulo bull 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte com padratildeo 10101011bull usado para sincronizar as taxas de reloacutegio do transmissor e do receptor

Estrutura do quadro Ethernet

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Endereccedilos 6 bytes Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de destino coincidente ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa o dado no quadro para o protocolo da camada de rede

Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP mas outros podem ser suportados tais como Novell IPX e AppleTalk)

CRC verificado no receptor se um erro eacute detectado o quadro eacute simplesmente descartado

Estrutura do quadro Ethernet

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Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o receptor

Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou nacks para o adaptador transmissor O fluxo de datagramas que passa para a camada de rede pode deixar

lacunas Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCP Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas

Serviccedilo natildeo confiaacutevel sem conexatildeo

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Sem slots Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador

transmitindo isto eacute carrier sense O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador

transmitindo isto eacute collision detection Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo

aleatoacuterio isto eacute random access

Ethernet usa CSMACD

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1 Adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmitir o

quadro Se ele detecta o canal ocupado espera ateacute ele ficar livre e entatildeo transmite

3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo sua missatildeo com esse quadro estaacute cumprida

4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta e envia um jam signal

5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a m-eacutesima colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2m-1 O adaptador espera K512 tempos de bit e retorna ao passo 2

Algoritmo CSMACD da Ethernet

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Jam signal garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo 48 bitsBit time 1 microseg para Ethernet de 10 Mbpspara K=1023 o tempo de espera eacute cerca de 50 mseg

Veja o applet Java no Web site da AWL altamemte recomendadoExponential backoff Objetivo adaptar tentativas de retransmissatildeo para carga atual da rede

Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longa Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacute

K x 512 tempos de transmissatildeo de bit Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3hellip Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023

Ethernet CSMACD

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Tprop = propagaccedilatildeo maacutexima entre 2 noacutes na LAN

ttrans = tempo para transmitir um quadro de tamanho maacuteximo

Eficiecircncia tende a 1 quando tprop tende a 0

Tende a 1 quando ttrans tende ao infinito Muito melhor do que o ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato

transprop tt 51

1eficiecircncia

Eficiecircncia do CSMACD

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Taxa de 10100 Mbps chamado mais tarde de ldquofast ethernetrdquo T significa ldquoTwisted Pairrdquo (par de fios tranccedilados de cobre) Noacutes se conectam a um hub ldquotopologia em estrelardquo 100 m eacute a distacircncia

maacutexima entre os noacutes e o hub

10BaseT e 100BaseT

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Hubs satildeo essencialmente repetidores de camada fiacutesica Bits que chegam de um enlace se propagam para todos os outros enlaces Com a mesma taxa Natildeo possuem armazenagem de quadros Natildeo haacute CSMACD no hub adaptadores detectam colisotildees Provecirc funcionalidade de gerenciamento de rede

Hubs

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Usada em 10BaseT Cada bit possui uma transiccedilatildeo Permite que os reloacutegios nos noacutes de transmissatildeo e de recepccedilatildeo possam

sincronizar um com o outro Natildeo eacute necessaacuterio reloacutegio global centralizado entre os noacutes

Ei isso eacute coisa de camada fiacutesica

Codificaccedilatildeo Manchester

Codificaccedilatildeo Manchester

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Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeo Permite enlaces ponto-a-ponto e canais de muacuteltiplo acesso

compartilhados No modo compartilhado o CSMACD eacute usado exige pequenas

distacircncias entre os noacutes para ser eficiente Usa hubs chamados aqui de Distribuidores com Armazenagem

ldquoBuffered Distributorsrdquo Full-Duplex a 1 Gbps para enlaces ponto-a-ponto 10 Gbps agora

Gigabit Ethernet

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A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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Hub de backbone interconecta segmentos de LAN Estende a distacircncia maacutexima entre os noacutes Mas domiacutenios de colisatildeo individuais tornam-se um uacutenico e grande

domiacutenio de colisatildeo Natildeo pode interconectar 10BaseT e 100BaseT

Interconexatildeo com hubs

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Dispositivo de camada de enlace Armazena e encaminha quadros Ethernet Examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o

quadro baseado no endereccedilo MAC de destino Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento

usa CSMACD para acessar o segmento Transparente

Hospedeiros satildeo inconscientes da presenccedila dos switches Plug-and-play self-learning (auto-aprendizado)

Switches natildeo precisam ser configurados

Switch

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Como determinar para qual segmento da LAN encaminhar o quadro Parece um problema de roteamento

Encaminhamento

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Um switch possui uma tabela de switch Entrada na tabela do switch

(endereccedilo MAC interface marca de tempo) Entradas expiradas na tabela satildeo decartadas (TTL pode ser 60 min)

Switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de suas interfaces Quando recebe um quadro o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento da LAN que chega Registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela

Self learning (auto-aprendizado)

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Quando um switch recebe um quadro

indexa a tabela do switch usando end MAC de destinoif entrada for encontrada para o destino

then if dest no segmento deste quadro chegou

then descarta o quadro else encaminha o quadro na interface indicada else flood

Encaminha para todas as interfacesexceto para a que o quadro chegou

Filtragemencaminhamento

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Suponha que C envia um quadro para D

Switch recebe o quadro de C Anota na tabela que C estaacute na interface 1 Como D natildeo estaacute na tabela o switch encaminha o quadro para as

interfaces 2 e 3 Quadro recebido por D

hub hub hub

switch

A

B CD

EF

G H

I

endereccedilo interface

ABEG

1123

12 3

Switch exemplo

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5 - 63copy 2005 by Pearson Education

Suponha que D responde com um quadro para C

Switch recebe quadro de D Anota na tabela que D estaacute na interface 2 Como C estaacute na tabela o switch encaminha o quadro apenas para a

interface 1 Quadro recebido por C

hub hub hub

switch

A

B CD

EF

G H

I

endereccedilo interface

ABEGC

11231

Switch exemplo

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A instalaccedilatildeo do switch quebra as sub-redes em segmentos de LAN Switch filtra pacotes

Alguns quadros do mesmo segmento de LAN natildeo satildeo usualmente encaminhados para outros segmento de LAN

Segmentos se tornam separados em domiacutenios de colisatildeo

hub hub hub

switch

domiacutenio de colisatildeo domiacutenio de colisatildeo

domiacutenio de colisatildeo

Switch isolaccedilatildeo de traacutefego

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Switch com muitas interfaces Hospedeiros possuem conexatildeo direta ao switch Sem colisotildees full duplex

Switching A-para-Arsquo e B-para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees

Switches acesso dedicado

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Cut-through switching quadro encaminhado da porta de entrada ateacute a porta de saiacuteda sem ter de primeiro coletar o quadro todo Ligeira reduccedilatildeo na latecircncia

Combinaccedilotildees de interfaces 101001000 Mbps compartilhadasdedicadas

Mais sobre switches

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Redes corporativas

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Ambos satildeo dispositivos store-and-forward Roteadores dispositivos de camada de rede (examinam cabeccedilalhos

da camada de rede) Switches satildeo dispositivos da camada de enlace

Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam algoritmos de roteamento Switches mantecircm tabelas de switch implementam filtragem algoritmos de aprendizagem

Switches vs roteadores

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hubs roteadores switches

isolaccedilatildeo detraacutefego

natildeo sim sim

plug amp play sim natildeo sim

roteamentooacutetimo

natildeo sim natildeo

cutthrough

sim natildeo sim

Resumo comparaccedilatildeo

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A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace de broadcast Sem Media Access Control Natildeo necessita de endereccedilamento MAC expliacutecito Ex dialup link linha ISDN

Protocolos ponto-a-ponto DLC populares PPP (point-to-point protocol) HDLC High level data link control (camada de enlace costumava ser considerada ldquocamada altardquo na pilha de protocolos)

Controle de enlace de dados ponto-a-ponto

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Enquadramento de pacote encapsulamento do datagrama da camada de rede no quadro da camada de enlace Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolo de rede (natildeo apenas o IP) ao mesmo tempo Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo

Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo de bit no campo de dados

Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo) Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do enlace

para a camada de rede Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos terminais

do enlace podem aprender e configurar o endereccedilo de rede dos outros

PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]

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Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros Natildeo haacute controle de fluxo Aceita entregas fora de ordem Natildeo haacute necessidade de suportar enlaces multiponto (ex polling)

Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeo dos dados satildeo todos relegados para as camadas mais altas

PPP natildeo requisitos

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Flag delimitador (enquadramento) Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura) Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacuteltiplos campos de

controle Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o conteuacutedo do

quadro deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)

PPP formato do quadro

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info dados da camada superior sendo transportados CRC verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de erros

PPP formato dos dados

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Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de dados deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt01111110gt

P Se for recebido o padratildeo lt01111110gt satildeo dados ou eacute flag Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte extra com o padratildeo lt

01111101gt (escape) antes de cada byte com o padratildeo de flag lt 01111110gt nos dados

Receptor Um byte 01111101 seguido de 01111110 em seguida descarta o primeiro e continua a recepccedilatildeo de dados Uacutenico byte 01111110 entatildeo eacute um flag

Byte stuffing

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byte com o padratildeodo flag nos dados a enviar

byte com o padratildeo de escape acrescentado nos dados transmitidos seguido por um byte com padratildeo de flag

Byte stuffing

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Antes de trocar dados da camada de rede os parceiros da camada de enlace devem A configurar o enlace PPP (tamanho maacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo) Aprenderconfigurar as informaccedilotildees da camada de rede

Para o IP transportar mensagens do protocolo de controle IP (IPCP) (campo de protocolo 8021) para configuraraprender os

endereccedilos IP

PPP protocolo de controle de dados

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5 - 79copy 2005 by Pearson Education

A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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Virtualizaccedilatildeo dos recursos uma poderosa abstraccedilatildeo em engenharia de sistemas Exemplos em computaccedilatildeo memoacuteria virtual dispositivos virtuais

Maacutequinas virtuais ex java IBM VM os dos anos 6070

Camada de abstraccedilotildees natildeo se apega a detalhes da camada mais baixa apenas trata com as camadas mais baixas abstratamente

Virtualizaccedilatildeo das redes

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1974 muacuteltiplas redes desconectadas ARPAnet redes de dados-sobre-cabo rede de pacote por sateacutelite (Aloha) rede de pacotes por raacutedio

hellip diferentes em convenccedilotildees de endereccedilamento formatos do pacote recuperaccedilatildeo de erros roteamento

Internet virtualizaccedilatildeo das redes

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Camada de rede da Internet (IP) Endereccedilamento internetwork

aparece como uma entidade uacutenica e uniforme escondendo a heterogeneidade das redes locais

Rede de redes

Gateway ldquoembute pacotes da Internet no

formato de um pacote local ou os extrairdquo

Rota (no niacutevel de internetwork) para o proacuteximo gateway

Internet virtualizaccedilatildeo das redes

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O que eacute virtualizado Duas camadas de endereccedilamento Internet e rede local Nova camada (IP) torna tudo homogecircneo na camada da Internet Tecnologia da rede local em questatildeo

Cabo Sateacutelite Modem telefocircnico de 56 K Hoje ATM MPLS

hellip ldquoinvisiacutevelrdquo na camada da Internet Parece com uma tecnologia de camada de enlace para o IP

Arquitetura da Internet de Cerf amp Kahn

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ATM MPLS redes separadas em seus proacuteprios direitos Modelos de serviccedilo endereccedilamento roteamento diferentes da Internet

Vistos pela Internet como um enlace loacutegico conectando roteadores IP Assim como o dialup link eacute realmente parte de uma rede separada

(rede telefocircnica)

ATM MPLS de interesse teacutecnico em seu proacuteprio direito

ATM e MPLS

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Padratildeo dos anos 8090 para altas taxas de transmissatildeo (155 Mbps a 622 Mbps e mais altas) arquitetura de Broadband Integrated Service Digital Network (B-ISDN)

Objetivo transporte integrado de voz dados e imagens com foco nas redes puacuteblicas de comunicaccedilatildeo Deve atender aos requisitos de tempoQoS para aplicaccedilotildees de voz

e de viacutedeo (versus o serviccedilo de melhor esforccedilo da Internet) Telefonia de ldquoproacutexima geraccedilatildeordquo fundamentos teacutecnicos no mundo da telefonia Comutaccedilatildeo de pacotes (pacotes de tamanho fixo chamados ldquoceacutelulasrdquo) usando circuitos virtuais

Modo de transferecircncia assiacutencrono ATM

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Camada de adaptaccedilatildeo apenas na borda de uma rede ATM Segmentaccedilatildeo e remontagem dos dados Grosseiramente anaacuteloga agrave camada de transporte da Internet

Camada ATM camada de ldquorederdquo Comutaccedilatildeo de ceacutelulas roteamento

Camada fiacutesica

Sistema final Sistema finalSwitch ATM Switch ATM

Arquitetura ATM

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Visatildeo transporte fim-a-fim ldquoATM de computador a computadorrdquo ATM eacute uma tecnologia de redeRealidade usada para conectar roteadores IP de backbone ldquoIP sobre ATMrdquo ATM como uma camada de enlace comutada conectando roteadores IP

ATM camada de rede ou de enlace

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Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL) ldquoadaptardquo camadas superiores (aplicaccedilotildees IP ou nativas ATM) para a camada ATM abaixo

AAL presente apenas nos sistemas finais natildeo nos comutadores ATM (ldquoswitchesrdquo)

O segmento da camada AAL (campo de cabeccedilalhotrailer e de dados) satildeo fragmentados em muacuteltiplas ceacutelulas ATM Analogia segmento TCP em muitos pacotes IP

Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL)

Sistema final Sistema finalSwitch ATM Switch ATM

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Diferentes versotildees da camada AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM AAL1 para serviccedilo CBR (taxa de bit constante) ex emulaccedilatildeo de circuitos AAL2 para serviccedilos VBR (taxa de bit variaacutevel) ex viacutedeo MPEG AAL5 para dados (ex datagramas IP)

AAL PDU

ceacutelula ATM

Dados de usuaacuterio

subcamadade convergecircncia

subcamadaSAR

Ceacutelula ATM

Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL)

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Serviccedilo transporte de ceacutelulas atraveacutes da rede ATM Anaacuteloga agrave camada de rede IP Serviccedilos muito diferentes da camada de rede IP

Arquiteturade rede

Internet

ATM

ATM

ATM

ATM

Modelo de serviccedilo

melhoresforccediloCBR

VBR

ABR

UBR

Banda

natildeo

taxaconstantetaxagarantidamiacutenimogarantidonatildeo

Perda

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Ordem

natildeo

sim

sim

sim

sim

Tempo

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Aviso decongestatildeo

natildeo (inferidopelas perdas)natildeo haacutecongestatildeonatildeo haacutecongestatildeosim

natildeo

Garantias

Camada ATM

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Transporte em VC ceacutelulas satildeo transportadas sobre VC da fonte ao destino Estabelecimento de conexatildeo necessaacuterio para cada chamada antes que o fluxo de dados possa ser iniciado Cada pacote transporta um identificador de VC (natildeo transporta o endereccedilo do destino) Cada comutador com caminho entre a fonte e o destino manteacutem o ldquoestadordquo para cada conexatildeo passante Recursos do enlace e do comutador (banda passante buffers) podem ser alocados por VC para obter um comportamento semelhante a um circuito fiacutesico

VCs permanentes (PVCs) Conexotildees de longa duraccedilatildeo Tipicamente rota ldquopermanenterdquo entre roteadores IP

VCs comutados (SVC) Dinamicamente criados numa base por chamada

Camadas ATM circuitos virtuais

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Vantagens do uso de circuitos virtuais no ATM Iacutendices de QoS garantidos para conexotildees mapeadas em

circuitos virtuais (banda passante atraso variacircncia de atraso)

Problemas no uso de circuitos virtuais O suporte de traacutefego datagrama eacute ineficiente Um PVC entre cada par origemdestino natildeo tem boa

escalabilidade (N2 conexotildees satildeo necessaacuterias) SVC introduz latecircncia de estabelecimento de conexatildeo e

atrasos de processamento para conexotildees de curta duraccedilatildeo

ATM VCs

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Cabeccedilalho da ceacutelula ATM com 5 bytes Carga uacutetil com 48-bytes

Por quecirc carga uacutetil pequena -gt pequeno atraso de criaccedilatildeo de ceacutelula para voz digitalizada

Meio do caminho entre 32 e 64 (compromisso)

cabeccedilalhoda ceacutelula

formato daceacutelula

3o bit no campo PTvalor 1 indica uacuteltima ceacutelula (AAL-indicate bit)

Camada ATM ceacutelula ATM

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VCI identificador de canal virtual Pode mudar de enlace para enlace atraveacutes da rede

PT tipo de carga uacutetil (ex ceacutelula RM versus ceacutelula de dados) CLP bit de prioridade de perda de ceacutelula

CLP = 1 implica ceacutelula de baixa prioridade pode ser descartada em caso de congestatildeo

HEC verificaccedilatildeo de erros no cabeccedilalho Verificaccedilatildeo ciacuteclica de erros

Cabeccedilalho da ceacutelula ATM

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A camada fiacutesica se compotildee de duas partes (subcamadas ) Subcamada de convergecircncia de transmissatildeo (TCS) adapta a camada

ATM acima agrave subcamada fiacutesica abaixo (PMD) Subcamada dependente do meio depende do tipo de meio fiacutesico que

estaacute sendo empregado

Funccedilotildees da TCS Geraccedilatildeo do checksum do cabeccedilalho 8 bits CRC Delineamento de ceacutelula Com uma subcamada PMD natildeo estruturada transmite ceacutelulas vazias

(ldquoidle cellsrdquo) quando natildeo haacute ceacutelulas de dados a enviar

Camada fiacutesica ATM

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Subcamada dependente do meio fiacutesico (PMD) SONETSDH estrutura de transmissatildeo de quadros (como um

container carregando bits) Sincronizaccedilatildeo de bits Particcedilotildees da banda passante (TDM) Vaacuterias velocidades OC1 = 5184 Mbps OC3 = 15552 Mbps OC12 = 62208 Mbps

T1T3 estrutura de transmissatildeo de quadros (velha hierarquia de telefonia 15 Mbps45 Mbps No Brasil usa-se a hierarquia europeacuteia E1E3 2 34 Mbps

Natildeo estruturada apenas ceacutelulas (ocupadasvazias)

Camada fiacutesica ATM

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Apenas IP claacutessico 3 ldquoredesrdquo (ex segmentos de LAN) Endereccedilos MAC (8023) e IP

IP sobre ATM Substitui ldquorederdquo (ex segmento

de LAN) com a rede ATM Endereccedilos ATM endereccedilos IP

redeATM

EthernetLANs

EthernetLANs

IP-sobre-ATM

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No endereccedilo de origem Camada IP encontra um mapeamento entre o endereccedilo IP e o endereccedilo de destino ATM (usando ARP) Passa o datagrama para a camada de adaptaccedilatildeo AAL5 AAL5 encapsula os dados segmenta em ceacutelulas e passa para a camada ATM

Rede ATM move a ceacutelula para o destino de acordo com o seu VC (circuito virtual)

No hospedeiro de destino AAL5 remonta o datagrama original a partir das ceacutelulas recebidas Se o CRC OK datagrama eacute passado ao IP

Viagem de um datagrama numa rede IP-sobre-ATM

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Questotildees Datagramas IP em ATM AAL5 PDUs Dos endereccedilos IP aos endereccedilos ATM

Da mesma forma que de endereccedilos IP para endereccedilos MAC 8023

redeATM

EthernetLANs

IP-sobre-ATM

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Objetivo inicial aumentar a velocidade de encaminhamento IP usando labels de tamanho fixo (em vez de endereccedilo IP) Mesma ideacuteia do meacutetodo de circuito virtual (VC) Mas o datagrama IP ainda manteacutem o endereccedilo IP

Multiprotocol label switching (MPLS)

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Roteador faz a funccedilatildeo de comutador de roacutetulo Pacotes encaminhados para interface de saiacuteda com base apenas no valor

do roacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP) Tabela de encaminhamento MPLS distinta das tabelas de encaminhamento IP

Protocolo de sinalizaccedilatildeo necessaacuterio para estabelecer o encaminhamento RSVP-TE Encaminhamento eacute possiacutevel por caminhos que o IP sozinho natildeo pode usar (ex roteamento de especificado pela origem) Use MPLS para engenharia de traacutefego

Deve coexistir com roteadores unicamente IP

Roteadores MPLS

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Tabelas de encaminhamento MPLS

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Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace Detecccedilatildeo de erros correccedilatildeo Compartilhando um canal broadcast acesso muacuteltiplo Endereccedilamento da camada de enlace

Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de vaacuterias tecnologias da camada de enlace Ethernet LANS comutadas PPP Redes virtualizadas como uma camada de enlace ATM MPLS

Resumo

Page 3: Capítulo 5 Redes de computadores e a Internet A camada de enlace e redes locais

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Algumas terminologias Hospedeiros e roteadores

satildeo noacutes Canais de comunicaccedilatildeo que

conectam noacutes adjacentes ao longo do caminho de comunicaccedilatildeo satildeo enlaces Enlaces com fio Enlaces sem fio LANs

Pacote de camada-2 eacute um quadro encapsula o datagrama

Camada de enlace introduccedilatildeo

camada de enlace tem a responsabilidade de transferir um datagrama de um noacute para o noacute adjacente sobre um enlace

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Datagrama transferido por protocolos de enlace diferentes sobre enlaces diferentes ex Ethernet no primeiro enlace quadro relay nos enlaces intermediaacuterios 80211 no uacuteltimo enlace

Cada protocolo de enlace provecirc serviccedilos diferentes ex pode ou natildeo prover transferecircncia confiaacutevel sobre o enlace

Analogia do transporte Viagem de Princeton ateacute Lausanne

Carro Princeton ateacute JFK Aviatildeo JFK ateacute Geneva Trem Geneva ateacute Lausanne

Turista = datagrama Segmento de transporte = enlace de comunicaccedilatildeo Modo de transporte = protocolo da camada de enlace Agente de viagem = algoritmo de roteamento

A camada de enlace contexto

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Enquadramento acesso ao enlace Encapsula datagramas em quadros acrescentando cabeccedilalhos e trailer Implementa acesso ao canal se o meio eacute compartilhado lsquoendereccedilos fiacutesicosrsquo usados nos cabeccedilalhos dos quadros para Identificar a fonte e o destino dos quadros Diferente do endereccedilo IP

Entrega confiaacutevel entre dois equipamentos fisicamente conectados Jaacute aprendemos como isso deve ser feito (capiacutetulo 3) Raramente usado em enlaces com baixa taxa de erro (fibra alguns tipos de par de fios tranccedilados de cobre) Enlaces sem fio (wireless) altas taxas de erro Q por que prover confiabilidade fim-a-fim e na camada de enlace

Serviccedilos da camada de enlace

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Controle de fluxo Limitaccedilatildeo da transmissatildeo entre transmissor e receptor

Detecccedilatildeo de erros Erros causados pela atenuaccedilatildeo do sinal e por ruiacutedos O receptor detecta a presenccedila de erros Avisa o transmissor para reenviar o quadro perdido

Correccedilatildeo de erros O receptor identifica e corrige o bit com erro(s) sem recorrer agrave

retransmissatildeo

Half-duplex efull-duplex Com half-duplex os noacutes em ambas as extremidades do enlace podem transmitir mas natildeo ao mesmo tempo

Serviccedilos da camada de enlace

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Camada de rede implementada no ldquoadaptadorrdquo (isto eacute NIC) Cartatildeo Ethernet cartatildeo PCMCI cartatildeo 80211

Lado transmissor Encapsula o datagrama em um quadro Adiciona bits de verificaccedilatildeo 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 eacute semi-autocircnomo Camadas de enlace e fiacutesica

Comunicaccedilatildeo de adaptadores

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A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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EDC= Bits de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros (redundacircncia)D = Dados protegidos pela verificaccedilatildeo de erros pode incluir os campos de cabeccedilalho A detecccedilatildeo de erros natildeo eacute 100 confiaacutevel

Protocolos podem deixar passar alguns erros mas eacute raro Quanto maior o campo EDC melhor eacute a capacidade de detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros

Detecccedilatildeo de erros

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Paridade com bit uacutenicoDetecta erro de um uacutenico bit

Verificaccedilatildeo de paridade

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Objetivo detectar ldquoerrosrdquo (ex bits trocados) num segmento transmitido (nota usado apenas na camada de transporte)

Transmissor Trata o conteuacutedo de segmentos como sequumlecircncias de nuacutemeros inteiros de 16 bits Checksum adiccedilatildeo (soma em complemento de um) do conteuacutedo 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 eacute igual ao valor do campo checksum

NAtildeO - erro detectado SIM - natildeo detectou erro Mas talvez haja erros apesar disso Mas depoishellip

Checksum da Internet

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Encara os bits de dados D como um nuacutemero binaacuterio Escolhe um padratildeo gerador de r + 1 bit G Objetivo escolhe r CRC bits R tal que

ltDRgt eacute divisiacutevel de forma exata por G (moacutedulo 2) Receptor conhece G divide ltDRgt por G Se o resto eacute diferente

de zero erro detectado Pode detectar todos os erros em sequumlecircncia (burst errors) com

comprimento menor que r + 1 bit Largamente usado na praacutetica (ATM HDCL)

Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica

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desejadoD2r XOR R = nG

equivalente aD2r = nG XOR R

equivalente a se noacutes dividimos D2r por

G buscamos resto R

R = resto[ ]D2rG

Exemplo de CRC

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A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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Trecircs tipos de enlaces Ponto-a-ponto (fio uacutenico ex PPP SLIP) Broadcast (fio ou meio compartilhado)

Ethernet tradicional Upstream HFC 80211 LAN sem fio

Enlaces de acesso muacuteltiplo e protocolos

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Canal de comunicaccedilatildeo uacutenico e compartilhado Duas ou mais transmissotildees simultacircneas pelos noacutes interferecircncia

Colisatildeo se um noacute receber dois ou mais sinais ao mesmo tempo

Protocolo de muacuteltiplo acesso Algoritmo distribuiacutedo que determina como as estaccedilotildees compartilham o canal isto eacute determinam quando cada estaccedilatildeo pode transmitir

Comunicaccedilatildeo sobre o compartilhamento do canal deve utilizar o proacutepro canal

Nenhum canal fora-de-banda para coordenaccedilatildeo

Protocolos de acesso muacuteltiplo

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Canal de broadcast de taxa R bps1 Quando um noacute quer transmitir ele pode enviar a uma taxa R2 Quando M noacutes querem transmitir cada um envia a uma taxa

meacutedia RM3 Totalmente descentralizada

Nenhum noacute especial para coordenar transmissotildees Nenhuma sincronizaccedilatildeo de reloacutegios e compartimentos

4 Simples

Protocolo ideal de muacuteltiplo acesso

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Trecircs grandes classes Particionamento de canal

Divide o canal em pedaccedilos menores (compartimentos de tempo frequumlecircncia)

Aloca um pedaccedilo para uso exclusivo de cada noacute

Acesso aleatoacuterio Canal natildeo dividido permite colisotildees ldquorecuperaccedilatildeordquo das colisotildees

Passagem de permissatildeo Noacutes transmitem nos seus turnos mas com mais volume para enviar

podem usar turnos mais longos

Protocolos MAC uma taxonomia

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TDMA acesso muacuteltiplo por divisatildeo temporal Acesso ao canal eacute feito por rdquoturnos Cada estaccedilatildeo controla um compartimento (ldquoslotrdquo) de tamanho

fixo (tamanho = tempo de transmissatildeo de pacote) em cada turno Compartimentos natildeo usados satildeo desperdiccedilados Exemplo rede local com 6 estaccedilotildees 1 3 4 tecircm pacotes

compartimentos 2 5 6 ficam vazios

Protocolos MAC com particionamento de canal TDMA

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FDMA acesso muacuteltiplo por divisatildeo de frequumlecircncia Oespectro do canal eacute dividido em bandas de frequumlecircncia Cada estaccedilatildeo recebe uma banda de frequumlecircncia Tempo de transmissatildeo natildeo usado nas bandas de frequumlecircncia eacute desperdiccedilado Exemplo rede local com 6 estaccedilotildees 1 3 4 tecircm pacotes as bandas de

frequumlecircncia 2 5 6 ficam vazias bandas

de f

requumlecircnci

a tempo

Protocolos MAC com particionamento de canal FDMA

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Quando o noacute tem um pacote a enviar Transmite com toda a taxa do canal R Natildeo haacute uma regra de coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes

Dois ou mais noacutes transmitindo -gt ldquocolisatildeordquo

Protocolo MAC de acesso aleatoacuterio especifica Como detectar colisotildees Como as estaccedilotildees se recuperam das colisotildees (ex via retransmissotildees

atrasadas) Exemplos de protocolos MAC de acesso aleatoacuterio

slotted ALOHA ALOHA CSMA e CSMACD

Protocolos de acesso aleatoacuterio

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Suposiccedilotildees Todos os quadros de mesmo tamanho Tempo dividido em slots de mesmo tamanho tempo para

transmitir 1 quadro Noacutes comeccedilam a transmitir quadros apenas no iniacutecio dos slots Noacutes satildeo sincronizados Se 2 ou mais noacutes transmitem no slot todos os noacutes detectam a

colisatildeo

Operaccedilatildeo Quando um noacute obteacutem um novo quadro ele transmite no proacuteximo

slot Sem colisatildeo o noacute pode enviar o novo quadro no proacuteximo slot Se haacute colisatildeo o noacute retransmite o quadro em cada slot

subsequumlente com prob p ateacute o successo

Slotted ALOHA

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Proacutes Um uacutenico noacute ativo pode transmitir continuamente com a taxa completa

de canal Altamente descentralizada somente slots em noacutes precisam ser

sincronizados Simples

Contras Colisotildees desperdiacutecio de slots Slots ociosos Noacutes podem detectar colisatildeo em menos tempo do que o tempo para

transmitir o pacote Sincronizaccedilatildeo de clock

Slotted ALOHA

LegendaC = Intervalo de colisatildeoE = Intervalo vazioS = Intervalo bem-sucedido

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Eficiecircncia eacute a fraccedilatildeo de slots bem-sucedidos quando haacute muitos noacutes cada um com muitos quadros para enviar

Suponha N noacutes com muitos quadros para enviar cada um transmite no slot com probabilidade p

Prob de o noacute 1 obter successo num slot = p(1-p)N-1

Prob de qualquer noacute obter um successo = Np(1-p)N-1

Para maacutexima eficiecircncia com N noacutes encontre p que maximiza Np(1-p)N-1

Para muitos noacutes o limite de Np(1-p)N-1 com N indo ao infinito resulta 1e = 37

No maacuteximo uso do canal para envio de dados uacuteteis 37 do tempo

Eficiecircncia do slotted Aloha

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Unslotted Aloha operaccedilatildeo mais simples natildeo haacute sincronizaccedilatildeo

Pacote necessita transmissatildeo Enviar sem esperar pelo iniacutecio de um compartimento

A probabilidade de colisatildeo aumentaPacote enviado em t0 colide com outros pacotes enviados em [t0-1 t0+1]

Aloha puro (unslotted)

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P(successo de um dado noacute) = P(noacute transmitir)

P(nenhum outro noacute transmitir em [p0-1p0]

P(nenhum outro noacute transmitir em [p0-1p0]

= p (1-p)N-1 (1-p)N-1

= p (1-p)2(N-1)

hellip escolhendo p oacutetimo e entatildeo deixando n -gt infinito

= 1(2e) = 18

Ainda pior

Eficiecircncia do Aloha puro

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CSMA escuta antes de transmitir Se o canal parece vazio transmite o pacote Se o canal estaacute ocupado adia a transmissatildeo Analogia humana natildeo interrompa os outros

CSMA Carrier Sense Multiple Access

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Colisotildees podem ocorrero atraso de propagaccedilatildeo implica que dois noacutes podem natildeo ouvir as transmissotildees do outro

Colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo do pacote eacute desperdiccedilado

Notepapel da distacircncia e do atraso de propagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo

arranjo espacial dos noacutes na rede

Colisotildees no CSMA

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CSMACD detecccedilatildeo de portadora deferecircncia como no CSMA Colisotildees detectadas num tempo mais curto Transmissotildees com colisotildees satildeo interrompidas reduzindo o desperdiacutecio do canal Detecccedilatildeo de colisatildeo Faacutecil em LANs cabeadas mediccedilatildeo da intensidade do sinal comparaccedilatildeo dos sinais transmitidos e recebidos Difiacutecil em LANs sem fio receptor desligado enquanto transmitindo Analogia humana o ldquobom de papordquo educado

CSMACD (detecccedilatildeo de colisatildeo)

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CSMACD detecccedilatildeo de colisatildeo

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Protocolos MAC com particionamento de canais Compartilham o canal eficientemente quando a carga eacute alta e bem distribuiacuteda Ineficiente nas cargas baixas atraso no acesso ao canal A estaccedilatildeo consegue uma banda de 1N da capacidade do canal mesmo que haja apenas 1 noacute ativo

Protocolos MAC de acesso aleatoacuterio Eficiente nas cargas baixas um uacutenico noacute pode usar todo o canal Cargas altas excesso de colisotildees

Protocolos de passagem de permissatildeoBuscam o melhor dos dois mundos

Protocolos MAC com passagem de permissatildeo

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Polling Noacute mestre ldquoconvidardquo os escravos a transmitirem um de cada vez Problemas

Polling overhead Latecircncia Ponto uacutenico de falha (mestre)

Token passing Controla um token passado de um noacute a outro sequumlencialmente Mensagem token Problemas

Token overhead Latecircncia Ponto uacutenico de falha (token)

Protocolos MAC com passagem de permissatildeo

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Como se faz com um canal compartilhado Particionamento de canal no tempo por frequumlecircncia ou por coacutedigo

Divisatildeo temporal divisatildeo por coacutedigo divisatildeo por frequumlecircncia Particionamento aleatoacuterio (dinacircmico)

ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACD Detecccedilatildeo de portadora faacutecil em alguns meios fiacutesicos (cabos) e

difiacutecil em outros (wireless) CSMACD usado na rede Ethernet CSMACA usado em 80211

Passagem de permissatildeo Polling a partir de um site central passagem de token

Sumaacuterio dos protocolos MAC

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Camada de enlace ateacute agora Serviccedilos detecccedilatildeo de erroscorreccedilatildeo acesso muacuteltiplo

A seguir tecnologias de redes locais (LAN) Endereccedilamento Ethernet hubs pontes switches PPP

Tecnologias de LAN

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A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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Endereccedilos IP de 32-bit Endereccedilos da camada de rede Usados para levar o datagrama ateacute a rede de destino (lembre-se

da definiccedilatildeo de rede IP)

Endereccedilo de LAN (ou MAC ou fiacutesico) Usado para levar o datagrama de uma interface fiacutesica a outra

fisicamente conectada com a primeira (isto eacute na mesma rede) Endereccedilos MAC com 48 bits (na maioria das LANs)

gravados na memoacuteria fixa (ROM) do adaptador de rede

Endereccedilos de LAN e ARP

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A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEE O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (para

assegurar a unicidade)

Analogia (a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG (b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal

Endereccedilamento MAC eacute ldquoflatrdquo =gt portabilidade Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra sem

reconfiguraccedilatildeo de endereccedilo MAC

Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevel Depende da rede na qual se estaacute ligado

Endereccedilos de LAN (mais)

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Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de Bdado o endereccedilo IP de B Cada noacute IP (hospedeiro roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabela ARP Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt

lt IP address MAC address TTLgt TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamento de

endereccedilos seraacute esquecido (tipicamente 20 min)

ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de resoluccedilatildeo de endereccedilos)

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A que enviar um datagrama para B e o endereccedilo MAS de B natildeo estaacute na tabela ARP de A

A faz broadcast de pacote de consulta ARB contendo o endereccedilo IP de B end MAC de destino = FF-FF-FF-FF-FF-FF todas as maacutequinas na LAN recebem a consulta ARP

B recebe o pacote ARP responde para A com seu endereccedilo MAC (de B) Quadro enviado para o end MAC de A (unicast)

A faz um cache (salva) o par de endereccedilos IP para MAC em sua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo se torne antiga (expirada) soft state informaccedilatildeo que expira (eacute descartada) sem atualizaccedilatildeo

ARP eacute ldquoplug-and-playrdquo Noacutes criam suas tabelas ARP sem intervenccedilatildeo do administrador da rede

Protocolo ARP Mesma LAN (network)

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objetivo envia datagrama de A para B via R supotildee que A conhece o endereccedilo IP de B

bull Duas tabelas ARP no roteador R um para cada rede IP (LAN)

Roteamento para outra LAN

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A cria o pacote IP com origem A destino B A usa ARP para obter o endereccedilo de camada fiacutesica de R correspondente ao

endereccedilo IP 111111111110 A cria um quadro Ethernet com o endereccedilo fiacutesico de R como destino o

quadro Ethernet conteacutem o datagrama IP de A para B A camada de enlace de A envia o quadroEthernet A camada de enlace de R recebe o quadro Ethernet R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verifica que ele se destina a

B R usa ARP para obter o endereccedilo fiacutesico de B R cria quadro contendo um datagrama de A para B e envia para B

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5 - 42copy 2005 by Pearson Education

A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

5

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Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo Barato R$20 por 100Mbps Primeira tecnologia de LAN largamente usada Mais simples e mais barata que LANs com token e ATM Velocidade crescente 10Mbps ndash 10Gbps

esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf

Ethernet

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Topologia de bus popular em meados dos anos 90 Agora a topologia em estrela prevalece Opccedilotildees de conexatildeo hub ou switch (mais adiante)

Topologia em estrela

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Adaptador do transmissor encapsula o datagrama IP (ou outro pacote de protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet

Preacircmbulo bull 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte com padratildeo 10101011bull usado para sincronizar as taxas de reloacutegio do transmissor e do receptor

Estrutura do quadro Ethernet

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Endereccedilos 6 bytes Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de destino coincidente ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa o dado no quadro para o protocolo da camada de rede

Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP mas outros podem ser suportados tais como Novell IPX e AppleTalk)

CRC verificado no receptor se um erro eacute detectado o quadro eacute simplesmente descartado

Estrutura do quadro Ethernet

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Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o receptor

Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou nacks para o adaptador transmissor O fluxo de datagramas que passa para a camada de rede pode deixar

lacunas Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCP Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas

Serviccedilo natildeo confiaacutevel sem conexatildeo

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Sem slots Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador

transmitindo isto eacute carrier sense O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador

transmitindo isto eacute collision detection Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo

aleatoacuterio isto eacute random access

Ethernet usa CSMACD

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1 Adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmitir o

quadro Se ele detecta o canal ocupado espera ateacute ele ficar livre e entatildeo transmite

3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo sua missatildeo com esse quadro estaacute cumprida

4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta e envia um jam signal

5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a m-eacutesima colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2m-1 O adaptador espera K512 tempos de bit e retorna ao passo 2

Algoritmo CSMACD da Ethernet

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Jam signal garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo 48 bitsBit time 1 microseg para Ethernet de 10 Mbpspara K=1023 o tempo de espera eacute cerca de 50 mseg

Veja o applet Java no Web site da AWL altamemte recomendadoExponential backoff Objetivo adaptar tentativas de retransmissatildeo para carga atual da rede

Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longa Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacute

K x 512 tempos de transmissatildeo de bit Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3hellip Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023

Ethernet CSMACD

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Tprop = propagaccedilatildeo maacutexima entre 2 noacutes na LAN

ttrans = tempo para transmitir um quadro de tamanho maacuteximo

Eficiecircncia tende a 1 quando tprop tende a 0

Tende a 1 quando ttrans tende ao infinito Muito melhor do que o ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato

transprop tt 51

1eficiecircncia

Eficiecircncia do CSMACD

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Taxa de 10100 Mbps chamado mais tarde de ldquofast ethernetrdquo T significa ldquoTwisted Pairrdquo (par de fios tranccedilados de cobre) Noacutes se conectam a um hub ldquotopologia em estrelardquo 100 m eacute a distacircncia

maacutexima entre os noacutes e o hub

10BaseT e 100BaseT

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Hubs satildeo essencialmente repetidores de camada fiacutesica Bits que chegam de um enlace se propagam para todos os outros enlaces Com a mesma taxa Natildeo possuem armazenagem de quadros Natildeo haacute CSMACD no hub adaptadores detectam colisotildees Provecirc funcionalidade de gerenciamento de rede

Hubs

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Usada em 10BaseT Cada bit possui uma transiccedilatildeo Permite que os reloacutegios nos noacutes de transmissatildeo e de recepccedilatildeo possam

sincronizar um com o outro Natildeo eacute necessaacuterio reloacutegio global centralizado entre os noacutes

Ei isso eacute coisa de camada fiacutesica

Codificaccedilatildeo Manchester

Codificaccedilatildeo Manchester

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Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeo Permite enlaces ponto-a-ponto e canais de muacuteltiplo acesso

compartilhados No modo compartilhado o CSMACD eacute usado exige pequenas

distacircncias entre os noacutes para ser eficiente Usa hubs chamados aqui de Distribuidores com Armazenagem

ldquoBuffered Distributorsrdquo Full-Duplex a 1 Gbps para enlaces ponto-a-ponto 10 Gbps agora

Gigabit Ethernet

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A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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Hub de backbone interconecta segmentos de LAN Estende a distacircncia maacutexima entre os noacutes Mas domiacutenios de colisatildeo individuais tornam-se um uacutenico e grande

domiacutenio de colisatildeo Natildeo pode interconectar 10BaseT e 100BaseT

Interconexatildeo com hubs

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Dispositivo de camada de enlace Armazena e encaminha quadros Ethernet Examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o

quadro baseado no endereccedilo MAC de destino Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento

usa CSMACD para acessar o segmento Transparente

Hospedeiros satildeo inconscientes da presenccedila dos switches Plug-and-play self-learning (auto-aprendizado)

Switches natildeo precisam ser configurados

Switch

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Como determinar para qual segmento da LAN encaminhar o quadro Parece um problema de roteamento

Encaminhamento

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Um switch possui uma tabela de switch Entrada na tabela do switch

(endereccedilo MAC interface marca de tempo) Entradas expiradas na tabela satildeo decartadas (TTL pode ser 60 min)

Switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de suas interfaces Quando recebe um quadro o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento da LAN que chega Registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela

Self learning (auto-aprendizado)

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Quando um switch recebe um quadro

indexa a tabela do switch usando end MAC de destinoif entrada for encontrada para o destino

then if dest no segmento deste quadro chegou

then descarta o quadro else encaminha o quadro na interface indicada else flood

Encaminha para todas as interfacesexceto para a que o quadro chegou

Filtragemencaminhamento

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Suponha que C envia um quadro para D

Switch recebe o quadro de C Anota na tabela que C estaacute na interface 1 Como D natildeo estaacute na tabela o switch encaminha o quadro para as

interfaces 2 e 3 Quadro recebido por D

hub hub hub

switch

A

B CD

EF

G H

I

endereccedilo interface

ABEG

1123

12 3

Switch exemplo

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Suponha que D responde com um quadro para C

Switch recebe quadro de D Anota na tabela que D estaacute na interface 2 Como C estaacute na tabela o switch encaminha o quadro apenas para a

interface 1 Quadro recebido por C

hub hub hub

switch

A

B CD

EF

G H

I

endereccedilo interface

ABEGC

11231

Switch exemplo

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A instalaccedilatildeo do switch quebra as sub-redes em segmentos de LAN Switch filtra pacotes

Alguns quadros do mesmo segmento de LAN natildeo satildeo usualmente encaminhados para outros segmento de LAN

Segmentos se tornam separados em domiacutenios de colisatildeo

hub hub hub

switch

domiacutenio de colisatildeo domiacutenio de colisatildeo

domiacutenio de colisatildeo

Switch isolaccedilatildeo de traacutefego

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Switch com muitas interfaces Hospedeiros possuem conexatildeo direta ao switch Sem colisotildees full duplex

Switching A-para-Arsquo e B-para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees

Switches acesso dedicado

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Cut-through switching quadro encaminhado da porta de entrada ateacute a porta de saiacuteda sem ter de primeiro coletar o quadro todo Ligeira reduccedilatildeo na latecircncia

Combinaccedilotildees de interfaces 101001000 Mbps compartilhadasdedicadas

Mais sobre switches

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Redes corporativas

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Ambos satildeo dispositivos store-and-forward Roteadores dispositivos de camada de rede (examinam cabeccedilalhos

da camada de rede) Switches satildeo dispositivos da camada de enlace

Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam algoritmos de roteamento Switches mantecircm tabelas de switch implementam filtragem algoritmos de aprendizagem

Switches vs roteadores

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hubs roteadores switches

isolaccedilatildeo detraacutefego

natildeo sim sim

plug amp play sim natildeo sim

roteamentooacutetimo

natildeo sim natildeo

cutthrough

sim natildeo sim

Resumo comparaccedilatildeo

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A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace de broadcast Sem Media Access Control Natildeo necessita de endereccedilamento MAC expliacutecito Ex dialup link linha ISDN

Protocolos ponto-a-ponto DLC populares PPP (point-to-point protocol) HDLC High level data link control (camada de enlace costumava ser considerada ldquocamada altardquo na pilha de protocolos)

Controle de enlace de dados ponto-a-ponto

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Enquadramento de pacote encapsulamento do datagrama da camada de rede no quadro da camada de enlace Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolo de rede (natildeo apenas o IP) ao mesmo tempo Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo

Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo de bit no campo de dados

Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo) Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do enlace

para a camada de rede Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos terminais

do enlace podem aprender e configurar o endereccedilo de rede dos outros

PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]

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Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros Natildeo haacute controle de fluxo Aceita entregas fora de ordem Natildeo haacute necessidade de suportar enlaces multiponto (ex polling)

Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeo dos dados satildeo todos relegados para as camadas mais altas

PPP natildeo requisitos

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Flag delimitador (enquadramento) Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura) Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacuteltiplos campos de

controle Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o conteuacutedo do

quadro deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)

PPP formato do quadro

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info dados da camada superior sendo transportados CRC verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de erros

PPP formato dos dados

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Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de dados deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt01111110gt

P Se for recebido o padratildeo lt01111110gt satildeo dados ou eacute flag Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte extra com o padratildeo lt

01111101gt (escape) antes de cada byte com o padratildeo de flag lt 01111110gt nos dados

Receptor Um byte 01111101 seguido de 01111110 em seguida descarta o primeiro e continua a recepccedilatildeo de dados Uacutenico byte 01111110 entatildeo eacute um flag

Byte stuffing

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byte com o padratildeodo flag nos dados a enviar

byte com o padratildeo de escape acrescentado nos dados transmitidos seguido por um byte com padratildeo de flag

Byte stuffing

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Antes de trocar dados da camada de rede os parceiros da camada de enlace devem A configurar o enlace PPP (tamanho maacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo) Aprenderconfigurar as informaccedilotildees da camada de rede

Para o IP transportar mensagens do protocolo de controle IP (IPCP) (campo de protocolo 8021) para configuraraprender os

endereccedilos IP

PPP protocolo de controle de dados

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A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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Virtualizaccedilatildeo dos recursos uma poderosa abstraccedilatildeo em engenharia de sistemas Exemplos em computaccedilatildeo memoacuteria virtual dispositivos virtuais

Maacutequinas virtuais ex java IBM VM os dos anos 6070

Camada de abstraccedilotildees natildeo se apega a detalhes da camada mais baixa apenas trata com as camadas mais baixas abstratamente

Virtualizaccedilatildeo das redes

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1974 muacuteltiplas redes desconectadas ARPAnet redes de dados-sobre-cabo rede de pacote por sateacutelite (Aloha) rede de pacotes por raacutedio

hellip diferentes em convenccedilotildees de endereccedilamento formatos do pacote recuperaccedilatildeo de erros roteamento

Internet virtualizaccedilatildeo das redes

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Camada de rede da Internet (IP) Endereccedilamento internetwork

aparece como uma entidade uacutenica e uniforme escondendo a heterogeneidade das redes locais

Rede de redes

Gateway ldquoembute pacotes da Internet no

formato de um pacote local ou os extrairdquo

Rota (no niacutevel de internetwork) para o proacuteximo gateway

Internet virtualizaccedilatildeo das redes

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O que eacute virtualizado Duas camadas de endereccedilamento Internet e rede local Nova camada (IP) torna tudo homogecircneo na camada da Internet Tecnologia da rede local em questatildeo

Cabo Sateacutelite Modem telefocircnico de 56 K Hoje ATM MPLS

hellip ldquoinvisiacutevelrdquo na camada da Internet Parece com uma tecnologia de camada de enlace para o IP

Arquitetura da Internet de Cerf amp Kahn

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ATM MPLS redes separadas em seus proacuteprios direitos Modelos de serviccedilo endereccedilamento roteamento diferentes da Internet

Vistos pela Internet como um enlace loacutegico conectando roteadores IP Assim como o dialup link eacute realmente parte de uma rede separada

(rede telefocircnica)

ATM MPLS de interesse teacutecnico em seu proacuteprio direito

ATM e MPLS

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Padratildeo dos anos 8090 para altas taxas de transmissatildeo (155 Mbps a 622 Mbps e mais altas) arquitetura de Broadband Integrated Service Digital Network (B-ISDN)

Objetivo transporte integrado de voz dados e imagens com foco nas redes puacuteblicas de comunicaccedilatildeo Deve atender aos requisitos de tempoQoS para aplicaccedilotildees de voz

e de viacutedeo (versus o serviccedilo de melhor esforccedilo da Internet) Telefonia de ldquoproacutexima geraccedilatildeordquo fundamentos teacutecnicos no mundo da telefonia Comutaccedilatildeo de pacotes (pacotes de tamanho fixo chamados ldquoceacutelulasrdquo) usando circuitos virtuais

Modo de transferecircncia assiacutencrono ATM

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Camada de adaptaccedilatildeo apenas na borda de uma rede ATM Segmentaccedilatildeo e remontagem dos dados Grosseiramente anaacuteloga agrave camada de transporte da Internet

Camada ATM camada de ldquorederdquo Comutaccedilatildeo de ceacutelulas roteamento

Camada fiacutesica

Sistema final Sistema finalSwitch ATM Switch ATM

Arquitetura ATM

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Visatildeo transporte fim-a-fim ldquoATM de computador a computadorrdquo ATM eacute uma tecnologia de redeRealidade usada para conectar roteadores IP de backbone ldquoIP sobre ATMrdquo ATM como uma camada de enlace comutada conectando roteadores IP

ATM camada de rede ou de enlace

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Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL) ldquoadaptardquo camadas superiores (aplicaccedilotildees IP ou nativas ATM) para a camada ATM abaixo

AAL presente apenas nos sistemas finais natildeo nos comutadores ATM (ldquoswitchesrdquo)

O segmento da camada AAL (campo de cabeccedilalhotrailer e de dados) satildeo fragmentados em muacuteltiplas ceacutelulas ATM Analogia segmento TCP em muitos pacotes IP

Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL)

Sistema final Sistema finalSwitch ATM Switch ATM

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Diferentes versotildees da camada AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM AAL1 para serviccedilo CBR (taxa de bit constante) ex emulaccedilatildeo de circuitos AAL2 para serviccedilos VBR (taxa de bit variaacutevel) ex viacutedeo MPEG AAL5 para dados (ex datagramas IP)

AAL PDU

ceacutelula ATM

Dados de usuaacuterio

subcamadade convergecircncia

subcamadaSAR

Ceacutelula ATM

Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL)

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Serviccedilo transporte de ceacutelulas atraveacutes da rede ATM Anaacuteloga agrave camada de rede IP Serviccedilos muito diferentes da camada de rede IP

Arquiteturade rede

Internet

ATM

ATM

ATM

ATM

Modelo de serviccedilo

melhoresforccediloCBR

VBR

ABR

UBR

Banda

natildeo

taxaconstantetaxagarantidamiacutenimogarantidonatildeo

Perda

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Ordem

natildeo

sim

sim

sim

sim

Tempo

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Aviso decongestatildeo

natildeo (inferidopelas perdas)natildeo haacutecongestatildeonatildeo haacutecongestatildeosim

natildeo

Garantias

Camada ATM

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Transporte em VC ceacutelulas satildeo transportadas sobre VC da fonte ao destino Estabelecimento de conexatildeo necessaacuterio para cada chamada antes que o fluxo de dados possa ser iniciado Cada pacote transporta um identificador de VC (natildeo transporta o endereccedilo do destino) Cada comutador com caminho entre a fonte e o destino manteacutem o ldquoestadordquo para cada conexatildeo passante Recursos do enlace e do comutador (banda passante buffers) podem ser alocados por VC para obter um comportamento semelhante a um circuito fiacutesico

VCs permanentes (PVCs) Conexotildees de longa duraccedilatildeo Tipicamente rota ldquopermanenterdquo entre roteadores IP

VCs comutados (SVC) Dinamicamente criados numa base por chamada

Camadas ATM circuitos virtuais

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Vantagens do uso de circuitos virtuais no ATM Iacutendices de QoS garantidos para conexotildees mapeadas em

circuitos virtuais (banda passante atraso variacircncia de atraso)

Problemas no uso de circuitos virtuais O suporte de traacutefego datagrama eacute ineficiente Um PVC entre cada par origemdestino natildeo tem boa

escalabilidade (N2 conexotildees satildeo necessaacuterias) SVC introduz latecircncia de estabelecimento de conexatildeo e

atrasos de processamento para conexotildees de curta duraccedilatildeo

ATM VCs

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Cabeccedilalho da ceacutelula ATM com 5 bytes Carga uacutetil com 48-bytes

Por quecirc carga uacutetil pequena -gt pequeno atraso de criaccedilatildeo de ceacutelula para voz digitalizada

Meio do caminho entre 32 e 64 (compromisso)

cabeccedilalhoda ceacutelula

formato daceacutelula

3o bit no campo PTvalor 1 indica uacuteltima ceacutelula (AAL-indicate bit)

Camada ATM ceacutelula ATM

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VCI identificador de canal virtual Pode mudar de enlace para enlace atraveacutes da rede

PT tipo de carga uacutetil (ex ceacutelula RM versus ceacutelula de dados) CLP bit de prioridade de perda de ceacutelula

CLP = 1 implica ceacutelula de baixa prioridade pode ser descartada em caso de congestatildeo

HEC verificaccedilatildeo de erros no cabeccedilalho Verificaccedilatildeo ciacuteclica de erros

Cabeccedilalho da ceacutelula ATM

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A camada fiacutesica se compotildee de duas partes (subcamadas ) Subcamada de convergecircncia de transmissatildeo (TCS) adapta a camada

ATM acima agrave subcamada fiacutesica abaixo (PMD) Subcamada dependente do meio depende do tipo de meio fiacutesico que

estaacute sendo empregado

Funccedilotildees da TCS Geraccedilatildeo do checksum do cabeccedilalho 8 bits CRC Delineamento de ceacutelula Com uma subcamada PMD natildeo estruturada transmite ceacutelulas vazias

(ldquoidle cellsrdquo) quando natildeo haacute ceacutelulas de dados a enviar

Camada fiacutesica ATM

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Subcamada dependente do meio fiacutesico (PMD) SONETSDH estrutura de transmissatildeo de quadros (como um

container carregando bits) Sincronizaccedilatildeo de bits Particcedilotildees da banda passante (TDM) Vaacuterias velocidades OC1 = 5184 Mbps OC3 = 15552 Mbps OC12 = 62208 Mbps

T1T3 estrutura de transmissatildeo de quadros (velha hierarquia de telefonia 15 Mbps45 Mbps No Brasil usa-se a hierarquia europeacuteia E1E3 2 34 Mbps

Natildeo estruturada apenas ceacutelulas (ocupadasvazias)

Camada fiacutesica ATM

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Apenas IP claacutessico 3 ldquoredesrdquo (ex segmentos de LAN) Endereccedilos MAC (8023) e IP

IP sobre ATM Substitui ldquorederdquo (ex segmento

de LAN) com a rede ATM Endereccedilos ATM endereccedilos IP

redeATM

EthernetLANs

EthernetLANs

IP-sobre-ATM

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No endereccedilo de origem Camada IP encontra um mapeamento entre o endereccedilo IP e o endereccedilo de destino ATM (usando ARP) Passa o datagrama para a camada de adaptaccedilatildeo AAL5 AAL5 encapsula os dados segmenta em ceacutelulas e passa para a camada ATM

Rede ATM move a ceacutelula para o destino de acordo com o seu VC (circuito virtual)

No hospedeiro de destino AAL5 remonta o datagrama original a partir das ceacutelulas recebidas Se o CRC OK datagrama eacute passado ao IP

Viagem de um datagrama numa rede IP-sobre-ATM

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Questotildees Datagramas IP em ATM AAL5 PDUs Dos endereccedilos IP aos endereccedilos ATM

Da mesma forma que de endereccedilos IP para endereccedilos MAC 8023

redeATM

EthernetLANs

IP-sobre-ATM

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Objetivo inicial aumentar a velocidade de encaminhamento IP usando labels de tamanho fixo (em vez de endereccedilo IP) Mesma ideacuteia do meacutetodo de circuito virtual (VC) Mas o datagrama IP ainda manteacutem o endereccedilo IP

Multiprotocol label switching (MPLS)

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Roteador faz a funccedilatildeo de comutador de roacutetulo Pacotes encaminhados para interface de saiacuteda com base apenas no valor

do roacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP) Tabela de encaminhamento MPLS distinta das tabelas de encaminhamento IP

Protocolo de sinalizaccedilatildeo necessaacuterio para estabelecer o encaminhamento RSVP-TE Encaminhamento eacute possiacutevel por caminhos que o IP sozinho natildeo pode usar (ex roteamento de especificado pela origem) Use MPLS para engenharia de traacutefego

Deve coexistir com roteadores unicamente IP

Roteadores MPLS

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Tabelas de encaminhamento MPLS

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Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace Detecccedilatildeo de erros correccedilatildeo Compartilhando um canal broadcast acesso muacuteltiplo Endereccedilamento da camada de enlace

Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de vaacuterias tecnologias da camada de enlace Ethernet LANS comutadas PPP Redes virtualizadas como uma camada de enlace ATM MPLS

Resumo

Page 4: Capítulo 5 Redes de computadores e a Internet A camada de enlace e redes locais

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Datagrama transferido por protocolos de enlace diferentes sobre enlaces diferentes ex Ethernet no primeiro enlace quadro relay nos enlaces intermediaacuterios 80211 no uacuteltimo enlace

Cada protocolo de enlace provecirc serviccedilos diferentes ex pode ou natildeo prover transferecircncia confiaacutevel sobre o enlace

Analogia do transporte Viagem de Princeton ateacute Lausanne

Carro Princeton ateacute JFK Aviatildeo JFK ateacute Geneva Trem Geneva ateacute Lausanne

Turista = datagrama Segmento de transporte = enlace de comunicaccedilatildeo Modo de transporte = protocolo da camada de enlace Agente de viagem = algoritmo de roteamento

A camada de enlace contexto

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Enquadramento acesso ao enlace Encapsula datagramas em quadros acrescentando cabeccedilalhos e trailer Implementa acesso ao canal se o meio eacute compartilhado lsquoendereccedilos fiacutesicosrsquo usados nos cabeccedilalhos dos quadros para Identificar a fonte e o destino dos quadros Diferente do endereccedilo IP

Entrega confiaacutevel entre dois equipamentos fisicamente conectados Jaacute aprendemos como isso deve ser feito (capiacutetulo 3) Raramente usado em enlaces com baixa taxa de erro (fibra alguns tipos de par de fios tranccedilados de cobre) Enlaces sem fio (wireless) altas taxas de erro Q por que prover confiabilidade fim-a-fim e na camada de enlace

Serviccedilos da camada de enlace

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Controle de fluxo Limitaccedilatildeo da transmissatildeo entre transmissor e receptor

Detecccedilatildeo de erros Erros causados pela atenuaccedilatildeo do sinal e por ruiacutedos O receptor detecta a presenccedila de erros Avisa o transmissor para reenviar o quadro perdido

Correccedilatildeo de erros O receptor identifica e corrige o bit com erro(s) sem recorrer agrave

retransmissatildeo

Half-duplex efull-duplex Com half-duplex os noacutes em ambas as extremidades do enlace podem transmitir mas natildeo ao mesmo tempo

Serviccedilos da camada de enlace

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Camada de rede implementada no ldquoadaptadorrdquo (isto eacute NIC) Cartatildeo Ethernet cartatildeo PCMCI cartatildeo 80211

Lado transmissor Encapsula o datagrama em um quadro Adiciona bits de verificaccedilatildeo 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 eacute semi-autocircnomo Camadas de enlace e fiacutesica

Comunicaccedilatildeo de adaptadores

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A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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EDC= Bits de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros (redundacircncia)D = Dados protegidos pela verificaccedilatildeo de erros pode incluir os campos de cabeccedilalho A detecccedilatildeo de erros natildeo eacute 100 confiaacutevel

Protocolos podem deixar passar alguns erros mas eacute raro Quanto maior o campo EDC melhor eacute a capacidade de detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros

Detecccedilatildeo de erros

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Paridade com bit uacutenicoDetecta erro de um uacutenico bit

Verificaccedilatildeo de paridade

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Objetivo detectar ldquoerrosrdquo (ex bits trocados) num segmento transmitido (nota usado apenas na camada de transporte)

Transmissor Trata o conteuacutedo de segmentos como sequumlecircncias de nuacutemeros inteiros de 16 bits Checksum adiccedilatildeo (soma em complemento de um) do conteuacutedo 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 eacute igual ao valor do campo checksum

NAtildeO - erro detectado SIM - natildeo detectou erro Mas talvez haja erros apesar disso Mas depoishellip

Checksum da Internet

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Encara os bits de dados D como um nuacutemero binaacuterio Escolhe um padratildeo gerador de r + 1 bit G Objetivo escolhe r CRC bits R tal que

ltDRgt eacute divisiacutevel de forma exata por G (moacutedulo 2) Receptor conhece G divide ltDRgt por G Se o resto eacute diferente

de zero erro detectado Pode detectar todos os erros em sequumlecircncia (burst errors) com

comprimento menor que r + 1 bit Largamente usado na praacutetica (ATM HDCL)

Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica

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desejadoD2r XOR R = nG

equivalente aD2r = nG XOR R

equivalente a se noacutes dividimos D2r por

G buscamos resto R

R = resto[ ]D2rG

Exemplo de CRC

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A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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Trecircs tipos de enlaces Ponto-a-ponto (fio uacutenico ex PPP SLIP) Broadcast (fio ou meio compartilhado)

Ethernet tradicional Upstream HFC 80211 LAN sem fio

Enlaces de acesso muacuteltiplo e protocolos

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Canal de comunicaccedilatildeo uacutenico e compartilhado Duas ou mais transmissotildees simultacircneas pelos noacutes interferecircncia

Colisatildeo se um noacute receber dois ou mais sinais ao mesmo tempo

Protocolo de muacuteltiplo acesso Algoritmo distribuiacutedo que determina como as estaccedilotildees compartilham o canal isto eacute determinam quando cada estaccedilatildeo pode transmitir

Comunicaccedilatildeo sobre o compartilhamento do canal deve utilizar o proacutepro canal

Nenhum canal fora-de-banda para coordenaccedilatildeo

Protocolos de acesso muacuteltiplo

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Canal de broadcast de taxa R bps1 Quando um noacute quer transmitir ele pode enviar a uma taxa R2 Quando M noacutes querem transmitir cada um envia a uma taxa

meacutedia RM3 Totalmente descentralizada

Nenhum noacute especial para coordenar transmissotildees Nenhuma sincronizaccedilatildeo de reloacutegios e compartimentos

4 Simples

Protocolo ideal de muacuteltiplo acesso

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Trecircs grandes classes Particionamento de canal

Divide o canal em pedaccedilos menores (compartimentos de tempo frequumlecircncia)

Aloca um pedaccedilo para uso exclusivo de cada noacute

Acesso aleatoacuterio Canal natildeo dividido permite colisotildees ldquorecuperaccedilatildeordquo das colisotildees

Passagem de permissatildeo Noacutes transmitem nos seus turnos mas com mais volume para enviar

podem usar turnos mais longos

Protocolos MAC uma taxonomia

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TDMA acesso muacuteltiplo por divisatildeo temporal Acesso ao canal eacute feito por rdquoturnos Cada estaccedilatildeo controla um compartimento (ldquoslotrdquo) de tamanho

fixo (tamanho = tempo de transmissatildeo de pacote) em cada turno Compartimentos natildeo usados satildeo desperdiccedilados Exemplo rede local com 6 estaccedilotildees 1 3 4 tecircm pacotes

compartimentos 2 5 6 ficam vazios

Protocolos MAC com particionamento de canal TDMA

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FDMA acesso muacuteltiplo por divisatildeo de frequumlecircncia Oespectro do canal eacute dividido em bandas de frequumlecircncia Cada estaccedilatildeo recebe uma banda de frequumlecircncia Tempo de transmissatildeo natildeo usado nas bandas de frequumlecircncia eacute desperdiccedilado Exemplo rede local com 6 estaccedilotildees 1 3 4 tecircm pacotes as bandas de

frequumlecircncia 2 5 6 ficam vazias bandas

de f

requumlecircnci

a tempo

Protocolos MAC com particionamento de canal FDMA

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Quando o noacute tem um pacote a enviar Transmite com toda a taxa do canal R Natildeo haacute uma regra de coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes

Dois ou mais noacutes transmitindo -gt ldquocolisatildeordquo

Protocolo MAC de acesso aleatoacuterio especifica Como detectar colisotildees Como as estaccedilotildees se recuperam das colisotildees (ex via retransmissotildees

atrasadas) Exemplos de protocolos MAC de acesso aleatoacuterio

slotted ALOHA ALOHA CSMA e CSMACD

Protocolos de acesso aleatoacuterio

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Suposiccedilotildees Todos os quadros de mesmo tamanho Tempo dividido em slots de mesmo tamanho tempo para

transmitir 1 quadro Noacutes comeccedilam a transmitir quadros apenas no iniacutecio dos slots Noacutes satildeo sincronizados Se 2 ou mais noacutes transmitem no slot todos os noacutes detectam a

colisatildeo

Operaccedilatildeo Quando um noacute obteacutem um novo quadro ele transmite no proacuteximo

slot Sem colisatildeo o noacute pode enviar o novo quadro no proacuteximo slot Se haacute colisatildeo o noacute retransmite o quadro em cada slot

subsequumlente com prob p ateacute o successo

Slotted ALOHA

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Proacutes Um uacutenico noacute ativo pode transmitir continuamente com a taxa completa

de canal Altamente descentralizada somente slots em noacutes precisam ser

sincronizados Simples

Contras Colisotildees desperdiacutecio de slots Slots ociosos Noacutes podem detectar colisatildeo em menos tempo do que o tempo para

transmitir o pacote Sincronizaccedilatildeo de clock

Slotted ALOHA

LegendaC = Intervalo de colisatildeoE = Intervalo vazioS = Intervalo bem-sucedido

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Eficiecircncia eacute a fraccedilatildeo de slots bem-sucedidos quando haacute muitos noacutes cada um com muitos quadros para enviar

Suponha N noacutes com muitos quadros para enviar cada um transmite no slot com probabilidade p

Prob de o noacute 1 obter successo num slot = p(1-p)N-1

Prob de qualquer noacute obter um successo = Np(1-p)N-1

Para maacutexima eficiecircncia com N noacutes encontre p que maximiza Np(1-p)N-1

Para muitos noacutes o limite de Np(1-p)N-1 com N indo ao infinito resulta 1e = 37

No maacuteximo uso do canal para envio de dados uacuteteis 37 do tempo

Eficiecircncia do slotted Aloha

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Unslotted Aloha operaccedilatildeo mais simples natildeo haacute sincronizaccedilatildeo

Pacote necessita transmissatildeo Enviar sem esperar pelo iniacutecio de um compartimento

A probabilidade de colisatildeo aumentaPacote enviado em t0 colide com outros pacotes enviados em [t0-1 t0+1]

Aloha puro (unslotted)

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P(successo de um dado noacute) = P(noacute transmitir)

P(nenhum outro noacute transmitir em [p0-1p0]

P(nenhum outro noacute transmitir em [p0-1p0]

= p (1-p)N-1 (1-p)N-1

= p (1-p)2(N-1)

hellip escolhendo p oacutetimo e entatildeo deixando n -gt infinito

= 1(2e) = 18

Ainda pior

Eficiecircncia do Aloha puro

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CSMA escuta antes de transmitir Se o canal parece vazio transmite o pacote Se o canal estaacute ocupado adia a transmissatildeo Analogia humana natildeo interrompa os outros

CSMA Carrier Sense Multiple Access

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Colisotildees podem ocorrero atraso de propagaccedilatildeo implica que dois noacutes podem natildeo ouvir as transmissotildees do outro

Colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo do pacote eacute desperdiccedilado

Notepapel da distacircncia e do atraso de propagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo

arranjo espacial dos noacutes na rede

Colisotildees no CSMA

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CSMACD detecccedilatildeo de portadora deferecircncia como no CSMA Colisotildees detectadas num tempo mais curto Transmissotildees com colisotildees satildeo interrompidas reduzindo o desperdiacutecio do canal Detecccedilatildeo de colisatildeo Faacutecil em LANs cabeadas mediccedilatildeo da intensidade do sinal comparaccedilatildeo dos sinais transmitidos e recebidos Difiacutecil em LANs sem fio receptor desligado enquanto transmitindo Analogia humana o ldquobom de papordquo educado

CSMACD (detecccedilatildeo de colisatildeo)

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CSMACD detecccedilatildeo de colisatildeo

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Protocolos MAC com particionamento de canais Compartilham o canal eficientemente quando a carga eacute alta e bem distribuiacuteda Ineficiente nas cargas baixas atraso no acesso ao canal A estaccedilatildeo consegue uma banda de 1N da capacidade do canal mesmo que haja apenas 1 noacute ativo

Protocolos MAC de acesso aleatoacuterio Eficiente nas cargas baixas um uacutenico noacute pode usar todo o canal Cargas altas excesso de colisotildees

Protocolos de passagem de permissatildeoBuscam o melhor dos dois mundos

Protocolos MAC com passagem de permissatildeo

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Polling Noacute mestre ldquoconvidardquo os escravos a transmitirem um de cada vez Problemas

Polling overhead Latecircncia Ponto uacutenico de falha (mestre)

Token passing Controla um token passado de um noacute a outro sequumlencialmente Mensagem token Problemas

Token overhead Latecircncia Ponto uacutenico de falha (token)

Protocolos MAC com passagem de permissatildeo

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Como se faz com um canal compartilhado Particionamento de canal no tempo por frequumlecircncia ou por coacutedigo

Divisatildeo temporal divisatildeo por coacutedigo divisatildeo por frequumlecircncia Particionamento aleatoacuterio (dinacircmico)

ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACD Detecccedilatildeo de portadora faacutecil em alguns meios fiacutesicos (cabos) e

difiacutecil em outros (wireless) CSMACD usado na rede Ethernet CSMACA usado em 80211

Passagem de permissatildeo Polling a partir de um site central passagem de token

Sumaacuterio dos protocolos MAC

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Camada de enlace ateacute agora Serviccedilos detecccedilatildeo de erroscorreccedilatildeo acesso muacuteltiplo

A seguir tecnologias de redes locais (LAN) Endereccedilamento Ethernet hubs pontes switches PPP

Tecnologias de LAN

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A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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Endereccedilos IP de 32-bit Endereccedilos da camada de rede Usados para levar o datagrama ateacute a rede de destino (lembre-se

da definiccedilatildeo de rede IP)

Endereccedilo de LAN (ou MAC ou fiacutesico) Usado para levar o datagrama de uma interface fiacutesica a outra

fisicamente conectada com a primeira (isto eacute na mesma rede) Endereccedilos MAC com 48 bits (na maioria das LANs)

gravados na memoacuteria fixa (ROM) do adaptador de rede

Endereccedilos de LAN e ARP

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A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEE O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (para

assegurar a unicidade)

Analogia (a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG (b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal

Endereccedilamento MAC eacute ldquoflatrdquo =gt portabilidade Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra sem

reconfiguraccedilatildeo de endereccedilo MAC

Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevel Depende da rede na qual se estaacute ligado

Endereccedilos de LAN (mais)

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Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de Bdado o endereccedilo IP de B Cada noacute IP (hospedeiro roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabela ARP Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt

lt IP address MAC address TTLgt TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamento de

endereccedilos seraacute esquecido (tipicamente 20 min)

ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de resoluccedilatildeo de endereccedilos)

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A que enviar um datagrama para B e o endereccedilo MAS de B natildeo estaacute na tabela ARP de A

A faz broadcast de pacote de consulta ARB contendo o endereccedilo IP de B end MAC de destino = FF-FF-FF-FF-FF-FF todas as maacutequinas na LAN recebem a consulta ARP

B recebe o pacote ARP responde para A com seu endereccedilo MAC (de B) Quadro enviado para o end MAC de A (unicast)

A faz um cache (salva) o par de endereccedilos IP para MAC em sua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo se torne antiga (expirada) soft state informaccedilatildeo que expira (eacute descartada) sem atualizaccedilatildeo

ARP eacute ldquoplug-and-playrdquo Noacutes criam suas tabelas ARP sem intervenccedilatildeo do administrador da rede

Protocolo ARP Mesma LAN (network)

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objetivo envia datagrama de A para B via R supotildee que A conhece o endereccedilo IP de B

bull Duas tabelas ARP no roteador R um para cada rede IP (LAN)

Roteamento para outra LAN

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A cria o pacote IP com origem A destino B A usa ARP para obter o endereccedilo de camada fiacutesica de R correspondente ao

endereccedilo IP 111111111110 A cria um quadro Ethernet com o endereccedilo fiacutesico de R como destino o

quadro Ethernet conteacutem o datagrama IP de A para B A camada de enlace de A envia o quadroEthernet A camada de enlace de R recebe o quadro Ethernet R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verifica que ele se destina a

B R usa ARP para obter o endereccedilo fiacutesico de B R cria quadro contendo um datagrama de A para B e envia para B

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A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo Barato R$20 por 100Mbps Primeira tecnologia de LAN largamente usada Mais simples e mais barata que LANs com token e ATM Velocidade crescente 10Mbps ndash 10Gbps

esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf

Ethernet

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Topologia de bus popular em meados dos anos 90 Agora a topologia em estrela prevalece Opccedilotildees de conexatildeo hub ou switch (mais adiante)

Topologia em estrela

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Adaptador do transmissor encapsula o datagrama IP (ou outro pacote de protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet

Preacircmbulo bull 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte com padratildeo 10101011bull usado para sincronizar as taxas de reloacutegio do transmissor e do receptor

Estrutura do quadro Ethernet

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Endereccedilos 6 bytes Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de destino coincidente ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa o dado no quadro para o protocolo da camada de rede

Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP mas outros podem ser suportados tais como Novell IPX e AppleTalk)

CRC verificado no receptor se um erro eacute detectado o quadro eacute simplesmente descartado

Estrutura do quadro Ethernet

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Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o receptor

Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou nacks para o adaptador transmissor O fluxo de datagramas que passa para a camada de rede pode deixar

lacunas Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCP Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas

Serviccedilo natildeo confiaacutevel sem conexatildeo

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Sem slots Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador

transmitindo isto eacute carrier sense O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador

transmitindo isto eacute collision detection Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo

aleatoacuterio isto eacute random access

Ethernet usa CSMACD

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1 Adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmitir o

quadro Se ele detecta o canal ocupado espera ateacute ele ficar livre e entatildeo transmite

3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo sua missatildeo com esse quadro estaacute cumprida

4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta e envia um jam signal

5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a m-eacutesima colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2m-1 O adaptador espera K512 tempos de bit e retorna ao passo 2

Algoritmo CSMACD da Ethernet

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Jam signal garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo 48 bitsBit time 1 microseg para Ethernet de 10 Mbpspara K=1023 o tempo de espera eacute cerca de 50 mseg

Veja o applet Java no Web site da AWL altamemte recomendadoExponential backoff Objetivo adaptar tentativas de retransmissatildeo para carga atual da rede

Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longa Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacute

K x 512 tempos de transmissatildeo de bit Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3hellip Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023

Ethernet CSMACD

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Tprop = propagaccedilatildeo maacutexima entre 2 noacutes na LAN

ttrans = tempo para transmitir um quadro de tamanho maacuteximo

Eficiecircncia tende a 1 quando tprop tende a 0

Tende a 1 quando ttrans tende ao infinito Muito melhor do que o ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato

transprop tt 51

1eficiecircncia

Eficiecircncia do CSMACD

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Taxa de 10100 Mbps chamado mais tarde de ldquofast ethernetrdquo T significa ldquoTwisted Pairrdquo (par de fios tranccedilados de cobre) Noacutes se conectam a um hub ldquotopologia em estrelardquo 100 m eacute a distacircncia

maacutexima entre os noacutes e o hub

10BaseT e 100BaseT

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Hubs satildeo essencialmente repetidores de camada fiacutesica Bits que chegam de um enlace se propagam para todos os outros enlaces Com a mesma taxa Natildeo possuem armazenagem de quadros Natildeo haacute CSMACD no hub adaptadores detectam colisotildees Provecirc funcionalidade de gerenciamento de rede

Hubs

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Usada em 10BaseT Cada bit possui uma transiccedilatildeo Permite que os reloacutegios nos noacutes de transmissatildeo e de recepccedilatildeo possam

sincronizar um com o outro Natildeo eacute necessaacuterio reloacutegio global centralizado entre os noacutes

Ei isso eacute coisa de camada fiacutesica

Codificaccedilatildeo Manchester

Codificaccedilatildeo Manchester

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Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeo Permite enlaces ponto-a-ponto e canais de muacuteltiplo acesso

compartilhados No modo compartilhado o CSMACD eacute usado exige pequenas

distacircncias entre os noacutes para ser eficiente Usa hubs chamados aqui de Distribuidores com Armazenagem

ldquoBuffered Distributorsrdquo Full-Duplex a 1 Gbps para enlaces ponto-a-ponto 10 Gbps agora

Gigabit Ethernet

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A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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Hub de backbone interconecta segmentos de LAN Estende a distacircncia maacutexima entre os noacutes Mas domiacutenios de colisatildeo individuais tornam-se um uacutenico e grande

domiacutenio de colisatildeo Natildeo pode interconectar 10BaseT e 100BaseT

Interconexatildeo com hubs

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Dispositivo de camada de enlace Armazena e encaminha quadros Ethernet Examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o

quadro baseado no endereccedilo MAC de destino Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento

usa CSMACD para acessar o segmento Transparente

Hospedeiros satildeo inconscientes da presenccedila dos switches Plug-and-play self-learning (auto-aprendizado)

Switches natildeo precisam ser configurados

Switch

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Como determinar para qual segmento da LAN encaminhar o quadro Parece um problema de roteamento

Encaminhamento

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Um switch possui uma tabela de switch Entrada na tabela do switch

(endereccedilo MAC interface marca de tempo) Entradas expiradas na tabela satildeo decartadas (TTL pode ser 60 min)

Switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de suas interfaces Quando recebe um quadro o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento da LAN que chega Registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela

Self learning (auto-aprendizado)

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Quando um switch recebe um quadro

indexa a tabela do switch usando end MAC de destinoif entrada for encontrada para o destino

then if dest no segmento deste quadro chegou

then descarta o quadro else encaminha o quadro na interface indicada else flood

Encaminha para todas as interfacesexceto para a que o quadro chegou

Filtragemencaminhamento

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Suponha que C envia um quadro para D

Switch recebe o quadro de C Anota na tabela que C estaacute na interface 1 Como D natildeo estaacute na tabela o switch encaminha o quadro para as

interfaces 2 e 3 Quadro recebido por D

hub hub hub

switch

A

B CD

EF

G H

I

endereccedilo interface

ABEG

1123

12 3

Switch exemplo

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Suponha que D responde com um quadro para C

Switch recebe quadro de D Anota na tabela que D estaacute na interface 2 Como C estaacute na tabela o switch encaminha o quadro apenas para a

interface 1 Quadro recebido por C

hub hub hub

switch

A

B CD

EF

G H

I

endereccedilo interface

ABEGC

11231

Switch exemplo

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A instalaccedilatildeo do switch quebra as sub-redes em segmentos de LAN Switch filtra pacotes

Alguns quadros do mesmo segmento de LAN natildeo satildeo usualmente encaminhados para outros segmento de LAN

Segmentos se tornam separados em domiacutenios de colisatildeo

hub hub hub

switch

domiacutenio de colisatildeo domiacutenio de colisatildeo

domiacutenio de colisatildeo

Switch isolaccedilatildeo de traacutefego

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Switch com muitas interfaces Hospedeiros possuem conexatildeo direta ao switch Sem colisotildees full duplex

Switching A-para-Arsquo e B-para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees

Switches acesso dedicado

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Cut-through switching quadro encaminhado da porta de entrada ateacute a porta de saiacuteda sem ter de primeiro coletar o quadro todo Ligeira reduccedilatildeo na latecircncia

Combinaccedilotildees de interfaces 101001000 Mbps compartilhadasdedicadas

Mais sobre switches

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Redes corporativas

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Ambos satildeo dispositivos store-and-forward Roteadores dispositivos de camada de rede (examinam cabeccedilalhos

da camada de rede) Switches satildeo dispositivos da camada de enlace

Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam algoritmos de roteamento Switches mantecircm tabelas de switch implementam filtragem algoritmos de aprendizagem

Switches vs roteadores

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hubs roteadores switches

isolaccedilatildeo detraacutefego

natildeo sim sim

plug amp play sim natildeo sim

roteamentooacutetimo

natildeo sim natildeo

cutthrough

sim natildeo sim

Resumo comparaccedilatildeo

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A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace de broadcast Sem Media Access Control Natildeo necessita de endereccedilamento MAC expliacutecito Ex dialup link linha ISDN

Protocolos ponto-a-ponto DLC populares PPP (point-to-point protocol) HDLC High level data link control (camada de enlace costumava ser considerada ldquocamada altardquo na pilha de protocolos)

Controle de enlace de dados ponto-a-ponto

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Enquadramento de pacote encapsulamento do datagrama da camada de rede no quadro da camada de enlace Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolo de rede (natildeo apenas o IP) ao mesmo tempo Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo

Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo de bit no campo de dados

Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo) Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do enlace

para a camada de rede Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos terminais

do enlace podem aprender e configurar o endereccedilo de rede dos outros

PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]

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Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros Natildeo haacute controle de fluxo Aceita entregas fora de ordem Natildeo haacute necessidade de suportar enlaces multiponto (ex polling)

Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeo dos dados satildeo todos relegados para as camadas mais altas

PPP natildeo requisitos

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Flag delimitador (enquadramento) Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura) Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacuteltiplos campos de

controle Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o conteuacutedo do

quadro deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)

PPP formato do quadro

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info dados da camada superior sendo transportados CRC verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de erros

PPP formato dos dados

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Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de dados deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt01111110gt

P Se for recebido o padratildeo lt01111110gt satildeo dados ou eacute flag Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte extra com o padratildeo lt

01111101gt (escape) antes de cada byte com o padratildeo de flag lt 01111110gt nos dados

Receptor Um byte 01111101 seguido de 01111110 em seguida descarta o primeiro e continua a recepccedilatildeo de dados Uacutenico byte 01111110 entatildeo eacute um flag

Byte stuffing

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byte com o padratildeodo flag nos dados a enviar

byte com o padratildeo de escape acrescentado nos dados transmitidos seguido por um byte com padratildeo de flag

Byte stuffing

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Antes de trocar dados da camada de rede os parceiros da camada de enlace devem A configurar o enlace PPP (tamanho maacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo) Aprenderconfigurar as informaccedilotildees da camada de rede

Para o IP transportar mensagens do protocolo de controle IP (IPCP) (campo de protocolo 8021) para configuraraprender os

endereccedilos IP

PPP protocolo de controle de dados

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A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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Virtualizaccedilatildeo dos recursos uma poderosa abstraccedilatildeo em engenharia de sistemas Exemplos em computaccedilatildeo memoacuteria virtual dispositivos virtuais

Maacutequinas virtuais ex java IBM VM os dos anos 6070

Camada de abstraccedilotildees natildeo se apega a detalhes da camada mais baixa apenas trata com as camadas mais baixas abstratamente

Virtualizaccedilatildeo das redes

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1974 muacuteltiplas redes desconectadas ARPAnet redes de dados-sobre-cabo rede de pacote por sateacutelite (Aloha) rede de pacotes por raacutedio

hellip diferentes em convenccedilotildees de endereccedilamento formatos do pacote recuperaccedilatildeo de erros roteamento

Internet virtualizaccedilatildeo das redes

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Camada de rede da Internet (IP) Endereccedilamento internetwork

aparece como uma entidade uacutenica e uniforme escondendo a heterogeneidade das redes locais

Rede de redes

Gateway ldquoembute pacotes da Internet no

formato de um pacote local ou os extrairdquo

Rota (no niacutevel de internetwork) para o proacuteximo gateway

Internet virtualizaccedilatildeo das redes

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O que eacute virtualizado Duas camadas de endereccedilamento Internet e rede local Nova camada (IP) torna tudo homogecircneo na camada da Internet Tecnologia da rede local em questatildeo

Cabo Sateacutelite Modem telefocircnico de 56 K Hoje ATM MPLS

hellip ldquoinvisiacutevelrdquo na camada da Internet Parece com uma tecnologia de camada de enlace para o IP

Arquitetura da Internet de Cerf amp Kahn

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ATM MPLS redes separadas em seus proacuteprios direitos Modelos de serviccedilo endereccedilamento roteamento diferentes da Internet

Vistos pela Internet como um enlace loacutegico conectando roteadores IP Assim como o dialup link eacute realmente parte de uma rede separada

(rede telefocircnica)

ATM MPLS de interesse teacutecnico em seu proacuteprio direito

ATM e MPLS

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Padratildeo dos anos 8090 para altas taxas de transmissatildeo (155 Mbps a 622 Mbps e mais altas) arquitetura de Broadband Integrated Service Digital Network (B-ISDN)

Objetivo transporte integrado de voz dados e imagens com foco nas redes puacuteblicas de comunicaccedilatildeo Deve atender aos requisitos de tempoQoS para aplicaccedilotildees de voz

e de viacutedeo (versus o serviccedilo de melhor esforccedilo da Internet) Telefonia de ldquoproacutexima geraccedilatildeordquo fundamentos teacutecnicos no mundo da telefonia Comutaccedilatildeo de pacotes (pacotes de tamanho fixo chamados ldquoceacutelulasrdquo) usando circuitos virtuais

Modo de transferecircncia assiacutencrono ATM

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Camada de adaptaccedilatildeo apenas na borda de uma rede ATM Segmentaccedilatildeo e remontagem dos dados Grosseiramente anaacuteloga agrave camada de transporte da Internet

Camada ATM camada de ldquorederdquo Comutaccedilatildeo de ceacutelulas roteamento

Camada fiacutesica

Sistema final Sistema finalSwitch ATM Switch ATM

Arquitetura ATM

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Visatildeo transporte fim-a-fim ldquoATM de computador a computadorrdquo ATM eacute uma tecnologia de redeRealidade usada para conectar roteadores IP de backbone ldquoIP sobre ATMrdquo ATM como uma camada de enlace comutada conectando roteadores IP

ATM camada de rede ou de enlace

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Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL) ldquoadaptardquo camadas superiores (aplicaccedilotildees IP ou nativas ATM) para a camada ATM abaixo

AAL presente apenas nos sistemas finais natildeo nos comutadores ATM (ldquoswitchesrdquo)

O segmento da camada AAL (campo de cabeccedilalhotrailer e de dados) satildeo fragmentados em muacuteltiplas ceacutelulas ATM Analogia segmento TCP em muitos pacotes IP

Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL)

Sistema final Sistema finalSwitch ATM Switch ATM

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Diferentes versotildees da camada AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM AAL1 para serviccedilo CBR (taxa de bit constante) ex emulaccedilatildeo de circuitos AAL2 para serviccedilos VBR (taxa de bit variaacutevel) ex viacutedeo MPEG AAL5 para dados (ex datagramas IP)

AAL PDU

ceacutelula ATM

Dados de usuaacuterio

subcamadade convergecircncia

subcamadaSAR

Ceacutelula ATM

Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL)

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Serviccedilo transporte de ceacutelulas atraveacutes da rede ATM Anaacuteloga agrave camada de rede IP Serviccedilos muito diferentes da camada de rede IP

Arquiteturade rede

Internet

ATM

ATM

ATM

ATM

Modelo de serviccedilo

melhoresforccediloCBR

VBR

ABR

UBR

Banda

natildeo

taxaconstantetaxagarantidamiacutenimogarantidonatildeo

Perda

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Ordem

natildeo

sim

sim

sim

sim

Tempo

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Aviso decongestatildeo

natildeo (inferidopelas perdas)natildeo haacutecongestatildeonatildeo haacutecongestatildeosim

natildeo

Garantias

Camada ATM

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Transporte em VC ceacutelulas satildeo transportadas sobre VC da fonte ao destino Estabelecimento de conexatildeo necessaacuterio para cada chamada antes que o fluxo de dados possa ser iniciado Cada pacote transporta um identificador de VC (natildeo transporta o endereccedilo do destino) Cada comutador com caminho entre a fonte e o destino manteacutem o ldquoestadordquo para cada conexatildeo passante Recursos do enlace e do comutador (banda passante buffers) podem ser alocados por VC para obter um comportamento semelhante a um circuito fiacutesico

VCs permanentes (PVCs) Conexotildees de longa duraccedilatildeo Tipicamente rota ldquopermanenterdquo entre roteadores IP

VCs comutados (SVC) Dinamicamente criados numa base por chamada

Camadas ATM circuitos virtuais

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Vantagens do uso de circuitos virtuais no ATM Iacutendices de QoS garantidos para conexotildees mapeadas em

circuitos virtuais (banda passante atraso variacircncia de atraso)

Problemas no uso de circuitos virtuais O suporte de traacutefego datagrama eacute ineficiente Um PVC entre cada par origemdestino natildeo tem boa

escalabilidade (N2 conexotildees satildeo necessaacuterias) SVC introduz latecircncia de estabelecimento de conexatildeo e

atrasos de processamento para conexotildees de curta duraccedilatildeo

ATM VCs

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Cabeccedilalho da ceacutelula ATM com 5 bytes Carga uacutetil com 48-bytes

Por quecirc carga uacutetil pequena -gt pequeno atraso de criaccedilatildeo de ceacutelula para voz digitalizada

Meio do caminho entre 32 e 64 (compromisso)

cabeccedilalhoda ceacutelula

formato daceacutelula

3o bit no campo PTvalor 1 indica uacuteltima ceacutelula (AAL-indicate bit)

Camada ATM ceacutelula ATM

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VCI identificador de canal virtual Pode mudar de enlace para enlace atraveacutes da rede

PT tipo de carga uacutetil (ex ceacutelula RM versus ceacutelula de dados) CLP bit de prioridade de perda de ceacutelula

CLP = 1 implica ceacutelula de baixa prioridade pode ser descartada em caso de congestatildeo

HEC verificaccedilatildeo de erros no cabeccedilalho Verificaccedilatildeo ciacuteclica de erros

Cabeccedilalho da ceacutelula ATM

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A camada fiacutesica se compotildee de duas partes (subcamadas ) Subcamada de convergecircncia de transmissatildeo (TCS) adapta a camada

ATM acima agrave subcamada fiacutesica abaixo (PMD) Subcamada dependente do meio depende do tipo de meio fiacutesico que

estaacute sendo empregado

Funccedilotildees da TCS Geraccedilatildeo do checksum do cabeccedilalho 8 bits CRC Delineamento de ceacutelula Com uma subcamada PMD natildeo estruturada transmite ceacutelulas vazias

(ldquoidle cellsrdquo) quando natildeo haacute ceacutelulas de dados a enviar

Camada fiacutesica ATM

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Subcamada dependente do meio fiacutesico (PMD) SONETSDH estrutura de transmissatildeo de quadros (como um

container carregando bits) Sincronizaccedilatildeo de bits Particcedilotildees da banda passante (TDM) Vaacuterias velocidades OC1 = 5184 Mbps OC3 = 15552 Mbps OC12 = 62208 Mbps

T1T3 estrutura de transmissatildeo de quadros (velha hierarquia de telefonia 15 Mbps45 Mbps No Brasil usa-se a hierarquia europeacuteia E1E3 2 34 Mbps

Natildeo estruturada apenas ceacutelulas (ocupadasvazias)

Camada fiacutesica ATM

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Apenas IP claacutessico 3 ldquoredesrdquo (ex segmentos de LAN) Endereccedilos MAC (8023) e IP

IP sobre ATM Substitui ldquorederdquo (ex segmento

de LAN) com a rede ATM Endereccedilos ATM endereccedilos IP

redeATM

EthernetLANs

EthernetLANs

IP-sobre-ATM

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No endereccedilo de origem Camada IP encontra um mapeamento entre o endereccedilo IP e o endereccedilo de destino ATM (usando ARP) Passa o datagrama para a camada de adaptaccedilatildeo AAL5 AAL5 encapsula os dados segmenta em ceacutelulas e passa para a camada ATM

Rede ATM move a ceacutelula para o destino de acordo com o seu VC (circuito virtual)

No hospedeiro de destino AAL5 remonta o datagrama original a partir das ceacutelulas recebidas Se o CRC OK datagrama eacute passado ao IP

Viagem de um datagrama numa rede IP-sobre-ATM

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Questotildees Datagramas IP em ATM AAL5 PDUs Dos endereccedilos IP aos endereccedilos ATM

Da mesma forma que de endereccedilos IP para endereccedilos MAC 8023

redeATM

EthernetLANs

IP-sobre-ATM

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Objetivo inicial aumentar a velocidade de encaminhamento IP usando labels de tamanho fixo (em vez de endereccedilo IP) Mesma ideacuteia do meacutetodo de circuito virtual (VC) Mas o datagrama IP ainda manteacutem o endereccedilo IP

Multiprotocol label switching (MPLS)

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Roteador faz a funccedilatildeo de comutador de roacutetulo Pacotes encaminhados para interface de saiacuteda com base apenas no valor

do roacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP) Tabela de encaminhamento MPLS distinta das tabelas de encaminhamento IP

Protocolo de sinalizaccedilatildeo necessaacuterio para estabelecer o encaminhamento RSVP-TE Encaminhamento eacute possiacutevel por caminhos que o IP sozinho natildeo pode usar (ex roteamento de especificado pela origem) Use MPLS para engenharia de traacutefego

Deve coexistir com roteadores unicamente IP

Roteadores MPLS

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Tabelas de encaminhamento MPLS

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Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace Detecccedilatildeo de erros correccedilatildeo Compartilhando um canal broadcast acesso muacuteltiplo Endereccedilamento da camada de enlace

Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de vaacuterias tecnologias da camada de enlace Ethernet LANS comutadas PPP Redes virtualizadas como uma camada de enlace ATM MPLS

Resumo

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

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Enquadramento acesso ao enlace Encapsula datagramas em quadros acrescentando cabeccedilalhos e trailer Implementa acesso ao canal se o meio eacute compartilhado lsquoendereccedilos fiacutesicosrsquo usados nos cabeccedilalhos dos quadros para Identificar a fonte e o destino dos quadros Diferente do endereccedilo IP

Entrega confiaacutevel entre dois equipamentos fisicamente conectados Jaacute aprendemos como isso deve ser feito (capiacutetulo 3) Raramente usado em enlaces com baixa taxa de erro (fibra alguns tipos de par de fios tranccedilados de cobre) Enlaces sem fio (wireless) altas taxas de erro Q por que prover confiabilidade fim-a-fim e na camada de enlace

Serviccedilos da camada de enlace

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Controle de fluxo Limitaccedilatildeo da transmissatildeo entre transmissor e receptor

Detecccedilatildeo de erros Erros causados pela atenuaccedilatildeo do sinal e por ruiacutedos O receptor detecta a presenccedila de erros Avisa o transmissor para reenviar o quadro perdido

Correccedilatildeo de erros O receptor identifica e corrige o bit com erro(s) sem recorrer agrave

retransmissatildeo

Half-duplex efull-duplex Com half-duplex os noacutes em ambas as extremidades do enlace podem transmitir mas natildeo ao mesmo tempo

Serviccedilos da camada de enlace

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Camada de rede implementada no ldquoadaptadorrdquo (isto eacute NIC) Cartatildeo Ethernet cartatildeo PCMCI cartatildeo 80211

Lado transmissor Encapsula o datagrama em um quadro Adiciona bits de verificaccedilatildeo 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 eacute semi-autocircnomo Camadas de enlace e fiacutesica

Comunicaccedilatildeo de adaptadores

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A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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EDC= Bits de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros (redundacircncia)D = Dados protegidos pela verificaccedilatildeo de erros pode incluir os campos de cabeccedilalho A detecccedilatildeo de erros natildeo eacute 100 confiaacutevel

Protocolos podem deixar passar alguns erros mas eacute raro Quanto maior o campo EDC melhor eacute a capacidade de detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros

Detecccedilatildeo de erros

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Paridade com bit uacutenicoDetecta erro de um uacutenico bit

Verificaccedilatildeo de paridade

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Objetivo detectar ldquoerrosrdquo (ex bits trocados) num segmento transmitido (nota usado apenas na camada de transporte)

Transmissor Trata o conteuacutedo de segmentos como sequumlecircncias de nuacutemeros inteiros de 16 bits Checksum adiccedilatildeo (soma em complemento de um) do conteuacutedo 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 eacute igual ao valor do campo checksum

NAtildeO - erro detectado SIM - natildeo detectou erro Mas talvez haja erros apesar disso Mas depoishellip

Checksum da Internet

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Encara os bits de dados D como um nuacutemero binaacuterio Escolhe um padratildeo gerador de r + 1 bit G Objetivo escolhe r CRC bits R tal que

ltDRgt eacute divisiacutevel de forma exata por G (moacutedulo 2) Receptor conhece G divide ltDRgt por G Se o resto eacute diferente

de zero erro detectado Pode detectar todos os erros em sequumlecircncia (burst errors) com

comprimento menor que r + 1 bit Largamente usado na praacutetica (ATM HDCL)

Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica

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desejadoD2r XOR R = nG

equivalente aD2r = nG XOR R

equivalente a se noacutes dividimos D2r por

G buscamos resto R

R = resto[ ]D2rG

Exemplo de CRC

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A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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Trecircs tipos de enlaces Ponto-a-ponto (fio uacutenico ex PPP SLIP) Broadcast (fio ou meio compartilhado)

Ethernet tradicional Upstream HFC 80211 LAN sem fio

Enlaces de acesso muacuteltiplo e protocolos

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Canal de comunicaccedilatildeo uacutenico e compartilhado Duas ou mais transmissotildees simultacircneas pelos noacutes interferecircncia

Colisatildeo se um noacute receber dois ou mais sinais ao mesmo tempo

Protocolo de muacuteltiplo acesso Algoritmo distribuiacutedo que determina como as estaccedilotildees compartilham o canal isto eacute determinam quando cada estaccedilatildeo pode transmitir

Comunicaccedilatildeo sobre o compartilhamento do canal deve utilizar o proacutepro canal

Nenhum canal fora-de-banda para coordenaccedilatildeo

Protocolos de acesso muacuteltiplo

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Canal de broadcast de taxa R bps1 Quando um noacute quer transmitir ele pode enviar a uma taxa R2 Quando M noacutes querem transmitir cada um envia a uma taxa

meacutedia RM3 Totalmente descentralizada

Nenhum noacute especial para coordenar transmissotildees Nenhuma sincronizaccedilatildeo de reloacutegios e compartimentos

4 Simples

Protocolo ideal de muacuteltiplo acesso

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Trecircs grandes classes Particionamento de canal

Divide o canal em pedaccedilos menores (compartimentos de tempo frequumlecircncia)

Aloca um pedaccedilo para uso exclusivo de cada noacute

Acesso aleatoacuterio Canal natildeo dividido permite colisotildees ldquorecuperaccedilatildeordquo das colisotildees

Passagem de permissatildeo Noacutes transmitem nos seus turnos mas com mais volume para enviar

podem usar turnos mais longos

Protocolos MAC uma taxonomia

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TDMA acesso muacuteltiplo por divisatildeo temporal Acesso ao canal eacute feito por rdquoturnos Cada estaccedilatildeo controla um compartimento (ldquoslotrdquo) de tamanho

fixo (tamanho = tempo de transmissatildeo de pacote) em cada turno Compartimentos natildeo usados satildeo desperdiccedilados Exemplo rede local com 6 estaccedilotildees 1 3 4 tecircm pacotes

compartimentos 2 5 6 ficam vazios

Protocolos MAC com particionamento de canal TDMA

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FDMA acesso muacuteltiplo por divisatildeo de frequumlecircncia Oespectro do canal eacute dividido em bandas de frequumlecircncia Cada estaccedilatildeo recebe uma banda de frequumlecircncia Tempo de transmissatildeo natildeo usado nas bandas de frequumlecircncia eacute desperdiccedilado Exemplo rede local com 6 estaccedilotildees 1 3 4 tecircm pacotes as bandas de

frequumlecircncia 2 5 6 ficam vazias bandas

de f

requumlecircnci

a tempo

Protocolos MAC com particionamento de canal FDMA

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Quando o noacute tem um pacote a enviar Transmite com toda a taxa do canal R Natildeo haacute uma regra de coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes

Dois ou mais noacutes transmitindo -gt ldquocolisatildeordquo

Protocolo MAC de acesso aleatoacuterio especifica Como detectar colisotildees Como as estaccedilotildees se recuperam das colisotildees (ex via retransmissotildees

atrasadas) Exemplos de protocolos MAC de acesso aleatoacuterio

slotted ALOHA ALOHA CSMA e CSMACD

Protocolos de acesso aleatoacuterio

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Suposiccedilotildees Todos os quadros de mesmo tamanho Tempo dividido em slots de mesmo tamanho tempo para

transmitir 1 quadro Noacutes comeccedilam a transmitir quadros apenas no iniacutecio dos slots Noacutes satildeo sincronizados Se 2 ou mais noacutes transmitem no slot todos os noacutes detectam a

colisatildeo

Operaccedilatildeo Quando um noacute obteacutem um novo quadro ele transmite no proacuteximo

slot Sem colisatildeo o noacute pode enviar o novo quadro no proacuteximo slot Se haacute colisatildeo o noacute retransmite o quadro em cada slot

subsequumlente com prob p ateacute o successo

Slotted ALOHA

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Proacutes Um uacutenico noacute ativo pode transmitir continuamente com a taxa completa

de canal Altamente descentralizada somente slots em noacutes precisam ser

sincronizados Simples

Contras Colisotildees desperdiacutecio de slots Slots ociosos Noacutes podem detectar colisatildeo em menos tempo do que o tempo para

transmitir o pacote Sincronizaccedilatildeo de clock

Slotted ALOHA

LegendaC = Intervalo de colisatildeoE = Intervalo vazioS = Intervalo bem-sucedido

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Eficiecircncia eacute a fraccedilatildeo de slots bem-sucedidos quando haacute muitos noacutes cada um com muitos quadros para enviar

Suponha N noacutes com muitos quadros para enviar cada um transmite no slot com probabilidade p

Prob de o noacute 1 obter successo num slot = p(1-p)N-1

Prob de qualquer noacute obter um successo = Np(1-p)N-1

Para maacutexima eficiecircncia com N noacutes encontre p que maximiza Np(1-p)N-1

Para muitos noacutes o limite de Np(1-p)N-1 com N indo ao infinito resulta 1e = 37

No maacuteximo uso do canal para envio de dados uacuteteis 37 do tempo

Eficiecircncia do slotted Aloha

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Unslotted Aloha operaccedilatildeo mais simples natildeo haacute sincronizaccedilatildeo

Pacote necessita transmissatildeo Enviar sem esperar pelo iniacutecio de um compartimento

A probabilidade de colisatildeo aumentaPacote enviado em t0 colide com outros pacotes enviados em [t0-1 t0+1]

Aloha puro (unslotted)

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P(successo de um dado noacute) = P(noacute transmitir)

P(nenhum outro noacute transmitir em [p0-1p0]

P(nenhum outro noacute transmitir em [p0-1p0]

= p (1-p)N-1 (1-p)N-1

= p (1-p)2(N-1)

hellip escolhendo p oacutetimo e entatildeo deixando n -gt infinito

= 1(2e) = 18

Ainda pior

Eficiecircncia do Aloha puro

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CSMA escuta antes de transmitir Se o canal parece vazio transmite o pacote Se o canal estaacute ocupado adia a transmissatildeo Analogia humana natildeo interrompa os outros

CSMA Carrier Sense Multiple Access

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Colisotildees podem ocorrero atraso de propagaccedilatildeo implica que dois noacutes podem natildeo ouvir as transmissotildees do outro

Colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo do pacote eacute desperdiccedilado

Notepapel da distacircncia e do atraso de propagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo

arranjo espacial dos noacutes na rede

Colisotildees no CSMA

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CSMACD detecccedilatildeo de portadora deferecircncia como no CSMA Colisotildees detectadas num tempo mais curto Transmissotildees com colisotildees satildeo interrompidas reduzindo o desperdiacutecio do canal Detecccedilatildeo de colisatildeo Faacutecil em LANs cabeadas mediccedilatildeo da intensidade do sinal comparaccedilatildeo dos sinais transmitidos e recebidos Difiacutecil em LANs sem fio receptor desligado enquanto transmitindo Analogia humana o ldquobom de papordquo educado

CSMACD (detecccedilatildeo de colisatildeo)

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CSMACD detecccedilatildeo de colisatildeo

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Protocolos MAC com particionamento de canais Compartilham o canal eficientemente quando a carga eacute alta e bem distribuiacuteda Ineficiente nas cargas baixas atraso no acesso ao canal A estaccedilatildeo consegue uma banda de 1N da capacidade do canal mesmo que haja apenas 1 noacute ativo

Protocolos MAC de acesso aleatoacuterio Eficiente nas cargas baixas um uacutenico noacute pode usar todo o canal Cargas altas excesso de colisotildees

Protocolos de passagem de permissatildeoBuscam o melhor dos dois mundos

Protocolos MAC com passagem de permissatildeo

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Polling Noacute mestre ldquoconvidardquo os escravos a transmitirem um de cada vez Problemas

Polling overhead Latecircncia Ponto uacutenico de falha (mestre)

Token passing Controla um token passado de um noacute a outro sequumlencialmente Mensagem token Problemas

Token overhead Latecircncia Ponto uacutenico de falha (token)

Protocolos MAC com passagem de permissatildeo

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Como se faz com um canal compartilhado Particionamento de canal no tempo por frequumlecircncia ou por coacutedigo

Divisatildeo temporal divisatildeo por coacutedigo divisatildeo por frequumlecircncia Particionamento aleatoacuterio (dinacircmico)

ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACD Detecccedilatildeo de portadora faacutecil em alguns meios fiacutesicos (cabos) e

difiacutecil em outros (wireless) CSMACD usado na rede Ethernet CSMACA usado em 80211

Passagem de permissatildeo Polling a partir de um site central passagem de token

Sumaacuterio dos protocolos MAC

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Camada de enlace ateacute agora Serviccedilos detecccedilatildeo de erroscorreccedilatildeo acesso muacuteltiplo

A seguir tecnologias de redes locais (LAN) Endereccedilamento Ethernet hubs pontes switches PPP

Tecnologias de LAN

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A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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Endereccedilos IP de 32-bit Endereccedilos da camada de rede Usados para levar o datagrama ateacute a rede de destino (lembre-se

da definiccedilatildeo de rede IP)

Endereccedilo de LAN (ou MAC ou fiacutesico) Usado para levar o datagrama de uma interface fiacutesica a outra

fisicamente conectada com a primeira (isto eacute na mesma rede) Endereccedilos MAC com 48 bits (na maioria das LANs)

gravados na memoacuteria fixa (ROM) do adaptador de rede

Endereccedilos de LAN e ARP

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A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEE O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (para

assegurar a unicidade)

Analogia (a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG (b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal

Endereccedilamento MAC eacute ldquoflatrdquo =gt portabilidade Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra sem

reconfiguraccedilatildeo de endereccedilo MAC

Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevel Depende da rede na qual se estaacute ligado

Endereccedilos de LAN (mais)

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Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de Bdado o endereccedilo IP de B Cada noacute IP (hospedeiro roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabela ARP Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt

lt IP address MAC address TTLgt TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamento de

endereccedilos seraacute esquecido (tipicamente 20 min)

ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de resoluccedilatildeo de endereccedilos)

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A que enviar um datagrama para B e o endereccedilo MAS de B natildeo estaacute na tabela ARP de A

A faz broadcast de pacote de consulta ARB contendo o endereccedilo IP de B end MAC de destino = FF-FF-FF-FF-FF-FF todas as maacutequinas na LAN recebem a consulta ARP

B recebe o pacote ARP responde para A com seu endereccedilo MAC (de B) Quadro enviado para o end MAC de A (unicast)

A faz um cache (salva) o par de endereccedilos IP para MAC em sua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo se torne antiga (expirada) soft state informaccedilatildeo que expira (eacute descartada) sem atualizaccedilatildeo

ARP eacute ldquoplug-and-playrdquo Noacutes criam suas tabelas ARP sem intervenccedilatildeo do administrador da rede

Protocolo ARP Mesma LAN (network)

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objetivo envia datagrama de A para B via R supotildee que A conhece o endereccedilo IP de B

bull Duas tabelas ARP no roteador R um para cada rede IP (LAN)

Roteamento para outra LAN

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A cria o pacote IP com origem A destino B A usa ARP para obter o endereccedilo de camada fiacutesica de R correspondente ao

endereccedilo IP 111111111110 A cria um quadro Ethernet com o endereccedilo fiacutesico de R como destino o

quadro Ethernet conteacutem o datagrama IP de A para B A camada de enlace de A envia o quadroEthernet A camada de enlace de R recebe o quadro Ethernet R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verifica que ele se destina a

B R usa ARP para obter o endereccedilo fiacutesico de B R cria quadro contendo um datagrama de A para B e envia para B

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A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo Barato R$20 por 100Mbps Primeira tecnologia de LAN largamente usada Mais simples e mais barata que LANs com token e ATM Velocidade crescente 10Mbps ndash 10Gbps

esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf

Ethernet

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Topologia de bus popular em meados dos anos 90 Agora a topologia em estrela prevalece Opccedilotildees de conexatildeo hub ou switch (mais adiante)

Topologia em estrela

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Adaptador do transmissor encapsula o datagrama IP (ou outro pacote de protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet

Preacircmbulo bull 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte com padratildeo 10101011bull usado para sincronizar as taxas de reloacutegio do transmissor e do receptor

Estrutura do quadro Ethernet

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Endereccedilos 6 bytes Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de destino coincidente ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa o dado no quadro para o protocolo da camada de rede

Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP mas outros podem ser suportados tais como Novell IPX e AppleTalk)

CRC verificado no receptor se um erro eacute detectado o quadro eacute simplesmente descartado

Estrutura do quadro Ethernet

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Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o receptor

Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou nacks para o adaptador transmissor O fluxo de datagramas que passa para a camada de rede pode deixar

lacunas Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCP Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas

Serviccedilo natildeo confiaacutevel sem conexatildeo

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Sem slots Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador

transmitindo isto eacute carrier sense O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador

transmitindo isto eacute collision detection Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo

aleatoacuterio isto eacute random access

Ethernet usa CSMACD

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1 Adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmitir o

quadro Se ele detecta o canal ocupado espera ateacute ele ficar livre e entatildeo transmite

3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo sua missatildeo com esse quadro estaacute cumprida

4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta e envia um jam signal

5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a m-eacutesima colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2m-1 O adaptador espera K512 tempos de bit e retorna ao passo 2

Algoritmo CSMACD da Ethernet

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Jam signal garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo 48 bitsBit time 1 microseg para Ethernet de 10 Mbpspara K=1023 o tempo de espera eacute cerca de 50 mseg

Veja o applet Java no Web site da AWL altamemte recomendadoExponential backoff Objetivo adaptar tentativas de retransmissatildeo para carga atual da rede

Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longa Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacute

K x 512 tempos de transmissatildeo de bit Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3hellip Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023

Ethernet CSMACD

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Tprop = propagaccedilatildeo maacutexima entre 2 noacutes na LAN

ttrans = tempo para transmitir um quadro de tamanho maacuteximo

Eficiecircncia tende a 1 quando tprop tende a 0

Tende a 1 quando ttrans tende ao infinito Muito melhor do que o ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato

transprop tt 51

1eficiecircncia

Eficiecircncia do CSMACD

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Taxa de 10100 Mbps chamado mais tarde de ldquofast ethernetrdquo T significa ldquoTwisted Pairrdquo (par de fios tranccedilados de cobre) Noacutes se conectam a um hub ldquotopologia em estrelardquo 100 m eacute a distacircncia

maacutexima entre os noacutes e o hub

10BaseT e 100BaseT

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Hubs satildeo essencialmente repetidores de camada fiacutesica Bits que chegam de um enlace se propagam para todos os outros enlaces Com a mesma taxa Natildeo possuem armazenagem de quadros Natildeo haacute CSMACD no hub adaptadores detectam colisotildees Provecirc funcionalidade de gerenciamento de rede

Hubs

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Usada em 10BaseT Cada bit possui uma transiccedilatildeo Permite que os reloacutegios nos noacutes de transmissatildeo e de recepccedilatildeo possam

sincronizar um com o outro Natildeo eacute necessaacuterio reloacutegio global centralizado entre os noacutes

Ei isso eacute coisa de camada fiacutesica

Codificaccedilatildeo Manchester

Codificaccedilatildeo Manchester

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Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeo Permite enlaces ponto-a-ponto e canais de muacuteltiplo acesso

compartilhados No modo compartilhado o CSMACD eacute usado exige pequenas

distacircncias entre os noacutes para ser eficiente Usa hubs chamados aqui de Distribuidores com Armazenagem

ldquoBuffered Distributorsrdquo Full-Duplex a 1 Gbps para enlaces ponto-a-ponto 10 Gbps agora

Gigabit Ethernet

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A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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Hub de backbone interconecta segmentos de LAN Estende a distacircncia maacutexima entre os noacutes Mas domiacutenios de colisatildeo individuais tornam-se um uacutenico e grande

domiacutenio de colisatildeo Natildeo pode interconectar 10BaseT e 100BaseT

Interconexatildeo com hubs

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Dispositivo de camada de enlace Armazena e encaminha quadros Ethernet Examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o

quadro baseado no endereccedilo MAC de destino Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento

usa CSMACD para acessar o segmento Transparente

Hospedeiros satildeo inconscientes da presenccedila dos switches Plug-and-play self-learning (auto-aprendizado)

Switches natildeo precisam ser configurados

Switch

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Como determinar para qual segmento da LAN encaminhar o quadro Parece um problema de roteamento

Encaminhamento

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Um switch possui uma tabela de switch Entrada na tabela do switch

(endereccedilo MAC interface marca de tempo) Entradas expiradas na tabela satildeo decartadas (TTL pode ser 60 min)

Switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de suas interfaces Quando recebe um quadro o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento da LAN que chega Registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela

Self learning (auto-aprendizado)

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Quando um switch recebe um quadro

indexa a tabela do switch usando end MAC de destinoif entrada for encontrada para o destino

then if dest no segmento deste quadro chegou

then descarta o quadro else encaminha o quadro na interface indicada else flood

Encaminha para todas as interfacesexceto para a que o quadro chegou

Filtragemencaminhamento

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Suponha que C envia um quadro para D

Switch recebe o quadro de C Anota na tabela que C estaacute na interface 1 Como D natildeo estaacute na tabela o switch encaminha o quadro para as

interfaces 2 e 3 Quadro recebido por D

hub hub hub

switch

A

B CD

EF

G H

I

endereccedilo interface

ABEG

1123

12 3

Switch exemplo

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Suponha que D responde com um quadro para C

Switch recebe quadro de D Anota na tabela que D estaacute na interface 2 Como C estaacute na tabela o switch encaminha o quadro apenas para a

interface 1 Quadro recebido por C

hub hub hub

switch

A

B CD

EF

G H

I

endereccedilo interface

ABEGC

11231

Switch exemplo

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A instalaccedilatildeo do switch quebra as sub-redes em segmentos de LAN Switch filtra pacotes

Alguns quadros do mesmo segmento de LAN natildeo satildeo usualmente encaminhados para outros segmento de LAN

Segmentos se tornam separados em domiacutenios de colisatildeo

hub hub hub

switch

domiacutenio de colisatildeo domiacutenio de colisatildeo

domiacutenio de colisatildeo

Switch isolaccedilatildeo de traacutefego

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Switch com muitas interfaces Hospedeiros possuem conexatildeo direta ao switch Sem colisotildees full duplex

Switching A-para-Arsquo e B-para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees

Switches acesso dedicado

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Cut-through switching quadro encaminhado da porta de entrada ateacute a porta de saiacuteda sem ter de primeiro coletar o quadro todo Ligeira reduccedilatildeo na latecircncia

Combinaccedilotildees de interfaces 101001000 Mbps compartilhadasdedicadas

Mais sobre switches

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Redes corporativas

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Ambos satildeo dispositivos store-and-forward Roteadores dispositivos de camada de rede (examinam cabeccedilalhos

da camada de rede) Switches satildeo dispositivos da camada de enlace

Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam algoritmos de roteamento Switches mantecircm tabelas de switch implementam filtragem algoritmos de aprendizagem

Switches vs roteadores

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hubs roteadores switches

isolaccedilatildeo detraacutefego

natildeo sim sim

plug amp play sim natildeo sim

roteamentooacutetimo

natildeo sim natildeo

cutthrough

sim natildeo sim

Resumo comparaccedilatildeo

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A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace de broadcast Sem Media Access Control Natildeo necessita de endereccedilamento MAC expliacutecito Ex dialup link linha ISDN

Protocolos ponto-a-ponto DLC populares PPP (point-to-point protocol) HDLC High level data link control (camada de enlace costumava ser considerada ldquocamada altardquo na pilha de protocolos)

Controle de enlace de dados ponto-a-ponto

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Enquadramento de pacote encapsulamento do datagrama da camada de rede no quadro da camada de enlace Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolo de rede (natildeo apenas o IP) ao mesmo tempo Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo

Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo de bit no campo de dados

Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo) Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do enlace

para a camada de rede Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos terminais

do enlace podem aprender e configurar o endereccedilo de rede dos outros

PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]

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Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros Natildeo haacute controle de fluxo Aceita entregas fora de ordem Natildeo haacute necessidade de suportar enlaces multiponto (ex polling)

Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeo dos dados satildeo todos relegados para as camadas mais altas

PPP natildeo requisitos

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Flag delimitador (enquadramento) Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura) Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacuteltiplos campos de

controle Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o conteuacutedo do

quadro deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)

PPP formato do quadro

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info dados da camada superior sendo transportados CRC verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de erros

PPP formato dos dados

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Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de dados deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt01111110gt

P Se for recebido o padratildeo lt01111110gt satildeo dados ou eacute flag Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte extra com o padratildeo lt

01111101gt (escape) antes de cada byte com o padratildeo de flag lt 01111110gt nos dados

Receptor Um byte 01111101 seguido de 01111110 em seguida descarta o primeiro e continua a recepccedilatildeo de dados Uacutenico byte 01111110 entatildeo eacute um flag

Byte stuffing

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byte com o padratildeodo flag nos dados a enviar

byte com o padratildeo de escape acrescentado nos dados transmitidos seguido por um byte com padratildeo de flag

Byte stuffing

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Antes de trocar dados da camada de rede os parceiros da camada de enlace devem A configurar o enlace PPP (tamanho maacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo) Aprenderconfigurar as informaccedilotildees da camada de rede

Para o IP transportar mensagens do protocolo de controle IP (IPCP) (campo de protocolo 8021) para configuraraprender os

endereccedilos IP

PPP protocolo de controle de dados

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A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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Virtualizaccedilatildeo dos recursos uma poderosa abstraccedilatildeo em engenharia de sistemas Exemplos em computaccedilatildeo memoacuteria virtual dispositivos virtuais

Maacutequinas virtuais ex java IBM VM os dos anos 6070

Camada de abstraccedilotildees natildeo se apega a detalhes da camada mais baixa apenas trata com as camadas mais baixas abstratamente

Virtualizaccedilatildeo das redes

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1974 muacuteltiplas redes desconectadas ARPAnet redes de dados-sobre-cabo rede de pacote por sateacutelite (Aloha) rede de pacotes por raacutedio

hellip diferentes em convenccedilotildees de endereccedilamento formatos do pacote recuperaccedilatildeo de erros roteamento

Internet virtualizaccedilatildeo das redes

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Camada de rede da Internet (IP) Endereccedilamento internetwork

aparece como uma entidade uacutenica e uniforme escondendo a heterogeneidade das redes locais

Rede de redes

Gateway ldquoembute pacotes da Internet no

formato de um pacote local ou os extrairdquo

Rota (no niacutevel de internetwork) para o proacuteximo gateway

Internet virtualizaccedilatildeo das redes

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O que eacute virtualizado Duas camadas de endereccedilamento Internet e rede local Nova camada (IP) torna tudo homogecircneo na camada da Internet Tecnologia da rede local em questatildeo

Cabo Sateacutelite Modem telefocircnico de 56 K Hoje ATM MPLS

hellip ldquoinvisiacutevelrdquo na camada da Internet Parece com uma tecnologia de camada de enlace para o IP

Arquitetura da Internet de Cerf amp Kahn

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ATM MPLS redes separadas em seus proacuteprios direitos Modelos de serviccedilo endereccedilamento roteamento diferentes da Internet

Vistos pela Internet como um enlace loacutegico conectando roteadores IP Assim como o dialup link eacute realmente parte de uma rede separada

(rede telefocircnica)

ATM MPLS de interesse teacutecnico em seu proacuteprio direito

ATM e MPLS

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Padratildeo dos anos 8090 para altas taxas de transmissatildeo (155 Mbps a 622 Mbps e mais altas) arquitetura de Broadband Integrated Service Digital Network (B-ISDN)

Objetivo transporte integrado de voz dados e imagens com foco nas redes puacuteblicas de comunicaccedilatildeo Deve atender aos requisitos de tempoQoS para aplicaccedilotildees de voz

e de viacutedeo (versus o serviccedilo de melhor esforccedilo da Internet) Telefonia de ldquoproacutexima geraccedilatildeordquo fundamentos teacutecnicos no mundo da telefonia Comutaccedilatildeo de pacotes (pacotes de tamanho fixo chamados ldquoceacutelulasrdquo) usando circuitos virtuais

Modo de transferecircncia assiacutencrono ATM

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Camada de adaptaccedilatildeo apenas na borda de uma rede ATM Segmentaccedilatildeo e remontagem dos dados Grosseiramente anaacuteloga agrave camada de transporte da Internet

Camada ATM camada de ldquorederdquo Comutaccedilatildeo de ceacutelulas roteamento

Camada fiacutesica

Sistema final Sistema finalSwitch ATM Switch ATM

Arquitetura ATM

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Visatildeo transporte fim-a-fim ldquoATM de computador a computadorrdquo ATM eacute uma tecnologia de redeRealidade usada para conectar roteadores IP de backbone ldquoIP sobre ATMrdquo ATM como uma camada de enlace comutada conectando roteadores IP

ATM camada de rede ou de enlace

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Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL) ldquoadaptardquo camadas superiores (aplicaccedilotildees IP ou nativas ATM) para a camada ATM abaixo

AAL presente apenas nos sistemas finais natildeo nos comutadores ATM (ldquoswitchesrdquo)

O segmento da camada AAL (campo de cabeccedilalhotrailer e de dados) satildeo fragmentados em muacuteltiplas ceacutelulas ATM Analogia segmento TCP em muitos pacotes IP

Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL)

Sistema final Sistema finalSwitch ATM Switch ATM

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Diferentes versotildees da camada AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM AAL1 para serviccedilo CBR (taxa de bit constante) ex emulaccedilatildeo de circuitos AAL2 para serviccedilos VBR (taxa de bit variaacutevel) ex viacutedeo MPEG AAL5 para dados (ex datagramas IP)

AAL PDU

ceacutelula ATM

Dados de usuaacuterio

subcamadade convergecircncia

subcamadaSAR

Ceacutelula ATM

Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL)

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Serviccedilo transporte de ceacutelulas atraveacutes da rede ATM Anaacuteloga agrave camada de rede IP Serviccedilos muito diferentes da camada de rede IP

Arquiteturade rede

Internet

ATM

ATM

ATM

ATM

Modelo de serviccedilo

melhoresforccediloCBR

VBR

ABR

UBR

Banda

natildeo

taxaconstantetaxagarantidamiacutenimogarantidonatildeo

Perda

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Ordem

natildeo

sim

sim

sim

sim

Tempo

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Aviso decongestatildeo

natildeo (inferidopelas perdas)natildeo haacutecongestatildeonatildeo haacutecongestatildeosim

natildeo

Garantias

Camada ATM

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Transporte em VC ceacutelulas satildeo transportadas sobre VC da fonte ao destino Estabelecimento de conexatildeo necessaacuterio para cada chamada antes que o fluxo de dados possa ser iniciado Cada pacote transporta um identificador de VC (natildeo transporta o endereccedilo do destino) Cada comutador com caminho entre a fonte e o destino manteacutem o ldquoestadordquo para cada conexatildeo passante Recursos do enlace e do comutador (banda passante buffers) podem ser alocados por VC para obter um comportamento semelhante a um circuito fiacutesico

VCs permanentes (PVCs) Conexotildees de longa duraccedilatildeo Tipicamente rota ldquopermanenterdquo entre roteadores IP

VCs comutados (SVC) Dinamicamente criados numa base por chamada

Camadas ATM circuitos virtuais

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Vantagens do uso de circuitos virtuais no ATM Iacutendices de QoS garantidos para conexotildees mapeadas em

circuitos virtuais (banda passante atraso variacircncia de atraso)

Problemas no uso de circuitos virtuais O suporte de traacutefego datagrama eacute ineficiente Um PVC entre cada par origemdestino natildeo tem boa

escalabilidade (N2 conexotildees satildeo necessaacuterias) SVC introduz latecircncia de estabelecimento de conexatildeo e

atrasos de processamento para conexotildees de curta duraccedilatildeo

ATM VCs

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Cabeccedilalho da ceacutelula ATM com 5 bytes Carga uacutetil com 48-bytes

Por quecirc carga uacutetil pequena -gt pequeno atraso de criaccedilatildeo de ceacutelula para voz digitalizada

Meio do caminho entre 32 e 64 (compromisso)

cabeccedilalhoda ceacutelula

formato daceacutelula

3o bit no campo PTvalor 1 indica uacuteltima ceacutelula (AAL-indicate bit)

Camada ATM ceacutelula ATM

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VCI identificador de canal virtual Pode mudar de enlace para enlace atraveacutes da rede

PT tipo de carga uacutetil (ex ceacutelula RM versus ceacutelula de dados) CLP bit de prioridade de perda de ceacutelula

CLP = 1 implica ceacutelula de baixa prioridade pode ser descartada em caso de congestatildeo

HEC verificaccedilatildeo de erros no cabeccedilalho Verificaccedilatildeo ciacuteclica de erros

Cabeccedilalho da ceacutelula ATM

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A camada fiacutesica se compotildee de duas partes (subcamadas ) Subcamada de convergecircncia de transmissatildeo (TCS) adapta a camada

ATM acima agrave subcamada fiacutesica abaixo (PMD) Subcamada dependente do meio depende do tipo de meio fiacutesico que

estaacute sendo empregado

Funccedilotildees da TCS Geraccedilatildeo do checksum do cabeccedilalho 8 bits CRC Delineamento de ceacutelula Com uma subcamada PMD natildeo estruturada transmite ceacutelulas vazias

(ldquoidle cellsrdquo) quando natildeo haacute ceacutelulas de dados a enviar

Camada fiacutesica ATM

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Subcamada dependente do meio fiacutesico (PMD) SONETSDH estrutura de transmissatildeo de quadros (como um

container carregando bits) Sincronizaccedilatildeo de bits Particcedilotildees da banda passante (TDM) Vaacuterias velocidades OC1 = 5184 Mbps OC3 = 15552 Mbps OC12 = 62208 Mbps

T1T3 estrutura de transmissatildeo de quadros (velha hierarquia de telefonia 15 Mbps45 Mbps No Brasil usa-se a hierarquia europeacuteia E1E3 2 34 Mbps

Natildeo estruturada apenas ceacutelulas (ocupadasvazias)

Camada fiacutesica ATM

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Apenas IP claacutessico 3 ldquoredesrdquo (ex segmentos de LAN) Endereccedilos MAC (8023) e IP

IP sobre ATM Substitui ldquorederdquo (ex segmento

de LAN) com a rede ATM Endereccedilos ATM endereccedilos IP

redeATM

EthernetLANs

EthernetLANs

IP-sobre-ATM

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No endereccedilo de origem Camada IP encontra um mapeamento entre o endereccedilo IP e o endereccedilo de destino ATM (usando ARP) Passa o datagrama para a camada de adaptaccedilatildeo AAL5 AAL5 encapsula os dados segmenta em ceacutelulas e passa para a camada ATM

Rede ATM move a ceacutelula para o destino de acordo com o seu VC (circuito virtual)

No hospedeiro de destino AAL5 remonta o datagrama original a partir das ceacutelulas recebidas Se o CRC OK datagrama eacute passado ao IP

Viagem de um datagrama numa rede IP-sobre-ATM

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Questotildees Datagramas IP em ATM AAL5 PDUs Dos endereccedilos IP aos endereccedilos ATM

Da mesma forma que de endereccedilos IP para endereccedilos MAC 8023

redeATM

EthernetLANs

IP-sobre-ATM

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Objetivo inicial aumentar a velocidade de encaminhamento IP usando labels de tamanho fixo (em vez de endereccedilo IP) Mesma ideacuteia do meacutetodo de circuito virtual (VC) Mas o datagrama IP ainda manteacutem o endereccedilo IP

Multiprotocol label switching (MPLS)

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Roteador faz a funccedilatildeo de comutador de roacutetulo Pacotes encaminhados para interface de saiacuteda com base apenas no valor

do roacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP) Tabela de encaminhamento MPLS distinta das tabelas de encaminhamento IP

Protocolo de sinalizaccedilatildeo necessaacuterio para estabelecer o encaminhamento RSVP-TE Encaminhamento eacute possiacutevel por caminhos que o IP sozinho natildeo pode usar (ex roteamento de especificado pela origem) Use MPLS para engenharia de traacutefego

Deve coexistir com roteadores unicamente IP

Roteadores MPLS

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Tabelas de encaminhamento MPLS

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Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace Detecccedilatildeo de erros correccedilatildeo Compartilhando um canal broadcast acesso muacuteltiplo Endereccedilamento da camada de enlace

Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de vaacuterias tecnologias da camada de enlace Ethernet LANS comutadas PPP Redes virtualizadas como uma camada de enlace ATM MPLS

Resumo

Page 6: Capítulo 5 Redes de computadores e a Internet A camada de enlace e redes locais

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Controle de fluxo Limitaccedilatildeo da transmissatildeo entre transmissor e receptor

Detecccedilatildeo de erros Erros causados pela atenuaccedilatildeo do sinal e por ruiacutedos O receptor detecta a presenccedila de erros Avisa o transmissor para reenviar o quadro perdido

Correccedilatildeo de erros O receptor identifica e corrige o bit com erro(s) sem recorrer agrave

retransmissatildeo

Half-duplex efull-duplex Com half-duplex os noacutes em ambas as extremidades do enlace podem transmitir mas natildeo ao mesmo tempo

Serviccedilos da camada de enlace

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Camada de rede implementada no ldquoadaptadorrdquo (isto eacute NIC) Cartatildeo Ethernet cartatildeo PCMCI cartatildeo 80211

Lado transmissor Encapsula o datagrama em um quadro Adiciona bits de verificaccedilatildeo 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 eacute semi-autocircnomo Camadas de enlace e fiacutesica

Comunicaccedilatildeo de adaptadores

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A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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EDC= Bits de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros (redundacircncia)D = Dados protegidos pela verificaccedilatildeo de erros pode incluir os campos de cabeccedilalho A detecccedilatildeo de erros natildeo eacute 100 confiaacutevel

Protocolos podem deixar passar alguns erros mas eacute raro Quanto maior o campo EDC melhor eacute a capacidade de detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros

Detecccedilatildeo de erros

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Paridade com bit uacutenicoDetecta erro de um uacutenico bit

Verificaccedilatildeo de paridade

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Objetivo detectar ldquoerrosrdquo (ex bits trocados) num segmento transmitido (nota usado apenas na camada de transporte)

Transmissor Trata o conteuacutedo de segmentos como sequumlecircncias de nuacutemeros inteiros de 16 bits Checksum adiccedilatildeo (soma em complemento de um) do conteuacutedo 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 eacute igual ao valor do campo checksum

NAtildeO - erro detectado SIM - natildeo detectou erro Mas talvez haja erros apesar disso Mas depoishellip

Checksum da Internet

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Encara os bits de dados D como um nuacutemero binaacuterio Escolhe um padratildeo gerador de r + 1 bit G Objetivo escolhe r CRC bits R tal que

ltDRgt eacute divisiacutevel de forma exata por G (moacutedulo 2) Receptor conhece G divide ltDRgt por G Se o resto eacute diferente

de zero erro detectado Pode detectar todos os erros em sequumlecircncia (burst errors) com

comprimento menor que r + 1 bit Largamente usado na praacutetica (ATM HDCL)

Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica

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desejadoD2r XOR R = nG

equivalente aD2r = nG XOR R

equivalente a se noacutes dividimos D2r por

G buscamos resto R

R = resto[ ]D2rG

Exemplo de CRC

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A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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Trecircs tipos de enlaces Ponto-a-ponto (fio uacutenico ex PPP SLIP) Broadcast (fio ou meio compartilhado)

Ethernet tradicional Upstream HFC 80211 LAN sem fio

Enlaces de acesso muacuteltiplo e protocolos

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Canal de comunicaccedilatildeo uacutenico e compartilhado Duas ou mais transmissotildees simultacircneas pelos noacutes interferecircncia

Colisatildeo se um noacute receber dois ou mais sinais ao mesmo tempo

Protocolo de muacuteltiplo acesso Algoritmo distribuiacutedo que determina como as estaccedilotildees compartilham o canal isto eacute determinam quando cada estaccedilatildeo pode transmitir

Comunicaccedilatildeo sobre o compartilhamento do canal deve utilizar o proacutepro canal

Nenhum canal fora-de-banda para coordenaccedilatildeo

Protocolos de acesso muacuteltiplo

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Canal de broadcast de taxa R bps1 Quando um noacute quer transmitir ele pode enviar a uma taxa R2 Quando M noacutes querem transmitir cada um envia a uma taxa

meacutedia RM3 Totalmente descentralizada

Nenhum noacute especial para coordenar transmissotildees Nenhuma sincronizaccedilatildeo de reloacutegios e compartimentos

4 Simples

Protocolo ideal de muacuteltiplo acesso

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Trecircs grandes classes Particionamento de canal

Divide o canal em pedaccedilos menores (compartimentos de tempo frequumlecircncia)

Aloca um pedaccedilo para uso exclusivo de cada noacute

Acesso aleatoacuterio Canal natildeo dividido permite colisotildees ldquorecuperaccedilatildeordquo das colisotildees

Passagem de permissatildeo Noacutes transmitem nos seus turnos mas com mais volume para enviar

podem usar turnos mais longos

Protocolos MAC uma taxonomia

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TDMA acesso muacuteltiplo por divisatildeo temporal Acesso ao canal eacute feito por rdquoturnos Cada estaccedilatildeo controla um compartimento (ldquoslotrdquo) de tamanho

fixo (tamanho = tempo de transmissatildeo de pacote) em cada turno Compartimentos natildeo usados satildeo desperdiccedilados Exemplo rede local com 6 estaccedilotildees 1 3 4 tecircm pacotes

compartimentos 2 5 6 ficam vazios

Protocolos MAC com particionamento de canal TDMA

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FDMA acesso muacuteltiplo por divisatildeo de frequumlecircncia Oespectro do canal eacute dividido em bandas de frequumlecircncia Cada estaccedilatildeo recebe uma banda de frequumlecircncia Tempo de transmissatildeo natildeo usado nas bandas de frequumlecircncia eacute desperdiccedilado Exemplo rede local com 6 estaccedilotildees 1 3 4 tecircm pacotes as bandas de

frequumlecircncia 2 5 6 ficam vazias bandas

de f

requumlecircnci

a tempo

Protocolos MAC com particionamento de canal FDMA

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Quando o noacute tem um pacote a enviar Transmite com toda a taxa do canal R Natildeo haacute uma regra de coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes

Dois ou mais noacutes transmitindo -gt ldquocolisatildeordquo

Protocolo MAC de acesso aleatoacuterio especifica Como detectar colisotildees Como as estaccedilotildees se recuperam das colisotildees (ex via retransmissotildees

atrasadas) Exemplos de protocolos MAC de acesso aleatoacuterio

slotted ALOHA ALOHA CSMA e CSMACD

Protocolos de acesso aleatoacuterio

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Suposiccedilotildees Todos os quadros de mesmo tamanho Tempo dividido em slots de mesmo tamanho tempo para

transmitir 1 quadro Noacutes comeccedilam a transmitir quadros apenas no iniacutecio dos slots Noacutes satildeo sincronizados Se 2 ou mais noacutes transmitem no slot todos os noacutes detectam a

colisatildeo

Operaccedilatildeo Quando um noacute obteacutem um novo quadro ele transmite no proacuteximo

slot Sem colisatildeo o noacute pode enviar o novo quadro no proacuteximo slot Se haacute colisatildeo o noacute retransmite o quadro em cada slot

subsequumlente com prob p ateacute o successo

Slotted ALOHA

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Proacutes Um uacutenico noacute ativo pode transmitir continuamente com a taxa completa

de canal Altamente descentralizada somente slots em noacutes precisam ser

sincronizados Simples

Contras Colisotildees desperdiacutecio de slots Slots ociosos Noacutes podem detectar colisatildeo em menos tempo do que o tempo para

transmitir o pacote Sincronizaccedilatildeo de clock

Slotted ALOHA

LegendaC = Intervalo de colisatildeoE = Intervalo vazioS = Intervalo bem-sucedido

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Eficiecircncia eacute a fraccedilatildeo de slots bem-sucedidos quando haacute muitos noacutes cada um com muitos quadros para enviar

Suponha N noacutes com muitos quadros para enviar cada um transmite no slot com probabilidade p

Prob de o noacute 1 obter successo num slot = p(1-p)N-1

Prob de qualquer noacute obter um successo = Np(1-p)N-1

Para maacutexima eficiecircncia com N noacutes encontre p que maximiza Np(1-p)N-1

Para muitos noacutes o limite de Np(1-p)N-1 com N indo ao infinito resulta 1e = 37

No maacuteximo uso do canal para envio de dados uacuteteis 37 do tempo

Eficiecircncia do slotted Aloha

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Unslotted Aloha operaccedilatildeo mais simples natildeo haacute sincronizaccedilatildeo

Pacote necessita transmissatildeo Enviar sem esperar pelo iniacutecio de um compartimento

A probabilidade de colisatildeo aumentaPacote enviado em t0 colide com outros pacotes enviados em [t0-1 t0+1]

Aloha puro (unslotted)

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P(successo de um dado noacute) = P(noacute transmitir)

P(nenhum outro noacute transmitir em [p0-1p0]

P(nenhum outro noacute transmitir em [p0-1p0]

= p (1-p)N-1 (1-p)N-1

= p (1-p)2(N-1)

hellip escolhendo p oacutetimo e entatildeo deixando n -gt infinito

= 1(2e) = 18

Ainda pior

Eficiecircncia do Aloha puro

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CSMA escuta antes de transmitir Se o canal parece vazio transmite o pacote Se o canal estaacute ocupado adia a transmissatildeo Analogia humana natildeo interrompa os outros

CSMA Carrier Sense Multiple Access

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Colisotildees podem ocorrero atraso de propagaccedilatildeo implica que dois noacutes podem natildeo ouvir as transmissotildees do outro

Colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo do pacote eacute desperdiccedilado

Notepapel da distacircncia e do atraso de propagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo

arranjo espacial dos noacutes na rede

Colisotildees no CSMA

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CSMACD detecccedilatildeo de portadora deferecircncia como no CSMA Colisotildees detectadas num tempo mais curto Transmissotildees com colisotildees satildeo interrompidas reduzindo o desperdiacutecio do canal Detecccedilatildeo de colisatildeo Faacutecil em LANs cabeadas mediccedilatildeo da intensidade do sinal comparaccedilatildeo dos sinais transmitidos e recebidos Difiacutecil em LANs sem fio receptor desligado enquanto transmitindo Analogia humana o ldquobom de papordquo educado

CSMACD (detecccedilatildeo de colisatildeo)

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CSMACD detecccedilatildeo de colisatildeo

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Protocolos MAC com particionamento de canais Compartilham o canal eficientemente quando a carga eacute alta e bem distribuiacuteda Ineficiente nas cargas baixas atraso no acesso ao canal A estaccedilatildeo consegue uma banda de 1N da capacidade do canal mesmo que haja apenas 1 noacute ativo

Protocolos MAC de acesso aleatoacuterio Eficiente nas cargas baixas um uacutenico noacute pode usar todo o canal Cargas altas excesso de colisotildees

Protocolos de passagem de permissatildeoBuscam o melhor dos dois mundos

Protocolos MAC com passagem de permissatildeo

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Polling Noacute mestre ldquoconvidardquo os escravos a transmitirem um de cada vez Problemas

Polling overhead Latecircncia Ponto uacutenico de falha (mestre)

Token passing Controla um token passado de um noacute a outro sequumlencialmente Mensagem token Problemas

Token overhead Latecircncia Ponto uacutenico de falha (token)

Protocolos MAC com passagem de permissatildeo

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Como se faz com um canal compartilhado Particionamento de canal no tempo por frequumlecircncia ou por coacutedigo

Divisatildeo temporal divisatildeo por coacutedigo divisatildeo por frequumlecircncia Particionamento aleatoacuterio (dinacircmico)

ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACD Detecccedilatildeo de portadora faacutecil em alguns meios fiacutesicos (cabos) e

difiacutecil em outros (wireless) CSMACD usado na rede Ethernet CSMACA usado em 80211

Passagem de permissatildeo Polling a partir de um site central passagem de token

Sumaacuterio dos protocolos MAC

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Camada de enlace ateacute agora Serviccedilos detecccedilatildeo de erroscorreccedilatildeo acesso muacuteltiplo

A seguir tecnologias de redes locais (LAN) Endereccedilamento Ethernet hubs pontes switches PPP

Tecnologias de LAN

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A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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Endereccedilos IP de 32-bit Endereccedilos da camada de rede Usados para levar o datagrama ateacute a rede de destino (lembre-se

da definiccedilatildeo de rede IP)

Endereccedilo de LAN (ou MAC ou fiacutesico) Usado para levar o datagrama de uma interface fiacutesica a outra

fisicamente conectada com a primeira (isto eacute na mesma rede) Endereccedilos MAC com 48 bits (na maioria das LANs)

gravados na memoacuteria fixa (ROM) do adaptador de rede

Endereccedilos de LAN e ARP

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A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEE O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (para

assegurar a unicidade)

Analogia (a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG (b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal

Endereccedilamento MAC eacute ldquoflatrdquo =gt portabilidade Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra sem

reconfiguraccedilatildeo de endereccedilo MAC

Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevel Depende da rede na qual se estaacute ligado

Endereccedilos de LAN (mais)

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Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de Bdado o endereccedilo IP de B Cada noacute IP (hospedeiro roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabela ARP Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt

lt IP address MAC address TTLgt TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamento de

endereccedilos seraacute esquecido (tipicamente 20 min)

ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de resoluccedilatildeo de endereccedilos)

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A que enviar um datagrama para B e o endereccedilo MAS de B natildeo estaacute na tabela ARP de A

A faz broadcast de pacote de consulta ARB contendo o endereccedilo IP de B end MAC de destino = FF-FF-FF-FF-FF-FF todas as maacutequinas na LAN recebem a consulta ARP

B recebe o pacote ARP responde para A com seu endereccedilo MAC (de B) Quadro enviado para o end MAC de A (unicast)

A faz um cache (salva) o par de endereccedilos IP para MAC em sua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo se torne antiga (expirada) soft state informaccedilatildeo que expira (eacute descartada) sem atualizaccedilatildeo

ARP eacute ldquoplug-and-playrdquo Noacutes criam suas tabelas ARP sem intervenccedilatildeo do administrador da rede

Protocolo ARP Mesma LAN (network)

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objetivo envia datagrama de A para B via R supotildee que A conhece o endereccedilo IP de B

bull Duas tabelas ARP no roteador R um para cada rede IP (LAN)

Roteamento para outra LAN

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A cria o pacote IP com origem A destino B A usa ARP para obter o endereccedilo de camada fiacutesica de R correspondente ao

endereccedilo IP 111111111110 A cria um quadro Ethernet com o endereccedilo fiacutesico de R como destino o

quadro Ethernet conteacutem o datagrama IP de A para B A camada de enlace de A envia o quadroEthernet A camada de enlace de R recebe o quadro Ethernet R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verifica que ele se destina a

B R usa ARP para obter o endereccedilo fiacutesico de B R cria quadro contendo um datagrama de A para B e envia para B

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A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo Barato R$20 por 100Mbps Primeira tecnologia de LAN largamente usada Mais simples e mais barata que LANs com token e ATM Velocidade crescente 10Mbps ndash 10Gbps

esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf

Ethernet

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Topologia de bus popular em meados dos anos 90 Agora a topologia em estrela prevalece Opccedilotildees de conexatildeo hub ou switch (mais adiante)

Topologia em estrela

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Adaptador do transmissor encapsula o datagrama IP (ou outro pacote de protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet

Preacircmbulo bull 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte com padratildeo 10101011bull usado para sincronizar as taxas de reloacutegio do transmissor e do receptor

Estrutura do quadro Ethernet

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Endereccedilos 6 bytes Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de destino coincidente ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa o dado no quadro para o protocolo da camada de rede

Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP mas outros podem ser suportados tais como Novell IPX e AppleTalk)

CRC verificado no receptor se um erro eacute detectado o quadro eacute simplesmente descartado

Estrutura do quadro Ethernet

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Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o receptor

Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou nacks para o adaptador transmissor O fluxo de datagramas que passa para a camada de rede pode deixar

lacunas Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCP Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas

Serviccedilo natildeo confiaacutevel sem conexatildeo

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Sem slots Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador

transmitindo isto eacute carrier sense O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador

transmitindo isto eacute collision detection Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo

aleatoacuterio isto eacute random access

Ethernet usa CSMACD

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1 Adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmitir o

quadro Se ele detecta o canal ocupado espera ateacute ele ficar livre e entatildeo transmite

3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo sua missatildeo com esse quadro estaacute cumprida

4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta e envia um jam signal

5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a m-eacutesima colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2m-1 O adaptador espera K512 tempos de bit e retorna ao passo 2

Algoritmo CSMACD da Ethernet

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Jam signal garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo 48 bitsBit time 1 microseg para Ethernet de 10 Mbpspara K=1023 o tempo de espera eacute cerca de 50 mseg

Veja o applet Java no Web site da AWL altamemte recomendadoExponential backoff Objetivo adaptar tentativas de retransmissatildeo para carga atual da rede

Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longa Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacute

K x 512 tempos de transmissatildeo de bit Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3hellip Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023

Ethernet CSMACD

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Tprop = propagaccedilatildeo maacutexima entre 2 noacutes na LAN

ttrans = tempo para transmitir um quadro de tamanho maacuteximo

Eficiecircncia tende a 1 quando tprop tende a 0

Tende a 1 quando ttrans tende ao infinito Muito melhor do que o ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato

transprop tt 51

1eficiecircncia

Eficiecircncia do CSMACD

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Taxa de 10100 Mbps chamado mais tarde de ldquofast ethernetrdquo T significa ldquoTwisted Pairrdquo (par de fios tranccedilados de cobre) Noacutes se conectam a um hub ldquotopologia em estrelardquo 100 m eacute a distacircncia

maacutexima entre os noacutes e o hub

10BaseT e 100BaseT

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Hubs satildeo essencialmente repetidores de camada fiacutesica Bits que chegam de um enlace se propagam para todos os outros enlaces Com a mesma taxa Natildeo possuem armazenagem de quadros Natildeo haacute CSMACD no hub adaptadores detectam colisotildees Provecirc funcionalidade de gerenciamento de rede

Hubs

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Usada em 10BaseT Cada bit possui uma transiccedilatildeo Permite que os reloacutegios nos noacutes de transmissatildeo e de recepccedilatildeo possam

sincronizar um com o outro Natildeo eacute necessaacuterio reloacutegio global centralizado entre os noacutes

Ei isso eacute coisa de camada fiacutesica

Codificaccedilatildeo Manchester

Codificaccedilatildeo Manchester

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Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeo Permite enlaces ponto-a-ponto e canais de muacuteltiplo acesso

compartilhados No modo compartilhado o CSMACD eacute usado exige pequenas

distacircncias entre os noacutes para ser eficiente Usa hubs chamados aqui de Distribuidores com Armazenagem

ldquoBuffered Distributorsrdquo Full-Duplex a 1 Gbps para enlaces ponto-a-ponto 10 Gbps agora

Gigabit Ethernet

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A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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Hub de backbone interconecta segmentos de LAN Estende a distacircncia maacutexima entre os noacutes Mas domiacutenios de colisatildeo individuais tornam-se um uacutenico e grande

domiacutenio de colisatildeo Natildeo pode interconectar 10BaseT e 100BaseT

Interconexatildeo com hubs

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Dispositivo de camada de enlace Armazena e encaminha quadros Ethernet Examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o

quadro baseado no endereccedilo MAC de destino Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento

usa CSMACD para acessar o segmento Transparente

Hospedeiros satildeo inconscientes da presenccedila dos switches Plug-and-play self-learning (auto-aprendizado)

Switches natildeo precisam ser configurados

Switch

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Como determinar para qual segmento da LAN encaminhar o quadro Parece um problema de roteamento

Encaminhamento

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Um switch possui uma tabela de switch Entrada na tabela do switch

(endereccedilo MAC interface marca de tempo) Entradas expiradas na tabela satildeo decartadas (TTL pode ser 60 min)

Switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de suas interfaces Quando recebe um quadro o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento da LAN que chega Registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela

Self learning (auto-aprendizado)

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Quando um switch recebe um quadro

indexa a tabela do switch usando end MAC de destinoif entrada for encontrada para o destino

then if dest no segmento deste quadro chegou

then descarta o quadro else encaminha o quadro na interface indicada else flood

Encaminha para todas as interfacesexceto para a que o quadro chegou

Filtragemencaminhamento

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Suponha que C envia um quadro para D

Switch recebe o quadro de C Anota na tabela que C estaacute na interface 1 Como D natildeo estaacute na tabela o switch encaminha o quadro para as

interfaces 2 e 3 Quadro recebido por D

hub hub hub

switch

A

B CD

EF

G H

I

endereccedilo interface

ABEG

1123

12 3

Switch exemplo

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Suponha que D responde com um quadro para C

Switch recebe quadro de D Anota na tabela que D estaacute na interface 2 Como C estaacute na tabela o switch encaminha o quadro apenas para a

interface 1 Quadro recebido por C

hub hub hub

switch

A

B CD

EF

G H

I

endereccedilo interface

ABEGC

11231

Switch exemplo

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A instalaccedilatildeo do switch quebra as sub-redes em segmentos de LAN Switch filtra pacotes

Alguns quadros do mesmo segmento de LAN natildeo satildeo usualmente encaminhados para outros segmento de LAN

Segmentos se tornam separados em domiacutenios de colisatildeo

hub hub hub

switch

domiacutenio de colisatildeo domiacutenio de colisatildeo

domiacutenio de colisatildeo

Switch isolaccedilatildeo de traacutefego

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Switch com muitas interfaces Hospedeiros possuem conexatildeo direta ao switch Sem colisotildees full duplex

Switching A-para-Arsquo e B-para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees

Switches acesso dedicado

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Cut-through switching quadro encaminhado da porta de entrada ateacute a porta de saiacuteda sem ter de primeiro coletar o quadro todo Ligeira reduccedilatildeo na latecircncia

Combinaccedilotildees de interfaces 101001000 Mbps compartilhadasdedicadas

Mais sobre switches

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Redes corporativas

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Ambos satildeo dispositivos store-and-forward Roteadores dispositivos de camada de rede (examinam cabeccedilalhos

da camada de rede) Switches satildeo dispositivos da camada de enlace

Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam algoritmos de roteamento Switches mantecircm tabelas de switch implementam filtragem algoritmos de aprendizagem

Switches vs roteadores

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hubs roteadores switches

isolaccedilatildeo detraacutefego

natildeo sim sim

plug amp play sim natildeo sim

roteamentooacutetimo

natildeo sim natildeo

cutthrough

sim natildeo sim

Resumo comparaccedilatildeo

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A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace de broadcast Sem Media Access Control Natildeo necessita de endereccedilamento MAC expliacutecito Ex dialup link linha ISDN

Protocolos ponto-a-ponto DLC populares PPP (point-to-point protocol) HDLC High level data link control (camada de enlace costumava ser considerada ldquocamada altardquo na pilha de protocolos)

Controle de enlace de dados ponto-a-ponto

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Enquadramento de pacote encapsulamento do datagrama da camada de rede no quadro da camada de enlace Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolo de rede (natildeo apenas o IP) ao mesmo tempo Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo

Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo de bit no campo de dados

Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo) Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do enlace

para a camada de rede Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos terminais

do enlace podem aprender e configurar o endereccedilo de rede dos outros

PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]

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Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros Natildeo haacute controle de fluxo Aceita entregas fora de ordem Natildeo haacute necessidade de suportar enlaces multiponto (ex polling)

Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeo dos dados satildeo todos relegados para as camadas mais altas

PPP natildeo requisitos

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Flag delimitador (enquadramento) Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura) Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacuteltiplos campos de

controle Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o conteuacutedo do

quadro deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)

PPP formato do quadro

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info dados da camada superior sendo transportados CRC verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de erros

PPP formato dos dados

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Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de dados deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt01111110gt

P Se for recebido o padratildeo lt01111110gt satildeo dados ou eacute flag Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte extra com o padratildeo lt

01111101gt (escape) antes de cada byte com o padratildeo de flag lt 01111110gt nos dados

Receptor Um byte 01111101 seguido de 01111110 em seguida descarta o primeiro e continua a recepccedilatildeo de dados Uacutenico byte 01111110 entatildeo eacute um flag

Byte stuffing

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byte com o padratildeodo flag nos dados a enviar

byte com o padratildeo de escape acrescentado nos dados transmitidos seguido por um byte com padratildeo de flag

Byte stuffing

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Antes de trocar dados da camada de rede os parceiros da camada de enlace devem A configurar o enlace PPP (tamanho maacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo) Aprenderconfigurar as informaccedilotildees da camada de rede

Para o IP transportar mensagens do protocolo de controle IP (IPCP) (campo de protocolo 8021) para configuraraprender os

endereccedilos IP

PPP protocolo de controle de dados

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A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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Virtualizaccedilatildeo dos recursos uma poderosa abstraccedilatildeo em engenharia de sistemas Exemplos em computaccedilatildeo memoacuteria virtual dispositivos virtuais

Maacutequinas virtuais ex java IBM VM os dos anos 6070

Camada de abstraccedilotildees natildeo se apega a detalhes da camada mais baixa apenas trata com as camadas mais baixas abstratamente

Virtualizaccedilatildeo das redes

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1974 muacuteltiplas redes desconectadas ARPAnet redes de dados-sobre-cabo rede de pacote por sateacutelite (Aloha) rede de pacotes por raacutedio

hellip diferentes em convenccedilotildees de endereccedilamento formatos do pacote recuperaccedilatildeo de erros roteamento

Internet virtualizaccedilatildeo das redes

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Camada de rede da Internet (IP) Endereccedilamento internetwork

aparece como uma entidade uacutenica e uniforme escondendo a heterogeneidade das redes locais

Rede de redes

Gateway ldquoembute pacotes da Internet no

formato de um pacote local ou os extrairdquo

Rota (no niacutevel de internetwork) para o proacuteximo gateway

Internet virtualizaccedilatildeo das redes

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O que eacute virtualizado Duas camadas de endereccedilamento Internet e rede local Nova camada (IP) torna tudo homogecircneo na camada da Internet Tecnologia da rede local em questatildeo

Cabo Sateacutelite Modem telefocircnico de 56 K Hoje ATM MPLS

hellip ldquoinvisiacutevelrdquo na camada da Internet Parece com uma tecnologia de camada de enlace para o IP

Arquitetura da Internet de Cerf amp Kahn

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ATM MPLS redes separadas em seus proacuteprios direitos Modelos de serviccedilo endereccedilamento roteamento diferentes da Internet

Vistos pela Internet como um enlace loacutegico conectando roteadores IP Assim como o dialup link eacute realmente parte de uma rede separada

(rede telefocircnica)

ATM MPLS de interesse teacutecnico em seu proacuteprio direito

ATM e MPLS

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Padratildeo dos anos 8090 para altas taxas de transmissatildeo (155 Mbps a 622 Mbps e mais altas) arquitetura de Broadband Integrated Service Digital Network (B-ISDN)

Objetivo transporte integrado de voz dados e imagens com foco nas redes puacuteblicas de comunicaccedilatildeo Deve atender aos requisitos de tempoQoS para aplicaccedilotildees de voz

e de viacutedeo (versus o serviccedilo de melhor esforccedilo da Internet) Telefonia de ldquoproacutexima geraccedilatildeordquo fundamentos teacutecnicos no mundo da telefonia Comutaccedilatildeo de pacotes (pacotes de tamanho fixo chamados ldquoceacutelulasrdquo) usando circuitos virtuais

Modo de transferecircncia assiacutencrono ATM

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Camada de adaptaccedilatildeo apenas na borda de uma rede ATM Segmentaccedilatildeo e remontagem dos dados Grosseiramente anaacuteloga agrave camada de transporte da Internet

Camada ATM camada de ldquorederdquo Comutaccedilatildeo de ceacutelulas roteamento

Camada fiacutesica

Sistema final Sistema finalSwitch ATM Switch ATM

Arquitetura ATM

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Visatildeo transporte fim-a-fim ldquoATM de computador a computadorrdquo ATM eacute uma tecnologia de redeRealidade usada para conectar roteadores IP de backbone ldquoIP sobre ATMrdquo ATM como uma camada de enlace comutada conectando roteadores IP

ATM camada de rede ou de enlace

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Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL) ldquoadaptardquo camadas superiores (aplicaccedilotildees IP ou nativas ATM) para a camada ATM abaixo

AAL presente apenas nos sistemas finais natildeo nos comutadores ATM (ldquoswitchesrdquo)

O segmento da camada AAL (campo de cabeccedilalhotrailer e de dados) satildeo fragmentados em muacuteltiplas ceacutelulas ATM Analogia segmento TCP em muitos pacotes IP

Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL)

Sistema final Sistema finalSwitch ATM Switch ATM

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Diferentes versotildees da camada AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM AAL1 para serviccedilo CBR (taxa de bit constante) ex emulaccedilatildeo de circuitos AAL2 para serviccedilos VBR (taxa de bit variaacutevel) ex viacutedeo MPEG AAL5 para dados (ex datagramas IP)

AAL PDU

ceacutelula ATM

Dados de usuaacuterio

subcamadade convergecircncia

subcamadaSAR

Ceacutelula ATM

Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL)

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Serviccedilo transporte de ceacutelulas atraveacutes da rede ATM Anaacuteloga agrave camada de rede IP Serviccedilos muito diferentes da camada de rede IP

Arquiteturade rede

Internet

ATM

ATM

ATM

ATM

Modelo de serviccedilo

melhoresforccediloCBR

VBR

ABR

UBR

Banda

natildeo

taxaconstantetaxagarantidamiacutenimogarantidonatildeo

Perda

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Ordem

natildeo

sim

sim

sim

sim

Tempo

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Aviso decongestatildeo

natildeo (inferidopelas perdas)natildeo haacutecongestatildeonatildeo haacutecongestatildeosim

natildeo

Garantias

Camada ATM

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Transporte em VC ceacutelulas satildeo transportadas sobre VC da fonte ao destino Estabelecimento de conexatildeo necessaacuterio para cada chamada antes que o fluxo de dados possa ser iniciado Cada pacote transporta um identificador de VC (natildeo transporta o endereccedilo do destino) Cada comutador com caminho entre a fonte e o destino manteacutem o ldquoestadordquo para cada conexatildeo passante Recursos do enlace e do comutador (banda passante buffers) podem ser alocados por VC para obter um comportamento semelhante a um circuito fiacutesico

VCs permanentes (PVCs) Conexotildees de longa duraccedilatildeo Tipicamente rota ldquopermanenterdquo entre roteadores IP

VCs comutados (SVC) Dinamicamente criados numa base por chamada

Camadas ATM circuitos virtuais

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Vantagens do uso de circuitos virtuais no ATM Iacutendices de QoS garantidos para conexotildees mapeadas em

circuitos virtuais (banda passante atraso variacircncia de atraso)

Problemas no uso de circuitos virtuais O suporte de traacutefego datagrama eacute ineficiente Um PVC entre cada par origemdestino natildeo tem boa

escalabilidade (N2 conexotildees satildeo necessaacuterias) SVC introduz latecircncia de estabelecimento de conexatildeo e

atrasos de processamento para conexotildees de curta duraccedilatildeo

ATM VCs

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Cabeccedilalho da ceacutelula ATM com 5 bytes Carga uacutetil com 48-bytes

Por quecirc carga uacutetil pequena -gt pequeno atraso de criaccedilatildeo de ceacutelula para voz digitalizada

Meio do caminho entre 32 e 64 (compromisso)

cabeccedilalhoda ceacutelula

formato daceacutelula

3o bit no campo PTvalor 1 indica uacuteltima ceacutelula (AAL-indicate bit)

Camada ATM ceacutelula ATM

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VCI identificador de canal virtual Pode mudar de enlace para enlace atraveacutes da rede

PT tipo de carga uacutetil (ex ceacutelula RM versus ceacutelula de dados) CLP bit de prioridade de perda de ceacutelula

CLP = 1 implica ceacutelula de baixa prioridade pode ser descartada em caso de congestatildeo

HEC verificaccedilatildeo de erros no cabeccedilalho Verificaccedilatildeo ciacuteclica de erros

Cabeccedilalho da ceacutelula ATM

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A camada fiacutesica se compotildee de duas partes (subcamadas ) Subcamada de convergecircncia de transmissatildeo (TCS) adapta a camada

ATM acima agrave subcamada fiacutesica abaixo (PMD) Subcamada dependente do meio depende do tipo de meio fiacutesico que

estaacute sendo empregado

Funccedilotildees da TCS Geraccedilatildeo do checksum do cabeccedilalho 8 bits CRC Delineamento de ceacutelula Com uma subcamada PMD natildeo estruturada transmite ceacutelulas vazias

(ldquoidle cellsrdquo) quando natildeo haacute ceacutelulas de dados a enviar

Camada fiacutesica ATM

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Subcamada dependente do meio fiacutesico (PMD) SONETSDH estrutura de transmissatildeo de quadros (como um

container carregando bits) Sincronizaccedilatildeo de bits Particcedilotildees da banda passante (TDM) Vaacuterias velocidades OC1 = 5184 Mbps OC3 = 15552 Mbps OC12 = 62208 Mbps

T1T3 estrutura de transmissatildeo de quadros (velha hierarquia de telefonia 15 Mbps45 Mbps No Brasil usa-se a hierarquia europeacuteia E1E3 2 34 Mbps

Natildeo estruturada apenas ceacutelulas (ocupadasvazias)

Camada fiacutesica ATM

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Apenas IP claacutessico 3 ldquoredesrdquo (ex segmentos de LAN) Endereccedilos MAC (8023) e IP

IP sobre ATM Substitui ldquorederdquo (ex segmento

de LAN) com a rede ATM Endereccedilos ATM endereccedilos IP

redeATM

EthernetLANs

EthernetLANs

IP-sobre-ATM

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No endereccedilo de origem Camada IP encontra um mapeamento entre o endereccedilo IP e o endereccedilo de destino ATM (usando ARP) Passa o datagrama para a camada de adaptaccedilatildeo AAL5 AAL5 encapsula os dados segmenta em ceacutelulas e passa para a camada ATM

Rede ATM move a ceacutelula para o destino de acordo com o seu VC (circuito virtual)

No hospedeiro de destino AAL5 remonta o datagrama original a partir das ceacutelulas recebidas Se o CRC OK datagrama eacute passado ao IP

Viagem de um datagrama numa rede IP-sobre-ATM

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Questotildees Datagramas IP em ATM AAL5 PDUs Dos endereccedilos IP aos endereccedilos ATM

Da mesma forma que de endereccedilos IP para endereccedilos MAC 8023

redeATM

EthernetLANs

IP-sobre-ATM

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Objetivo inicial aumentar a velocidade de encaminhamento IP usando labels de tamanho fixo (em vez de endereccedilo IP) Mesma ideacuteia do meacutetodo de circuito virtual (VC) Mas o datagrama IP ainda manteacutem o endereccedilo IP

Multiprotocol label switching (MPLS)

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Roteador faz a funccedilatildeo de comutador de roacutetulo Pacotes encaminhados para interface de saiacuteda com base apenas no valor

do roacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP) Tabela de encaminhamento MPLS distinta das tabelas de encaminhamento IP

Protocolo de sinalizaccedilatildeo necessaacuterio para estabelecer o encaminhamento RSVP-TE Encaminhamento eacute possiacutevel por caminhos que o IP sozinho natildeo pode usar (ex roteamento de especificado pela origem) Use MPLS para engenharia de traacutefego

Deve coexistir com roteadores unicamente IP

Roteadores MPLS

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Tabelas de encaminhamento MPLS

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Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace Detecccedilatildeo de erros correccedilatildeo Compartilhando um canal broadcast acesso muacuteltiplo Endereccedilamento da camada de enlace

Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de vaacuterias tecnologias da camada de enlace Ethernet LANS comutadas PPP Redes virtualizadas como uma camada de enlace ATM MPLS

Resumo

Page 7: Capítulo 5 Redes de computadores e a Internet A camada de enlace e redes locais

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Camada de rede implementada no ldquoadaptadorrdquo (isto eacute NIC) Cartatildeo Ethernet cartatildeo PCMCI cartatildeo 80211

Lado transmissor Encapsula o datagrama em um quadro Adiciona bits de verificaccedilatildeo 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 eacute semi-autocircnomo Camadas de enlace e fiacutesica

Comunicaccedilatildeo de adaptadores

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A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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EDC= Bits de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros (redundacircncia)D = Dados protegidos pela verificaccedilatildeo de erros pode incluir os campos de cabeccedilalho A detecccedilatildeo de erros natildeo eacute 100 confiaacutevel

Protocolos podem deixar passar alguns erros mas eacute raro Quanto maior o campo EDC melhor eacute a capacidade de detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros

Detecccedilatildeo de erros

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Paridade com bit uacutenicoDetecta erro de um uacutenico bit

Verificaccedilatildeo de paridade

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Objetivo detectar ldquoerrosrdquo (ex bits trocados) num segmento transmitido (nota usado apenas na camada de transporte)

Transmissor Trata o conteuacutedo de segmentos como sequumlecircncias de nuacutemeros inteiros de 16 bits Checksum adiccedilatildeo (soma em complemento de um) do conteuacutedo 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 eacute igual ao valor do campo checksum

NAtildeO - erro detectado SIM - natildeo detectou erro Mas talvez haja erros apesar disso Mas depoishellip

Checksum da Internet

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Encara os bits de dados D como um nuacutemero binaacuterio Escolhe um padratildeo gerador de r + 1 bit G Objetivo escolhe r CRC bits R tal que

ltDRgt eacute divisiacutevel de forma exata por G (moacutedulo 2) Receptor conhece G divide ltDRgt por G Se o resto eacute diferente

de zero erro detectado Pode detectar todos os erros em sequumlecircncia (burst errors) com

comprimento menor que r + 1 bit Largamente usado na praacutetica (ATM HDCL)

Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica

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desejadoD2r XOR R = nG

equivalente aD2r = nG XOR R

equivalente a se noacutes dividimos D2r por

G buscamos resto R

R = resto[ ]D2rG

Exemplo de CRC

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A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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Trecircs tipos de enlaces Ponto-a-ponto (fio uacutenico ex PPP SLIP) Broadcast (fio ou meio compartilhado)

Ethernet tradicional Upstream HFC 80211 LAN sem fio

Enlaces de acesso muacuteltiplo e protocolos

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Canal de comunicaccedilatildeo uacutenico e compartilhado Duas ou mais transmissotildees simultacircneas pelos noacutes interferecircncia

Colisatildeo se um noacute receber dois ou mais sinais ao mesmo tempo

Protocolo de muacuteltiplo acesso Algoritmo distribuiacutedo que determina como as estaccedilotildees compartilham o canal isto eacute determinam quando cada estaccedilatildeo pode transmitir

Comunicaccedilatildeo sobre o compartilhamento do canal deve utilizar o proacutepro canal

Nenhum canal fora-de-banda para coordenaccedilatildeo

Protocolos de acesso muacuteltiplo

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Canal de broadcast de taxa R bps1 Quando um noacute quer transmitir ele pode enviar a uma taxa R2 Quando M noacutes querem transmitir cada um envia a uma taxa

meacutedia RM3 Totalmente descentralizada

Nenhum noacute especial para coordenar transmissotildees Nenhuma sincronizaccedilatildeo de reloacutegios e compartimentos

4 Simples

Protocolo ideal de muacuteltiplo acesso

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Trecircs grandes classes Particionamento de canal

Divide o canal em pedaccedilos menores (compartimentos de tempo frequumlecircncia)

Aloca um pedaccedilo para uso exclusivo de cada noacute

Acesso aleatoacuterio Canal natildeo dividido permite colisotildees ldquorecuperaccedilatildeordquo das colisotildees

Passagem de permissatildeo Noacutes transmitem nos seus turnos mas com mais volume para enviar

podem usar turnos mais longos

Protocolos MAC uma taxonomia

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TDMA acesso muacuteltiplo por divisatildeo temporal Acesso ao canal eacute feito por rdquoturnos Cada estaccedilatildeo controla um compartimento (ldquoslotrdquo) de tamanho

fixo (tamanho = tempo de transmissatildeo de pacote) em cada turno Compartimentos natildeo usados satildeo desperdiccedilados Exemplo rede local com 6 estaccedilotildees 1 3 4 tecircm pacotes

compartimentos 2 5 6 ficam vazios

Protocolos MAC com particionamento de canal TDMA

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FDMA acesso muacuteltiplo por divisatildeo de frequumlecircncia Oespectro do canal eacute dividido em bandas de frequumlecircncia Cada estaccedilatildeo recebe uma banda de frequumlecircncia Tempo de transmissatildeo natildeo usado nas bandas de frequumlecircncia eacute desperdiccedilado Exemplo rede local com 6 estaccedilotildees 1 3 4 tecircm pacotes as bandas de

frequumlecircncia 2 5 6 ficam vazias bandas

de f

requumlecircnci

a tempo

Protocolos MAC com particionamento de canal FDMA

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Quando o noacute tem um pacote a enviar Transmite com toda a taxa do canal R Natildeo haacute uma regra de coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes

Dois ou mais noacutes transmitindo -gt ldquocolisatildeordquo

Protocolo MAC de acesso aleatoacuterio especifica Como detectar colisotildees Como as estaccedilotildees se recuperam das colisotildees (ex via retransmissotildees

atrasadas) Exemplos de protocolos MAC de acesso aleatoacuterio

slotted ALOHA ALOHA CSMA e CSMACD

Protocolos de acesso aleatoacuterio

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Suposiccedilotildees Todos os quadros de mesmo tamanho Tempo dividido em slots de mesmo tamanho tempo para

transmitir 1 quadro Noacutes comeccedilam a transmitir quadros apenas no iniacutecio dos slots Noacutes satildeo sincronizados Se 2 ou mais noacutes transmitem no slot todos os noacutes detectam a

colisatildeo

Operaccedilatildeo Quando um noacute obteacutem um novo quadro ele transmite no proacuteximo

slot Sem colisatildeo o noacute pode enviar o novo quadro no proacuteximo slot Se haacute colisatildeo o noacute retransmite o quadro em cada slot

subsequumlente com prob p ateacute o successo

Slotted ALOHA

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Proacutes Um uacutenico noacute ativo pode transmitir continuamente com a taxa completa

de canal Altamente descentralizada somente slots em noacutes precisam ser

sincronizados Simples

Contras Colisotildees desperdiacutecio de slots Slots ociosos Noacutes podem detectar colisatildeo em menos tempo do que o tempo para

transmitir o pacote Sincronizaccedilatildeo de clock

Slotted ALOHA

LegendaC = Intervalo de colisatildeoE = Intervalo vazioS = Intervalo bem-sucedido

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Eficiecircncia eacute a fraccedilatildeo de slots bem-sucedidos quando haacute muitos noacutes cada um com muitos quadros para enviar

Suponha N noacutes com muitos quadros para enviar cada um transmite no slot com probabilidade p

Prob de o noacute 1 obter successo num slot = p(1-p)N-1

Prob de qualquer noacute obter um successo = Np(1-p)N-1

Para maacutexima eficiecircncia com N noacutes encontre p que maximiza Np(1-p)N-1

Para muitos noacutes o limite de Np(1-p)N-1 com N indo ao infinito resulta 1e = 37

No maacuteximo uso do canal para envio de dados uacuteteis 37 do tempo

Eficiecircncia do slotted Aloha

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Unslotted Aloha operaccedilatildeo mais simples natildeo haacute sincronizaccedilatildeo

Pacote necessita transmissatildeo Enviar sem esperar pelo iniacutecio de um compartimento

A probabilidade de colisatildeo aumentaPacote enviado em t0 colide com outros pacotes enviados em [t0-1 t0+1]

Aloha puro (unslotted)

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P(successo de um dado noacute) = P(noacute transmitir)

P(nenhum outro noacute transmitir em [p0-1p0]

P(nenhum outro noacute transmitir em [p0-1p0]

= p (1-p)N-1 (1-p)N-1

= p (1-p)2(N-1)

hellip escolhendo p oacutetimo e entatildeo deixando n -gt infinito

= 1(2e) = 18

Ainda pior

Eficiecircncia do Aloha puro

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CSMA escuta antes de transmitir Se o canal parece vazio transmite o pacote Se o canal estaacute ocupado adia a transmissatildeo Analogia humana natildeo interrompa os outros

CSMA Carrier Sense Multiple Access

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Colisotildees podem ocorrero atraso de propagaccedilatildeo implica que dois noacutes podem natildeo ouvir as transmissotildees do outro

Colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo do pacote eacute desperdiccedilado

Notepapel da distacircncia e do atraso de propagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo

arranjo espacial dos noacutes na rede

Colisotildees no CSMA

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CSMACD detecccedilatildeo de portadora deferecircncia como no CSMA Colisotildees detectadas num tempo mais curto Transmissotildees com colisotildees satildeo interrompidas reduzindo o desperdiacutecio do canal Detecccedilatildeo de colisatildeo Faacutecil em LANs cabeadas mediccedilatildeo da intensidade do sinal comparaccedilatildeo dos sinais transmitidos e recebidos Difiacutecil em LANs sem fio receptor desligado enquanto transmitindo Analogia humana o ldquobom de papordquo educado

CSMACD (detecccedilatildeo de colisatildeo)

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CSMACD detecccedilatildeo de colisatildeo

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Protocolos MAC com particionamento de canais Compartilham o canal eficientemente quando a carga eacute alta e bem distribuiacuteda Ineficiente nas cargas baixas atraso no acesso ao canal A estaccedilatildeo consegue uma banda de 1N da capacidade do canal mesmo que haja apenas 1 noacute ativo

Protocolos MAC de acesso aleatoacuterio Eficiente nas cargas baixas um uacutenico noacute pode usar todo o canal Cargas altas excesso de colisotildees

Protocolos de passagem de permissatildeoBuscam o melhor dos dois mundos

Protocolos MAC com passagem de permissatildeo

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Polling Noacute mestre ldquoconvidardquo os escravos a transmitirem um de cada vez Problemas

Polling overhead Latecircncia Ponto uacutenico de falha (mestre)

Token passing Controla um token passado de um noacute a outro sequumlencialmente Mensagem token Problemas

Token overhead Latecircncia Ponto uacutenico de falha (token)

Protocolos MAC com passagem de permissatildeo

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Como se faz com um canal compartilhado Particionamento de canal no tempo por frequumlecircncia ou por coacutedigo

Divisatildeo temporal divisatildeo por coacutedigo divisatildeo por frequumlecircncia Particionamento aleatoacuterio (dinacircmico)

ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACD Detecccedilatildeo de portadora faacutecil em alguns meios fiacutesicos (cabos) e

difiacutecil em outros (wireless) CSMACD usado na rede Ethernet CSMACA usado em 80211

Passagem de permissatildeo Polling a partir de um site central passagem de token

Sumaacuterio dos protocolos MAC

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Camada de enlace ateacute agora Serviccedilos detecccedilatildeo de erroscorreccedilatildeo acesso muacuteltiplo

A seguir tecnologias de redes locais (LAN) Endereccedilamento Ethernet hubs pontes switches PPP

Tecnologias de LAN

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A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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Endereccedilos IP de 32-bit Endereccedilos da camada de rede Usados para levar o datagrama ateacute a rede de destino (lembre-se

da definiccedilatildeo de rede IP)

Endereccedilo de LAN (ou MAC ou fiacutesico) Usado para levar o datagrama de uma interface fiacutesica a outra

fisicamente conectada com a primeira (isto eacute na mesma rede) Endereccedilos MAC com 48 bits (na maioria das LANs)

gravados na memoacuteria fixa (ROM) do adaptador de rede

Endereccedilos de LAN e ARP

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A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEE O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (para

assegurar a unicidade)

Analogia (a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG (b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal

Endereccedilamento MAC eacute ldquoflatrdquo =gt portabilidade Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra sem

reconfiguraccedilatildeo de endereccedilo MAC

Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevel Depende da rede na qual se estaacute ligado

Endereccedilos de LAN (mais)

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Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de Bdado o endereccedilo IP de B Cada noacute IP (hospedeiro roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabela ARP Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt

lt IP address MAC address TTLgt TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamento de

endereccedilos seraacute esquecido (tipicamente 20 min)

ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de resoluccedilatildeo de endereccedilos)

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A que enviar um datagrama para B e o endereccedilo MAS de B natildeo estaacute na tabela ARP de A

A faz broadcast de pacote de consulta ARB contendo o endereccedilo IP de B end MAC de destino = FF-FF-FF-FF-FF-FF todas as maacutequinas na LAN recebem a consulta ARP

B recebe o pacote ARP responde para A com seu endereccedilo MAC (de B) Quadro enviado para o end MAC de A (unicast)

A faz um cache (salva) o par de endereccedilos IP para MAC em sua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo se torne antiga (expirada) soft state informaccedilatildeo que expira (eacute descartada) sem atualizaccedilatildeo

ARP eacute ldquoplug-and-playrdquo Noacutes criam suas tabelas ARP sem intervenccedilatildeo do administrador da rede

Protocolo ARP Mesma LAN (network)

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objetivo envia datagrama de A para B via R supotildee que A conhece o endereccedilo IP de B

bull Duas tabelas ARP no roteador R um para cada rede IP (LAN)

Roteamento para outra LAN

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A cria o pacote IP com origem A destino B A usa ARP para obter o endereccedilo de camada fiacutesica de R correspondente ao

endereccedilo IP 111111111110 A cria um quadro Ethernet com o endereccedilo fiacutesico de R como destino o

quadro Ethernet conteacutem o datagrama IP de A para B A camada de enlace de A envia o quadroEthernet A camada de enlace de R recebe o quadro Ethernet R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verifica que ele se destina a

B R usa ARP para obter o endereccedilo fiacutesico de B R cria quadro contendo um datagrama de A para B e envia para B

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A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo Barato R$20 por 100Mbps Primeira tecnologia de LAN largamente usada Mais simples e mais barata que LANs com token e ATM Velocidade crescente 10Mbps ndash 10Gbps

esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf

Ethernet

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Topologia de bus popular em meados dos anos 90 Agora a topologia em estrela prevalece Opccedilotildees de conexatildeo hub ou switch (mais adiante)

Topologia em estrela

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Adaptador do transmissor encapsula o datagrama IP (ou outro pacote de protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet

Preacircmbulo bull 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte com padratildeo 10101011bull usado para sincronizar as taxas de reloacutegio do transmissor e do receptor

Estrutura do quadro Ethernet

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Endereccedilos 6 bytes Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de destino coincidente ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa o dado no quadro para o protocolo da camada de rede

Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP mas outros podem ser suportados tais como Novell IPX e AppleTalk)

CRC verificado no receptor se um erro eacute detectado o quadro eacute simplesmente descartado

Estrutura do quadro Ethernet

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Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o receptor

Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou nacks para o adaptador transmissor O fluxo de datagramas que passa para a camada de rede pode deixar

lacunas Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCP Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas

Serviccedilo natildeo confiaacutevel sem conexatildeo

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Sem slots Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador

transmitindo isto eacute carrier sense O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador

transmitindo isto eacute collision detection Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo

aleatoacuterio isto eacute random access

Ethernet usa CSMACD

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1 Adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmitir o

quadro Se ele detecta o canal ocupado espera ateacute ele ficar livre e entatildeo transmite

3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo sua missatildeo com esse quadro estaacute cumprida

4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta e envia um jam signal

5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a m-eacutesima colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2m-1 O adaptador espera K512 tempos de bit e retorna ao passo 2

Algoritmo CSMACD da Ethernet

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Jam signal garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo 48 bitsBit time 1 microseg para Ethernet de 10 Mbpspara K=1023 o tempo de espera eacute cerca de 50 mseg

Veja o applet Java no Web site da AWL altamemte recomendadoExponential backoff Objetivo adaptar tentativas de retransmissatildeo para carga atual da rede

Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longa Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacute

K x 512 tempos de transmissatildeo de bit Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3hellip Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023

Ethernet CSMACD

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Tprop = propagaccedilatildeo maacutexima entre 2 noacutes na LAN

ttrans = tempo para transmitir um quadro de tamanho maacuteximo

Eficiecircncia tende a 1 quando tprop tende a 0

Tende a 1 quando ttrans tende ao infinito Muito melhor do que o ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato

transprop tt 51

1eficiecircncia

Eficiecircncia do CSMACD

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Taxa de 10100 Mbps chamado mais tarde de ldquofast ethernetrdquo T significa ldquoTwisted Pairrdquo (par de fios tranccedilados de cobre) Noacutes se conectam a um hub ldquotopologia em estrelardquo 100 m eacute a distacircncia

maacutexima entre os noacutes e o hub

10BaseT e 100BaseT

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Hubs satildeo essencialmente repetidores de camada fiacutesica Bits que chegam de um enlace se propagam para todos os outros enlaces Com a mesma taxa Natildeo possuem armazenagem de quadros Natildeo haacute CSMACD no hub adaptadores detectam colisotildees Provecirc funcionalidade de gerenciamento de rede

Hubs

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Usada em 10BaseT Cada bit possui uma transiccedilatildeo Permite que os reloacutegios nos noacutes de transmissatildeo e de recepccedilatildeo possam

sincronizar um com o outro Natildeo eacute necessaacuterio reloacutegio global centralizado entre os noacutes

Ei isso eacute coisa de camada fiacutesica

Codificaccedilatildeo Manchester

Codificaccedilatildeo Manchester

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Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeo Permite enlaces ponto-a-ponto e canais de muacuteltiplo acesso

compartilhados No modo compartilhado o CSMACD eacute usado exige pequenas

distacircncias entre os noacutes para ser eficiente Usa hubs chamados aqui de Distribuidores com Armazenagem

ldquoBuffered Distributorsrdquo Full-Duplex a 1 Gbps para enlaces ponto-a-ponto 10 Gbps agora

Gigabit Ethernet

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A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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Hub de backbone interconecta segmentos de LAN Estende a distacircncia maacutexima entre os noacutes Mas domiacutenios de colisatildeo individuais tornam-se um uacutenico e grande

domiacutenio de colisatildeo Natildeo pode interconectar 10BaseT e 100BaseT

Interconexatildeo com hubs

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Dispositivo de camada de enlace Armazena e encaminha quadros Ethernet Examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o

quadro baseado no endereccedilo MAC de destino Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento

usa CSMACD para acessar o segmento Transparente

Hospedeiros satildeo inconscientes da presenccedila dos switches Plug-and-play self-learning (auto-aprendizado)

Switches natildeo precisam ser configurados

Switch

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Como determinar para qual segmento da LAN encaminhar o quadro Parece um problema de roteamento

Encaminhamento

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Um switch possui uma tabela de switch Entrada na tabela do switch

(endereccedilo MAC interface marca de tempo) Entradas expiradas na tabela satildeo decartadas (TTL pode ser 60 min)

Switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de suas interfaces Quando recebe um quadro o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento da LAN que chega Registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela

Self learning (auto-aprendizado)

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Quando um switch recebe um quadro

indexa a tabela do switch usando end MAC de destinoif entrada for encontrada para o destino

then if dest no segmento deste quadro chegou

then descarta o quadro else encaminha o quadro na interface indicada else flood

Encaminha para todas as interfacesexceto para a que o quadro chegou

Filtragemencaminhamento

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Suponha que C envia um quadro para D

Switch recebe o quadro de C Anota na tabela que C estaacute na interface 1 Como D natildeo estaacute na tabela o switch encaminha o quadro para as

interfaces 2 e 3 Quadro recebido por D

hub hub hub

switch

A

B CD

EF

G H

I

endereccedilo interface

ABEG

1123

12 3

Switch exemplo

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Suponha que D responde com um quadro para C

Switch recebe quadro de D Anota na tabela que D estaacute na interface 2 Como C estaacute na tabela o switch encaminha o quadro apenas para a

interface 1 Quadro recebido por C

hub hub hub

switch

A

B CD

EF

G H

I

endereccedilo interface

ABEGC

11231

Switch exemplo

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A instalaccedilatildeo do switch quebra as sub-redes em segmentos de LAN Switch filtra pacotes

Alguns quadros do mesmo segmento de LAN natildeo satildeo usualmente encaminhados para outros segmento de LAN

Segmentos se tornam separados em domiacutenios de colisatildeo

hub hub hub

switch

domiacutenio de colisatildeo domiacutenio de colisatildeo

domiacutenio de colisatildeo

Switch isolaccedilatildeo de traacutefego

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Switch com muitas interfaces Hospedeiros possuem conexatildeo direta ao switch Sem colisotildees full duplex

Switching A-para-Arsquo e B-para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees

Switches acesso dedicado

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Cut-through switching quadro encaminhado da porta de entrada ateacute a porta de saiacuteda sem ter de primeiro coletar o quadro todo Ligeira reduccedilatildeo na latecircncia

Combinaccedilotildees de interfaces 101001000 Mbps compartilhadasdedicadas

Mais sobre switches

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Redes corporativas

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Ambos satildeo dispositivos store-and-forward Roteadores dispositivos de camada de rede (examinam cabeccedilalhos

da camada de rede) Switches satildeo dispositivos da camada de enlace

Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam algoritmos de roteamento Switches mantecircm tabelas de switch implementam filtragem algoritmos de aprendizagem

Switches vs roteadores

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hubs roteadores switches

isolaccedilatildeo detraacutefego

natildeo sim sim

plug amp play sim natildeo sim

roteamentooacutetimo

natildeo sim natildeo

cutthrough

sim natildeo sim

Resumo comparaccedilatildeo

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A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace de broadcast Sem Media Access Control Natildeo necessita de endereccedilamento MAC expliacutecito Ex dialup link linha ISDN

Protocolos ponto-a-ponto DLC populares PPP (point-to-point protocol) HDLC High level data link control (camada de enlace costumava ser considerada ldquocamada altardquo na pilha de protocolos)

Controle de enlace de dados ponto-a-ponto

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Enquadramento de pacote encapsulamento do datagrama da camada de rede no quadro da camada de enlace Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolo de rede (natildeo apenas o IP) ao mesmo tempo Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo

Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo de bit no campo de dados

Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo) Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do enlace

para a camada de rede Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos terminais

do enlace podem aprender e configurar o endereccedilo de rede dos outros

PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]

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Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros Natildeo haacute controle de fluxo Aceita entregas fora de ordem Natildeo haacute necessidade de suportar enlaces multiponto (ex polling)

Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeo dos dados satildeo todos relegados para as camadas mais altas

PPP natildeo requisitos

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Flag delimitador (enquadramento) Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura) Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacuteltiplos campos de

controle Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o conteuacutedo do

quadro deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)

PPP formato do quadro

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info dados da camada superior sendo transportados CRC verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de erros

PPP formato dos dados

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Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de dados deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt01111110gt

P Se for recebido o padratildeo lt01111110gt satildeo dados ou eacute flag Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte extra com o padratildeo lt

01111101gt (escape) antes de cada byte com o padratildeo de flag lt 01111110gt nos dados

Receptor Um byte 01111101 seguido de 01111110 em seguida descarta o primeiro e continua a recepccedilatildeo de dados Uacutenico byte 01111110 entatildeo eacute um flag

Byte stuffing

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byte com o padratildeodo flag nos dados a enviar

byte com o padratildeo de escape acrescentado nos dados transmitidos seguido por um byte com padratildeo de flag

Byte stuffing

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Antes de trocar dados da camada de rede os parceiros da camada de enlace devem A configurar o enlace PPP (tamanho maacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo) Aprenderconfigurar as informaccedilotildees da camada de rede

Para o IP transportar mensagens do protocolo de controle IP (IPCP) (campo de protocolo 8021) para configuraraprender os

endereccedilos IP

PPP protocolo de controle de dados

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A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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Virtualizaccedilatildeo dos recursos uma poderosa abstraccedilatildeo em engenharia de sistemas Exemplos em computaccedilatildeo memoacuteria virtual dispositivos virtuais

Maacutequinas virtuais ex java IBM VM os dos anos 6070

Camada de abstraccedilotildees natildeo se apega a detalhes da camada mais baixa apenas trata com as camadas mais baixas abstratamente

Virtualizaccedilatildeo das redes

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1974 muacuteltiplas redes desconectadas ARPAnet redes de dados-sobre-cabo rede de pacote por sateacutelite (Aloha) rede de pacotes por raacutedio

hellip diferentes em convenccedilotildees de endereccedilamento formatos do pacote recuperaccedilatildeo de erros roteamento

Internet virtualizaccedilatildeo das redes

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Camada de rede da Internet (IP) Endereccedilamento internetwork

aparece como uma entidade uacutenica e uniforme escondendo a heterogeneidade das redes locais

Rede de redes

Gateway ldquoembute pacotes da Internet no

formato de um pacote local ou os extrairdquo

Rota (no niacutevel de internetwork) para o proacuteximo gateway

Internet virtualizaccedilatildeo das redes

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O que eacute virtualizado Duas camadas de endereccedilamento Internet e rede local Nova camada (IP) torna tudo homogecircneo na camada da Internet Tecnologia da rede local em questatildeo

Cabo Sateacutelite Modem telefocircnico de 56 K Hoje ATM MPLS

hellip ldquoinvisiacutevelrdquo na camada da Internet Parece com uma tecnologia de camada de enlace para o IP

Arquitetura da Internet de Cerf amp Kahn

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ATM MPLS redes separadas em seus proacuteprios direitos Modelos de serviccedilo endereccedilamento roteamento diferentes da Internet

Vistos pela Internet como um enlace loacutegico conectando roteadores IP Assim como o dialup link eacute realmente parte de uma rede separada

(rede telefocircnica)

ATM MPLS de interesse teacutecnico em seu proacuteprio direito

ATM e MPLS

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Padratildeo dos anos 8090 para altas taxas de transmissatildeo (155 Mbps a 622 Mbps e mais altas) arquitetura de Broadband Integrated Service Digital Network (B-ISDN)

Objetivo transporte integrado de voz dados e imagens com foco nas redes puacuteblicas de comunicaccedilatildeo Deve atender aos requisitos de tempoQoS para aplicaccedilotildees de voz

e de viacutedeo (versus o serviccedilo de melhor esforccedilo da Internet) Telefonia de ldquoproacutexima geraccedilatildeordquo fundamentos teacutecnicos no mundo da telefonia Comutaccedilatildeo de pacotes (pacotes de tamanho fixo chamados ldquoceacutelulasrdquo) usando circuitos virtuais

Modo de transferecircncia assiacutencrono ATM

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Camada de adaptaccedilatildeo apenas na borda de uma rede ATM Segmentaccedilatildeo e remontagem dos dados Grosseiramente anaacuteloga agrave camada de transporte da Internet

Camada ATM camada de ldquorederdquo Comutaccedilatildeo de ceacutelulas roteamento

Camada fiacutesica

Sistema final Sistema finalSwitch ATM Switch ATM

Arquitetura ATM

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Visatildeo transporte fim-a-fim ldquoATM de computador a computadorrdquo ATM eacute uma tecnologia de redeRealidade usada para conectar roteadores IP de backbone ldquoIP sobre ATMrdquo ATM como uma camada de enlace comutada conectando roteadores IP

ATM camada de rede ou de enlace

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Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL) ldquoadaptardquo camadas superiores (aplicaccedilotildees IP ou nativas ATM) para a camada ATM abaixo

AAL presente apenas nos sistemas finais natildeo nos comutadores ATM (ldquoswitchesrdquo)

O segmento da camada AAL (campo de cabeccedilalhotrailer e de dados) satildeo fragmentados em muacuteltiplas ceacutelulas ATM Analogia segmento TCP em muitos pacotes IP

Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL)

Sistema final Sistema finalSwitch ATM Switch ATM

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Diferentes versotildees da camada AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM AAL1 para serviccedilo CBR (taxa de bit constante) ex emulaccedilatildeo de circuitos AAL2 para serviccedilos VBR (taxa de bit variaacutevel) ex viacutedeo MPEG AAL5 para dados (ex datagramas IP)

AAL PDU

ceacutelula ATM

Dados de usuaacuterio

subcamadade convergecircncia

subcamadaSAR

Ceacutelula ATM

Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL)

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Serviccedilo transporte de ceacutelulas atraveacutes da rede ATM Anaacuteloga agrave camada de rede IP Serviccedilos muito diferentes da camada de rede IP

Arquiteturade rede

Internet

ATM

ATM

ATM

ATM

Modelo de serviccedilo

melhoresforccediloCBR

VBR

ABR

UBR

Banda

natildeo

taxaconstantetaxagarantidamiacutenimogarantidonatildeo

Perda

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Ordem

natildeo

sim

sim

sim

sim

Tempo

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Aviso decongestatildeo

natildeo (inferidopelas perdas)natildeo haacutecongestatildeonatildeo haacutecongestatildeosim

natildeo

Garantias

Camada ATM

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Transporte em VC ceacutelulas satildeo transportadas sobre VC da fonte ao destino Estabelecimento de conexatildeo necessaacuterio para cada chamada antes que o fluxo de dados possa ser iniciado Cada pacote transporta um identificador de VC (natildeo transporta o endereccedilo do destino) Cada comutador com caminho entre a fonte e o destino manteacutem o ldquoestadordquo para cada conexatildeo passante Recursos do enlace e do comutador (banda passante buffers) podem ser alocados por VC para obter um comportamento semelhante a um circuito fiacutesico

VCs permanentes (PVCs) Conexotildees de longa duraccedilatildeo Tipicamente rota ldquopermanenterdquo entre roteadores IP

VCs comutados (SVC) Dinamicamente criados numa base por chamada

Camadas ATM circuitos virtuais

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Vantagens do uso de circuitos virtuais no ATM Iacutendices de QoS garantidos para conexotildees mapeadas em

circuitos virtuais (banda passante atraso variacircncia de atraso)

Problemas no uso de circuitos virtuais O suporte de traacutefego datagrama eacute ineficiente Um PVC entre cada par origemdestino natildeo tem boa

escalabilidade (N2 conexotildees satildeo necessaacuterias) SVC introduz latecircncia de estabelecimento de conexatildeo e

atrasos de processamento para conexotildees de curta duraccedilatildeo

ATM VCs

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Cabeccedilalho da ceacutelula ATM com 5 bytes Carga uacutetil com 48-bytes

Por quecirc carga uacutetil pequena -gt pequeno atraso de criaccedilatildeo de ceacutelula para voz digitalizada

Meio do caminho entre 32 e 64 (compromisso)

cabeccedilalhoda ceacutelula

formato daceacutelula

3o bit no campo PTvalor 1 indica uacuteltima ceacutelula (AAL-indicate bit)

Camada ATM ceacutelula ATM

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VCI identificador de canal virtual Pode mudar de enlace para enlace atraveacutes da rede

PT tipo de carga uacutetil (ex ceacutelula RM versus ceacutelula de dados) CLP bit de prioridade de perda de ceacutelula

CLP = 1 implica ceacutelula de baixa prioridade pode ser descartada em caso de congestatildeo

HEC verificaccedilatildeo de erros no cabeccedilalho Verificaccedilatildeo ciacuteclica de erros

Cabeccedilalho da ceacutelula ATM

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A camada fiacutesica se compotildee de duas partes (subcamadas ) Subcamada de convergecircncia de transmissatildeo (TCS) adapta a camada

ATM acima agrave subcamada fiacutesica abaixo (PMD) Subcamada dependente do meio depende do tipo de meio fiacutesico que

estaacute sendo empregado

Funccedilotildees da TCS Geraccedilatildeo do checksum do cabeccedilalho 8 bits CRC Delineamento de ceacutelula Com uma subcamada PMD natildeo estruturada transmite ceacutelulas vazias

(ldquoidle cellsrdquo) quando natildeo haacute ceacutelulas de dados a enviar

Camada fiacutesica ATM

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Subcamada dependente do meio fiacutesico (PMD) SONETSDH estrutura de transmissatildeo de quadros (como um

container carregando bits) Sincronizaccedilatildeo de bits Particcedilotildees da banda passante (TDM) Vaacuterias velocidades OC1 = 5184 Mbps OC3 = 15552 Mbps OC12 = 62208 Mbps

T1T3 estrutura de transmissatildeo de quadros (velha hierarquia de telefonia 15 Mbps45 Mbps No Brasil usa-se a hierarquia europeacuteia E1E3 2 34 Mbps

Natildeo estruturada apenas ceacutelulas (ocupadasvazias)

Camada fiacutesica ATM

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Apenas IP claacutessico 3 ldquoredesrdquo (ex segmentos de LAN) Endereccedilos MAC (8023) e IP

IP sobre ATM Substitui ldquorederdquo (ex segmento

de LAN) com a rede ATM Endereccedilos ATM endereccedilos IP

redeATM

EthernetLANs

EthernetLANs

IP-sobre-ATM

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No endereccedilo de origem Camada IP encontra um mapeamento entre o endereccedilo IP e o endereccedilo de destino ATM (usando ARP) Passa o datagrama para a camada de adaptaccedilatildeo AAL5 AAL5 encapsula os dados segmenta em ceacutelulas e passa para a camada ATM

Rede ATM move a ceacutelula para o destino de acordo com o seu VC (circuito virtual)

No hospedeiro de destino AAL5 remonta o datagrama original a partir das ceacutelulas recebidas Se o CRC OK datagrama eacute passado ao IP

Viagem de um datagrama numa rede IP-sobre-ATM

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Questotildees Datagramas IP em ATM AAL5 PDUs Dos endereccedilos IP aos endereccedilos ATM

Da mesma forma que de endereccedilos IP para endereccedilos MAC 8023

redeATM

EthernetLANs

IP-sobre-ATM

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Objetivo inicial aumentar a velocidade de encaminhamento IP usando labels de tamanho fixo (em vez de endereccedilo IP) Mesma ideacuteia do meacutetodo de circuito virtual (VC) Mas o datagrama IP ainda manteacutem o endereccedilo IP

Multiprotocol label switching (MPLS)

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Roteador faz a funccedilatildeo de comutador de roacutetulo Pacotes encaminhados para interface de saiacuteda com base apenas no valor

do roacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP) Tabela de encaminhamento MPLS distinta das tabelas de encaminhamento IP

Protocolo de sinalizaccedilatildeo necessaacuterio para estabelecer o encaminhamento RSVP-TE Encaminhamento eacute possiacutevel por caminhos que o IP sozinho natildeo pode usar (ex roteamento de especificado pela origem) Use MPLS para engenharia de traacutefego

Deve coexistir com roteadores unicamente IP

Roteadores MPLS

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Tabelas de encaminhamento MPLS

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Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace Detecccedilatildeo de erros correccedilatildeo Compartilhando um canal broadcast acesso muacuteltiplo Endereccedilamento da camada de enlace

Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de vaacuterias tecnologias da camada de enlace Ethernet LANS comutadas PPP Redes virtualizadas como uma camada de enlace ATM MPLS

Resumo

Page 8: Capítulo 5 Redes de computadores e a Internet A camada de enlace e redes locais

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A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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EDC= Bits de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros (redundacircncia)D = Dados protegidos pela verificaccedilatildeo de erros pode incluir os campos de cabeccedilalho A detecccedilatildeo de erros natildeo eacute 100 confiaacutevel

Protocolos podem deixar passar alguns erros mas eacute raro Quanto maior o campo EDC melhor eacute a capacidade de detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros

Detecccedilatildeo de erros

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Paridade com bit uacutenicoDetecta erro de um uacutenico bit

Verificaccedilatildeo de paridade

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Objetivo detectar ldquoerrosrdquo (ex bits trocados) num segmento transmitido (nota usado apenas na camada de transporte)

Transmissor Trata o conteuacutedo de segmentos como sequumlecircncias de nuacutemeros inteiros de 16 bits Checksum adiccedilatildeo (soma em complemento de um) do conteuacutedo 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 eacute igual ao valor do campo checksum

NAtildeO - erro detectado SIM - natildeo detectou erro Mas talvez haja erros apesar disso Mas depoishellip

Checksum da Internet

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Encara os bits de dados D como um nuacutemero binaacuterio Escolhe um padratildeo gerador de r + 1 bit G Objetivo escolhe r CRC bits R tal que

ltDRgt eacute divisiacutevel de forma exata por G (moacutedulo 2) Receptor conhece G divide ltDRgt por G Se o resto eacute diferente

de zero erro detectado Pode detectar todos os erros em sequumlecircncia (burst errors) com

comprimento menor que r + 1 bit Largamente usado na praacutetica (ATM HDCL)

Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica

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desejadoD2r XOR R = nG

equivalente aD2r = nG XOR R

equivalente a se noacutes dividimos D2r por

G buscamos resto R

R = resto[ ]D2rG

Exemplo de CRC

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A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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Trecircs tipos de enlaces Ponto-a-ponto (fio uacutenico ex PPP SLIP) Broadcast (fio ou meio compartilhado)

Ethernet tradicional Upstream HFC 80211 LAN sem fio

Enlaces de acesso muacuteltiplo e protocolos

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Canal de comunicaccedilatildeo uacutenico e compartilhado Duas ou mais transmissotildees simultacircneas pelos noacutes interferecircncia

Colisatildeo se um noacute receber dois ou mais sinais ao mesmo tempo

Protocolo de muacuteltiplo acesso Algoritmo distribuiacutedo que determina como as estaccedilotildees compartilham o canal isto eacute determinam quando cada estaccedilatildeo pode transmitir

Comunicaccedilatildeo sobre o compartilhamento do canal deve utilizar o proacutepro canal

Nenhum canal fora-de-banda para coordenaccedilatildeo

Protocolos de acesso muacuteltiplo

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Canal de broadcast de taxa R bps1 Quando um noacute quer transmitir ele pode enviar a uma taxa R2 Quando M noacutes querem transmitir cada um envia a uma taxa

meacutedia RM3 Totalmente descentralizada

Nenhum noacute especial para coordenar transmissotildees Nenhuma sincronizaccedilatildeo de reloacutegios e compartimentos

4 Simples

Protocolo ideal de muacuteltiplo acesso

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Trecircs grandes classes Particionamento de canal

Divide o canal em pedaccedilos menores (compartimentos de tempo frequumlecircncia)

Aloca um pedaccedilo para uso exclusivo de cada noacute

Acesso aleatoacuterio Canal natildeo dividido permite colisotildees ldquorecuperaccedilatildeordquo das colisotildees

Passagem de permissatildeo Noacutes transmitem nos seus turnos mas com mais volume para enviar

podem usar turnos mais longos

Protocolos MAC uma taxonomia

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TDMA acesso muacuteltiplo por divisatildeo temporal Acesso ao canal eacute feito por rdquoturnos Cada estaccedilatildeo controla um compartimento (ldquoslotrdquo) de tamanho

fixo (tamanho = tempo de transmissatildeo de pacote) em cada turno Compartimentos natildeo usados satildeo desperdiccedilados Exemplo rede local com 6 estaccedilotildees 1 3 4 tecircm pacotes

compartimentos 2 5 6 ficam vazios

Protocolos MAC com particionamento de canal TDMA

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FDMA acesso muacuteltiplo por divisatildeo de frequumlecircncia Oespectro do canal eacute dividido em bandas de frequumlecircncia Cada estaccedilatildeo recebe uma banda de frequumlecircncia Tempo de transmissatildeo natildeo usado nas bandas de frequumlecircncia eacute desperdiccedilado Exemplo rede local com 6 estaccedilotildees 1 3 4 tecircm pacotes as bandas de

frequumlecircncia 2 5 6 ficam vazias bandas

de f

requumlecircnci

a tempo

Protocolos MAC com particionamento de canal FDMA

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Quando o noacute tem um pacote a enviar Transmite com toda a taxa do canal R Natildeo haacute uma regra de coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes

Dois ou mais noacutes transmitindo -gt ldquocolisatildeordquo

Protocolo MAC de acesso aleatoacuterio especifica Como detectar colisotildees Como as estaccedilotildees se recuperam das colisotildees (ex via retransmissotildees

atrasadas) Exemplos de protocolos MAC de acesso aleatoacuterio

slotted ALOHA ALOHA CSMA e CSMACD

Protocolos de acesso aleatoacuterio

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Suposiccedilotildees Todos os quadros de mesmo tamanho Tempo dividido em slots de mesmo tamanho tempo para

transmitir 1 quadro Noacutes comeccedilam a transmitir quadros apenas no iniacutecio dos slots Noacutes satildeo sincronizados Se 2 ou mais noacutes transmitem no slot todos os noacutes detectam a

colisatildeo

Operaccedilatildeo Quando um noacute obteacutem um novo quadro ele transmite no proacuteximo

slot Sem colisatildeo o noacute pode enviar o novo quadro no proacuteximo slot Se haacute colisatildeo o noacute retransmite o quadro em cada slot

subsequumlente com prob p ateacute o successo

Slotted ALOHA

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Proacutes Um uacutenico noacute ativo pode transmitir continuamente com a taxa completa

de canal Altamente descentralizada somente slots em noacutes precisam ser

sincronizados Simples

Contras Colisotildees desperdiacutecio de slots Slots ociosos Noacutes podem detectar colisatildeo em menos tempo do que o tempo para

transmitir o pacote Sincronizaccedilatildeo de clock

Slotted ALOHA

LegendaC = Intervalo de colisatildeoE = Intervalo vazioS = Intervalo bem-sucedido

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Eficiecircncia eacute a fraccedilatildeo de slots bem-sucedidos quando haacute muitos noacutes cada um com muitos quadros para enviar

Suponha N noacutes com muitos quadros para enviar cada um transmite no slot com probabilidade p

Prob de o noacute 1 obter successo num slot = p(1-p)N-1

Prob de qualquer noacute obter um successo = Np(1-p)N-1

Para maacutexima eficiecircncia com N noacutes encontre p que maximiza Np(1-p)N-1

Para muitos noacutes o limite de Np(1-p)N-1 com N indo ao infinito resulta 1e = 37

No maacuteximo uso do canal para envio de dados uacuteteis 37 do tempo

Eficiecircncia do slotted Aloha

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Unslotted Aloha operaccedilatildeo mais simples natildeo haacute sincronizaccedilatildeo

Pacote necessita transmissatildeo Enviar sem esperar pelo iniacutecio de um compartimento

A probabilidade de colisatildeo aumentaPacote enviado em t0 colide com outros pacotes enviados em [t0-1 t0+1]

Aloha puro (unslotted)

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P(successo de um dado noacute) = P(noacute transmitir)

P(nenhum outro noacute transmitir em [p0-1p0]

P(nenhum outro noacute transmitir em [p0-1p0]

= p (1-p)N-1 (1-p)N-1

= p (1-p)2(N-1)

hellip escolhendo p oacutetimo e entatildeo deixando n -gt infinito

= 1(2e) = 18

Ainda pior

Eficiecircncia do Aloha puro

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CSMA escuta antes de transmitir Se o canal parece vazio transmite o pacote Se o canal estaacute ocupado adia a transmissatildeo Analogia humana natildeo interrompa os outros

CSMA Carrier Sense Multiple Access

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Colisotildees podem ocorrero atraso de propagaccedilatildeo implica que dois noacutes podem natildeo ouvir as transmissotildees do outro

Colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo do pacote eacute desperdiccedilado

Notepapel da distacircncia e do atraso de propagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo

arranjo espacial dos noacutes na rede

Colisotildees no CSMA

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CSMACD detecccedilatildeo de portadora deferecircncia como no CSMA Colisotildees detectadas num tempo mais curto Transmissotildees com colisotildees satildeo interrompidas reduzindo o desperdiacutecio do canal Detecccedilatildeo de colisatildeo Faacutecil em LANs cabeadas mediccedilatildeo da intensidade do sinal comparaccedilatildeo dos sinais transmitidos e recebidos Difiacutecil em LANs sem fio receptor desligado enquanto transmitindo Analogia humana o ldquobom de papordquo educado

CSMACD (detecccedilatildeo de colisatildeo)

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CSMACD detecccedilatildeo de colisatildeo

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Protocolos MAC com particionamento de canais Compartilham o canal eficientemente quando a carga eacute alta e bem distribuiacuteda Ineficiente nas cargas baixas atraso no acesso ao canal A estaccedilatildeo consegue uma banda de 1N da capacidade do canal mesmo que haja apenas 1 noacute ativo

Protocolos MAC de acesso aleatoacuterio Eficiente nas cargas baixas um uacutenico noacute pode usar todo o canal Cargas altas excesso de colisotildees

Protocolos de passagem de permissatildeoBuscam o melhor dos dois mundos

Protocolos MAC com passagem de permissatildeo

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Polling Noacute mestre ldquoconvidardquo os escravos a transmitirem um de cada vez Problemas

Polling overhead Latecircncia Ponto uacutenico de falha (mestre)

Token passing Controla um token passado de um noacute a outro sequumlencialmente Mensagem token Problemas

Token overhead Latecircncia Ponto uacutenico de falha (token)

Protocolos MAC com passagem de permissatildeo

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Como se faz com um canal compartilhado Particionamento de canal no tempo por frequumlecircncia ou por coacutedigo

Divisatildeo temporal divisatildeo por coacutedigo divisatildeo por frequumlecircncia Particionamento aleatoacuterio (dinacircmico)

ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACD Detecccedilatildeo de portadora faacutecil em alguns meios fiacutesicos (cabos) e

difiacutecil em outros (wireless) CSMACD usado na rede Ethernet CSMACA usado em 80211

Passagem de permissatildeo Polling a partir de um site central passagem de token

Sumaacuterio dos protocolos MAC

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Camada de enlace ateacute agora Serviccedilos detecccedilatildeo de erroscorreccedilatildeo acesso muacuteltiplo

A seguir tecnologias de redes locais (LAN) Endereccedilamento Ethernet hubs pontes switches PPP

Tecnologias de LAN

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A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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Endereccedilos IP de 32-bit Endereccedilos da camada de rede Usados para levar o datagrama ateacute a rede de destino (lembre-se

da definiccedilatildeo de rede IP)

Endereccedilo de LAN (ou MAC ou fiacutesico) Usado para levar o datagrama de uma interface fiacutesica a outra

fisicamente conectada com a primeira (isto eacute na mesma rede) Endereccedilos MAC com 48 bits (na maioria das LANs)

gravados na memoacuteria fixa (ROM) do adaptador de rede

Endereccedilos de LAN e ARP

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A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEE O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (para

assegurar a unicidade)

Analogia (a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG (b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal

Endereccedilamento MAC eacute ldquoflatrdquo =gt portabilidade Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra sem

reconfiguraccedilatildeo de endereccedilo MAC

Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevel Depende da rede na qual se estaacute ligado

Endereccedilos de LAN (mais)

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Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de Bdado o endereccedilo IP de B Cada noacute IP (hospedeiro roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabela ARP Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt

lt IP address MAC address TTLgt TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamento de

endereccedilos seraacute esquecido (tipicamente 20 min)

ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de resoluccedilatildeo de endereccedilos)

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A que enviar um datagrama para B e o endereccedilo MAS de B natildeo estaacute na tabela ARP de A

A faz broadcast de pacote de consulta ARB contendo o endereccedilo IP de B end MAC de destino = FF-FF-FF-FF-FF-FF todas as maacutequinas na LAN recebem a consulta ARP

B recebe o pacote ARP responde para A com seu endereccedilo MAC (de B) Quadro enviado para o end MAC de A (unicast)

A faz um cache (salva) o par de endereccedilos IP para MAC em sua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo se torne antiga (expirada) soft state informaccedilatildeo que expira (eacute descartada) sem atualizaccedilatildeo

ARP eacute ldquoplug-and-playrdquo Noacutes criam suas tabelas ARP sem intervenccedilatildeo do administrador da rede

Protocolo ARP Mesma LAN (network)

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objetivo envia datagrama de A para B via R supotildee que A conhece o endereccedilo IP de B

bull Duas tabelas ARP no roteador R um para cada rede IP (LAN)

Roteamento para outra LAN

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A cria o pacote IP com origem A destino B A usa ARP para obter o endereccedilo de camada fiacutesica de R correspondente ao

endereccedilo IP 111111111110 A cria um quadro Ethernet com o endereccedilo fiacutesico de R como destino o

quadro Ethernet conteacutem o datagrama IP de A para B A camada de enlace de A envia o quadroEthernet A camada de enlace de R recebe o quadro Ethernet R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verifica que ele se destina a

B R usa ARP para obter o endereccedilo fiacutesico de B R cria quadro contendo um datagrama de A para B e envia para B

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A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo Barato R$20 por 100Mbps Primeira tecnologia de LAN largamente usada Mais simples e mais barata que LANs com token e ATM Velocidade crescente 10Mbps ndash 10Gbps

esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf

Ethernet

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Topologia de bus popular em meados dos anos 90 Agora a topologia em estrela prevalece Opccedilotildees de conexatildeo hub ou switch (mais adiante)

Topologia em estrela

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Adaptador do transmissor encapsula o datagrama IP (ou outro pacote de protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet

Preacircmbulo bull 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte com padratildeo 10101011bull usado para sincronizar as taxas de reloacutegio do transmissor e do receptor

Estrutura do quadro Ethernet

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Endereccedilos 6 bytes Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de destino coincidente ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa o dado no quadro para o protocolo da camada de rede

Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP mas outros podem ser suportados tais como Novell IPX e AppleTalk)

CRC verificado no receptor se um erro eacute detectado o quadro eacute simplesmente descartado

Estrutura do quadro Ethernet

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Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o receptor

Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou nacks para o adaptador transmissor O fluxo de datagramas que passa para a camada de rede pode deixar

lacunas Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCP Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas

Serviccedilo natildeo confiaacutevel sem conexatildeo

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Sem slots Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador

transmitindo isto eacute carrier sense O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador

transmitindo isto eacute collision detection Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo

aleatoacuterio isto eacute random access

Ethernet usa CSMACD

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1 Adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmitir o

quadro Se ele detecta o canal ocupado espera ateacute ele ficar livre e entatildeo transmite

3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo sua missatildeo com esse quadro estaacute cumprida

4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta e envia um jam signal

5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a m-eacutesima colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2m-1 O adaptador espera K512 tempos de bit e retorna ao passo 2

Algoritmo CSMACD da Ethernet

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Jam signal garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo 48 bitsBit time 1 microseg para Ethernet de 10 Mbpspara K=1023 o tempo de espera eacute cerca de 50 mseg

Veja o applet Java no Web site da AWL altamemte recomendadoExponential backoff Objetivo adaptar tentativas de retransmissatildeo para carga atual da rede

Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longa Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacute

K x 512 tempos de transmissatildeo de bit Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3hellip Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023

Ethernet CSMACD

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Tprop = propagaccedilatildeo maacutexima entre 2 noacutes na LAN

ttrans = tempo para transmitir um quadro de tamanho maacuteximo

Eficiecircncia tende a 1 quando tprop tende a 0

Tende a 1 quando ttrans tende ao infinito Muito melhor do que o ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato

transprop tt 51

1eficiecircncia

Eficiecircncia do CSMACD

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Taxa de 10100 Mbps chamado mais tarde de ldquofast ethernetrdquo T significa ldquoTwisted Pairrdquo (par de fios tranccedilados de cobre) Noacutes se conectam a um hub ldquotopologia em estrelardquo 100 m eacute a distacircncia

maacutexima entre os noacutes e o hub

10BaseT e 100BaseT

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Hubs satildeo essencialmente repetidores de camada fiacutesica Bits que chegam de um enlace se propagam para todos os outros enlaces Com a mesma taxa Natildeo possuem armazenagem de quadros Natildeo haacute CSMACD no hub adaptadores detectam colisotildees Provecirc funcionalidade de gerenciamento de rede

Hubs

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Usada em 10BaseT Cada bit possui uma transiccedilatildeo Permite que os reloacutegios nos noacutes de transmissatildeo e de recepccedilatildeo possam

sincronizar um com o outro Natildeo eacute necessaacuterio reloacutegio global centralizado entre os noacutes

Ei isso eacute coisa de camada fiacutesica

Codificaccedilatildeo Manchester

Codificaccedilatildeo Manchester

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Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeo Permite enlaces ponto-a-ponto e canais de muacuteltiplo acesso

compartilhados No modo compartilhado o CSMACD eacute usado exige pequenas

distacircncias entre os noacutes para ser eficiente Usa hubs chamados aqui de Distribuidores com Armazenagem

ldquoBuffered Distributorsrdquo Full-Duplex a 1 Gbps para enlaces ponto-a-ponto 10 Gbps agora

Gigabit Ethernet

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A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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Hub de backbone interconecta segmentos de LAN Estende a distacircncia maacutexima entre os noacutes Mas domiacutenios de colisatildeo individuais tornam-se um uacutenico e grande

domiacutenio de colisatildeo Natildeo pode interconectar 10BaseT e 100BaseT

Interconexatildeo com hubs

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Dispositivo de camada de enlace Armazena e encaminha quadros Ethernet Examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o

quadro baseado no endereccedilo MAC de destino Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento

usa CSMACD para acessar o segmento Transparente

Hospedeiros satildeo inconscientes da presenccedila dos switches Plug-and-play self-learning (auto-aprendizado)

Switches natildeo precisam ser configurados

Switch

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Como determinar para qual segmento da LAN encaminhar o quadro Parece um problema de roteamento

Encaminhamento

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Um switch possui uma tabela de switch Entrada na tabela do switch

(endereccedilo MAC interface marca de tempo) Entradas expiradas na tabela satildeo decartadas (TTL pode ser 60 min)

Switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de suas interfaces Quando recebe um quadro o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento da LAN que chega Registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela

Self learning (auto-aprendizado)

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Quando um switch recebe um quadro

indexa a tabela do switch usando end MAC de destinoif entrada for encontrada para o destino

then if dest no segmento deste quadro chegou

then descarta o quadro else encaminha o quadro na interface indicada else flood

Encaminha para todas as interfacesexceto para a que o quadro chegou

Filtragemencaminhamento

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Suponha que C envia um quadro para D

Switch recebe o quadro de C Anota na tabela que C estaacute na interface 1 Como D natildeo estaacute na tabela o switch encaminha o quadro para as

interfaces 2 e 3 Quadro recebido por D

hub hub hub

switch

A

B CD

EF

G H

I

endereccedilo interface

ABEG

1123

12 3

Switch exemplo

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Suponha que D responde com um quadro para C

Switch recebe quadro de D Anota na tabela que D estaacute na interface 2 Como C estaacute na tabela o switch encaminha o quadro apenas para a

interface 1 Quadro recebido por C

hub hub hub

switch

A

B CD

EF

G H

I

endereccedilo interface

ABEGC

11231

Switch exemplo

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A instalaccedilatildeo do switch quebra as sub-redes em segmentos de LAN Switch filtra pacotes

Alguns quadros do mesmo segmento de LAN natildeo satildeo usualmente encaminhados para outros segmento de LAN

Segmentos se tornam separados em domiacutenios de colisatildeo

hub hub hub

switch

domiacutenio de colisatildeo domiacutenio de colisatildeo

domiacutenio de colisatildeo

Switch isolaccedilatildeo de traacutefego

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Switch com muitas interfaces Hospedeiros possuem conexatildeo direta ao switch Sem colisotildees full duplex

Switching A-para-Arsquo e B-para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees

Switches acesso dedicado

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Cut-through switching quadro encaminhado da porta de entrada ateacute a porta de saiacuteda sem ter de primeiro coletar o quadro todo Ligeira reduccedilatildeo na latecircncia

Combinaccedilotildees de interfaces 101001000 Mbps compartilhadasdedicadas

Mais sobre switches

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Redes corporativas

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Ambos satildeo dispositivos store-and-forward Roteadores dispositivos de camada de rede (examinam cabeccedilalhos

da camada de rede) Switches satildeo dispositivos da camada de enlace

Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam algoritmos de roteamento Switches mantecircm tabelas de switch implementam filtragem algoritmos de aprendizagem

Switches vs roteadores

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hubs roteadores switches

isolaccedilatildeo detraacutefego

natildeo sim sim

plug amp play sim natildeo sim

roteamentooacutetimo

natildeo sim natildeo

cutthrough

sim natildeo sim

Resumo comparaccedilatildeo

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A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace de broadcast Sem Media Access Control Natildeo necessita de endereccedilamento MAC expliacutecito Ex dialup link linha ISDN

Protocolos ponto-a-ponto DLC populares PPP (point-to-point protocol) HDLC High level data link control (camada de enlace costumava ser considerada ldquocamada altardquo na pilha de protocolos)

Controle de enlace de dados ponto-a-ponto

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Enquadramento de pacote encapsulamento do datagrama da camada de rede no quadro da camada de enlace Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolo de rede (natildeo apenas o IP) ao mesmo tempo Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo

Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo de bit no campo de dados

Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo) Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do enlace

para a camada de rede Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos terminais

do enlace podem aprender e configurar o endereccedilo de rede dos outros

PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]

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Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros Natildeo haacute controle de fluxo Aceita entregas fora de ordem Natildeo haacute necessidade de suportar enlaces multiponto (ex polling)

Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeo dos dados satildeo todos relegados para as camadas mais altas

PPP natildeo requisitos

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Flag delimitador (enquadramento) Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura) Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacuteltiplos campos de

controle Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o conteuacutedo do

quadro deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)

PPP formato do quadro

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info dados da camada superior sendo transportados CRC verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de erros

PPP formato dos dados

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Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de dados deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt01111110gt

P Se for recebido o padratildeo lt01111110gt satildeo dados ou eacute flag Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte extra com o padratildeo lt

01111101gt (escape) antes de cada byte com o padratildeo de flag lt 01111110gt nos dados

Receptor Um byte 01111101 seguido de 01111110 em seguida descarta o primeiro e continua a recepccedilatildeo de dados Uacutenico byte 01111110 entatildeo eacute um flag

Byte stuffing

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byte com o padratildeodo flag nos dados a enviar

byte com o padratildeo de escape acrescentado nos dados transmitidos seguido por um byte com padratildeo de flag

Byte stuffing

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Antes de trocar dados da camada de rede os parceiros da camada de enlace devem A configurar o enlace PPP (tamanho maacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo) Aprenderconfigurar as informaccedilotildees da camada de rede

Para o IP transportar mensagens do protocolo de controle IP (IPCP) (campo de protocolo 8021) para configuraraprender os

endereccedilos IP

PPP protocolo de controle de dados

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A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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Virtualizaccedilatildeo dos recursos uma poderosa abstraccedilatildeo em engenharia de sistemas Exemplos em computaccedilatildeo memoacuteria virtual dispositivos virtuais

Maacutequinas virtuais ex java IBM VM os dos anos 6070

Camada de abstraccedilotildees natildeo se apega a detalhes da camada mais baixa apenas trata com as camadas mais baixas abstratamente

Virtualizaccedilatildeo das redes

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1974 muacuteltiplas redes desconectadas ARPAnet redes de dados-sobre-cabo rede de pacote por sateacutelite (Aloha) rede de pacotes por raacutedio

hellip diferentes em convenccedilotildees de endereccedilamento formatos do pacote recuperaccedilatildeo de erros roteamento

Internet virtualizaccedilatildeo das redes

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Camada de rede da Internet (IP) Endereccedilamento internetwork

aparece como uma entidade uacutenica e uniforme escondendo a heterogeneidade das redes locais

Rede de redes

Gateway ldquoembute pacotes da Internet no

formato de um pacote local ou os extrairdquo

Rota (no niacutevel de internetwork) para o proacuteximo gateway

Internet virtualizaccedilatildeo das redes

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O que eacute virtualizado Duas camadas de endereccedilamento Internet e rede local Nova camada (IP) torna tudo homogecircneo na camada da Internet Tecnologia da rede local em questatildeo

Cabo Sateacutelite Modem telefocircnico de 56 K Hoje ATM MPLS

hellip ldquoinvisiacutevelrdquo na camada da Internet Parece com uma tecnologia de camada de enlace para o IP

Arquitetura da Internet de Cerf amp Kahn

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ATM MPLS redes separadas em seus proacuteprios direitos Modelos de serviccedilo endereccedilamento roteamento diferentes da Internet

Vistos pela Internet como um enlace loacutegico conectando roteadores IP Assim como o dialup link eacute realmente parte de uma rede separada

(rede telefocircnica)

ATM MPLS de interesse teacutecnico em seu proacuteprio direito

ATM e MPLS

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Padratildeo dos anos 8090 para altas taxas de transmissatildeo (155 Mbps a 622 Mbps e mais altas) arquitetura de Broadband Integrated Service Digital Network (B-ISDN)

Objetivo transporte integrado de voz dados e imagens com foco nas redes puacuteblicas de comunicaccedilatildeo Deve atender aos requisitos de tempoQoS para aplicaccedilotildees de voz

e de viacutedeo (versus o serviccedilo de melhor esforccedilo da Internet) Telefonia de ldquoproacutexima geraccedilatildeordquo fundamentos teacutecnicos no mundo da telefonia Comutaccedilatildeo de pacotes (pacotes de tamanho fixo chamados ldquoceacutelulasrdquo) usando circuitos virtuais

Modo de transferecircncia assiacutencrono ATM

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Camada de adaptaccedilatildeo apenas na borda de uma rede ATM Segmentaccedilatildeo e remontagem dos dados Grosseiramente anaacuteloga agrave camada de transporte da Internet

Camada ATM camada de ldquorederdquo Comutaccedilatildeo de ceacutelulas roteamento

Camada fiacutesica

Sistema final Sistema finalSwitch ATM Switch ATM

Arquitetura ATM

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Visatildeo transporte fim-a-fim ldquoATM de computador a computadorrdquo ATM eacute uma tecnologia de redeRealidade usada para conectar roteadores IP de backbone ldquoIP sobre ATMrdquo ATM como uma camada de enlace comutada conectando roteadores IP

ATM camada de rede ou de enlace

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Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL) ldquoadaptardquo camadas superiores (aplicaccedilotildees IP ou nativas ATM) para a camada ATM abaixo

AAL presente apenas nos sistemas finais natildeo nos comutadores ATM (ldquoswitchesrdquo)

O segmento da camada AAL (campo de cabeccedilalhotrailer e de dados) satildeo fragmentados em muacuteltiplas ceacutelulas ATM Analogia segmento TCP em muitos pacotes IP

Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL)

Sistema final Sistema finalSwitch ATM Switch ATM

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Diferentes versotildees da camada AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM AAL1 para serviccedilo CBR (taxa de bit constante) ex emulaccedilatildeo de circuitos AAL2 para serviccedilos VBR (taxa de bit variaacutevel) ex viacutedeo MPEG AAL5 para dados (ex datagramas IP)

AAL PDU

ceacutelula ATM

Dados de usuaacuterio

subcamadade convergecircncia

subcamadaSAR

Ceacutelula ATM

Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL)

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Serviccedilo transporte de ceacutelulas atraveacutes da rede ATM Anaacuteloga agrave camada de rede IP Serviccedilos muito diferentes da camada de rede IP

Arquiteturade rede

Internet

ATM

ATM

ATM

ATM

Modelo de serviccedilo

melhoresforccediloCBR

VBR

ABR

UBR

Banda

natildeo

taxaconstantetaxagarantidamiacutenimogarantidonatildeo

Perda

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Ordem

natildeo

sim

sim

sim

sim

Tempo

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Aviso decongestatildeo

natildeo (inferidopelas perdas)natildeo haacutecongestatildeonatildeo haacutecongestatildeosim

natildeo

Garantias

Camada ATM

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Transporte em VC ceacutelulas satildeo transportadas sobre VC da fonte ao destino Estabelecimento de conexatildeo necessaacuterio para cada chamada antes que o fluxo de dados possa ser iniciado Cada pacote transporta um identificador de VC (natildeo transporta o endereccedilo do destino) Cada comutador com caminho entre a fonte e o destino manteacutem o ldquoestadordquo para cada conexatildeo passante Recursos do enlace e do comutador (banda passante buffers) podem ser alocados por VC para obter um comportamento semelhante a um circuito fiacutesico

VCs permanentes (PVCs) Conexotildees de longa duraccedilatildeo Tipicamente rota ldquopermanenterdquo entre roteadores IP

VCs comutados (SVC) Dinamicamente criados numa base por chamada

Camadas ATM circuitos virtuais

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Vantagens do uso de circuitos virtuais no ATM Iacutendices de QoS garantidos para conexotildees mapeadas em

circuitos virtuais (banda passante atraso variacircncia de atraso)

Problemas no uso de circuitos virtuais O suporte de traacutefego datagrama eacute ineficiente Um PVC entre cada par origemdestino natildeo tem boa

escalabilidade (N2 conexotildees satildeo necessaacuterias) SVC introduz latecircncia de estabelecimento de conexatildeo e

atrasos de processamento para conexotildees de curta duraccedilatildeo

ATM VCs

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Cabeccedilalho da ceacutelula ATM com 5 bytes Carga uacutetil com 48-bytes

Por quecirc carga uacutetil pequena -gt pequeno atraso de criaccedilatildeo de ceacutelula para voz digitalizada

Meio do caminho entre 32 e 64 (compromisso)

cabeccedilalhoda ceacutelula

formato daceacutelula

3o bit no campo PTvalor 1 indica uacuteltima ceacutelula (AAL-indicate bit)

Camada ATM ceacutelula ATM

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VCI identificador de canal virtual Pode mudar de enlace para enlace atraveacutes da rede

PT tipo de carga uacutetil (ex ceacutelula RM versus ceacutelula de dados) CLP bit de prioridade de perda de ceacutelula

CLP = 1 implica ceacutelula de baixa prioridade pode ser descartada em caso de congestatildeo

HEC verificaccedilatildeo de erros no cabeccedilalho Verificaccedilatildeo ciacuteclica de erros

Cabeccedilalho da ceacutelula ATM

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A camada fiacutesica se compotildee de duas partes (subcamadas ) Subcamada de convergecircncia de transmissatildeo (TCS) adapta a camada

ATM acima agrave subcamada fiacutesica abaixo (PMD) Subcamada dependente do meio depende do tipo de meio fiacutesico que

estaacute sendo empregado

Funccedilotildees da TCS Geraccedilatildeo do checksum do cabeccedilalho 8 bits CRC Delineamento de ceacutelula Com uma subcamada PMD natildeo estruturada transmite ceacutelulas vazias

(ldquoidle cellsrdquo) quando natildeo haacute ceacutelulas de dados a enviar

Camada fiacutesica ATM

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Subcamada dependente do meio fiacutesico (PMD) SONETSDH estrutura de transmissatildeo de quadros (como um

container carregando bits) Sincronizaccedilatildeo de bits Particcedilotildees da banda passante (TDM) Vaacuterias velocidades OC1 = 5184 Mbps OC3 = 15552 Mbps OC12 = 62208 Mbps

T1T3 estrutura de transmissatildeo de quadros (velha hierarquia de telefonia 15 Mbps45 Mbps No Brasil usa-se a hierarquia europeacuteia E1E3 2 34 Mbps

Natildeo estruturada apenas ceacutelulas (ocupadasvazias)

Camada fiacutesica ATM

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Apenas IP claacutessico 3 ldquoredesrdquo (ex segmentos de LAN) Endereccedilos MAC (8023) e IP

IP sobre ATM Substitui ldquorederdquo (ex segmento

de LAN) com a rede ATM Endereccedilos ATM endereccedilos IP

redeATM

EthernetLANs

EthernetLANs

IP-sobre-ATM

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No endereccedilo de origem Camada IP encontra um mapeamento entre o endereccedilo IP e o endereccedilo de destino ATM (usando ARP) Passa o datagrama para a camada de adaptaccedilatildeo AAL5 AAL5 encapsula os dados segmenta em ceacutelulas e passa para a camada ATM

Rede ATM move a ceacutelula para o destino de acordo com o seu VC (circuito virtual)

No hospedeiro de destino AAL5 remonta o datagrama original a partir das ceacutelulas recebidas Se o CRC OK datagrama eacute passado ao IP

Viagem de um datagrama numa rede IP-sobre-ATM

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Questotildees Datagramas IP em ATM AAL5 PDUs Dos endereccedilos IP aos endereccedilos ATM

Da mesma forma que de endereccedilos IP para endereccedilos MAC 8023

redeATM

EthernetLANs

IP-sobre-ATM

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Objetivo inicial aumentar a velocidade de encaminhamento IP usando labels de tamanho fixo (em vez de endereccedilo IP) Mesma ideacuteia do meacutetodo de circuito virtual (VC) Mas o datagrama IP ainda manteacutem o endereccedilo IP

Multiprotocol label switching (MPLS)

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Roteador faz a funccedilatildeo de comutador de roacutetulo Pacotes encaminhados para interface de saiacuteda com base apenas no valor

do roacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP) Tabela de encaminhamento MPLS distinta das tabelas de encaminhamento IP

Protocolo de sinalizaccedilatildeo necessaacuterio para estabelecer o encaminhamento RSVP-TE Encaminhamento eacute possiacutevel por caminhos que o IP sozinho natildeo pode usar (ex roteamento de especificado pela origem) Use MPLS para engenharia de traacutefego

Deve coexistir com roteadores unicamente IP

Roteadores MPLS

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Tabelas de encaminhamento MPLS

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Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace Detecccedilatildeo de erros correccedilatildeo Compartilhando um canal broadcast acesso muacuteltiplo Endereccedilamento da camada de enlace

Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de vaacuterias tecnologias da camada de enlace Ethernet LANS comutadas PPP Redes virtualizadas como uma camada de enlace ATM MPLS

Resumo

Page 9: Capítulo 5 Redes de computadores e a Internet A camada de enlace e redes locais

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EDC= Bits de detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros (redundacircncia)D = Dados protegidos pela verificaccedilatildeo de erros pode incluir os campos de cabeccedilalho A detecccedilatildeo de erros natildeo eacute 100 confiaacutevel

Protocolos podem deixar passar alguns erros mas eacute raro Quanto maior o campo EDC melhor eacute a capacidade de detecccedilatildeo e

correccedilatildeo de erros

Detecccedilatildeo de erros

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Paridade com bit uacutenicoDetecta erro de um uacutenico bit

Verificaccedilatildeo de paridade

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Objetivo detectar ldquoerrosrdquo (ex bits trocados) num segmento transmitido (nota usado apenas na camada de transporte)

Transmissor Trata o conteuacutedo de segmentos como sequumlecircncias de nuacutemeros inteiros de 16 bits Checksum adiccedilatildeo (soma em complemento de um) do conteuacutedo 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 eacute igual ao valor do campo checksum

NAtildeO - erro detectado SIM - natildeo detectou erro Mas talvez haja erros apesar disso Mas depoishellip

Checksum da Internet

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Encara os bits de dados D como um nuacutemero binaacuterio Escolhe um padratildeo gerador de r + 1 bit G Objetivo escolhe r CRC bits R tal que

ltDRgt eacute divisiacutevel de forma exata por G (moacutedulo 2) Receptor conhece G divide ltDRgt por G Se o resto eacute diferente

de zero erro detectado Pode detectar todos os erros em sequumlecircncia (burst errors) com

comprimento menor que r + 1 bit Largamente usado na praacutetica (ATM HDCL)

Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica

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desejadoD2r XOR R = nG

equivalente aD2r = nG XOR R

equivalente a se noacutes dividimos D2r por

G buscamos resto R

R = resto[ ]D2rG

Exemplo de CRC

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5 - 14copy 2005 by Pearson Education

A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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Trecircs tipos de enlaces Ponto-a-ponto (fio uacutenico ex PPP SLIP) Broadcast (fio ou meio compartilhado)

Ethernet tradicional Upstream HFC 80211 LAN sem fio

Enlaces de acesso muacuteltiplo e protocolos

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Canal de comunicaccedilatildeo uacutenico e compartilhado Duas ou mais transmissotildees simultacircneas pelos noacutes interferecircncia

Colisatildeo se um noacute receber dois ou mais sinais ao mesmo tempo

Protocolo de muacuteltiplo acesso Algoritmo distribuiacutedo que determina como as estaccedilotildees compartilham o canal isto eacute determinam quando cada estaccedilatildeo pode transmitir

Comunicaccedilatildeo sobre o compartilhamento do canal deve utilizar o proacutepro canal

Nenhum canal fora-de-banda para coordenaccedilatildeo

Protocolos de acesso muacuteltiplo

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Canal de broadcast de taxa R bps1 Quando um noacute quer transmitir ele pode enviar a uma taxa R2 Quando M noacutes querem transmitir cada um envia a uma taxa

meacutedia RM3 Totalmente descentralizada

Nenhum noacute especial para coordenar transmissotildees Nenhuma sincronizaccedilatildeo de reloacutegios e compartimentos

4 Simples

Protocolo ideal de muacuteltiplo acesso

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Trecircs grandes classes Particionamento de canal

Divide o canal em pedaccedilos menores (compartimentos de tempo frequumlecircncia)

Aloca um pedaccedilo para uso exclusivo de cada noacute

Acesso aleatoacuterio Canal natildeo dividido permite colisotildees ldquorecuperaccedilatildeordquo das colisotildees

Passagem de permissatildeo Noacutes transmitem nos seus turnos mas com mais volume para enviar

podem usar turnos mais longos

Protocolos MAC uma taxonomia

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TDMA acesso muacuteltiplo por divisatildeo temporal Acesso ao canal eacute feito por rdquoturnos Cada estaccedilatildeo controla um compartimento (ldquoslotrdquo) de tamanho

fixo (tamanho = tempo de transmissatildeo de pacote) em cada turno Compartimentos natildeo usados satildeo desperdiccedilados Exemplo rede local com 6 estaccedilotildees 1 3 4 tecircm pacotes

compartimentos 2 5 6 ficam vazios

Protocolos MAC com particionamento de canal TDMA

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FDMA acesso muacuteltiplo por divisatildeo de frequumlecircncia Oespectro do canal eacute dividido em bandas de frequumlecircncia Cada estaccedilatildeo recebe uma banda de frequumlecircncia Tempo de transmissatildeo natildeo usado nas bandas de frequumlecircncia eacute desperdiccedilado Exemplo rede local com 6 estaccedilotildees 1 3 4 tecircm pacotes as bandas de

frequumlecircncia 2 5 6 ficam vazias bandas

de f

requumlecircnci

a tempo

Protocolos MAC com particionamento de canal FDMA

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Quando o noacute tem um pacote a enviar Transmite com toda a taxa do canal R Natildeo haacute uma regra de coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes

Dois ou mais noacutes transmitindo -gt ldquocolisatildeordquo

Protocolo MAC de acesso aleatoacuterio especifica Como detectar colisotildees Como as estaccedilotildees se recuperam das colisotildees (ex via retransmissotildees

atrasadas) Exemplos de protocolos MAC de acesso aleatoacuterio

slotted ALOHA ALOHA CSMA e CSMACD

Protocolos de acesso aleatoacuterio

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5 - 22copy 2005 by Pearson Education

Suposiccedilotildees Todos os quadros de mesmo tamanho Tempo dividido em slots de mesmo tamanho tempo para

transmitir 1 quadro Noacutes comeccedilam a transmitir quadros apenas no iniacutecio dos slots Noacutes satildeo sincronizados Se 2 ou mais noacutes transmitem no slot todos os noacutes detectam a

colisatildeo

Operaccedilatildeo Quando um noacute obteacutem um novo quadro ele transmite no proacuteximo

slot Sem colisatildeo o noacute pode enviar o novo quadro no proacuteximo slot Se haacute colisatildeo o noacute retransmite o quadro em cada slot

subsequumlente com prob p ateacute o successo

Slotted ALOHA

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Proacutes Um uacutenico noacute ativo pode transmitir continuamente com a taxa completa

de canal Altamente descentralizada somente slots em noacutes precisam ser

sincronizados Simples

Contras Colisotildees desperdiacutecio de slots Slots ociosos Noacutes podem detectar colisatildeo em menos tempo do que o tempo para

transmitir o pacote Sincronizaccedilatildeo de clock

Slotted ALOHA

LegendaC = Intervalo de colisatildeoE = Intervalo vazioS = Intervalo bem-sucedido

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Eficiecircncia eacute a fraccedilatildeo de slots bem-sucedidos quando haacute muitos noacutes cada um com muitos quadros para enviar

Suponha N noacutes com muitos quadros para enviar cada um transmite no slot com probabilidade p

Prob de o noacute 1 obter successo num slot = p(1-p)N-1

Prob de qualquer noacute obter um successo = Np(1-p)N-1

Para maacutexima eficiecircncia com N noacutes encontre p que maximiza Np(1-p)N-1

Para muitos noacutes o limite de Np(1-p)N-1 com N indo ao infinito resulta 1e = 37

No maacuteximo uso do canal para envio de dados uacuteteis 37 do tempo

Eficiecircncia do slotted Aloha

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Unslotted Aloha operaccedilatildeo mais simples natildeo haacute sincronizaccedilatildeo

Pacote necessita transmissatildeo Enviar sem esperar pelo iniacutecio de um compartimento

A probabilidade de colisatildeo aumentaPacote enviado em t0 colide com outros pacotes enviados em [t0-1 t0+1]

Aloha puro (unslotted)

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5 - 26copy 2005 by Pearson Education

P(successo de um dado noacute) = P(noacute transmitir)

P(nenhum outro noacute transmitir em [p0-1p0]

P(nenhum outro noacute transmitir em [p0-1p0]

= p (1-p)N-1 (1-p)N-1

= p (1-p)2(N-1)

hellip escolhendo p oacutetimo e entatildeo deixando n -gt infinito

= 1(2e) = 18

Ainda pior

Eficiecircncia do Aloha puro

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5 - 27copy 2005 by Pearson Education

CSMA escuta antes de transmitir Se o canal parece vazio transmite o pacote Se o canal estaacute ocupado adia a transmissatildeo Analogia humana natildeo interrompa os outros

CSMA Carrier Sense Multiple Access

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Colisotildees podem ocorrero atraso de propagaccedilatildeo implica que dois noacutes podem natildeo ouvir as transmissotildees do outro

Colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo do pacote eacute desperdiccedilado

Notepapel da distacircncia e do atraso de propagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo

arranjo espacial dos noacutes na rede

Colisotildees no CSMA

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CSMACD detecccedilatildeo de portadora deferecircncia como no CSMA Colisotildees detectadas num tempo mais curto Transmissotildees com colisotildees satildeo interrompidas reduzindo o desperdiacutecio do canal Detecccedilatildeo de colisatildeo Faacutecil em LANs cabeadas mediccedilatildeo da intensidade do sinal comparaccedilatildeo dos sinais transmitidos e recebidos Difiacutecil em LANs sem fio receptor desligado enquanto transmitindo Analogia humana o ldquobom de papordquo educado

CSMACD (detecccedilatildeo de colisatildeo)

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CSMACD detecccedilatildeo de colisatildeo

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Protocolos MAC com particionamento de canais Compartilham o canal eficientemente quando a carga eacute alta e bem distribuiacuteda Ineficiente nas cargas baixas atraso no acesso ao canal A estaccedilatildeo consegue uma banda de 1N da capacidade do canal mesmo que haja apenas 1 noacute ativo

Protocolos MAC de acesso aleatoacuterio Eficiente nas cargas baixas um uacutenico noacute pode usar todo o canal Cargas altas excesso de colisotildees

Protocolos de passagem de permissatildeoBuscam o melhor dos dois mundos

Protocolos MAC com passagem de permissatildeo

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Polling Noacute mestre ldquoconvidardquo os escravos a transmitirem um de cada vez Problemas

Polling overhead Latecircncia Ponto uacutenico de falha (mestre)

Token passing Controla um token passado de um noacute a outro sequumlencialmente Mensagem token Problemas

Token overhead Latecircncia Ponto uacutenico de falha (token)

Protocolos MAC com passagem de permissatildeo

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Como se faz com um canal compartilhado Particionamento de canal no tempo por frequumlecircncia ou por coacutedigo

Divisatildeo temporal divisatildeo por coacutedigo divisatildeo por frequumlecircncia Particionamento aleatoacuterio (dinacircmico)

ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACD Detecccedilatildeo de portadora faacutecil em alguns meios fiacutesicos (cabos) e

difiacutecil em outros (wireless) CSMACD usado na rede Ethernet CSMACA usado em 80211

Passagem de permissatildeo Polling a partir de um site central passagem de token

Sumaacuterio dos protocolos MAC

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Camada de enlace ateacute agora Serviccedilos detecccedilatildeo de erroscorreccedilatildeo acesso muacuteltiplo

A seguir tecnologias de redes locais (LAN) Endereccedilamento Ethernet hubs pontes switches PPP

Tecnologias de LAN

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5 - 35copy 2005 by Pearson Education

A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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5 - 36copy 2005 by Pearson Education

Endereccedilos IP de 32-bit Endereccedilos da camada de rede Usados para levar o datagrama ateacute a rede de destino (lembre-se

da definiccedilatildeo de rede IP)

Endereccedilo de LAN (ou MAC ou fiacutesico) Usado para levar o datagrama de uma interface fiacutesica a outra

fisicamente conectada com a primeira (isto eacute na mesma rede) Endereccedilos MAC com 48 bits (na maioria das LANs)

gravados na memoacuteria fixa (ROM) do adaptador de rede

Endereccedilos de LAN e ARP

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A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEE O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (para

assegurar a unicidade)

Analogia (a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG (b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal

Endereccedilamento MAC eacute ldquoflatrdquo =gt portabilidade Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra sem

reconfiguraccedilatildeo de endereccedilo MAC

Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevel Depende da rede na qual se estaacute ligado

Endereccedilos de LAN (mais)

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Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de Bdado o endereccedilo IP de B Cada noacute IP (hospedeiro roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabela ARP Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt

lt IP address MAC address TTLgt TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamento de

endereccedilos seraacute esquecido (tipicamente 20 min)

ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de resoluccedilatildeo de endereccedilos)

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A que enviar um datagrama para B e o endereccedilo MAS de B natildeo estaacute na tabela ARP de A

A faz broadcast de pacote de consulta ARB contendo o endereccedilo IP de B end MAC de destino = FF-FF-FF-FF-FF-FF todas as maacutequinas na LAN recebem a consulta ARP

B recebe o pacote ARP responde para A com seu endereccedilo MAC (de B) Quadro enviado para o end MAC de A (unicast)

A faz um cache (salva) o par de endereccedilos IP para MAC em sua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo se torne antiga (expirada) soft state informaccedilatildeo que expira (eacute descartada) sem atualizaccedilatildeo

ARP eacute ldquoplug-and-playrdquo Noacutes criam suas tabelas ARP sem intervenccedilatildeo do administrador da rede

Protocolo ARP Mesma LAN (network)

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objetivo envia datagrama de A para B via R supotildee que A conhece o endereccedilo IP de B

bull Duas tabelas ARP no roteador R um para cada rede IP (LAN)

Roteamento para outra LAN

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A cria o pacote IP com origem A destino B A usa ARP para obter o endereccedilo de camada fiacutesica de R correspondente ao

endereccedilo IP 111111111110 A cria um quadro Ethernet com o endereccedilo fiacutesico de R como destino o

quadro Ethernet conteacutem o datagrama IP de A para B A camada de enlace de A envia o quadroEthernet A camada de enlace de R recebe o quadro Ethernet R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verifica que ele se destina a

B R usa ARP para obter o endereccedilo fiacutesico de B R cria quadro contendo um datagrama de A para B e envia para B

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A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo Barato R$20 por 100Mbps Primeira tecnologia de LAN largamente usada Mais simples e mais barata que LANs com token e ATM Velocidade crescente 10Mbps ndash 10Gbps

esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf

Ethernet

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Topologia de bus popular em meados dos anos 90 Agora a topologia em estrela prevalece Opccedilotildees de conexatildeo hub ou switch (mais adiante)

Topologia em estrela

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Adaptador do transmissor encapsula o datagrama IP (ou outro pacote de protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet

Preacircmbulo bull 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte com padratildeo 10101011bull usado para sincronizar as taxas de reloacutegio do transmissor e do receptor

Estrutura do quadro Ethernet

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Endereccedilos 6 bytes Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de destino coincidente ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa o dado no quadro para o protocolo da camada de rede

Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP mas outros podem ser suportados tais como Novell IPX e AppleTalk)

CRC verificado no receptor se um erro eacute detectado o quadro eacute simplesmente descartado

Estrutura do quadro Ethernet

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Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o receptor

Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou nacks para o adaptador transmissor O fluxo de datagramas que passa para a camada de rede pode deixar

lacunas Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCP Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas

Serviccedilo natildeo confiaacutevel sem conexatildeo

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Sem slots Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador

transmitindo isto eacute carrier sense O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador

transmitindo isto eacute collision detection Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo

aleatoacuterio isto eacute random access

Ethernet usa CSMACD

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1 Adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmitir o

quadro Se ele detecta o canal ocupado espera ateacute ele ficar livre e entatildeo transmite

3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo sua missatildeo com esse quadro estaacute cumprida

4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta e envia um jam signal

5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a m-eacutesima colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2m-1 O adaptador espera K512 tempos de bit e retorna ao passo 2

Algoritmo CSMACD da Ethernet

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Jam signal garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo 48 bitsBit time 1 microseg para Ethernet de 10 Mbpspara K=1023 o tempo de espera eacute cerca de 50 mseg

Veja o applet Java no Web site da AWL altamemte recomendadoExponential backoff Objetivo adaptar tentativas de retransmissatildeo para carga atual da rede

Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longa Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacute

K x 512 tempos de transmissatildeo de bit Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3hellip Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023

Ethernet CSMACD

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Tprop = propagaccedilatildeo maacutexima entre 2 noacutes na LAN

ttrans = tempo para transmitir um quadro de tamanho maacuteximo

Eficiecircncia tende a 1 quando tprop tende a 0

Tende a 1 quando ttrans tende ao infinito Muito melhor do que o ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato

transprop tt 51

1eficiecircncia

Eficiecircncia do CSMACD

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Taxa de 10100 Mbps chamado mais tarde de ldquofast ethernetrdquo T significa ldquoTwisted Pairrdquo (par de fios tranccedilados de cobre) Noacutes se conectam a um hub ldquotopologia em estrelardquo 100 m eacute a distacircncia

maacutexima entre os noacutes e o hub

10BaseT e 100BaseT

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Hubs satildeo essencialmente repetidores de camada fiacutesica Bits que chegam de um enlace se propagam para todos os outros enlaces Com a mesma taxa Natildeo possuem armazenagem de quadros Natildeo haacute CSMACD no hub adaptadores detectam colisotildees Provecirc funcionalidade de gerenciamento de rede

Hubs

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Usada em 10BaseT Cada bit possui uma transiccedilatildeo Permite que os reloacutegios nos noacutes de transmissatildeo e de recepccedilatildeo possam

sincronizar um com o outro Natildeo eacute necessaacuterio reloacutegio global centralizado entre os noacutes

Ei isso eacute coisa de camada fiacutesica

Codificaccedilatildeo Manchester

Codificaccedilatildeo Manchester

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Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeo Permite enlaces ponto-a-ponto e canais de muacuteltiplo acesso

compartilhados No modo compartilhado o CSMACD eacute usado exige pequenas

distacircncias entre os noacutes para ser eficiente Usa hubs chamados aqui de Distribuidores com Armazenagem

ldquoBuffered Distributorsrdquo Full-Duplex a 1 Gbps para enlaces ponto-a-ponto 10 Gbps agora

Gigabit Ethernet

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A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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Hub de backbone interconecta segmentos de LAN Estende a distacircncia maacutexima entre os noacutes Mas domiacutenios de colisatildeo individuais tornam-se um uacutenico e grande

domiacutenio de colisatildeo Natildeo pode interconectar 10BaseT e 100BaseT

Interconexatildeo com hubs

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Dispositivo de camada de enlace Armazena e encaminha quadros Ethernet Examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o

quadro baseado no endereccedilo MAC de destino Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento

usa CSMACD para acessar o segmento Transparente

Hospedeiros satildeo inconscientes da presenccedila dos switches Plug-and-play self-learning (auto-aprendizado)

Switches natildeo precisam ser configurados

Switch

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Como determinar para qual segmento da LAN encaminhar o quadro Parece um problema de roteamento

Encaminhamento

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Um switch possui uma tabela de switch Entrada na tabela do switch

(endereccedilo MAC interface marca de tempo) Entradas expiradas na tabela satildeo decartadas (TTL pode ser 60 min)

Switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de suas interfaces Quando recebe um quadro o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento da LAN que chega Registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela

Self learning (auto-aprendizado)

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Quando um switch recebe um quadro

indexa a tabela do switch usando end MAC de destinoif entrada for encontrada para o destino

then if dest no segmento deste quadro chegou

then descarta o quadro else encaminha o quadro na interface indicada else flood

Encaminha para todas as interfacesexceto para a que o quadro chegou

Filtragemencaminhamento

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Suponha que C envia um quadro para D

Switch recebe o quadro de C Anota na tabela que C estaacute na interface 1 Como D natildeo estaacute na tabela o switch encaminha o quadro para as

interfaces 2 e 3 Quadro recebido por D

hub hub hub

switch

A

B CD

EF

G H

I

endereccedilo interface

ABEG

1123

12 3

Switch exemplo

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5 - 63copy 2005 by Pearson Education

Suponha que D responde com um quadro para C

Switch recebe quadro de D Anota na tabela que D estaacute na interface 2 Como C estaacute na tabela o switch encaminha o quadro apenas para a

interface 1 Quadro recebido por C

hub hub hub

switch

A

B CD

EF

G H

I

endereccedilo interface

ABEGC

11231

Switch exemplo

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A instalaccedilatildeo do switch quebra as sub-redes em segmentos de LAN Switch filtra pacotes

Alguns quadros do mesmo segmento de LAN natildeo satildeo usualmente encaminhados para outros segmento de LAN

Segmentos se tornam separados em domiacutenios de colisatildeo

hub hub hub

switch

domiacutenio de colisatildeo domiacutenio de colisatildeo

domiacutenio de colisatildeo

Switch isolaccedilatildeo de traacutefego

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Switch com muitas interfaces Hospedeiros possuem conexatildeo direta ao switch Sem colisotildees full duplex

Switching A-para-Arsquo e B-para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees

Switches acesso dedicado

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Cut-through switching quadro encaminhado da porta de entrada ateacute a porta de saiacuteda sem ter de primeiro coletar o quadro todo Ligeira reduccedilatildeo na latecircncia

Combinaccedilotildees de interfaces 101001000 Mbps compartilhadasdedicadas

Mais sobre switches

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Redes corporativas

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Ambos satildeo dispositivos store-and-forward Roteadores dispositivos de camada de rede (examinam cabeccedilalhos

da camada de rede) Switches satildeo dispositivos da camada de enlace

Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam algoritmos de roteamento Switches mantecircm tabelas de switch implementam filtragem algoritmos de aprendizagem

Switches vs roteadores

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hubs roteadores switches

isolaccedilatildeo detraacutefego

natildeo sim sim

plug amp play sim natildeo sim

roteamentooacutetimo

natildeo sim natildeo

cutthrough

sim natildeo sim

Resumo comparaccedilatildeo

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A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace de broadcast Sem Media Access Control Natildeo necessita de endereccedilamento MAC expliacutecito Ex dialup link linha ISDN

Protocolos ponto-a-ponto DLC populares PPP (point-to-point protocol) HDLC High level data link control (camada de enlace costumava ser considerada ldquocamada altardquo na pilha de protocolos)

Controle de enlace de dados ponto-a-ponto

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Enquadramento de pacote encapsulamento do datagrama da camada de rede no quadro da camada de enlace Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolo de rede (natildeo apenas o IP) ao mesmo tempo Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo

Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo de bit no campo de dados

Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo) Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do enlace

para a camada de rede Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos terminais

do enlace podem aprender e configurar o endereccedilo de rede dos outros

PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]

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Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros Natildeo haacute controle de fluxo Aceita entregas fora de ordem Natildeo haacute necessidade de suportar enlaces multiponto (ex polling)

Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeo dos dados satildeo todos relegados para as camadas mais altas

PPP natildeo requisitos

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Flag delimitador (enquadramento) Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura) Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacuteltiplos campos de

controle Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o conteuacutedo do

quadro deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)

PPP formato do quadro

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info dados da camada superior sendo transportados CRC verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de erros

PPP formato dos dados

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Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de dados deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt01111110gt

P Se for recebido o padratildeo lt01111110gt satildeo dados ou eacute flag Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte extra com o padratildeo lt

01111101gt (escape) antes de cada byte com o padratildeo de flag lt 01111110gt nos dados

Receptor Um byte 01111101 seguido de 01111110 em seguida descarta o primeiro e continua a recepccedilatildeo de dados Uacutenico byte 01111110 entatildeo eacute um flag

Byte stuffing

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byte com o padratildeodo flag nos dados a enviar

byte com o padratildeo de escape acrescentado nos dados transmitidos seguido por um byte com padratildeo de flag

Byte stuffing

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Antes de trocar dados da camada de rede os parceiros da camada de enlace devem A configurar o enlace PPP (tamanho maacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo) Aprenderconfigurar as informaccedilotildees da camada de rede

Para o IP transportar mensagens do protocolo de controle IP (IPCP) (campo de protocolo 8021) para configuraraprender os

endereccedilos IP

PPP protocolo de controle de dados

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A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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Virtualizaccedilatildeo dos recursos uma poderosa abstraccedilatildeo em engenharia de sistemas Exemplos em computaccedilatildeo memoacuteria virtual dispositivos virtuais

Maacutequinas virtuais ex java IBM VM os dos anos 6070

Camada de abstraccedilotildees natildeo se apega a detalhes da camada mais baixa apenas trata com as camadas mais baixas abstratamente

Virtualizaccedilatildeo das redes

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1974 muacuteltiplas redes desconectadas ARPAnet redes de dados-sobre-cabo rede de pacote por sateacutelite (Aloha) rede de pacotes por raacutedio

hellip diferentes em convenccedilotildees de endereccedilamento formatos do pacote recuperaccedilatildeo de erros roteamento

Internet virtualizaccedilatildeo das redes

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Camada de rede da Internet (IP) Endereccedilamento internetwork

aparece como uma entidade uacutenica e uniforme escondendo a heterogeneidade das redes locais

Rede de redes

Gateway ldquoembute pacotes da Internet no

formato de um pacote local ou os extrairdquo

Rota (no niacutevel de internetwork) para o proacuteximo gateway

Internet virtualizaccedilatildeo das redes

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5 - 83copy 2005 by Pearson Education

O que eacute virtualizado Duas camadas de endereccedilamento Internet e rede local Nova camada (IP) torna tudo homogecircneo na camada da Internet Tecnologia da rede local em questatildeo

Cabo Sateacutelite Modem telefocircnico de 56 K Hoje ATM MPLS

hellip ldquoinvisiacutevelrdquo na camada da Internet Parece com uma tecnologia de camada de enlace para o IP

Arquitetura da Internet de Cerf amp Kahn

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ATM MPLS redes separadas em seus proacuteprios direitos Modelos de serviccedilo endereccedilamento roteamento diferentes da Internet

Vistos pela Internet como um enlace loacutegico conectando roteadores IP Assim como o dialup link eacute realmente parte de uma rede separada

(rede telefocircnica)

ATM MPLS de interesse teacutecnico em seu proacuteprio direito

ATM e MPLS

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Padratildeo dos anos 8090 para altas taxas de transmissatildeo (155 Mbps a 622 Mbps e mais altas) arquitetura de Broadband Integrated Service Digital Network (B-ISDN)

Objetivo transporte integrado de voz dados e imagens com foco nas redes puacuteblicas de comunicaccedilatildeo Deve atender aos requisitos de tempoQoS para aplicaccedilotildees de voz

e de viacutedeo (versus o serviccedilo de melhor esforccedilo da Internet) Telefonia de ldquoproacutexima geraccedilatildeordquo fundamentos teacutecnicos no mundo da telefonia Comutaccedilatildeo de pacotes (pacotes de tamanho fixo chamados ldquoceacutelulasrdquo) usando circuitos virtuais

Modo de transferecircncia assiacutencrono ATM

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Camada de adaptaccedilatildeo apenas na borda de uma rede ATM Segmentaccedilatildeo e remontagem dos dados Grosseiramente anaacuteloga agrave camada de transporte da Internet

Camada ATM camada de ldquorederdquo Comutaccedilatildeo de ceacutelulas roteamento

Camada fiacutesica

Sistema final Sistema finalSwitch ATM Switch ATM

Arquitetura ATM

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Visatildeo transporte fim-a-fim ldquoATM de computador a computadorrdquo ATM eacute uma tecnologia de redeRealidade usada para conectar roteadores IP de backbone ldquoIP sobre ATMrdquo ATM como uma camada de enlace comutada conectando roteadores IP

ATM camada de rede ou de enlace

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Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL) ldquoadaptardquo camadas superiores (aplicaccedilotildees IP ou nativas ATM) para a camada ATM abaixo

AAL presente apenas nos sistemas finais natildeo nos comutadores ATM (ldquoswitchesrdquo)

O segmento da camada AAL (campo de cabeccedilalhotrailer e de dados) satildeo fragmentados em muacuteltiplas ceacutelulas ATM Analogia segmento TCP em muitos pacotes IP

Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL)

Sistema final Sistema finalSwitch ATM Switch ATM

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Diferentes versotildees da camada AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM AAL1 para serviccedilo CBR (taxa de bit constante) ex emulaccedilatildeo de circuitos AAL2 para serviccedilos VBR (taxa de bit variaacutevel) ex viacutedeo MPEG AAL5 para dados (ex datagramas IP)

AAL PDU

ceacutelula ATM

Dados de usuaacuterio

subcamadade convergecircncia

subcamadaSAR

Ceacutelula ATM

Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL)

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Serviccedilo transporte de ceacutelulas atraveacutes da rede ATM Anaacuteloga agrave camada de rede IP Serviccedilos muito diferentes da camada de rede IP

Arquiteturade rede

Internet

ATM

ATM

ATM

ATM

Modelo de serviccedilo

melhoresforccediloCBR

VBR

ABR

UBR

Banda

natildeo

taxaconstantetaxagarantidamiacutenimogarantidonatildeo

Perda

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Ordem

natildeo

sim

sim

sim

sim

Tempo

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Aviso decongestatildeo

natildeo (inferidopelas perdas)natildeo haacutecongestatildeonatildeo haacutecongestatildeosim

natildeo

Garantias

Camada ATM

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Transporte em VC ceacutelulas satildeo transportadas sobre VC da fonte ao destino Estabelecimento de conexatildeo necessaacuterio para cada chamada antes que o fluxo de dados possa ser iniciado Cada pacote transporta um identificador de VC (natildeo transporta o endereccedilo do destino) Cada comutador com caminho entre a fonte e o destino manteacutem o ldquoestadordquo para cada conexatildeo passante Recursos do enlace e do comutador (banda passante buffers) podem ser alocados por VC para obter um comportamento semelhante a um circuito fiacutesico

VCs permanentes (PVCs) Conexotildees de longa duraccedilatildeo Tipicamente rota ldquopermanenterdquo entre roteadores IP

VCs comutados (SVC) Dinamicamente criados numa base por chamada

Camadas ATM circuitos virtuais

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Vantagens do uso de circuitos virtuais no ATM Iacutendices de QoS garantidos para conexotildees mapeadas em

circuitos virtuais (banda passante atraso variacircncia de atraso)

Problemas no uso de circuitos virtuais O suporte de traacutefego datagrama eacute ineficiente Um PVC entre cada par origemdestino natildeo tem boa

escalabilidade (N2 conexotildees satildeo necessaacuterias) SVC introduz latecircncia de estabelecimento de conexatildeo e

atrasos de processamento para conexotildees de curta duraccedilatildeo

ATM VCs

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Cabeccedilalho da ceacutelula ATM com 5 bytes Carga uacutetil com 48-bytes

Por quecirc carga uacutetil pequena -gt pequeno atraso de criaccedilatildeo de ceacutelula para voz digitalizada

Meio do caminho entre 32 e 64 (compromisso)

cabeccedilalhoda ceacutelula

formato daceacutelula

3o bit no campo PTvalor 1 indica uacuteltima ceacutelula (AAL-indicate bit)

Camada ATM ceacutelula ATM

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VCI identificador de canal virtual Pode mudar de enlace para enlace atraveacutes da rede

PT tipo de carga uacutetil (ex ceacutelula RM versus ceacutelula de dados) CLP bit de prioridade de perda de ceacutelula

CLP = 1 implica ceacutelula de baixa prioridade pode ser descartada em caso de congestatildeo

HEC verificaccedilatildeo de erros no cabeccedilalho Verificaccedilatildeo ciacuteclica de erros

Cabeccedilalho da ceacutelula ATM

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A camada fiacutesica se compotildee de duas partes (subcamadas ) Subcamada de convergecircncia de transmissatildeo (TCS) adapta a camada

ATM acima agrave subcamada fiacutesica abaixo (PMD) Subcamada dependente do meio depende do tipo de meio fiacutesico que

estaacute sendo empregado

Funccedilotildees da TCS Geraccedilatildeo do checksum do cabeccedilalho 8 bits CRC Delineamento de ceacutelula Com uma subcamada PMD natildeo estruturada transmite ceacutelulas vazias

(ldquoidle cellsrdquo) quando natildeo haacute ceacutelulas de dados a enviar

Camada fiacutesica ATM

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Subcamada dependente do meio fiacutesico (PMD) SONETSDH estrutura de transmissatildeo de quadros (como um

container carregando bits) Sincronizaccedilatildeo de bits Particcedilotildees da banda passante (TDM) Vaacuterias velocidades OC1 = 5184 Mbps OC3 = 15552 Mbps OC12 = 62208 Mbps

T1T3 estrutura de transmissatildeo de quadros (velha hierarquia de telefonia 15 Mbps45 Mbps No Brasil usa-se a hierarquia europeacuteia E1E3 2 34 Mbps

Natildeo estruturada apenas ceacutelulas (ocupadasvazias)

Camada fiacutesica ATM

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Apenas IP claacutessico 3 ldquoredesrdquo (ex segmentos de LAN) Endereccedilos MAC (8023) e IP

IP sobre ATM Substitui ldquorederdquo (ex segmento

de LAN) com a rede ATM Endereccedilos ATM endereccedilos IP

redeATM

EthernetLANs

EthernetLANs

IP-sobre-ATM

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No endereccedilo de origem Camada IP encontra um mapeamento entre o endereccedilo IP e o endereccedilo de destino ATM (usando ARP) Passa o datagrama para a camada de adaptaccedilatildeo AAL5 AAL5 encapsula os dados segmenta em ceacutelulas e passa para a camada ATM

Rede ATM move a ceacutelula para o destino de acordo com o seu VC (circuito virtual)

No hospedeiro de destino AAL5 remonta o datagrama original a partir das ceacutelulas recebidas Se o CRC OK datagrama eacute passado ao IP

Viagem de um datagrama numa rede IP-sobre-ATM

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Questotildees Datagramas IP em ATM AAL5 PDUs Dos endereccedilos IP aos endereccedilos ATM

Da mesma forma que de endereccedilos IP para endereccedilos MAC 8023

redeATM

EthernetLANs

IP-sobre-ATM

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Objetivo inicial aumentar a velocidade de encaminhamento IP usando labels de tamanho fixo (em vez de endereccedilo IP) Mesma ideacuteia do meacutetodo de circuito virtual (VC) Mas o datagrama IP ainda manteacutem o endereccedilo IP

Multiprotocol label switching (MPLS)

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Roteador faz a funccedilatildeo de comutador de roacutetulo Pacotes encaminhados para interface de saiacuteda com base apenas no valor

do roacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP) Tabela de encaminhamento MPLS distinta das tabelas de encaminhamento IP

Protocolo de sinalizaccedilatildeo necessaacuterio para estabelecer o encaminhamento RSVP-TE Encaminhamento eacute possiacutevel por caminhos que o IP sozinho natildeo pode usar (ex roteamento de especificado pela origem) Use MPLS para engenharia de traacutefego

Deve coexistir com roteadores unicamente IP

Roteadores MPLS

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Tabelas de encaminhamento MPLS

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Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace Detecccedilatildeo de erros correccedilatildeo Compartilhando um canal broadcast acesso muacuteltiplo Endereccedilamento da camada de enlace

Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de vaacuterias tecnologias da camada de enlace Ethernet LANS comutadas PPP Redes virtualizadas como uma camada de enlace ATM MPLS

Resumo

Page 10: Capítulo 5 Redes de computadores e a Internet A camada de enlace e redes locais

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Paridade com bit uacutenicoDetecta erro de um uacutenico bit

Verificaccedilatildeo de paridade

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Objetivo detectar ldquoerrosrdquo (ex bits trocados) num segmento transmitido (nota usado apenas na camada de transporte)

Transmissor Trata o conteuacutedo de segmentos como sequumlecircncias de nuacutemeros inteiros de 16 bits Checksum adiccedilatildeo (soma em complemento de um) do conteuacutedo 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 eacute igual ao valor do campo checksum

NAtildeO - erro detectado SIM - natildeo detectou erro Mas talvez haja erros apesar disso Mas depoishellip

Checksum da Internet

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Encara os bits de dados D como um nuacutemero binaacuterio Escolhe um padratildeo gerador de r + 1 bit G Objetivo escolhe r CRC bits R tal que

ltDRgt eacute divisiacutevel de forma exata por G (moacutedulo 2) Receptor conhece G divide ltDRgt por G Se o resto eacute diferente

de zero erro detectado Pode detectar todos os erros em sequumlecircncia (burst errors) com

comprimento menor que r + 1 bit Largamente usado na praacutetica (ATM HDCL)

Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica

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desejadoD2r XOR R = nG

equivalente aD2r = nG XOR R

equivalente a se noacutes dividimos D2r por

G buscamos resto R

R = resto[ ]D2rG

Exemplo de CRC

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A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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Trecircs tipos de enlaces Ponto-a-ponto (fio uacutenico ex PPP SLIP) Broadcast (fio ou meio compartilhado)

Ethernet tradicional Upstream HFC 80211 LAN sem fio

Enlaces de acesso muacuteltiplo e protocolos

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Canal de comunicaccedilatildeo uacutenico e compartilhado Duas ou mais transmissotildees simultacircneas pelos noacutes interferecircncia

Colisatildeo se um noacute receber dois ou mais sinais ao mesmo tempo

Protocolo de muacuteltiplo acesso Algoritmo distribuiacutedo que determina como as estaccedilotildees compartilham o canal isto eacute determinam quando cada estaccedilatildeo pode transmitir

Comunicaccedilatildeo sobre o compartilhamento do canal deve utilizar o proacutepro canal

Nenhum canal fora-de-banda para coordenaccedilatildeo

Protocolos de acesso muacuteltiplo

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Canal de broadcast de taxa R bps1 Quando um noacute quer transmitir ele pode enviar a uma taxa R2 Quando M noacutes querem transmitir cada um envia a uma taxa

meacutedia RM3 Totalmente descentralizada

Nenhum noacute especial para coordenar transmissotildees Nenhuma sincronizaccedilatildeo de reloacutegios e compartimentos

4 Simples

Protocolo ideal de muacuteltiplo acesso

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Trecircs grandes classes Particionamento de canal

Divide o canal em pedaccedilos menores (compartimentos de tempo frequumlecircncia)

Aloca um pedaccedilo para uso exclusivo de cada noacute

Acesso aleatoacuterio Canal natildeo dividido permite colisotildees ldquorecuperaccedilatildeordquo das colisotildees

Passagem de permissatildeo Noacutes transmitem nos seus turnos mas com mais volume para enviar

podem usar turnos mais longos

Protocolos MAC uma taxonomia

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TDMA acesso muacuteltiplo por divisatildeo temporal Acesso ao canal eacute feito por rdquoturnos Cada estaccedilatildeo controla um compartimento (ldquoslotrdquo) de tamanho

fixo (tamanho = tempo de transmissatildeo de pacote) em cada turno Compartimentos natildeo usados satildeo desperdiccedilados Exemplo rede local com 6 estaccedilotildees 1 3 4 tecircm pacotes

compartimentos 2 5 6 ficam vazios

Protocolos MAC com particionamento de canal TDMA

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FDMA acesso muacuteltiplo por divisatildeo de frequumlecircncia Oespectro do canal eacute dividido em bandas de frequumlecircncia Cada estaccedilatildeo recebe uma banda de frequumlecircncia Tempo de transmissatildeo natildeo usado nas bandas de frequumlecircncia eacute desperdiccedilado Exemplo rede local com 6 estaccedilotildees 1 3 4 tecircm pacotes as bandas de

frequumlecircncia 2 5 6 ficam vazias bandas

de f

requumlecircnci

a tempo

Protocolos MAC com particionamento de canal FDMA

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Quando o noacute tem um pacote a enviar Transmite com toda a taxa do canal R Natildeo haacute uma regra de coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes

Dois ou mais noacutes transmitindo -gt ldquocolisatildeordquo

Protocolo MAC de acesso aleatoacuterio especifica Como detectar colisotildees Como as estaccedilotildees se recuperam das colisotildees (ex via retransmissotildees

atrasadas) Exemplos de protocolos MAC de acesso aleatoacuterio

slotted ALOHA ALOHA CSMA e CSMACD

Protocolos de acesso aleatoacuterio

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Suposiccedilotildees Todos os quadros de mesmo tamanho Tempo dividido em slots de mesmo tamanho tempo para

transmitir 1 quadro Noacutes comeccedilam a transmitir quadros apenas no iniacutecio dos slots Noacutes satildeo sincronizados Se 2 ou mais noacutes transmitem no slot todos os noacutes detectam a

colisatildeo

Operaccedilatildeo Quando um noacute obteacutem um novo quadro ele transmite no proacuteximo

slot Sem colisatildeo o noacute pode enviar o novo quadro no proacuteximo slot Se haacute colisatildeo o noacute retransmite o quadro em cada slot

subsequumlente com prob p ateacute o successo

Slotted ALOHA

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Proacutes Um uacutenico noacute ativo pode transmitir continuamente com a taxa completa

de canal Altamente descentralizada somente slots em noacutes precisam ser

sincronizados Simples

Contras Colisotildees desperdiacutecio de slots Slots ociosos Noacutes podem detectar colisatildeo em menos tempo do que o tempo para

transmitir o pacote Sincronizaccedilatildeo de clock

Slotted ALOHA

LegendaC = Intervalo de colisatildeoE = Intervalo vazioS = Intervalo bem-sucedido

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Eficiecircncia eacute a fraccedilatildeo de slots bem-sucedidos quando haacute muitos noacutes cada um com muitos quadros para enviar

Suponha N noacutes com muitos quadros para enviar cada um transmite no slot com probabilidade p

Prob de o noacute 1 obter successo num slot = p(1-p)N-1

Prob de qualquer noacute obter um successo = Np(1-p)N-1

Para maacutexima eficiecircncia com N noacutes encontre p que maximiza Np(1-p)N-1

Para muitos noacutes o limite de Np(1-p)N-1 com N indo ao infinito resulta 1e = 37

No maacuteximo uso do canal para envio de dados uacuteteis 37 do tempo

Eficiecircncia do slotted Aloha

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Unslotted Aloha operaccedilatildeo mais simples natildeo haacute sincronizaccedilatildeo

Pacote necessita transmissatildeo Enviar sem esperar pelo iniacutecio de um compartimento

A probabilidade de colisatildeo aumentaPacote enviado em t0 colide com outros pacotes enviados em [t0-1 t0+1]

Aloha puro (unslotted)

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P(successo de um dado noacute) = P(noacute transmitir)

P(nenhum outro noacute transmitir em [p0-1p0]

P(nenhum outro noacute transmitir em [p0-1p0]

= p (1-p)N-1 (1-p)N-1

= p (1-p)2(N-1)

hellip escolhendo p oacutetimo e entatildeo deixando n -gt infinito

= 1(2e) = 18

Ainda pior

Eficiecircncia do Aloha puro

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CSMA escuta antes de transmitir Se o canal parece vazio transmite o pacote Se o canal estaacute ocupado adia a transmissatildeo Analogia humana natildeo interrompa os outros

CSMA Carrier Sense Multiple Access

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Colisotildees podem ocorrero atraso de propagaccedilatildeo implica que dois noacutes podem natildeo ouvir as transmissotildees do outro

Colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo do pacote eacute desperdiccedilado

Notepapel da distacircncia e do atraso de propagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo

arranjo espacial dos noacutes na rede

Colisotildees no CSMA

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CSMACD detecccedilatildeo de portadora deferecircncia como no CSMA Colisotildees detectadas num tempo mais curto Transmissotildees com colisotildees satildeo interrompidas reduzindo o desperdiacutecio do canal Detecccedilatildeo de colisatildeo Faacutecil em LANs cabeadas mediccedilatildeo da intensidade do sinal comparaccedilatildeo dos sinais transmitidos e recebidos Difiacutecil em LANs sem fio receptor desligado enquanto transmitindo Analogia humana o ldquobom de papordquo educado

CSMACD (detecccedilatildeo de colisatildeo)

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CSMACD detecccedilatildeo de colisatildeo

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Protocolos MAC com particionamento de canais Compartilham o canal eficientemente quando a carga eacute alta e bem distribuiacuteda Ineficiente nas cargas baixas atraso no acesso ao canal A estaccedilatildeo consegue uma banda de 1N da capacidade do canal mesmo que haja apenas 1 noacute ativo

Protocolos MAC de acesso aleatoacuterio Eficiente nas cargas baixas um uacutenico noacute pode usar todo o canal Cargas altas excesso de colisotildees

Protocolos de passagem de permissatildeoBuscam o melhor dos dois mundos

Protocolos MAC com passagem de permissatildeo

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Polling Noacute mestre ldquoconvidardquo os escravos a transmitirem um de cada vez Problemas

Polling overhead Latecircncia Ponto uacutenico de falha (mestre)

Token passing Controla um token passado de um noacute a outro sequumlencialmente Mensagem token Problemas

Token overhead Latecircncia Ponto uacutenico de falha (token)

Protocolos MAC com passagem de permissatildeo

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Como se faz com um canal compartilhado Particionamento de canal no tempo por frequumlecircncia ou por coacutedigo

Divisatildeo temporal divisatildeo por coacutedigo divisatildeo por frequumlecircncia Particionamento aleatoacuterio (dinacircmico)

ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACD Detecccedilatildeo de portadora faacutecil em alguns meios fiacutesicos (cabos) e

difiacutecil em outros (wireless) CSMACD usado na rede Ethernet CSMACA usado em 80211

Passagem de permissatildeo Polling a partir de um site central passagem de token

Sumaacuterio dos protocolos MAC

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Camada de enlace ateacute agora Serviccedilos detecccedilatildeo de erroscorreccedilatildeo acesso muacuteltiplo

A seguir tecnologias de redes locais (LAN) Endereccedilamento Ethernet hubs pontes switches PPP

Tecnologias de LAN

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A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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Endereccedilos IP de 32-bit Endereccedilos da camada de rede Usados para levar o datagrama ateacute a rede de destino (lembre-se

da definiccedilatildeo de rede IP)

Endereccedilo de LAN (ou MAC ou fiacutesico) Usado para levar o datagrama de uma interface fiacutesica a outra

fisicamente conectada com a primeira (isto eacute na mesma rede) Endereccedilos MAC com 48 bits (na maioria das LANs)

gravados na memoacuteria fixa (ROM) do adaptador de rede

Endereccedilos de LAN e ARP

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A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEE O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (para

assegurar a unicidade)

Analogia (a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG (b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal

Endereccedilamento MAC eacute ldquoflatrdquo =gt portabilidade Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra sem

reconfiguraccedilatildeo de endereccedilo MAC

Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevel Depende da rede na qual se estaacute ligado

Endereccedilos de LAN (mais)

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Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de Bdado o endereccedilo IP de B Cada noacute IP (hospedeiro roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabela ARP Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt

lt IP address MAC address TTLgt TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamento de

endereccedilos seraacute esquecido (tipicamente 20 min)

ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de resoluccedilatildeo de endereccedilos)

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A que enviar um datagrama para B e o endereccedilo MAS de B natildeo estaacute na tabela ARP de A

A faz broadcast de pacote de consulta ARB contendo o endereccedilo IP de B end MAC de destino = FF-FF-FF-FF-FF-FF todas as maacutequinas na LAN recebem a consulta ARP

B recebe o pacote ARP responde para A com seu endereccedilo MAC (de B) Quadro enviado para o end MAC de A (unicast)

A faz um cache (salva) o par de endereccedilos IP para MAC em sua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo se torne antiga (expirada) soft state informaccedilatildeo que expira (eacute descartada) sem atualizaccedilatildeo

ARP eacute ldquoplug-and-playrdquo Noacutes criam suas tabelas ARP sem intervenccedilatildeo do administrador da rede

Protocolo ARP Mesma LAN (network)

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objetivo envia datagrama de A para B via R supotildee que A conhece o endereccedilo IP de B

bull Duas tabelas ARP no roteador R um para cada rede IP (LAN)

Roteamento para outra LAN

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5 - 41copy 2005 by Pearson Education

A cria o pacote IP com origem A destino B A usa ARP para obter o endereccedilo de camada fiacutesica de R correspondente ao

endereccedilo IP 111111111110 A cria um quadro Ethernet com o endereccedilo fiacutesico de R como destino o

quadro Ethernet conteacutem o datagrama IP de A para B A camada de enlace de A envia o quadroEthernet A camada de enlace de R recebe o quadro Ethernet R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verifica que ele se destina a

B R usa ARP para obter o endereccedilo fiacutesico de B R cria quadro contendo um datagrama de A para B e envia para B

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A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo Barato R$20 por 100Mbps Primeira tecnologia de LAN largamente usada Mais simples e mais barata que LANs com token e ATM Velocidade crescente 10Mbps ndash 10Gbps

esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf

Ethernet

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Topologia de bus popular em meados dos anos 90 Agora a topologia em estrela prevalece Opccedilotildees de conexatildeo hub ou switch (mais adiante)

Topologia em estrela

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Adaptador do transmissor encapsula o datagrama IP (ou outro pacote de protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet

Preacircmbulo bull 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte com padratildeo 10101011bull usado para sincronizar as taxas de reloacutegio do transmissor e do receptor

Estrutura do quadro Ethernet

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Endereccedilos 6 bytes Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de destino coincidente ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa o dado no quadro para o protocolo da camada de rede

Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP mas outros podem ser suportados tais como Novell IPX e AppleTalk)

CRC verificado no receptor se um erro eacute detectado o quadro eacute simplesmente descartado

Estrutura do quadro Ethernet

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Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o receptor

Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou nacks para o adaptador transmissor O fluxo de datagramas que passa para a camada de rede pode deixar

lacunas Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCP Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas

Serviccedilo natildeo confiaacutevel sem conexatildeo

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Sem slots Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador

transmitindo isto eacute carrier sense O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador

transmitindo isto eacute collision detection Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo

aleatoacuterio isto eacute random access

Ethernet usa CSMACD

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1 Adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmitir o

quadro Se ele detecta o canal ocupado espera ateacute ele ficar livre e entatildeo transmite

3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo sua missatildeo com esse quadro estaacute cumprida

4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta e envia um jam signal

5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a m-eacutesima colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2m-1 O adaptador espera K512 tempos de bit e retorna ao passo 2

Algoritmo CSMACD da Ethernet

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Jam signal garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo 48 bitsBit time 1 microseg para Ethernet de 10 Mbpspara K=1023 o tempo de espera eacute cerca de 50 mseg

Veja o applet Java no Web site da AWL altamemte recomendadoExponential backoff Objetivo adaptar tentativas de retransmissatildeo para carga atual da rede

Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longa Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacute

K x 512 tempos de transmissatildeo de bit Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3hellip Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023

Ethernet CSMACD

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Tprop = propagaccedilatildeo maacutexima entre 2 noacutes na LAN

ttrans = tempo para transmitir um quadro de tamanho maacuteximo

Eficiecircncia tende a 1 quando tprop tende a 0

Tende a 1 quando ttrans tende ao infinito Muito melhor do que o ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato

transprop tt 51

1eficiecircncia

Eficiecircncia do CSMACD

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Taxa de 10100 Mbps chamado mais tarde de ldquofast ethernetrdquo T significa ldquoTwisted Pairrdquo (par de fios tranccedilados de cobre) Noacutes se conectam a um hub ldquotopologia em estrelardquo 100 m eacute a distacircncia

maacutexima entre os noacutes e o hub

10BaseT e 100BaseT

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Hubs satildeo essencialmente repetidores de camada fiacutesica Bits que chegam de um enlace se propagam para todos os outros enlaces Com a mesma taxa Natildeo possuem armazenagem de quadros Natildeo haacute CSMACD no hub adaptadores detectam colisotildees Provecirc funcionalidade de gerenciamento de rede

Hubs

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Usada em 10BaseT Cada bit possui uma transiccedilatildeo Permite que os reloacutegios nos noacutes de transmissatildeo e de recepccedilatildeo possam

sincronizar um com o outro Natildeo eacute necessaacuterio reloacutegio global centralizado entre os noacutes

Ei isso eacute coisa de camada fiacutesica

Codificaccedilatildeo Manchester

Codificaccedilatildeo Manchester

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Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeo Permite enlaces ponto-a-ponto e canais de muacuteltiplo acesso

compartilhados No modo compartilhado o CSMACD eacute usado exige pequenas

distacircncias entre os noacutes para ser eficiente Usa hubs chamados aqui de Distribuidores com Armazenagem

ldquoBuffered Distributorsrdquo Full-Duplex a 1 Gbps para enlaces ponto-a-ponto 10 Gbps agora

Gigabit Ethernet

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A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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Hub de backbone interconecta segmentos de LAN Estende a distacircncia maacutexima entre os noacutes Mas domiacutenios de colisatildeo individuais tornam-se um uacutenico e grande

domiacutenio de colisatildeo Natildeo pode interconectar 10BaseT e 100BaseT

Interconexatildeo com hubs

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Dispositivo de camada de enlace Armazena e encaminha quadros Ethernet Examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o

quadro baseado no endereccedilo MAC de destino Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento

usa CSMACD para acessar o segmento Transparente

Hospedeiros satildeo inconscientes da presenccedila dos switches Plug-and-play self-learning (auto-aprendizado)

Switches natildeo precisam ser configurados

Switch

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Como determinar para qual segmento da LAN encaminhar o quadro Parece um problema de roteamento

Encaminhamento

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Um switch possui uma tabela de switch Entrada na tabela do switch

(endereccedilo MAC interface marca de tempo) Entradas expiradas na tabela satildeo decartadas (TTL pode ser 60 min)

Switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de suas interfaces Quando recebe um quadro o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento da LAN que chega Registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela

Self learning (auto-aprendizado)

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Quando um switch recebe um quadro

indexa a tabela do switch usando end MAC de destinoif entrada for encontrada para o destino

then if dest no segmento deste quadro chegou

then descarta o quadro else encaminha o quadro na interface indicada else flood

Encaminha para todas as interfacesexceto para a que o quadro chegou

Filtragemencaminhamento

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Suponha que C envia um quadro para D

Switch recebe o quadro de C Anota na tabela que C estaacute na interface 1 Como D natildeo estaacute na tabela o switch encaminha o quadro para as

interfaces 2 e 3 Quadro recebido por D

hub hub hub

switch

A

B CD

EF

G H

I

endereccedilo interface

ABEG

1123

12 3

Switch exemplo

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5 - 63copy 2005 by Pearson Education

Suponha que D responde com um quadro para C

Switch recebe quadro de D Anota na tabela que D estaacute na interface 2 Como C estaacute na tabela o switch encaminha o quadro apenas para a

interface 1 Quadro recebido por C

hub hub hub

switch

A

B CD

EF

G H

I

endereccedilo interface

ABEGC

11231

Switch exemplo

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A instalaccedilatildeo do switch quebra as sub-redes em segmentos de LAN Switch filtra pacotes

Alguns quadros do mesmo segmento de LAN natildeo satildeo usualmente encaminhados para outros segmento de LAN

Segmentos se tornam separados em domiacutenios de colisatildeo

hub hub hub

switch

domiacutenio de colisatildeo domiacutenio de colisatildeo

domiacutenio de colisatildeo

Switch isolaccedilatildeo de traacutefego

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Switch com muitas interfaces Hospedeiros possuem conexatildeo direta ao switch Sem colisotildees full duplex

Switching A-para-Arsquo e B-para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees

Switches acesso dedicado

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Cut-through switching quadro encaminhado da porta de entrada ateacute a porta de saiacuteda sem ter de primeiro coletar o quadro todo Ligeira reduccedilatildeo na latecircncia

Combinaccedilotildees de interfaces 101001000 Mbps compartilhadasdedicadas

Mais sobre switches

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Redes corporativas

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Ambos satildeo dispositivos store-and-forward Roteadores dispositivos de camada de rede (examinam cabeccedilalhos

da camada de rede) Switches satildeo dispositivos da camada de enlace

Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam algoritmos de roteamento Switches mantecircm tabelas de switch implementam filtragem algoritmos de aprendizagem

Switches vs roteadores

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hubs roteadores switches

isolaccedilatildeo detraacutefego

natildeo sim sim

plug amp play sim natildeo sim

roteamentooacutetimo

natildeo sim natildeo

cutthrough

sim natildeo sim

Resumo comparaccedilatildeo

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A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace de broadcast Sem Media Access Control Natildeo necessita de endereccedilamento MAC expliacutecito Ex dialup link linha ISDN

Protocolos ponto-a-ponto DLC populares PPP (point-to-point protocol) HDLC High level data link control (camada de enlace costumava ser considerada ldquocamada altardquo na pilha de protocolos)

Controle de enlace de dados ponto-a-ponto

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Enquadramento de pacote encapsulamento do datagrama da camada de rede no quadro da camada de enlace Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolo de rede (natildeo apenas o IP) ao mesmo tempo Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo

Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo de bit no campo de dados

Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo) Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do enlace

para a camada de rede Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos terminais

do enlace podem aprender e configurar o endereccedilo de rede dos outros

PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]

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Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros Natildeo haacute controle de fluxo Aceita entregas fora de ordem Natildeo haacute necessidade de suportar enlaces multiponto (ex polling)

Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeo dos dados satildeo todos relegados para as camadas mais altas

PPP natildeo requisitos

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Flag delimitador (enquadramento) Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura) Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacuteltiplos campos de

controle Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o conteuacutedo do

quadro deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)

PPP formato do quadro

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info dados da camada superior sendo transportados CRC verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de erros

PPP formato dos dados

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Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de dados deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt01111110gt

P Se for recebido o padratildeo lt01111110gt satildeo dados ou eacute flag Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte extra com o padratildeo lt

01111101gt (escape) antes de cada byte com o padratildeo de flag lt 01111110gt nos dados

Receptor Um byte 01111101 seguido de 01111110 em seguida descarta o primeiro e continua a recepccedilatildeo de dados Uacutenico byte 01111110 entatildeo eacute um flag

Byte stuffing

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byte com o padratildeodo flag nos dados a enviar

byte com o padratildeo de escape acrescentado nos dados transmitidos seguido por um byte com padratildeo de flag

Byte stuffing

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Antes de trocar dados da camada de rede os parceiros da camada de enlace devem A configurar o enlace PPP (tamanho maacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo) Aprenderconfigurar as informaccedilotildees da camada de rede

Para o IP transportar mensagens do protocolo de controle IP (IPCP) (campo de protocolo 8021) para configuraraprender os

endereccedilos IP

PPP protocolo de controle de dados

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A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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Virtualizaccedilatildeo dos recursos uma poderosa abstraccedilatildeo em engenharia de sistemas Exemplos em computaccedilatildeo memoacuteria virtual dispositivos virtuais

Maacutequinas virtuais ex java IBM VM os dos anos 6070

Camada de abstraccedilotildees natildeo se apega a detalhes da camada mais baixa apenas trata com as camadas mais baixas abstratamente

Virtualizaccedilatildeo das redes

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1974 muacuteltiplas redes desconectadas ARPAnet redes de dados-sobre-cabo rede de pacote por sateacutelite (Aloha) rede de pacotes por raacutedio

hellip diferentes em convenccedilotildees de endereccedilamento formatos do pacote recuperaccedilatildeo de erros roteamento

Internet virtualizaccedilatildeo das redes

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Camada de rede da Internet (IP) Endereccedilamento internetwork

aparece como uma entidade uacutenica e uniforme escondendo a heterogeneidade das redes locais

Rede de redes

Gateway ldquoembute pacotes da Internet no

formato de um pacote local ou os extrairdquo

Rota (no niacutevel de internetwork) para o proacuteximo gateway

Internet virtualizaccedilatildeo das redes

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O que eacute virtualizado Duas camadas de endereccedilamento Internet e rede local Nova camada (IP) torna tudo homogecircneo na camada da Internet Tecnologia da rede local em questatildeo

Cabo Sateacutelite Modem telefocircnico de 56 K Hoje ATM MPLS

hellip ldquoinvisiacutevelrdquo na camada da Internet Parece com uma tecnologia de camada de enlace para o IP

Arquitetura da Internet de Cerf amp Kahn

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ATM MPLS redes separadas em seus proacuteprios direitos Modelos de serviccedilo endereccedilamento roteamento diferentes da Internet

Vistos pela Internet como um enlace loacutegico conectando roteadores IP Assim como o dialup link eacute realmente parte de uma rede separada

(rede telefocircnica)

ATM MPLS de interesse teacutecnico em seu proacuteprio direito

ATM e MPLS

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Padratildeo dos anos 8090 para altas taxas de transmissatildeo (155 Mbps a 622 Mbps e mais altas) arquitetura de Broadband Integrated Service Digital Network (B-ISDN)

Objetivo transporte integrado de voz dados e imagens com foco nas redes puacuteblicas de comunicaccedilatildeo Deve atender aos requisitos de tempoQoS para aplicaccedilotildees de voz

e de viacutedeo (versus o serviccedilo de melhor esforccedilo da Internet) Telefonia de ldquoproacutexima geraccedilatildeordquo fundamentos teacutecnicos no mundo da telefonia Comutaccedilatildeo de pacotes (pacotes de tamanho fixo chamados ldquoceacutelulasrdquo) usando circuitos virtuais

Modo de transferecircncia assiacutencrono ATM

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Camada de adaptaccedilatildeo apenas na borda de uma rede ATM Segmentaccedilatildeo e remontagem dos dados Grosseiramente anaacuteloga agrave camada de transporte da Internet

Camada ATM camada de ldquorederdquo Comutaccedilatildeo de ceacutelulas roteamento

Camada fiacutesica

Sistema final Sistema finalSwitch ATM Switch ATM

Arquitetura ATM

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Visatildeo transporte fim-a-fim ldquoATM de computador a computadorrdquo ATM eacute uma tecnologia de redeRealidade usada para conectar roteadores IP de backbone ldquoIP sobre ATMrdquo ATM como uma camada de enlace comutada conectando roteadores IP

ATM camada de rede ou de enlace

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Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL) ldquoadaptardquo camadas superiores (aplicaccedilotildees IP ou nativas ATM) para a camada ATM abaixo

AAL presente apenas nos sistemas finais natildeo nos comutadores ATM (ldquoswitchesrdquo)

O segmento da camada AAL (campo de cabeccedilalhotrailer e de dados) satildeo fragmentados em muacuteltiplas ceacutelulas ATM Analogia segmento TCP em muitos pacotes IP

Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL)

Sistema final Sistema finalSwitch ATM Switch ATM

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Diferentes versotildees da camada AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM AAL1 para serviccedilo CBR (taxa de bit constante) ex emulaccedilatildeo de circuitos AAL2 para serviccedilos VBR (taxa de bit variaacutevel) ex viacutedeo MPEG AAL5 para dados (ex datagramas IP)

AAL PDU

ceacutelula ATM

Dados de usuaacuterio

subcamadade convergecircncia

subcamadaSAR

Ceacutelula ATM

Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL)

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Serviccedilo transporte de ceacutelulas atraveacutes da rede ATM Anaacuteloga agrave camada de rede IP Serviccedilos muito diferentes da camada de rede IP

Arquiteturade rede

Internet

ATM

ATM

ATM

ATM

Modelo de serviccedilo

melhoresforccediloCBR

VBR

ABR

UBR

Banda

natildeo

taxaconstantetaxagarantidamiacutenimogarantidonatildeo

Perda

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Ordem

natildeo

sim

sim

sim

sim

Tempo

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Aviso decongestatildeo

natildeo (inferidopelas perdas)natildeo haacutecongestatildeonatildeo haacutecongestatildeosim

natildeo

Garantias

Camada ATM

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Transporte em VC ceacutelulas satildeo transportadas sobre VC da fonte ao destino Estabelecimento de conexatildeo necessaacuterio para cada chamada antes que o fluxo de dados possa ser iniciado Cada pacote transporta um identificador de VC (natildeo transporta o endereccedilo do destino) Cada comutador com caminho entre a fonte e o destino manteacutem o ldquoestadordquo para cada conexatildeo passante Recursos do enlace e do comutador (banda passante buffers) podem ser alocados por VC para obter um comportamento semelhante a um circuito fiacutesico

VCs permanentes (PVCs) Conexotildees de longa duraccedilatildeo Tipicamente rota ldquopermanenterdquo entre roteadores IP

VCs comutados (SVC) Dinamicamente criados numa base por chamada

Camadas ATM circuitos virtuais

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Vantagens do uso de circuitos virtuais no ATM Iacutendices de QoS garantidos para conexotildees mapeadas em

circuitos virtuais (banda passante atraso variacircncia de atraso)

Problemas no uso de circuitos virtuais O suporte de traacutefego datagrama eacute ineficiente Um PVC entre cada par origemdestino natildeo tem boa

escalabilidade (N2 conexotildees satildeo necessaacuterias) SVC introduz latecircncia de estabelecimento de conexatildeo e

atrasos de processamento para conexotildees de curta duraccedilatildeo

ATM VCs

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Cabeccedilalho da ceacutelula ATM com 5 bytes Carga uacutetil com 48-bytes

Por quecirc carga uacutetil pequena -gt pequeno atraso de criaccedilatildeo de ceacutelula para voz digitalizada

Meio do caminho entre 32 e 64 (compromisso)

cabeccedilalhoda ceacutelula

formato daceacutelula

3o bit no campo PTvalor 1 indica uacuteltima ceacutelula (AAL-indicate bit)

Camada ATM ceacutelula ATM

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VCI identificador de canal virtual Pode mudar de enlace para enlace atraveacutes da rede

PT tipo de carga uacutetil (ex ceacutelula RM versus ceacutelula de dados) CLP bit de prioridade de perda de ceacutelula

CLP = 1 implica ceacutelula de baixa prioridade pode ser descartada em caso de congestatildeo

HEC verificaccedilatildeo de erros no cabeccedilalho Verificaccedilatildeo ciacuteclica de erros

Cabeccedilalho da ceacutelula ATM

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A camada fiacutesica se compotildee de duas partes (subcamadas ) Subcamada de convergecircncia de transmissatildeo (TCS) adapta a camada

ATM acima agrave subcamada fiacutesica abaixo (PMD) Subcamada dependente do meio depende do tipo de meio fiacutesico que

estaacute sendo empregado

Funccedilotildees da TCS Geraccedilatildeo do checksum do cabeccedilalho 8 bits CRC Delineamento de ceacutelula Com uma subcamada PMD natildeo estruturada transmite ceacutelulas vazias

(ldquoidle cellsrdquo) quando natildeo haacute ceacutelulas de dados a enviar

Camada fiacutesica ATM

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Subcamada dependente do meio fiacutesico (PMD) SONETSDH estrutura de transmissatildeo de quadros (como um

container carregando bits) Sincronizaccedilatildeo de bits Particcedilotildees da banda passante (TDM) Vaacuterias velocidades OC1 = 5184 Mbps OC3 = 15552 Mbps OC12 = 62208 Mbps

T1T3 estrutura de transmissatildeo de quadros (velha hierarquia de telefonia 15 Mbps45 Mbps No Brasil usa-se a hierarquia europeacuteia E1E3 2 34 Mbps

Natildeo estruturada apenas ceacutelulas (ocupadasvazias)

Camada fiacutesica ATM

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Apenas IP claacutessico 3 ldquoredesrdquo (ex segmentos de LAN) Endereccedilos MAC (8023) e IP

IP sobre ATM Substitui ldquorederdquo (ex segmento

de LAN) com a rede ATM Endereccedilos ATM endereccedilos IP

redeATM

EthernetLANs

EthernetLANs

IP-sobre-ATM

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No endereccedilo de origem Camada IP encontra um mapeamento entre o endereccedilo IP e o endereccedilo de destino ATM (usando ARP) Passa o datagrama para a camada de adaptaccedilatildeo AAL5 AAL5 encapsula os dados segmenta em ceacutelulas e passa para a camada ATM

Rede ATM move a ceacutelula para o destino de acordo com o seu VC (circuito virtual)

No hospedeiro de destino AAL5 remonta o datagrama original a partir das ceacutelulas recebidas Se o CRC OK datagrama eacute passado ao IP

Viagem de um datagrama numa rede IP-sobre-ATM

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Questotildees Datagramas IP em ATM AAL5 PDUs Dos endereccedilos IP aos endereccedilos ATM

Da mesma forma que de endereccedilos IP para endereccedilos MAC 8023

redeATM

EthernetLANs

IP-sobre-ATM

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Objetivo inicial aumentar a velocidade de encaminhamento IP usando labels de tamanho fixo (em vez de endereccedilo IP) Mesma ideacuteia do meacutetodo de circuito virtual (VC) Mas o datagrama IP ainda manteacutem o endereccedilo IP

Multiprotocol label switching (MPLS)

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Roteador faz a funccedilatildeo de comutador de roacutetulo Pacotes encaminhados para interface de saiacuteda com base apenas no valor

do roacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP) Tabela de encaminhamento MPLS distinta das tabelas de encaminhamento IP

Protocolo de sinalizaccedilatildeo necessaacuterio para estabelecer o encaminhamento RSVP-TE Encaminhamento eacute possiacutevel por caminhos que o IP sozinho natildeo pode usar (ex roteamento de especificado pela origem) Use MPLS para engenharia de traacutefego

Deve coexistir com roteadores unicamente IP

Roteadores MPLS

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Tabelas de encaminhamento MPLS

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Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace Detecccedilatildeo de erros correccedilatildeo Compartilhando um canal broadcast acesso muacuteltiplo Endereccedilamento da camada de enlace

Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de vaacuterias tecnologias da camada de enlace Ethernet LANS comutadas PPP Redes virtualizadas como uma camada de enlace ATM MPLS

Resumo

Page 11: Capítulo 5 Redes de computadores e a Internet A camada de enlace e redes locais

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Objetivo detectar ldquoerrosrdquo (ex bits trocados) num segmento transmitido (nota usado apenas na camada de transporte)

Transmissor Trata o conteuacutedo de segmentos como sequumlecircncias de nuacutemeros inteiros de 16 bits Checksum adiccedilatildeo (soma em complemento de um) do conteuacutedo 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 eacute igual ao valor do campo checksum

NAtildeO - erro detectado SIM - natildeo detectou erro Mas talvez haja erros apesar disso Mas depoishellip

Checksum da Internet

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Encara os bits de dados D como um nuacutemero binaacuterio Escolhe um padratildeo gerador de r + 1 bit G Objetivo escolhe r CRC bits R tal que

ltDRgt eacute divisiacutevel de forma exata por G (moacutedulo 2) Receptor conhece G divide ltDRgt por G Se o resto eacute diferente

de zero erro detectado Pode detectar todos os erros em sequumlecircncia (burst errors) com

comprimento menor que r + 1 bit Largamente usado na praacutetica (ATM HDCL)

Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica

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desejadoD2r XOR R = nG

equivalente aD2r = nG XOR R

equivalente a se noacutes dividimos D2r por

G buscamos resto R

R = resto[ ]D2rG

Exemplo de CRC

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A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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Trecircs tipos de enlaces Ponto-a-ponto (fio uacutenico ex PPP SLIP) Broadcast (fio ou meio compartilhado)

Ethernet tradicional Upstream HFC 80211 LAN sem fio

Enlaces de acesso muacuteltiplo e protocolos

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Canal de comunicaccedilatildeo uacutenico e compartilhado Duas ou mais transmissotildees simultacircneas pelos noacutes interferecircncia

Colisatildeo se um noacute receber dois ou mais sinais ao mesmo tempo

Protocolo de muacuteltiplo acesso Algoritmo distribuiacutedo que determina como as estaccedilotildees compartilham o canal isto eacute determinam quando cada estaccedilatildeo pode transmitir

Comunicaccedilatildeo sobre o compartilhamento do canal deve utilizar o proacutepro canal

Nenhum canal fora-de-banda para coordenaccedilatildeo

Protocolos de acesso muacuteltiplo

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Canal de broadcast de taxa R bps1 Quando um noacute quer transmitir ele pode enviar a uma taxa R2 Quando M noacutes querem transmitir cada um envia a uma taxa

meacutedia RM3 Totalmente descentralizada

Nenhum noacute especial para coordenar transmissotildees Nenhuma sincronizaccedilatildeo de reloacutegios e compartimentos

4 Simples

Protocolo ideal de muacuteltiplo acesso

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Trecircs grandes classes Particionamento de canal

Divide o canal em pedaccedilos menores (compartimentos de tempo frequumlecircncia)

Aloca um pedaccedilo para uso exclusivo de cada noacute

Acesso aleatoacuterio Canal natildeo dividido permite colisotildees ldquorecuperaccedilatildeordquo das colisotildees

Passagem de permissatildeo Noacutes transmitem nos seus turnos mas com mais volume para enviar

podem usar turnos mais longos

Protocolos MAC uma taxonomia

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TDMA acesso muacuteltiplo por divisatildeo temporal Acesso ao canal eacute feito por rdquoturnos Cada estaccedilatildeo controla um compartimento (ldquoslotrdquo) de tamanho

fixo (tamanho = tempo de transmissatildeo de pacote) em cada turno Compartimentos natildeo usados satildeo desperdiccedilados Exemplo rede local com 6 estaccedilotildees 1 3 4 tecircm pacotes

compartimentos 2 5 6 ficam vazios

Protocolos MAC com particionamento de canal TDMA

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FDMA acesso muacuteltiplo por divisatildeo de frequumlecircncia Oespectro do canal eacute dividido em bandas de frequumlecircncia Cada estaccedilatildeo recebe uma banda de frequumlecircncia Tempo de transmissatildeo natildeo usado nas bandas de frequumlecircncia eacute desperdiccedilado Exemplo rede local com 6 estaccedilotildees 1 3 4 tecircm pacotes as bandas de

frequumlecircncia 2 5 6 ficam vazias bandas

de f

requumlecircnci

a tempo

Protocolos MAC com particionamento de canal FDMA

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Quando o noacute tem um pacote a enviar Transmite com toda a taxa do canal R Natildeo haacute uma regra de coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes

Dois ou mais noacutes transmitindo -gt ldquocolisatildeordquo

Protocolo MAC de acesso aleatoacuterio especifica Como detectar colisotildees Como as estaccedilotildees se recuperam das colisotildees (ex via retransmissotildees

atrasadas) Exemplos de protocolos MAC de acesso aleatoacuterio

slotted ALOHA ALOHA CSMA e CSMACD

Protocolos de acesso aleatoacuterio

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Suposiccedilotildees Todos os quadros de mesmo tamanho Tempo dividido em slots de mesmo tamanho tempo para

transmitir 1 quadro Noacutes comeccedilam a transmitir quadros apenas no iniacutecio dos slots Noacutes satildeo sincronizados Se 2 ou mais noacutes transmitem no slot todos os noacutes detectam a

colisatildeo

Operaccedilatildeo Quando um noacute obteacutem um novo quadro ele transmite no proacuteximo

slot Sem colisatildeo o noacute pode enviar o novo quadro no proacuteximo slot Se haacute colisatildeo o noacute retransmite o quadro em cada slot

subsequumlente com prob p ateacute o successo

Slotted ALOHA

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Proacutes Um uacutenico noacute ativo pode transmitir continuamente com a taxa completa

de canal Altamente descentralizada somente slots em noacutes precisam ser

sincronizados Simples

Contras Colisotildees desperdiacutecio de slots Slots ociosos Noacutes podem detectar colisatildeo em menos tempo do que o tempo para

transmitir o pacote Sincronizaccedilatildeo de clock

Slotted ALOHA

LegendaC = Intervalo de colisatildeoE = Intervalo vazioS = Intervalo bem-sucedido

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Eficiecircncia eacute a fraccedilatildeo de slots bem-sucedidos quando haacute muitos noacutes cada um com muitos quadros para enviar

Suponha N noacutes com muitos quadros para enviar cada um transmite no slot com probabilidade p

Prob de o noacute 1 obter successo num slot = p(1-p)N-1

Prob de qualquer noacute obter um successo = Np(1-p)N-1

Para maacutexima eficiecircncia com N noacutes encontre p que maximiza Np(1-p)N-1

Para muitos noacutes o limite de Np(1-p)N-1 com N indo ao infinito resulta 1e = 37

No maacuteximo uso do canal para envio de dados uacuteteis 37 do tempo

Eficiecircncia do slotted Aloha

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Unslotted Aloha operaccedilatildeo mais simples natildeo haacute sincronizaccedilatildeo

Pacote necessita transmissatildeo Enviar sem esperar pelo iniacutecio de um compartimento

A probabilidade de colisatildeo aumentaPacote enviado em t0 colide com outros pacotes enviados em [t0-1 t0+1]

Aloha puro (unslotted)

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P(successo de um dado noacute) = P(noacute transmitir)

P(nenhum outro noacute transmitir em [p0-1p0]

P(nenhum outro noacute transmitir em [p0-1p0]

= p (1-p)N-1 (1-p)N-1

= p (1-p)2(N-1)

hellip escolhendo p oacutetimo e entatildeo deixando n -gt infinito

= 1(2e) = 18

Ainda pior

Eficiecircncia do Aloha puro

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CSMA escuta antes de transmitir Se o canal parece vazio transmite o pacote Se o canal estaacute ocupado adia a transmissatildeo Analogia humana natildeo interrompa os outros

CSMA Carrier Sense Multiple Access

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Colisotildees podem ocorrero atraso de propagaccedilatildeo implica que dois noacutes podem natildeo ouvir as transmissotildees do outro

Colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo do pacote eacute desperdiccedilado

Notepapel da distacircncia e do atraso de propagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo

arranjo espacial dos noacutes na rede

Colisotildees no CSMA

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CSMACD detecccedilatildeo de portadora deferecircncia como no CSMA Colisotildees detectadas num tempo mais curto Transmissotildees com colisotildees satildeo interrompidas reduzindo o desperdiacutecio do canal Detecccedilatildeo de colisatildeo Faacutecil em LANs cabeadas mediccedilatildeo da intensidade do sinal comparaccedilatildeo dos sinais transmitidos e recebidos Difiacutecil em LANs sem fio receptor desligado enquanto transmitindo Analogia humana o ldquobom de papordquo educado

CSMACD (detecccedilatildeo de colisatildeo)

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CSMACD detecccedilatildeo de colisatildeo

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Protocolos MAC com particionamento de canais Compartilham o canal eficientemente quando a carga eacute alta e bem distribuiacuteda Ineficiente nas cargas baixas atraso no acesso ao canal A estaccedilatildeo consegue uma banda de 1N da capacidade do canal mesmo que haja apenas 1 noacute ativo

Protocolos MAC de acesso aleatoacuterio Eficiente nas cargas baixas um uacutenico noacute pode usar todo o canal Cargas altas excesso de colisotildees

Protocolos de passagem de permissatildeoBuscam o melhor dos dois mundos

Protocolos MAC com passagem de permissatildeo

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Polling Noacute mestre ldquoconvidardquo os escravos a transmitirem um de cada vez Problemas

Polling overhead Latecircncia Ponto uacutenico de falha (mestre)

Token passing Controla um token passado de um noacute a outro sequumlencialmente Mensagem token Problemas

Token overhead Latecircncia Ponto uacutenico de falha (token)

Protocolos MAC com passagem de permissatildeo

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Como se faz com um canal compartilhado Particionamento de canal no tempo por frequumlecircncia ou por coacutedigo

Divisatildeo temporal divisatildeo por coacutedigo divisatildeo por frequumlecircncia Particionamento aleatoacuterio (dinacircmico)

ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACD Detecccedilatildeo de portadora faacutecil em alguns meios fiacutesicos (cabos) e

difiacutecil em outros (wireless) CSMACD usado na rede Ethernet CSMACA usado em 80211

Passagem de permissatildeo Polling a partir de um site central passagem de token

Sumaacuterio dos protocolos MAC

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Camada de enlace ateacute agora Serviccedilos detecccedilatildeo de erroscorreccedilatildeo acesso muacuteltiplo

A seguir tecnologias de redes locais (LAN) Endereccedilamento Ethernet hubs pontes switches PPP

Tecnologias de LAN

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A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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Endereccedilos IP de 32-bit Endereccedilos da camada de rede Usados para levar o datagrama ateacute a rede de destino (lembre-se

da definiccedilatildeo de rede IP)

Endereccedilo de LAN (ou MAC ou fiacutesico) Usado para levar o datagrama de uma interface fiacutesica a outra

fisicamente conectada com a primeira (isto eacute na mesma rede) Endereccedilos MAC com 48 bits (na maioria das LANs)

gravados na memoacuteria fixa (ROM) do adaptador de rede

Endereccedilos de LAN e ARP

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A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEE O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (para

assegurar a unicidade)

Analogia (a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG (b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal

Endereccedilamento MAC eacute ldquoflatrdquo =gt portabilidade Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra sem

reconfiguraccedilatildeo de endereccedilo MAC

Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevel Depende da rede na qual se estaacute ligado

Endereccedilos de LAN (mais)

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Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de Bdado o endereccedilo IP de B Cada noacute IP (hospedeiro roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabela ARP Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt

lt IP address MAC address TTLgt TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamento de

endereccedilos seraacute esquecido (tipicamente 20 min)

ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de resoluccedilatildeo de endereccedilos)

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A que enviar um datagrama para B e o endereccedilo MAS de B natildeo estaacute na tabela ARP de A

A faz broadcast de pacote de consulta ARB contendo o endereccedilo IP de B end MAC de destino = FF-FF-FF-FF-FF-FF todas as maacutequinas na LAN recebem a consulta ARP

B recebe o pacote ARP responde para A com seu endereccedilo MAC (de B) Quadro enviado para o end MAC de A (unicast)

A faz um cache (salva) o par de endereccedilos IP para MAC em sua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo se torne antiga (expirada) soft state informaccedilatildeo que expira (eacute descartada) sem atualizaccedilatildeo

ARP eacute ldquoplug-and-playrdquo Noacutes criam suas tabelas ARP sem intervenccedilatildeo do administrador da rede

Protocolo ARP Mesma LAN (network)

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objetivo envia datagrama de A para B via R supotildee que A conhece o endereccedilo IP de B

bull Duas tabelas ARP no roteador R um para cada rede IP (LAN)

Roteamento para outra LAN

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A cria o pacote IP com origem A destino B A usa ARP para obter o endereccedilo de camada fiacutesica de R correspondente ao

endereccedilo IP 111111111110 A cria um quadro Ethernet com o endereccedilo fiacutesico de R como destino o

quadro Ethernet conteacutem o datagrama IP de A para B A camada de enlace de A envia o quadroEthernet A camada de enlace de R recebe o quadro Ethernet R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verifica que ele se destina a

B R usa ARP para obter o endereccedilo fiacutesico de B R cria quadro contendo um datagrama de A para B e envia para B

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A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo Barato R$20 por 100Mbps Primeira tecnologia de LAN largamente usada Mais simples e mais barata que LANs com token e ATM Velocidade crescente 10Mbps ndash 10Gbps

esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf

Ethernet

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Topologia de bus popular em meados dos anos 90 Agora a topologia em estrela prevalece Opccedilotildees de conexatildeo hub ou switch (mais adiante)

Topologia em estrela

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Adaptador do transmissor encapsula o datagrama IP (ou outro pacote de protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet

Preacircmbulo bull 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte com padratildeo 10101011bull usado para sincronizar as taxas de reloacutegio do transmissor e do receptor

Estrutura do quadro Ethernet

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Endereccedilos 6 bytes Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de destino coincidente ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa o dado no quadro para o protocolo da camada de rede

Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP mas outros podem ser suportados tais como Novell IPX e AppleTalk)

CRC verificado no receptor se um erro eacute detectado o quadro eacute simplesmente descartado

Estrutura do quadro Ethernet

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Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o receptor

Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou nacks para o adaptador transmissor O fluxo de datagramas que passa para a camada de rede pode deixar

lacunas Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCP Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas

Serviccedilo natildeo confiaacutevel sem conexatildeo

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Sem slots Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador

transmitindo isto eacute carrier sense O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador

transmitindo isto eacute collision detection Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo

aleatoacuterio isto eacute random access

Ethernet usa CSMACD

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1 Adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmitir o

quadro Se ele detecta o canal ocupado espera ateacute ele ficar livre e entatildeo transmite

3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo sua missatildeo com esse quadro estaacute cumprida

4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta e envia um jam signal

5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a m-eacutesima colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2m-1 O adaptador espera K512 tempos de bit e retorna ao passo 2

Algoritmo CSMACD da Ethernet

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Jam signal garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo 48 bitsBit time 1 microseg para Ethernet de 10 Mbpspara K=1023 o tempo de espera eacute cerca de 50 mseg

Veja o applet Java no Web site da AWL altamemte recomendadoExponential backoff Objetivo adaptar tentativas de retransmissatildeo para carga atual da rede

Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longa Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacute

K x 512 tempos de transmissatildeo de bit Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3hellip Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023

Ethernet CSMACD

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Tprop = propagaccedilatildeo maacutexima entre 2 noacutes na LAN

ttrans = tempo para transmitir um quadro de tamanho maacuteximo

Eficiecircncia tende a 1 quando tprop tende a 0

Tende a 1 quando ttrans tende ao infinito Muito melhor do que o ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato

transprop tt 51

1eficiecircncia

Eficiecircncia do CSMACD

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Taxa de 10100 Mbps chamado mais tarde de ldquofast ethernetrdquo T significa ldquoTwisted Pairrdquo (par de fios tranccedilados de cobre) Noacutes se conectam a um hub ldquotopologia em estrelardquo 100 m eacute a distacircncia

maacutexima entre os noacutes e o hub

10BaseT e 100BaseT

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Hubs satildeo essencialmente repetidores de camada fiacutesica Bits que chegam de um enlace se propagam para todos os outros enlaces Com a mesma taxa Natildeo possuem armazenagem de quadros Natildeo haacute CSMACD no hub adaptadores detectam colisotildees Provecirc funcionalidade de gerenciamento de rede

Hubs

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Usada em 10BaseT Cada bit possui uma transiccedilatildeo Permite que os reloacutegios nos noacutes de transmissatildeo e de recepccedilatildeo possam

sincronizar um com o outro Natildeo eacute necessaacuterio reloacutegio global centralizado entre os noacutes

Ei isso eacute coisa de camada fiacutesica

Codificaccedilatildeo Manchester

Codificaccedilatildeo Manchester

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Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeo Permite enlaces ponto-a-ponto e canais de muacuteltiplo acesso

compartilhados No modo compartilhado o CSMACD eacute usado exige pequenas

distacircncias entre os noacutes para ser eficiente Usa hubs chamados aqui de Distribuidores com Armazenagem

ldquoBuffered Distributorsrdquo Full-Duplex a 1 Gbps para enlaces ponto-a-ponto 10 Gbps agora

Gigabit Ethernet

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A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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Hub de backbone interconecta segmentos de LAN Estende a distacircncia maacutexima entre os noacutes Mas domiacutenios de colisatildeo individuais tornam-se um uacutenico e grande

domiacutenio de colisatildeo Natildeo pode interconectar 10BaseT e 100BaseT

Interconexatildeo com hubs

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Dispositivo de camada de enlace Armazena e encaminha quadros Ethernet Examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o

quadro baseado no endereccedilo MAC de destino Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento

usa CSMACD para acessar o segmento Transparente

Hospedeiros satildeo inconscientes da presenccedila dos switches Plug-and-play self-learning (auto-aprendizado)

Switches natildeo precisam ser configurados

Switch

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Como determinar para qual segmento da LAN encaminhar o quadro Parece um problema de roteamento

Encaminhamento

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Um switch possui uma tabela de switch Entrada na tabela do switch

(endereccedilo MAC interface marca de tempo) Entradas expiradas na tabela satildeo decartadas (TTL pode ser 60 min)

Switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de suas interfaces Quando recebe um quadro o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento da LAN que chega Registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela

Self learning (auto-aprendizado)

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Quando um switch recebe um quadro

indexa a tabela do switch usando end MAC de destinoif entrada for encontrada para o destino

then if dest no segmento deste quadro chegou

then descarta o quadro else encaminha o quadro na interface indicada else flood

Encaminha para todas as interfacesexceto para a que o quadro chegou

Filtragemencaminhamento

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Suponha que C envia um quadro para D

Switch recebe o quadro de C Anota na tabela que C estaacute na interface 1 Como D natildeo estaacute na tabela o switch encaminha o quadro para as

interfaces 2 e 3 Quadro recebido por D

hub hub hub

switch

A

B CD

EF

G H

I

endereccedilo interface

ABEG

1123

12 3

Switch exemplo

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Suponha que D responde com um quadro para C

Switch recebe quadro de D Anota na tabela que D estaacute na interface 2 Como C estaacute na tabela o switch encaminha o quadro apenas para a

interface 1 Quadro recebido por C

hub hub hub

switch

A

B CD

EF

G H

I

endereccedilo interface

ABEGC

11231

Switch exemplo

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A instalaccedilatildeo do switch quebra as sub-redes em segmentos de LAN Switch filtra pacotes

Alguns quadros do mesmo segmento de LAN natildeo satildeo usualmente encaminhados para outros segmento de LAN

Segmentos se tornam separados em domiacutenios de colisatildeo

hub hub hub

switch

domiacutenio de colisatildeo domiacutenio de colisatildeo

domiacutenio de colisatildeo

Switch isolaccedilatildeo de traacutefego

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Switch com muitas interfaces Hospedeiros possuem conexatildeo direta ao switch Sem colisotildees full duplex

Switching A-para-Arsquo e B-para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees

Switches acesso dedicado

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Cut-through switching quadro encaminhado da porta de entrada ateacute a porta de saiacuteda sem ter de primeiro coletar o quadro todo Ligeira reduccedilatildeo na latecircncia

Combinaccedilotildees de interfaces 101001000 Mbps compartilhadasdedicadas

Mais sobre switches

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Redes corporativas

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Ambos satildeo dispositivos store-and-forward Roteadores dispositivos de camada de rede (examinam cabeccedilalhos

da camada de rede) Switches satildeo dispositivos da camada de enlace

Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam algoritmos de roteamento Switches mantecircm tabelas de switch implementam filtragem algoritmos de aprendizagem

Switches vs roteadores

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hubs roteadores switches

isolaccedilatildeo detraacutefego

natildeo sim sim

plug amp play sim natildeo sim

roteamentooacutetimo

natildeo sim natildeo

cutthrough

sim natildeo sim

Resumo comparaccedilatildeo

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A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace de broadcast Sem Media Access Control Natildeo necessita de endereccedilamento MAC expliacutecito Ex dialup link linha ISDN

Protocolos ponto-a-ponto DLC populares PPP (point-to-point protocol) HDLC High level data link control (camada de enlace costumava ser considerada ldquocamada altardquo na pilha de protocolos)

Controle de enlace de dados ponto-a-ponto

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Enquadramento de pacote encapsulamento do datagrama da camada de rede no quadro da camada de enlace Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolo de rede (natildeo apenas o IP) ao mesmo tempo Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo

Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo de bit no campo de dados

Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo) Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do enlace

para a camada de rede Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos terminais

do enlace podem aprender e configurar o endereccedilo de rede dos outros

PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]

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Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros Natildeo haacute controle de fluxo Aceita entregas fora de ordem Natildeo haacute necessidade de suportar enlaces multiponto (ex polling)

Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeo dos dados satildeo todos relegados para as camadas mais altas

PPP natildeo requisitos

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Flag delimitador (enquadramento) Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura) Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacuteltiplos campos de

controle Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o conteuacutedo do

quadro deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)

PPP formato do quadro

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info dados da camada superior sendo transportados CRC verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de erros

PPP formato dos dados

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Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de dados deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt01111110gt

P Se for recebido o padratildeo lt01111110gt satildeo dados ou eacute flag Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte extra com o padratildeo lt

01111101gt (escape) antes de cada byte com o padratildeo de flag lt 01111110gt nos dados

Receptor Um byte 01111101 seguido de 01111110 em seguida descarta o primeiro e continua a recepccedilatildeo de dados Uacutenico byte 01111110 entatildeo eacute um flag

Byte stuffing

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byte com o padratildeodo flag nos dados a enviar

byte com o padratildeo de escape acrescentado nos dados transmitidos seguido por um byte com padratildeo de flag

Byte stuffing

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Antes de trocar dados da camada de rede os parceiros da camada de enlace devem A configurar o enlace PPP (tamanho maacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo) Aprenderconfigurar as informaccedilotildees da camada de rede

Para o IP transportar mensagens do protocolo de controle IP (IPCP) (campo de protocolo 8021) para configuraraprender os

endereccedilos IP

PPP protocolo de controle de dados

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A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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Virtualizaccedilatildeo dos recursos uma poderosa abstraccedilatildeo em engenharia de sistemas Exemplos em computaccedilatildeo memoacuteria virtual dispositivos virtuais

Maacutequinas virtuais ex java IBM VM os dos anos 6070

Camada de abstraccedilotildees natildeo se apega a detalhes da camada mais baixa apenas trata com as camadas mais baixas abstratamente

Virtualizaccedilatildeo das redes

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1974 muacuteltiplas redes desconectadas ARPAnet redes de dados-sobre-cabo rede de pacote por sateacutelite (Aloha) rede de pacotes por raacutedio

hellip diferentes em convenccedilotildees de endereccedilamento formatos do pacote recuperaccedilatildeo de erros roteamento

Internet virtualizaccedilatildeo das redes

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Camada de rede da Internet (IP) Endereccedilamento internetwork

aparece como uma entidade uacutenica e uniforme escondendo a heterogeneidade das redes locais

Rede de redes

Gateway ldquoembute pacotes da Internet no

formato de um pacote local ou os extrairdquo

Rota (no niacutevel de internetwork) para o proacuteximo gateway

Internet virtualizaccedilatildeo das redes

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O que eacute virtualizado Duas camadas de endereccedilamento Internet e rede local Nova camada (IP) torna tudo homogecircneo na camada da Internet Tecnologia da rede local em questatildeo

Cabo Sateacutelite Modem telefocircnico de 56 K Hoje ATM MPLS

hellip ldquoinvisiacutevelrdquo na camada da Internet Parece com uma tecnologia de camada de enlace para o IP

Arquitetura da Internet de Cerf amp Kahn

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ATM MPLS redes separadas em seus proacuteprios direitos Modelos de serviccedilo endereccedilamento roteamento diferentes da Internet

Vistos pela Internet como um enlace loacutegico conectando roteadores IP Assim como o dialup link eacute realmente parte de uma rede separada

(rede telefocircnica)

ATM MPLS de interesse teacutecnico em seu proacuteprio direito

ATM e MPLS

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Padratildeo dos anos 8090 para altas taxas de transmissatildeo (155 Mbps a 622 Mbps e mais altas) arquitetura de Broadband Integrated Service Digital Network (B-ISDN)

Objetivo transporte integrado de voz dados e imagens com foco nas redes puacuteblicas de comunicaccedilatildeo Deve atender aos requisitos de tempoQoS para aplicaccedilotildees de voz

e de viacutedeo (versus o serviccedilo de melhor esforccedilo da Internet) Telefonia de ldquoproacutexima geraccedilatildeordquo fundamentos teacutecnicos no mundo da telefonia Comutaccedilatildeo de pacotes (pacotes de tamanho fixo chamados ldquoceacutelulasrdquo) usando circuitos virtuais

Modo de transferecircncia assiacutencrono ATM

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Camada de adaptaccedilatildeo apenas na borda de uma rede ATM Segmentaccedilatildeo e remontagem dos dados Grosseiramente anaacuteloga agrave camada de transporte da Internet

Camada ATM camada de ldquorederdquo Comutaccedilatildeo de ceacutelulas roteamento

Camada fiacutesica

Sistema final Sistema finalSwitch ATM Switch ATM

Arquitetura ATM

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Visatildeo transporte fim-a-fim ldquoATM de computador a computadorrdquo ATM eacute uma tecnologia de redeRealidade usada para conectar roteadores IP de backbone ldquoIP sobre ATMrdquo ATM como uma camada de enlace comutada conectando roteadores IP

ATM camada de rede ou de enlace

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Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL) ldquoadaptardquo camadas superiores (aplicaccedilotildees IP ou nativas ATM) para a camada ATM abaixo

AAL presente apenas nos sistemas finais natildeo nos comutadores ATM (ldquoswitchesrdquo)

O segmento da camada AAL (campo de cabeccedilalhotrailer e de dados) satildeo fragmentados em muacuteltiplas ceacutelulas ATM Analogia segmento TCP em muitos pacotes IP

Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL)

Sistema final Sistema finalSwitch ATM Switch ATM

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Diferentes versotildees da camada AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM AAL1 para serviccedilo CBR (taxa de bit constante) ex emulaccedilatildeo de circuitos AAL2 para serviccedilos VBR (taxa de bit variaacutevel) ex viacutedeo MPEG AAL5 para dados (ex datagramas IP)

AAL PDU

ceacutelula ATM

Dados de usuaacuterio

subcamadade convergecircncia

subcamadaSAR

Ceacutelula ATM

Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL)

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Serviccedilo transporte de ceacutelulas atraveacutes da rede ATM Anaacuteloga agrave camada de rede IP Serviccedilos muito diferentes da camada de rede IP

Arquiteturade rede

Internet

ATM

ATM

ATM

ATM

Modelo de serviccedilo

melhoresforccediloCBR

VBR

ABR

UBR

Banda

natildeo

taxaconstantetaxagarantidamiacutenimogarantidonatildeo

Perda

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Ordem

natildeo

sim

sim

sim

sim

Tempo

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Aviso decongestatildeo

natildeo (inferidopelas perdas)natildeo haacutecongestatildeonatildeo haacutecongestatildeosim

natildeo

Garantias

Camada ATM

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Transporte em VC ceacutelulas satildeo transportadas sobre VC da fonte ao destino Estabelecimento de conexatildeo necessaacuterio para cada chamada antes que o fluxo de dados possa ser iniciado Cada pacote transporta um identificador de VC (natildeo transporta o endereccedilo do destino) Cada comutador com caminho entre a fonte e o destino manteacutem o ldquoestadordquo para cada conexatildeo passante Recursos do enlace e do comutador (banda passante buffers) podem ser alocados por VC para obter um comportamento semelhante a um circuito fiacutesico

VCs permanentes (PVCs) Conexotildees de longa duraccedilatildeo Tipicamente rota ldquopermanenterdquo entre roteadores IP

VCs comutados (SVC) Dinamicamente criados numa base por chamada

Camadas ATM circuitos virtuais

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Vantagens do uso de circuitos virtuais no ATM Iacutendices de QoS garantidos para conexotildees mapeadas em

circuitos virtuais (banda passante atraso variacircncia de atraso)

Problemas no uso de circuitos virtuais O suporte de traacutefego datagrama eacute ineficiente Um PVC entre cada par origemdestino natildeo tem boa

escalabilidade (N2 conexotildees satildeo necessaacuterias) SVC introduz latecircncia de estabelecimento de conexatildeo e

atrasos de processamento para conexotildees de curta duraccedilatildeo

ATM VCs

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Cabeccedilalho da ceacutelula ATM com 5 bytes Carga uacutetil com 48-bytes

Por quecirc carga uacutetil pequena -gt pequeno atraso de criaccedilatildeo de ceacutelula para voz digitalizada

Meio do caminho entre 32 e 64 (compromisso)

cabeccedilalhoda ceacutelula

formato daceacutelula

3o bit no campo PTvalor 1 indica uacuteltima ceacutelula (AAL-indicate bit)

Camada ATM ceacutelula ATM

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VCI identificador de canal virtual Pode mudar de enlace para enlace atraveacutes da rede

PT tipo de carga uacutetil (ex ceacutelula RM versus ceacutelula de dados) CLP bit de prioridade de perda de ceacutelula

CLP = 1 implica ceacutelula de baixa prioridade pode ser descartada em caso de congestatildeo

HEC verificaccedilatildeo de erros no cabeccedilalho Verificaccedilatildeo ciacuteclica de erros

Cabeccedilalho da ceacutelula ATM

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A camada fiacutesica se compotildee de duas partes (subcamadas ) Subcamada de convergecircncia de transmissatildeo (TCS) adapta a camada

ATM acima agrave subcamada fiacutesica abaixo (PMD) Subcamada dependente do meio depende do tipo de meio fiacutesico que

estaacute sendo empregado

Funccedilotildees da TCS Geraccedilatildeo do checksum do cabeccedilalho 8 bits CRC Delineamento de ceacutelula Com uma subcamada PMD natildeo estruturada transmite ceacutelulas vazias

(ldquoidle cellsrdquo) quando natildeo haacute ceacutelulas de dados a enviar

Camada fiacutesica ATM

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Subcamada dependente do meio fiacutesico (PMD) SONETSDH estrutura de transmissatildeo de quadros (como um

container carregando bits) Sincronizaccedilatildeo de bits Particcedilotildees da banda passante (TDM) Vaacuterias velocidades OC1 = 5184 Mbps OC3 = 15552 Mbps OC12 = 62208 Mbps

T1T3 estrutura de transmissatildeo de quadros (velha hierarquia de telefonia 15 Mbps45 Mbps No Brasil usa-se a hierarquia europeacuteia E1E3 2 34 Mbps

Natildeo estruturada apenas ceacutelulas (ocupadasvazias)

Camada fiacutesica ATM

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Apenas IP claacutessico 3 ldquoredesrdquo (ex segmentos de LAN) Endereccedilos MAC (8023) e IP

IP sobre ATM Substitui ldquorederdquo (ex segmento

de LAN) com a rede ATM Endereccedilos ATM endereccedilos IP

redeATM

EthernetLANs

EthernetLANs

IP-sobre-ATM

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No endereccedilo de origem Camada IP encontra um mapeamento entre o endereccedilo IP e o endereccedilo de destino ATM (usando ARP) Passa o datagrama para a camada de adaptaccedilatildeo AAL5 AAL5 encapsula os dados segmenta em ceacutelulas e passa para a camada ATM

Rede ATM move a ceacutelula para o destino de acordo com o seu VC (circuito virtual)

No hospedeiro de destino AAL5 remonta o datagrama original a partir das ceacutelulas recebidas Se o CRC OK datagrama eacute passado ao IP

Viagem de um datagrama numa rede IP-sobre-ATM

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Questotildees Datagramas IP em ATM AAL5 PDUs Dos endereccedilos IP aos endereccedilos ATM

Da mesma forma que de endereccedilos IP para endereccedilos MAC 8023

redeATM

EthernetLANs

IP-sobre-ATM

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Objetivo inicial aumentar a velocidade de encaminhamento IP usando labels de tamanho fixo (em vez de endereccedilo IP) Mesma ideacuteia do meacutetodo de circuito virtual (VC) Mas o datagrama IP ainda manteacutem o endereccedilo IP

Multiprotocol label switching (MPLS)

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Roteador faz a funccedilatildeo de comutador de roacutetulo Pacotes encaminhados para interface de saiacuteda com base apenas no valor

do roacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP) Tabela de encaminhamento MPLS distinta das tabelas de encaminhamento IP

Protocolo de sinalizaccedilatildeo necessaacuterio para estabelecer o encaminhamento RSVP-TE Encaminhamento eacute possiacutevel por caminhos que o IP sozinho natildeo pode usar (ex roteamento de especificado pela origem) Use MPLS para engenharia de traacutefego

Deve coexistir com roteadores unicamente IP

Roteadores MPLS

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Tabelas de encaminhamento MPLS

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Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace Detecccedilatildeo de erros correccedilatildeo Compartilhando um canal broadcast acesso muacuteltiplo Endereccedilamento da camada de enlace

Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de vaacuterias tecnologias da camada de enlace Ethernet LANS comutadas PPP Redes virtualizadas como uma camada de enlace ATM MPLS

Resumo

Page 12: Capítulo 5 Redes de computadores e a Internet A camada de enlace e redes locais

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Encara os bits de dados D como um nuacutemero binaacuterio Escolhe um padratildeo gerador de r + 1 bit G Objetivo escolhe r CRC bits R tal que

ltDRgt eacute divisiacutevel de forma exata por G (moacutedulo 2) Receptor conhece G divide ltDRgt por G Se o resto eacute diferente

de zero erro detectado Pode detectar todos os erros em sequumlecircncia (burst errors) com

comprimento menor que r + 1 bit Largamente usado na praacutetica (ATM HDCL)

Verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica

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desejadoD2r XOR R = nG

equivalente aD2r = nG XOR R

equivalente a se noacutes dividimos D2r por

G buscamos resto R

R = resto[ ]D2rG

Exemplo de CRC

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A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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Trecircs tipos de enlaces Ponto-a-ponto (fio uacutenico ex PPP SLIP) Broadcast (fio ou meio compartilhado)

Ethernet tradicional Upstream HFC 80211 LAN sem fio

Enlaces de acesso muacuteltiplo e protocolos

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Canal de comunicaccedilatildeo uacutenico e compartilhado Duas ou mais transmissotildees simultacircneas pelos noacutes interferecircncia

Colisatildeo se um noacute receber dois ou mais sinais ao mesmo tempo

Protocolo de muacuteltiplo acesso Algoritmo distribuiacutedo que determina como as estaccedilotildees compartilham o canal isto eacute determinam quando cada estaccedilatildeo pode transmitir

Comunicaccedilatildeo sobre o compartilhamento do canal deve utilizar o proacutepro canal

Nenhum canal fora-de-banda para coordenaccedilatildeo

Protocolos de acesso muacuteltiplo

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Canal de broadcast de taxa R bps1 Quando um noacute quer transmitir ele pode enviar a uma taxa R2 Quando M noacutes querem transmitir cada um envia a uma taxa

meacutedia RM3 Totalmente descentralizada

Nenhum noacute especial para coordenar transmissotildees Nenhuma sincronizaccedilatildeo de reloacutegios e compartimentos

4 Simples

Protocolo ideal de muacuteltiplo acesso

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Trecircs grandes classes Particionamento de canal

Divide o canal em pedaccedilos menores (compartimentos de tempo frequumlecircncia)

Aloca um pedaccedilo para uso exclusivo de cada noacute

Acesso aleatoacuterio Canal natildeo dividido permite colisotildees ldquorecuperaccedilatildeordquo das colisotildees

Passagem de permissatildeo Noacutes transmitem nos seus turnos mas com mais volume para enviar

podem usar turnos mais longos

Protocolos MAC uma taxonomia

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TDMA acesso muacuteltiplo por divisatildeo temporal Acesso ao canal eacute feito por rdquoturnos Cada estaccedilatildeo controla um compartimento (ldquoslotrdquo) de tamanho

fixo (tamanho = tempo de transmissatildeo de pacote) em cada turno Compartimentos natildeo usados satildeo desperdiccedilados Exemplo rede local com 6 estaccedilotildees 1 3 4 tecircm pacotes

compartimentos 2 5 6 ficam vazios

Protocolos MAC com particionamento de canal TDMA

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FDMA acesso muacuteltiplo por divisatildeo de frequumlecircncia Oespectro do canal eacute dividido em bandas de frequumlecircncia Cada estaccedilatildeo recebe uma banda de frequumlecircncia Tempo de transmissatildeo natildeo usado nas bandas de frequumlecircncia eacute desperdiccedilado Exemplo rede local com 6 estaccedilotildees 1 3 4 tecircm pacotes as bandas de

frequumlecircncia 2 5 6 ficam vazias bandas

de f

requumlecircnci

a tempo

Protocolos MAC com particionamento de canal FDMA

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Quando o noacute tem um pacote a enviar Transmite com toda a taxa do canal R Natildeo haacute uma regra de coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes

Dois ou mais noacutes transmitindo -gt ldquocolisatildeordquo

Protocolo MAC de acesso aleatoacuterio especifica Como detectar colisotildees Como as estaccedilotildees se recuperam das colisotildees (ex via retransmissotildees

atrasadas) Exemplos de protocolos MAC de acesso aleatoacuterio

slotted ALOHA ALOHA CSMA e CSMACD

Protocolos de acesso aleatoacuterio

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Suposiccedilotildees Todos os quadros de mesmo tamanho Tempo dividido em slots de mesmo tamanho tempo para

transmitir 1 quadro Noacutes comeccedilam a transmitir quadros apenas no iniacutecio dos slots Noacutes satildeo sincronizados Se 2 ou mais noacutes transmitem no slot todos os noacutes detectam a

colisatildeo

Operaccedilatildeo Quando um noacute obteacutem um novo quadro ele transmite no proacuteximo

slot Sem colisatildeo o noacute pode enviar o novo quadro no proacuteximo slot Se haacute colisatildeo o noacute retransmite o quadro em cada slot

subsequumlente com prob p ateacute o successo

Slotted ALOHA

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Proacutes Um uacutenico noacute ativo pode transmitir continuamente com a taxa completa

de canal Altamente descentralizada somente slots em noacutes precisam ser

sincronizados Simples

Contras Colisotildees desperdiacutecio de slots Slots ociosos Noacutes podem detectar colisatildeo em menos tempo do que o tempo para

transmitir o pacote Sincronizaccedilatildeo de clock

Slotted ALOHA

LegendaC = Intervalo de colisatildeoE = Intervalo vazioS = Intervalo bem-sucedido

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Eficiecircncia eacute a fraccedilatildeo de slots bem-sucedidos quando haacute muitos noacutes cada um com muitos quadros para enviar

Suponha N noacutes com muitos quadros para enviar cada um transmite no slot com probabilidade p

Prob de o noacute 1 obter successo num slot = p(1-p)N-1

Prob de qualquer noacute obter um successo = Np(1-p)N-1

Para maacutexima eficiecircncia com N noacutes encontre p que maximiza Np(1-p)N-1

Para muitos noacutes o limite de Np(1-p)N-1 com N indo ao infinito resulta 1e = 37

No maacuteximo uso do canal para envio de dados uacuteteis 37 do tempo

Eficiecircncia do slotted Aloha

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Unslotted Aloha operaccedilatildeo mais simples natildeo haacute sincronizaccedilatildeo

Pacote necessita transmissatildeo Enviar sem esperar pelo iniacutecio de um compartimento

A probabilidade de colisatildeo aumentaPacote enviado em t0 colide com outros pacotes enviados em [t0-1 t0+1]

Aloha puro (unslotted)

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P(successo de um dado noacute) = P(noacute transmitir)

P(nenhum outro noacute transmitir em [p0-1p0]

P(nenhum outro noacute transmitir em [p0-1p0]

= p (1-p)N-1 (1-p)N-1

= p (1-p)2(N-1)

hellip escolhendo p oacutetimo e entatildeo deixando n -gt infinito

= 1(2e) = 18

Ainda pior

Eficiecircncia do Aloha puro

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CSMA escuta antes de transmitir Se o canal parece vazio transmite o pacote Se o canal estaacute ocupado adia a transmissatildeo Analogia humana natildeo interrompa os outros

CSMA Carrier Sense Multiple Access

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Colisotildees podem ocorrero atraso de propagaccedilatildeo implica que dois noacutes podem natildeo ouvir as transmissotildees do outro

Colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo do pacote eacute desperdiccedilado

Notepapel da distacircncia e do atraso de propagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo

arranjo espacial dos noacutes na rede

Colisotildees no CSMA

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CSMACD detecccedilatildeo de portadora deferecircncia como no CSMA Colisotildees detectadas num tempo mais curto Transmissotildees com colisotildees satildeo interrompidas reduzindo o desperdiacutecio do canal Detecccedilatildeo de colisatildeo Faacutecil em LANs cabeadas mediccedilatildeo da intensidade do sinal comparaccedilatildeo dos sinais transmitidos e recebidos Difiacutecil em LANs sem fio receptor desligado enquanto transmitindo Analogia humana o ldquobom de papordquo educado

CSMACD (detecccedilatildeo de colisatildeo)

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CSMACD detecccedilatildeo de colisatildeo

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Protocolos MAC com particionamento de canais Compartilham o canal eficientemente quando a carga eacute alta e bem distribuiacuteda Ineficiente nas cargas baixas atraso no acesso ao canal A estaccedilatildeo consegue uma banda de 1N da capacidade do canal mesmo que haja apenas 1 noacute ativo

Protocolos MAC de acesso aleatoacuterio Eficiente nas cargas baixas um uacutenico noacute pode usar todo o canal Cargas altas excesso de colisotildees

Protocolos de passagem de permissatildeoBuscam o melhor dos dois mundos

Protocolos MAC com passagem de permissatildeo

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Polling Noacute mestre ldquoconvidardquo os escravos a transmitirem um de cada vez Problemas

Polling overhead Latecircncia Ponto uacutenico de falha (mestre)

Token passing Controla um token passado de um noacute a outro sequumlencialmente Mensagem token Problemas

Token overhead Latecircncia Ponto uacutenico de falha (token)

Protocolos MAC com passagem de permissatildeo

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Como se faz com um canal compartilhado Particionamento de canal no tempo por frequumlecircncia ou por coacutedigo

Divisatildeo temporal divisatildeo por coacutedigo divisatildeo por frequumlecircncia Particionamento aleatoacuterio (dinacircmico)

ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACD Detecccedilatildeo de portadora faacutecil em alguns meios fiacutesicos (cabos) e

difiacutecil em outros (wireless) CSMACD usado na rede Ethernet CSMACA usado em 80211

Passagem de permissatildeo Polling a partir de um site central passagem de token

Sumaacuterio dos protocolos MAC

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Camada de enlace ateacute agora Serviccedilos detecccedilatildeo de erroscorreccedilatildeo acesso muacuteltiplo

A seguir tecnologias de redes locais (LAN) Endereccedilamento Ethernet hubs pontes switches PPP

Tecnologias de LAN

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A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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Endereccedilos IP de 32-bit Endereccedilos da camada de rede Usados para levar o datagrama ateacute a rede de destino (lembre-se

da definiccedilatildeo de rede IP)

Endereccedilo de LAN (ou MAC ou fiacutesico) Usado para levar o datagrama de uma interface fiacutesica a outra

fisicamente conectada com a primeira (isto eacute na mesma rede) Endereccedilos MAC com 48 bits (na maioria das LANs)

gravados na memoacuteria fixa (ROM) do adaptador de rede

Endereccedilos de LAN e ARP

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A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEE O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (para

assegurar a unicidade)

Analogia (a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG (b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal

Endereccedilamento MAC eacute ldquoflatrdquo =gt portabilidade Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra sem

reconfiguraccedilatildeo de endereccedilo MAC

Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevel Depende da rede na qual se estaacute ligado

Endereccedilos de LAN (mais)

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Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de Bdado o endereccedilo IP de B Cada noacute IP (hospedeiro roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabela ARP Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt

lt IP address MAC address TTLgt TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamento de

endereccedilos seraacute esquecido (tipicamente 20 min)

ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de resoluccedilatildeo de endereccedilos)

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A que enviar um datagrama para B e o endereccedilo MAS de B natildeo estaacute na tabela ARP de A

A faz broadcast de pacote de consulta ARB contendo o endereccedilo IP de B end MAC de destino = FF-FF-FF-FF-FF-FF todas as maacutequinas na LAN recebem a consulta ARP

B recebe o pacote ARP responde para A com seu endereccedilo MAC (de B) Quadro enviado para o end MAC de A (unicast)

A faz um cache (salva) o par de endereccedilos IP para MAC em sua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo se torne antiga (expirada) soft state informaccedilatildeo que expira (eacute descartada) sem atualizaccedilatildeo

ARP eacute ldquoplug-and-playrdquo Noacutes criam suas tabelas ARP sem intervenccedilatildeo do administrador da rede

Protocolo ARP Mesma LAN (network)

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objetivo envia datagrama de A para B via R supotildee que A conhece o endereccedilo IP de B

bull Duas tabelas ARP no roteador R um para cada rede IP (LAN)

Roteamento para outra LAN

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A cria o pacote IP com origem A destino B A usa ARP para obter o endereccedilo de camada fiacutesica de R correspondente ao

endereccedilo IP 111111111110 A cria um quadro Ethernet com o endereccedilo fiacutesico de R como destino o

quadro Ethernet conteacutem o datagrama IP de A para B A camada de enlace de A envia o quadroEthernet A camada de enlace de R recebe o quadro Ethernet R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verifica que ele se destina a

B R usa ARP para obter o endereccedilo fiacutesico de B R cria quadro contendo um datagrama de A para B e envia para B

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A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo Barato R$20 por 100Mbps Primeira tecnologia de LAN largamente usada Mais simples e mais barata que LANs com token e ATM Velocidade crescente 10Mbps ndash 10Gbps

esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf

Ethernet

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Topologia de bus popular em meados dos anos 90 Agora a topologia em estrela prevalece Opccedilotildees de conexatildeo hub ou switch (mais adiante)

Topologia em estrela

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Adaptador do transmissor encapsula o datagrama IP (ou outro pacote de protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet

Preacircmbulo bull 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte com padratildeo 10101011bull usado para sincronizar as taxas de reloacutegio do transmissor e do receptor

Estrutura do quadro Ethernet

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Endereccedilos 6 bytes Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de destino coincidente ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa o dado no quadro para o protocolo da camada de rede

Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP mas outros podem ser suportados tais como Novell IPX e AppleTalk)

CRC verificado no receptor se um erro eacute detectado o quadro eacute simplesmente descartado

Estrutura do quadro Ethernet

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Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o receptor

Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou nacks para o adaptador transmissor O fluxo de datagramas que passa para a camada de rede pode deixar

lacunas Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCP Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas

Serviccedilo natildeo confiaacutevel sem conexatildeo

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Sem slots Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador

transmitindo isto eacute carrier sense O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador

transmitindo isto eacute collision detection Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo

aleatoacuterio isto eacute random access

Ethernet usa CSMACD

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1 Adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmitir o

quadro Se ele detecta o canal ocupado espera ateacute ele ficar livre e entatildeo transmite

3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo sua missatildeo com esse quadro estaacute cumprida

4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta e envia um jam signal

5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a m-eacutesima colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2m-1 O adaptador espera K512 tempos de bit e retorna ao passo 2

Algoritmo CSMACD da Ethernet

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Jam signal garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo 48 bitsBit time 1 microseg para Ethernet de 10 Mbpspara K=1023 o tempo de espera eacute cerca de 50 mseg

Veja o applet Java no Web site da AWL altamemte recomendadoExponential backoff Objetivo adaptar tentativas de retransmissatildeo para carga atual da rede

Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longa Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacute

K x 512 tempos de transmissatildeo de bit Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3hellip Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023

Ethernet CSMACD

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Tprop = propagaccedilatildeo maacutexima entre 2 noacutes na LAN

ttrans = tempo para transmitir um quadro de tamanho maacuteximo

Eficiecircncia tende a 1 quando tprop tende a 0

Tende a 1 quando ttrans tende ao infinito Muito melhor do que o ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato

transprop tt 51

1eficiecircncia

Eficiecircncia do CSMACD

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Taxa de 10100 Mbps chamado mais tarde de ldquofast ethernetrdquo T significa ldquoTwisted Pairrdquo (par de fios tranccedilados de cobre) Noacutes se conectam a um hub ldquotopologia em estrelardquo 100 m eacute a distacircncia

maacutexima entre os noacutes e o hub

10BaseT e 100BaseT

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Hubs satildeo essencialmente repetidores de camada fiacutesica Bits que chegam de um enlace se propagam para todos os outros enlaces Com a mesma taxa Natildeo possuem armazenagem de quadros Natildeo haacute CSMACD no hub adaptadores detectam colisotildees Provecirc funcionalidade de gerenciamento de rede

Hubs

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Usada em 10BaseT Cada bit possui uma transiccedilatildeo Permite que os reloacutegios nos noacutes de transmissatildeo e de recepccedilatildeo possam

sincronizar um com o outro Natildeo eacute necessaacuterio reloacutegio global centralizado entre os noacutes

Ei isso eacute coisa de camada fiacutesica

Codificaccedilatildeo Manchester

Codificaccedilatildeo Manchester

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Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeo Permite enlaces ponto-a-ponto e canais de muacuteltiplo acesso

compartilhados No modo compartilhado o CSMACD eacute usado exige pequenas

distacircncias entre os noacutes para ser eficiente Usa hubs chamados aqui de Distribuidores com Armazenagem

ldquoBuffered Distributorsrdquo Full-Duplex a 1 Gbps para enlaces ponto-a-ponto 10 Gbps agora

Gigabit Ethernet

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A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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Hub de backbone interconecta segmentos de LAN Estende a distacircncia maacutexima entre os noacutes Mas domiacutenios de colisatildeo individuais tornam-se um uacutenico e grande

domiacutenio de colisatildeo Natildeo pode interconectar 10BaseT e 100BaseT

Interconexatildeo com hubs

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Dispositivo de camada de enlace Armazena e encaminha quadros Ethernet Examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o

quadro baseado no endereccedilo MAC de destino Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento

usa CSMACD para acessar o segmento Transparente

Hospedeiros satildeo inconscientes da presenccedila dos switches Plug-and-play self-learning (auto-aprendizado)

Switches natildeo precisam ser configurados

Switch

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Como determinar para qual segmento da LAN encaminhar o quadro Parece um problema de roteamento

Encaminhamento

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Um switch possui uma tabela de switch Entrada na tabela do switch

(endereccedilo MAC interface marca de tempo) Entradas expiradas na tabela satildeo decartadas (TTL pode ser 60 min)

Switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de suas interfaces Quando recebe um quadro o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento da LAN que chega Registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela

Self learning (auto-aprendizado)

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Quando um switch recebe um quadro

indexa a tabela do switch usando end MAC de destinoif entrada for encontrada para o destino

then if dest no segmento deste quadro chegou

then descarta o quadro else encaminha o quadro na interface indicada else flood

Encaminha para todas as interfacesexceto para a que o quadro chegou

Filtragemencaminhamento

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5 - 62copy 2005 by Pearson Education

Suponha que C envia um quadro para D

Switch recebe o quadro de C Anota na tabela que C estaacute na interface 1 Como D natildeo estaacute na tabela o switch encaminha o quadro para as

interfaces 2 e 3 Quadro recebido por D

hub hub hub

switch

A

B CD

EF

G H

I

endereccedilo interface

ABEG

1123

12 3

Switch exemplo

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5 - 63copy 2005 by Pearson Education

Suponha que D responde com um quadro para C

Switch recebe quadro de D Anota na tabela que D estaacute na interface 2 Como C estaacute na tabela o switch encaminha o quadro apenas para a

interface 1 Quadro recebido por C

hub hub hub

switch

A

B CD

EF

G H

I

endereccedilo interface

ABEGC

11231

Switch exemplo

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A instalaccedilatildeo do switch quebra as sub-redes em segmentos de LAN Switch filtra pacotes

Alguns quadros do mesmo segmento de LAN natildeo satildeo usualmente encaminhados para outros segmento de LAN

Segmentos se tornam separados em domiacutenios de colisatildeo

hub hub hub

switch

domiacutenio de colisatildeo domiacutenio de colisatildeo

domiacutenio de colisatildeo

Switch isolaccedilatildeo de traacutefego

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Switch com muitas interfaces Hospedeiros possuem conexatildeo direta ao switch Sem colisotildees full duplex

Switching A-para-Arsquo e B-para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees

Switches acesso dedicado

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Cut-through switching quadro encaminhado da porta de entrada ateacute a porta de saiacuteda sem ter de primeiro coletar o quadro todo Ligeira reduccedilatildeo na latecircncia

Combinaccedilotildees de interfaces 101001000 Mbps compartilhadasdedicadas

Mais sobre switches

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Redes corporativas

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Ambos satildeo dispositivos store-and-forward Roteadores dispositivos de camada de rede (examinam cabeccedilalhos

da camada de rede) Switches satildeo dispositivos da camada de enlace

Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam algoritmos de roteamento Switches mantecircm tabelas de switch implementam filtragem algoritmos de aprendizagem

Switches vs roteadores

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hubs roteadores switches

isolaccedilatildeo detraacutefego

natildeo sim sim

plug amp play sim natildeo sim

roteamentooacutetimo

natildeo sim natildeo

cutthrough

sim natildeo sim

Resumo comparaccedilatildeo

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A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace de broadcast Sem Media Access Control Natildeo necessita de endereccedilamento MAC expliacutecito Ex dialup link linha ISDN

Protocolos ponto-a-ponto DLC populares PPP (point-to-point protocol) HDLC High level data link control (camada de enlace costumava ser considerada ldquocamada altardquo na pilha de protocolos)

Controle de enlace de dados ponto-a-ponto

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Enquadramento de pacote encapsulamento do datagrama da camada de rede no quadro da camada de enlace Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolo de rede (natildeo apenas o IP) ao mesmo tempo Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo

Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo de bit no campo de dados

Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo) Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do enlace

para a camada de rede Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos terminais

do enlace podem aprender e configurar o endereccedilo de rede dos outros

PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]

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Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros Natildeo haacute controle de fluxo Aceita entregas fora de ordem Natildeo haacute necessidade de suportar enlaces multiponto (ex polling)

Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeo dos dados satildeo todos relegados para as camadas mais altas

PPP natildeo requisitos

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Flag delimitador (enquadramento) Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura) Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacuteltiplos campos de

controle Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o conteuacutedo do

quadro deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)

PPP formato do quadro

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info dados da camada superior sendo transportados CRC verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de erros

PPP formato dos dados

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Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de dados deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt01111110gt

P Se for recebido o padratildeo lt01111110gt satildeo dados ou eacute flag Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte extra com o padratildeo lt

01111101gt (escape) antes de cada byte com o padratildeo de flag lt 01111110gt nos dados

Receptor Um byte 01111101 seguido de 01111110 em seguida descarta o primeiro e continua a recepccedilatildeo de dados Uacutenico byte 01111110 entatildeo eacute um flag

Byte stuffing

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byte com o padratildeodo flag nos dados a enviar

byte com o padratildeo de escape acrescentado nos dados transmitidos seguido por um byte com padratildeo de flag

Byte stuffing

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Antes de trocar dados da camada de rede os parceiros da camada de enlace devem A configurar o enlace PPP (tamanho maacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo) Aprenderconfigurar as informaccedilotildees da camada de rede

Para o IP transportar mensagens do protocolo de controle IP (IPCP) (campo de protocolo 8021) para configuraraprender os

endereccedilos IP

PPP protocolo de controle de dados

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5 - 79copy 2005 by Pearson Education

A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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Virtualizaccedilatildeo dos recursos uma poderosa abstraccedilatildeo em engenharia de sistemas Exemplos em computaccedilatildeo memoacuteria virtual dispositivos virtuais

Maacutequinas virtuais ex java IBM VM os dos anos 6070

Camada de abstraccedilotildees natildeo se apega a detalhes da camada mais baixa apenas trata com as camadas mais baixas abstratamente

Virtualizaccedilatildeo das redes

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1974 muacuteltiplas redes desconectadas ARPAnet redes de dados-sobre-cabo rede de pacote por sateacutelite (Aloha) rede de pacotes por raacutedio

hellip diferentes em convenccedilotildees de endereccedilamento formatos do pacote recuperaccedilatildeo de erros roteamento

Internet virtualizaccedilatildeo das redes

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Camada de rede da Internet (IP) Endereccedilamento internetwork

aparece como uma entidade uacutenica e uniforme escondendo a heterogeneidade das redes locais

Rede de redes

Gateway ldquoembute pacotes da Internet no

formato de um pacote local ou os extrairdquo

Rota (no niacutevel de internetwork) para o proacuteximo gateway

Internet virtualizaccedilatildeo das redes

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O que eacute virtualizado Duas camadas de endereccedilamento Internet e rede local Nova camada (IP) torna tudo homogecircneo na camada da Internet Tecnologia da rede local em questatildeo

Cabo Sateacutelite Modem telefocircnico de 56 K Hoje ATM MPLS

hellip ldquoinvisiacutevelrdquo na camada da Internet Parece com uma tecnologia de camada de enlace para o IP

Arquitetura da Internet de Cerf amp Kahn

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ATM MPLS redes separadas em seus proacuteprios direitos Modelos de serviccedilo endereccedilamento roteamento diferentes da Internet

Vistos pela Internet como um enlace loacutegico conectando roteadores IP Assim como o dialup link eacute realmente parte de uma rede separada

(rede telefocircnica)

ATM MPLS de interesse teacutecnico em seu proacuteprio direito

ATM e MPLS

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Padratildeo dos anos 8090 para altas taxas de transmissatildeo (155 Mbps a 622 Mbps e mais altas) arquitetura de Broadband Integrated Service Digital Network (B-ISDN)

Objetivo transporte integrado de voz dados e imagens com foco nas redes puacuteblicas de comunicaccedilatildeo Deve atender aos requisitos de tempoQoS para aplicaccedilotildees de voz

e de viacutedeo (versus o serviccedilo de melhor esforccedilo da Internet) Telefonia de ldquoproacutexima geraccedilatildeordquo fundamentos teacutecnicos no mundo da telefonia Comutaccedilatildeo de pacotes (pacotes de tamanho fixo chamados ldquoceacutelulasrdquo) usando circuitos virtuais

Modo de transferecircncia assiacutencrono ATM

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Camada de adaptaccedilatildeo apenas na borda de uma rede ATM Segmentaccedilatildeo e remontagem dos dados Grosseiramente anaacuteloga agrave camada de transporte da Internet

Camada ATM camada de ldquorederdquo Comutaccedilatildeo de ceacutelulas roteamento

Camada fiacutesica

Sistema final Sistema finalSwitch ATM Switch ATM

Arquitetura ATM

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Visatildeo transporte fim-a-fim ldquoATM de computador a computadorrdquo ATM eacute uma tecnologia de redeRealidade usada para conectar roteadores IP de backbone ldquoIP sobre ATMrdquo ATM como uma camada de enlace comutada conectando roteadores IP

ATM camada de rede ou de enlace

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Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL) ldquoadaptardquo camadas superiores (aplicaccedilotildees IP ou nativas ATM) para a camada ATM abaixo

AAL presente apenas nos sistemas finais natildeo nos comutadores ATM (ldquoswitchesrdquo)

O segmento da camada AAL (campo de cabeccedilalhotrailer e de dados) satildeo fragmentados em muacuteltiplas ceacutelulas ATM Analogia segmento TCP em muitos pacotes IP

Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL)

Sistema final Sistema finalSwitch ATM Switch ATM

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Diferentes versotildees da camada AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM AAL1 para serviccedilo CBR (taxa de bit constante) ex emulaccedilatildeo de circuitos AAL2 para serviccedilos VBR (taxa de bit variaacutevel) ex viacutedeo MPEG AAL5 para dados (ex datagramas IP)

AAL PDU

ceacutelula ATM

Dados de usuaacuterio

subcamadade convergecircncia

subcamadaSAR

Ceacutelula ATM

Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL)

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Serviccedilo transporte de ceacutelulas atraveacutes da rede ATM Anaacuteloga agrave camada de rede IP Serviccedilos muito diferentes da camada de rede IP

Arquiteturade rede

Internet

ATM

ATM

ATM

ATM

Modelo de serviccedilo

melhoresforccediloCBR

VBR

ABR

UBR

Banda

natildeo

taxaconstantetaxagarantidamiacutenimogarantidonatildeo

Perda

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Ordem

natildeo

sim

sim

sim

sim

Tempo

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Aviso decongestatildeo

natildeo (inferidopelas perdas)natildeo haacutecongestatildeonatildeo haacutecongestatildeosim

natildeo

Garantias

Camada ATM

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Transporte em VC ceacutelulas satildeo transportadas sobre VC da fonte ao destino Estabelecimento de conexatildeo necessaacuterio para cada chamada antes que o fluxo de dados possa ser iniciado Cada pacote transporta um identificador de VC (natildeo transporta o endereccedilo do destino) Cada comutador com caminho entre a fonte e o destino manteacutem o ldquoestadordquo para cada conexatildeo passante Recursos do enlace e do comutador (banda passante buffers) podem ser alocados por VC para obter um comportamento semelhante a um circuito fiacutesico

VCs permanentes (PVCs) Conexotildees de longa duraccedilatildeo Tipicamente rota ldquopermanenterdquo entre roteadores IP

VCs comutados (SVC) Dinamicamente criados numa base por chamada

Camadas ATM circuitos virtuais

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Vantagens do uso de circuitos virtuais no ATM Iacutendices de QoS garantidos para conexotildees mapeadas em

circuitos virtuais (banda passante atraso variacircncia de atraso)

Problemas no uso de circuitos virtuais O suporte de traacutefego datagrama eacute ineficiente Um PVC entre cada par origemdestino natildeo tem boa

escalabilidade (N2 conexotildees satildeo necessaacuterias) SVC introduz latecircncia de estabelecimento de conexatildeo e

atrasos de processamento para conexotildees de curta duraccedilatildeo

ATM VCs

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Cabeccedilalho da ceacutelula ATM com 5 bytes Carga uacutetil com 48-bytes

Por quecirc carga uacutetil pequena -gt pequeno atraso de criaccedilatildeo de ceacutelula para voz digitalizada

Meio do caminho entre 32 e 64 (compromisso)

cabeccedilalhoda ceacutelula

formato daceacutelula

3o bit no campo PTvalor 1 indica uacuteltima ceacutelula (AAL-indicate bit)

Camada ATM ceacutelula ATM

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VCI identificador de canal virtual Pode mudar de enlace para enlace atraveacutes da rede

PT tipo de carga uacutetil (ex ceacutelula RM versus ceacutelula de dados) CLP bit de prioridade de perda de ceacutelula

CLP = 1 implica ceacutelula de baixa prioridade pode ser descartada em caso de congestatildeo

HEC verificaccedilatildeo de erros no cabeccedilalho Verificaccedilatildeo ciacuteclica de erros

Cabeccedilalho da ceacutelula ATM

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A camada fiacutesica se compotildee de duas partes (subcamadas ) Subcamada de convergecircncia de transmissatildeo (TCS) adapta a camada

ATM acima agrave subcamada fiacutesica abaixo (PMD) Subcamada dependente do meio depende do tipo de meio fiacutesico que

estaacute sendo empregado

Funccedilotildees da TCS Geraccedilatildeo do checksum do cabeccedilalho 8 bits CRC Delineamento de ceacutelula Com uma subcamada PMD natildeo estruturada transmite ceacutelulas vazias

(ldquoidle cellsrdquo) quando natildeo haacute ceacutelulas de dados a enviar

Camada fiacutesica ATM

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Subcamada dependente do meio fiacutesico (PMD) SONETSDH estrutura de transmissatildeo de quadros (como um

container carregando bits) Sincronizaccedilatildeo de bits Particcedilotildees da banda passante (TDM) Vaacuterias velocidades OC1 = 5184 Mbps OC3 = 15552 Mbps OC12 = 62208 Mbps

T1T3 estrutura de transmissatildeo de quadros (velha hierarquia de telefonia 15 Mbps45 Mbps No Brasil usa-se a hierarquia europeacuteia E1E3 2 34 Mbps

Natildeo estruturada apenas ceacutelulas (ocupadasvazias)

Camada fiacutesica ATM

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Apenas IP claacutessico 3 ldquoredesrdquo (ex segmentos de LAN) Endereccedilos MAC (8023) e IP

IP sobre ATM Substitui ldquorederdquo (ex segmento

de LAN) com a rede ATM Endereccedilos ATM endereccedilos IP

redeATM

EthernetLANs

EthernetLANs

IP-sobre-ATM

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No endereccedilo de origem Camada IP encontra um mapeamento entre o endereccedilo IP e o endereccedilo de destino ATM (usando ARP) Passa o datagrama para a camada de adaptaccedilatildeo AAL5 AAL5 encapsula os dados segmenta em ceacutelulas e passa para a camada ATM

Rede ATM move a ceacutelula para o destino de acordo com o seu VC (circuito virtual)

No hospedeiro de destino AAL5 remonta o datagrama original a partir das ceacutelulas recebidas Se o CRC OK datagrama eacute passado ao IP

Viagem de um datagrama numa rede IP-sobre-ATM

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Questotildees Datagramas IP em ATM AAL5 PDUs Dos endereccedilos IP aos endereccedilos ATM

Da mesma forma que de endereccedilos IP para endereccedilos MAC 8023

redeATM

EthernetLANs

IP-sobre-ATM

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Objetivo inicial aumentar a velocidade de encaminhamento IP usando labels de tamanho fixo (em vez de endereccedilo IP) Mesma ideacuteia do meacutetodo de circuito virtual (VC) Mas o datagrama IP ainda manteacutem o endereccedilo IP

Multiprotocol label switching (MPLS)

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Roteador faz a funccedilatildeo de comutador de roacutetulo Pacotes encaminhados para interface de saiacuteda com base apenas no valor

do roacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP) Tabela de encaminhamento MPLS distinta das tabelas de encaminhamento IP

Protocolo de sinalizaccedilatildeo necessaacuterio para estabelecer o encaminhamento RSVP-TE Encaminhamento eacute possiacutevel por caminhos que o IP sozinho natildeo pode usar (ex roteamento de especificado pela origem) Use MPLS para engenharia de traacutefego

Deve coexistir com roteadores unicamente IP

Roteadores MPLS

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Tabelas de encaminhamento MPLS

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Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace Detecccedilatildeo de erros correccedilatildeo Compartilhando um canal broadcast acesso muacuteltiplo Endereccedilamento da camada de enlace

Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de vaacuterias tecnologias da camada de enlace Ethernet LANS comutadas PPP Redes virtualizadas como uma camada de enlace ATM MPLS

Resumo

Page 13: Capítulo 5 Redes de computadores e a Internet A camada de enlace e redes locais

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desejadoD2r XOR R = nG

equivalente aD2r = nG XOR R

equivalente a se noacutes dividimos D2r por

G buscamos resto R

R = resto[ ]D2rG

Exemplo de CRC

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A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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Trecircs tipos de enlaces Ponto-a-ponto (fio uacutenico ex PPP SLIP) Broadcast (fio ou meio compartilhado)

Ethernet tradicional Upstream HFC 80211 LAN sem fio

Enlaces de acesso muacuteltiplo e protocolos

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Canal de comunicaccedilatildeo uacutenico e compartilhado Duas ou mais transmissotildees simultacircneas pelos noacutes interferecircncia

Colisatildeo se um noacute receber dois ou mais sinais ao mesmo tempo

Protocolo de muacuteltiplo acesso Algoritmo distribuiacutedo que determina como as estaccedilotildees compartilham o canal isto eacute determinam quando cada estaccedilatildeo pode transmitir

Comunicaccedilatildeo sobre o compartilhamento do canal deve utilizar o proacutepro canal

Nenhum canal fora-de-banda para coordenaccedilatildeo

Protocolos de acesso muacuteltiplo

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Canal de broadcast de taxa R bps1 Quando um noacute quer transmitir ele pode enviar a uma taxa R2 Quando M noacutes querem transmitir cada um envia a uma taxa

meacutedia RM3 Totalmente descentralizada

Nenhum noacute especial para coordenar transmissotildees Nenhuma sincronizaccedilatildeo de reloacutegios e compartimentos

4 Simples

Protocolo ideal de muacuteltiplo acesso

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Trecircs grandes classes Particionamento de canal

Divide o canal em pedaccedilos menores (compartimentos de tempo frequumlecircncia)

Aloca um pedaccedilo para uso exclusivo de cada noacute

Acesso aleatoacuterio Canal natildeo dividido permite colisotildees ldquorecuperaccedilatildeordquo das colisotildees

Passagem de permissatildeo Noacutes transmitem nos seus turnos mas com mais volume para enviar

podem usar turnos mais longos

Protocolos MAC uma taxonomia

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TDMA acesso muacuteltiplo por divisatildeo temporal Acesso ao canal eacute feito por rdquoturnos Cada estaccedilatildeo controla um compartimento (ldquoslotrdquo) de tamanho

fixo (tamanho = tempo de transmissatildeo de pacote) em cada turno Compartimentos natildeo usados satildeo desperdiccedilados Exemplo rede local com 6 estaccedilotildees 1 3 4 tecircm pacotes

compartimentos 2 5 6 ficam vazios

Protocolos MAC com particionamento de canal TDMA

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FDMA acesso muacuteltiplo por divisatildeo de frequumlecircncia Oespectro do canal eacute dividido em bandas de frequumlecircncia Cada estaccedilatildeo recebe uma banda de frequumlecircncia Tempo de transmissatildeo natildeo usado nas bandas de frequumlecircncia eacute desperdiccedilado Exemplo rede local com 6 estaccedilotildees 1 3 4 tecircm pacotes as bandas de

frequumlecircncia 2 5 6 ficam vazias bandas

de f

requumlecircnci

a tempo

Protocolos MAC com particionamento de canal FDMA

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Quando o noacute tem um pacote a enviar Transmite com toda a taxa do canal R Natildeo haacute uma regra de coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes

Dois ou mais noacutes transmitindo -gt ldquocolisatildeordquo

Protocolo MAC de acesso aleatoacuterio especifica Como detectar colisotildees Como as estaccedilotildees se recuperam das colisotildees (ex via retransmissotildees

atrasadas) Exemplos de protocolos MAC de acesso aleatoacuterio

slotted ALOHA ALOHA CSMA e CSMACD

Protocolos de acesso aleatoacuterio

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Suposiccedilotildees Todos os quadros de mesmo tamanho Tempo dividido em slots de mesmo tamanho tempo para

transmitir 1 quadro Noacutes comeccedilam a transmitir quadros apenas no iniacutecio dos slots Noacutes satildeo sincronizados Se 2 ou mais noacutes transmitem no slot todos os noacutes detectam a

colisatildeo

Operaccedilatildeo Quando um noacute obteacutem um novo quadro ele transmite no proacuteximo

slot Sem colisatildeo o noacute pode enviar o novo quadro no proacuteximo slot Se haacute colisatildeo o noacute retransmite o quadro em cada slot

subsequumlente com prob p ateacute o successo

Slotted ALOHA

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Proacutes Um uacutenico noacute ativo pode transmitir continuamente com a taxa completa

de canal Altamente descentralizada somente slots em noacutes precisam ser

sincronizados Simples

Contras Colisotildees desperdiacutecio de slots Slots ociosos Noacutes podem detectar colisatildeo em menos tempo do que o tempo para

transmitir o pacote Sincronizaccedilatildeo de clock

Slotted ALOHA

LegendaC = Intervalo de colisatildeoE = Intervalo vazioS = Intervalo bem-sucedido

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Eficiecircncia eacute a fraccedilatildeo de slots bem-sucedidos quando haacute muitos noacutes cada um com muitos quadros para enviar

Suponha N noacutes com muitos quadros para enviar cada um transmite no slot com probabilidade p

Prob de o noacute 1 obter successo num slot = p(1-p)N-1

Prob de qualquer noacute obter um successo = Np(1-p)N-1

Para maacutexima eficiecircncia com N noacutes encontre p que maximiza Np(1-p)N-1

Para muitos noacutes o limite de Np(1-p)N-1 com N indo ao infinito resulta 1e = 37

No maacuteximo uso do canal para envio de dados uacuteteis 37 do tempo

Eficiecircncia do slotted Aloha

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Unslotted Aloha operaccedilatildeo mais simples natildeo haacute sincronizaccedilatildeo

Pacote necessita transmissatildeo Enviar sem esperar pelo iniacutecio de um compartimento

A probabilidade de colisatildeo aumentaPacote enviado em t0 colide com outros pacotes enviados em [t0-1 t0+1]

Aloha puro (unslotted)

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P(successo de um dado noacute) = P(noacute transmitir)

P(nenhum outro noacute transmitir em [p0-1p0]

P(nenhum outro noacute transmitir em [p0-1p0]

= p (1-p)N-1 (1-p)N-1

= p (1-p)2(N-1)

hellip escolhendo p oacutetimo e entatildeo deixando n -gt infinito

= 1(2e) = 18

Ainda pior

Eficiecircncia do Aloha puro

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CSMA escuta antes de transmitir Se o canal parece vazio transmite o pacote Se o canal estaacute ocupado adia a transmissatildeo Analogia humana natildeo interrompa os outros

CSMA Carrier Sense Multiple Access

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Colisotildees podem ocorrero atraso de propagaccedilatildeo implica que dois noacutes podem natildeo ouvir as transmissotildees do outro

Colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo do pacote eacute desperdiccedilado

Notepapel da distacircncia e do atraso de propagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo

arranjo espacial dos noacutes na rede

Colisotildees no CSMA

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CSMACD detecccedilatildeo de portadora deferecircncia como no CSMA Colisotildees detectadas num tempo mais curto Transmissotildees com colisotildees satildeo interrompidas reduzindo o desperdiacutecio do canal Detecccedilatildeo de colisatildeo Faacutecil em LANs cabeadas mediccedilatildeo da intensidade do sinal comparaccedilatildeo dos sinais transmitidos e recebidos Difiacutecil em LANs sem fio receptor desligado enquanto transmitindo Analogia humana o ldquobom de papordquo educado

CSMACD (detecccedilatildeo de colisatildeo)

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CSMACD detecccedilatildeo de colisatildeo

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Protocolos MAC com particionamento de canais Compartilham o canal eficientemente quando a carga eacute alta e bem distribuiacuteda Ineficiente nas cargas baixas atraso no acesso ao canal A estaccedilatildeo consegue uma banda de 1N da capacidade do canal mesmo que haja apenas 1 noacute ativo

Protocolos MAC de acesso aleatoacuterio Eficiente nas cargas baixas um uacutenico noacute pode usar todo o canal Cargas altas excesso de colisotildees

Protocolos de passagem de permissatildeoBuscam o melhor dos dois mundos

Protocolos MAC com passagem de permissatildeo

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Polling Noacute mestre ldquoconvidardquo os escravos a transmitirem um de cada vez Problemas

Polling overhead Latecircncia Ponto uacutenico de falha (mestre)

Token passing Controla um token passado de um noacute a outro sequumlencialmente Mensagem token Problemas

Token overhead Latecircncia Ponto uacutenico de falha (token)

Protocolos MAC com passagem de permissatildeo

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Como se faz com um canal compartilhado Particionamento de canal no tempo por frequumlecircncia ou por coacutedigo

Divisatildeo temporal divisatildeo por coacutedigo divisatildeo por frequumlecircncia Particionamento aleatoacuterio (dinacircmico)

ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACD Detecccedilatildeo de portadora faacutecil em alguns meios fiacutesicos (cabos) e

difiacutecil em outros (wireless) CSMACD usado na rede Ethernet CSMACA usado em 80211

Passagem de permissatildeo Polling a partir de um site central passagem de token

Sumaacuterio dos protocolos MAC

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Camada de enlace ateacute agora Serviccedilos detecccedilatildeo de erroscorreccedilatildeo acesso muacuteltiplo

A seguir tecnologias de redes locais (LAN) Endereccedilamento Ethernet hubs pontes switches PPP

Tecnologias de LAN

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A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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5 - 36copy 2005 by Pearson Education

Endereccedilos IP de 32-bit Endereccedilos da camada de rede Usados para levar o datagrama ateacute a rede de destino (lembre-se

da definiccedilatildeo de rede IP)

Endereccedilo de LAN (ou MAC ou fiacutesico) Usado para levar o datagrama de uma interface fiacutesica a outra

fisicamente conectada com a primeira (isto eacute na mesma rede) Endereccedilos MAC com 48 bits (na maioria das LANs)

gravados na memoacuteria fixa (ROM) do adaptador de rede

Endereccedilos de LAN e ARP

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A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEE O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (para

assegurar a unicidade)

Analogia (a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG (b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal

Endereccedilamento MAC eacute ldquoflatrdquo =gt portabilidade Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra sem

reconfiguraccedilatildeo de endereccedilo MAC

Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevel Depende da rede na qual se estaacute ligado

Endereccedilos de LAN (mais)

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Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de Bdado o endereccedilo IP de B Cada noacute IP (hospedeiro roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabela ARP Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt

lt IP address MAC address TTLgt TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamento de

endereccedilos seraacute esquecido (tipicamente 20 min)

ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de resoluccedilatildeo de endereccedilos)

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A que enviar um datagrama para B e o endereccedilo MAS de B natildeo estaacute na tabela ARP de A

A faz broadcast de pacote de consulta ARB contendo o endereccedilo IP de B end MAC de destino = FF-FF-FF-FF-FF-FF todas as maacutequinas na LAN recebem a consulta ARP

B recebe o pacote ARP responde para A com seu endereccedilo MAC (de B) Quadro enviado para o end MAC de A (unicast)

A faz um cache (salva) o par de endereccedilos IP para MAC em sua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo se torne antiga (expirada) soft state informaccedilatildeo que expira (eacute descartada) sem atualizaccedilatildeo

ARP eacute ldquoplug-and-playrdquo Noacutes criam suas tabelas ARP sem intervenccedilatildeo do administrador da rede

Protocolo ARP Mesma LAN (network)

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objetivo envia datagrama de A para B via R supotildee que A conhece o endereccedilo IP de B

bull Duas tabelas ARP no roteador R um para cada rede IP (LAN)

Roteamento para outra LAN

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A cria o pacote IP com origem A destino B A usa ARP para obter o endereccedilo de camada fiacutesica de R correspondente ao

endereccedilo IP 111111111110 A cria um quadro Ethernet com o endereccedilo fiacutesico de R como destino o

quadro Ethernet conteacutem o datagrama IP de A para B A camada de enlace de A envia o quadroEthernet A camada de enlace de R recebe o quadro Ethernet R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verifica que ele se destina a

B R usa ARP para obter o endereccedilo fiacutesico de B R cria quadro contendo um datagrama de A para B e envia para B

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A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo Barato R$20 por 100Mbps Primeira tecnologia de LAN largamente usada Mais simples e mais barata que LANs com token e ATM Velocidade crescente 10Mbps ndash 10Gbps

esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf

Ethernet

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Topologia de bus popular em meados dos anos 90 Agora a topologia em estrela prevalece Opccedilotildees de conexatildeo hub ou switch (mais adiante)

Topologia em estrela

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Adaptador do transmissor encapsula o datagrama IP (ou outro pacote de protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet

Preacircmbulo bull 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte com padratildeo 10101011bull usado para sincronizar as taxas de reloacutegio do transmissor e do receptor

Estrutura do quadro Ethernet

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Endereccedilos 6 bytes Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de destino coincidente ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa o dado no quadro para o protocolo da camada de rede

Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP mas outros podem ser suportados tais como Novell IPX e AppleTalk)

CRC verificado no receptor se um erro eacute detectado o quadro eacute simplesmente descartado

Estrutura do quadro Ethernet

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Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o receptor

Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou nacks para o adaptador transmissor O fluxo de datagramas que passa para a camada de rede pode deixar

lacunas Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCP Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas

Serviccedilo natildeo confiaacutevel sem conexatildeo

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Sem slots Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador

transmitindo isto eacute carrier sense O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador

transmitindo isto eacute collision detection Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo

aleatoacuterio isto eacute random access

Ethernet usa CSMACD

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1 Adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmitir o

quadro Se ele detecta o canal ocupado espera ateacute ele ficar livre e entatildeo transmite

3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo sua missatildeo com esse quadro estaacute cumprida

4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta e envia um jam signal

5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a m-eacutesima colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2m-1 O adaptador espera K512 tempos de bit e retorna ao passo 2

Algoritmo CSMACD da Ethernet

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Jam signal garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo 48 bitsBit time 1 microseg para Ethernet de 10 Mbpspara K=1023 o tempo de espera eacute cerca de 50 mseg

Veja o applet Java no Web site da AWL altamemte recomendadoExponential backoff Objetivo adaptar tentativas de retransmissatildeo para carga atual da rede

Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longa Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacute

K x 512 tempos de transmissatildeo de bit Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3hellip Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023

Ethernet CSMACD

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Tprop = propagaccedilatildeo maacutexima entre 2 noacutes na LAN

ttrans = tempo para transmitir um quadro de tamanho maacuteximo

Eficiecircncia tende a 1 quando tprop tende a 0

Tende a 1 quando ttrans tende ao infinito Muito melhor do que o ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato

transprop tt 51

1eficiecircncia

Eficiecircncia do CSMACD

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Taxa de 10100 Mbps chamado mais tarde de ldquofast ethernetrdquo T significa ldquoTwisted Pairrdquo (par de fios tranccedilados de cobre) Noacutes se conectam a um hub ldquotopologia em estrelardquo 100 m eacute a distacircncia

maacutexima entre os noacutes e o hub

10BaseT e 100BaseT

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Hubs satildeo essencialmente repetidores de camada fiacutesica Bits que chegam de um enlace se propagam para todos os outros enlaces Com a mesma taxa Natildeo possuem armazenagem de quadros Natildeo haacute CSMACD no hub adaptadores detectam colisotildees Provecirc funcionalidade de gerenciamento de rede

Hubs

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Usada em 10BaseT Cada bit possui uma transiccedilatildeo Permite que os reloacutegios nos noacutes de transmissatildeo e de recepccedilatildeo possam

sincronizar um com o outro Natildeo eacute necessaacuterio reloacutegio global centralizado entre os noacutes

Ei isso eacute coisa de camada fiacutesica

Codificaccedilatildeo Manchester

Codificaccedilatildeo Manchester

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Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeo Permite enlaces ponto-a-ponto e canais de muacuteltiplo acesso

compartilhados No modo compartilhado o CSMACD eacute usado exige pequenas

distacircncias entre os noacutes para ser eficiente Usa hubs chamados aqui de Distribuidores com Armazenagem

ldquoBuffered Distributorsrdquo Full-Duplex a 1 Gbps para enlaces ponto-a-ponto 10 Gbps agora

Gigabit Ethernet

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A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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Hub de backbone interconecta segmentos de LAN Estende a distacircncia maacutexima entre os noacutes Mas domiacutenios de colisatildeo individuais tornam-se um uacutenico e grande

domiacutenio de colisatildeo Natildeo pode interconectar 10BaseT e 100BaseT

Interconexatildeo com hubs

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Dispositivo de camada de enlace Armazena e encaminha quadros Ethernet Examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o

quadro baseado no endereccedilo MAC de destino Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento

usa CSMACD para acessar o segmento Transparente

Hospedeiros satildeo inconscientes da presenccedila dos switches Plug-and-play self-learning (auto-aprendizado)

Switches natildeo precisam ser configurados

Switch

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Como determinar para qual segmento da LAN encaminhar o quadro Parece um problema de roteamento

Encaminhamento

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Um switch possui uma tabela de switch Entrada na tabela do switch

(endereccedilo MAC interface marca de tempo) Entradas expiradas na tabela satildeo decartadas (TTL pode ser 60 min)

Switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de suas interfaces Quando recebe um quadro o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento da LAN que chega Registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela

Self learning (auto-aprendizado)

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Quando um switch recebe um quadro

indexa a tabela do switch usando end MAC de destinoif entrada for encontrada para o destino

then if dest no segmento deste quadro chegou

then descarta o quadro else encaminha o quadro na interface indicada else flood

Encaminha para todas as interfacesexceto para a que o quadro chegou

Filtragemencaminhamento

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Suponha que C envia um quadro para D

Switch recebe o quadro de C Anota na tabela que C estaacute na interface 1 Como D natildeo estaacute na tabela o switch encaminha o quadro para as

interfaces 2 e 3 Quadro recebido por D

hub hub hub

switch

A

B CD

EF

G H

I

endereccedilo interface

ABEG

1123

12 3

Switch exemplo

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Suponha que D responde com um quadro para C

Switch recebe quadro de D Anota na tabela que D estaacute na interface 2 Como C estaacute na tabela o switch encaminha o quadro apenas para a

interface 1 Quadro recebido por C

hub hub hub

switch

A

B CD

EF

G H

I

endereccedilo interface

ABEGC

11231

Switch exemplo

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A instalaccedilatildeo do switch quebra as sub-redes em segmentos de LAN Switch filtra pacotes

Alguns quadros do mesmo segmento de LAN natildeo satildeo usualmente encaminhados para outros segmento de LAN

Segmentos se tornam separados em domiacutenios de colisatildeo

hub hub hub

switch

domiacutenio de colisatildeo domiacutenio de colisatildeo

domiacutenio de colisatildeo

Switch isolaccedilatildeo de traacutefego

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Switch com muitas interfaces Hospedeiros possuem conexatildeo direta ao switch Sem colisotildees full duplex

Switching A-para-Arsquo e B-para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees

Switches acesso dedicado

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Cut-through switching quadro encaminhado da porta de entrada ateacute a porta de saiacuteda sem ter de primeiro coletar o quadro todo Ligeira reduccedilatildeo na latecircncia

Combinaccedilotildees de interfaces 101001000 Mbps compartilhadasdedicadas

Mais sobre switches

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Redes corporativas

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Ambos satildeo dispositivos store-and-forward Roteadores dispositivos de camada de rede (examinam cabeccedilalhos

da camada de rede) Switches satildeo dispositivos da camada de enlace

Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam algoritmos de roteamento Switches mantecircm tabelas de switch implementam filtragem algoritmos de aprendizagem

Switches vs roteadores

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hubs roteadores switches

isolaccedilatildeo detraacutefego

natildeo sim sim

plug amp play sim natildeo sim

roteamentooacutetimo

natildeo sim natildeo

cutthrough

sim natildeo sim

Resumo comparaccedilatildeo

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A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace de broadcast Sem Media Access Control Natildeo necessita de endereccedilamento MAC expliacutecito Ex dialup link linha ISDN

Protocolos ponto-a-ponto DLC populares PPP (point-to-point protocol) HDLC High level data link control (camada de enlace costumava ser considerada ldquocamada altardquo na pilha de protocolos)

Controle de enlace de dados ponto-a-ponto

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Enquadramento de pacote encapsulamento do datagrama da camada de rede no quadro da camada de enlace Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolo de rede (natildeo apenas o IP) ao mesmo tempo Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo

Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo de bit no campo de dados

Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo) Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do enlace

para a camada de rede Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos terminais

do enlace podem aprender e configurar o endereccedilo de rede dos outros

PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]

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Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros Natildeo haacute controle de fluxo Aceita entregas fora de ordem Natildeo haacute necessidade de suportar enlaces multiponto (ex polling)

Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeo dos dados satildeo todos relegados para as camadas mais altas

PPP natildeo requisitos

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Flag delimitador (enquadramento) Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura) Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacuteltiplos campos de

controle Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o conteuacutedo do

quadro deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)

PPP formato do quadro

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info dados da camada superior sendo transportados CRC verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de erros

PPP formato dos dados

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Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de dados deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt01111110gt

P Se for recebido o padratildeo lt01111110gt satildeo dados ou eacute flag Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte extra com o padratildeo lt

01111101gt (escape) antes de cada byte com o padratildeo de flag lt 01111110gt nos dados

Receptor Um byte 01111101 seguido de 01111110 em seguida descarta o primeiro e continua a recepccedilatildeo de dados Uacutenico byte 01111110 entatildeo eacute um flag

Byte stuffing

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byte com o padratildeodo flag nos dados a enviar

byte com o padratildeo de escape acrescentado nos dados transmitidos seguido por um byte com padratildeo de flag

Byte stuffing

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Antes de trocar dados da camada de rede os parceiros da camada de enlace devem A configurar o enlace PPP (tamanho maacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo) Aprenderconfigurar as informaccedilotildees da camada de rede

Para o IP transportar mensagens do protocolo de controle IP (IPCP) (campo de protocolo 8021) para configuraraprender os

endereccedilos IP

PPP protocolo de controle de dados

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A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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Virtualizaccedilatildeo dos recursos uma poderosa abstraccedilatildeo em engenharia de sistemas Exemplos em computaccedilatildeo memoacuteria virtual dispositivos virtuais

Maacutequinas virtuais ex java IBM VM os dos anos 6070

Camada de abstraccedilotildees natildeo se apega a detalhes da camada mais baixa apenas trata com as camadas mais baixas abstratamente

Virtualizaccedilatildeo das redes

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1974 muacuteltiplas redes desconectadas ARPAnet redes de dados-sobre-cabo rede de pacote por sateacutelite (Aloha) rede de pacotes por raacutedio

hellip diferentes em convenccedilotildees de endereccedilamento formatos do pacote recuperaccedilatildeo de erros roteamento

Internet virtualizaccedilatildeo das redes

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Camada de rede da Internet (IP) Endereccedilamento internetwork

aparece como uma entidade uacutenica e uniforme escondendo a heterogeneidade das redes locais

Rede de redes

Gateway ldquoembute pacotes da Internet no

formato de um pacote local ou os extrairdquo

Rota (no niacutevel de internetwork) para o proacuteximo gateway

Internet virtualizaccedilatildeo das redes

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O que eacute virtualizado Duas camadas de endereccedilamento Internet e rede local Nova camada (IP) torna tudo homogecircneo na camada da Internet Tecnologia da rede local em questatildeo

Cabo Sateacutelite Modem telefocircnico de 56 K Hoje ATM MPLS

hellip ldquoinvisiacutevelrdquo na camada da Internet Parece com uma tecnologia de camada de enlace para o IP

Arquitetura da Internet de Cerf amp Kahn

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ATM MPLS redes separadas em seus proacuteprios direitos Modelos de serviccedilo endereccedilamento roteamento diferentes da Internet

Vistos pela Internet como um enlace loacutegico conectando roteadores IP Assim como o dialup link eacute realmente parte de uma rede separada

(rede telefocircnica)

ATM MPLS de interesse teacutecnico em seu proacuteprio direito

ATM e MPLS

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Padratildeo dos anos 8090 para altas taxas de transmissatildeo (155 Mbps a 622 Mbps e mais altas) arquitetura de Broadband Integrated Service Digital Network (B-ISDN)

Objetivo transporte integrado de voz dados e imagens com foco nas redes puacuteblicas de comunicaccedilatildeo Deve atender aos requisitos de tempoQoS para aplicaccedilotildees de voz

e de viacutedeo (versus o serviccedilo de melhor esforccedilo da Internet) Telefonia de ldquoproacutexima geraccedilatildeordquo fundamentos teacutecnicos no mundo da telefonia Comutaccedilatildeo de pacotes (pacotes de tamanho fixo chamados ldquoceacutelulasrdquo) usando circuitos virtuais

Modo de transferecircncia assiacutencrono ATM

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Camada de adaptaccedilatildeo apenas na borda de uma rede ATM Segmentaccedilatildeo e remontagem dos dados Grosseiramente anaacuteloga agrave camada de transporte da Internet

Camada ATM camada de ldquorederdquo Comutaccedilatildeo de ceacutelulas roteamento

Camada fiacutesica

Sistema final Sistema finalSwitch ATM Switch ATM

Arquitetura ATM

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Visatildeo transporte fim-a-fim ldquoATM de computador a computadorrdquo ATM eacute uma tecnologia de redeRealidade usada para conectar roteadores IP de backbone ldquoIP sobre ATMrdquo ATM como uma camada de enlace comutada conectando roteadores IP

ATM camada de rede ou de enlace

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Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL) ldquoadaptardquo camadas superiores (aplicaccedilotildees IP ou nativas ATM) para a camada ATM abaixo

AAL presente apenas nos sistemas finais natildeo nos comutadores ATM (ldquoswitchesrdquo)

O segmento da camada AAL (campo de cabeccedilalhotrailer e de dados) satildeo fragmentados em muacuteltiplas ceacutelulas ATM Analogia segmento TCP em muitos pacotes IP

Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL)

Sistema final Sistema finalSwitch ATM Switch ATM

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Diferentes versotildees da camada AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM AAL1 para serviccedilo CBR (taxa de bit constante) ex emulaccedilatildeo de circuitos AAL2 para serviccedilos VBR (taxa de bit variaacutevel) ex viacutedeo MPEG AAL5 para dados (ex datagramas IP)

AAL PDU

ceacutelula ATM

Dados de usuaacuterio

subcamadade convergecircncia

subcamadaSAR

Ceacutelula ATM

Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL)

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Serviccedilo transporte de ceacutelulas atraveacutes da rede ATM Anaacuteloga agrave camada de rede IP Serviccedilos muito diferentes da camada de rede IP

Arquiteturade rede

Internet

ATM

ATM

ATM

ATM

Modelo de serviccedilo

melhoresforccediloCBR

VBR

ABR

UBR

Banda

natildeo

taxaconstantetaxagarantidamiacutenimogarantidonatildeo

Perda

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Ordem

natildeo

sim

sim

sim

sim

Tempo

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Aviso decongestatildeo

natildeo (inferidopelas perdas)natildeo haacutecongestatildeonatildeo haacutecongestatildeosim

natildeo

Garantias

Camada ATM

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Transporte em VC ceacutelulas satildeo transportadas sobre VC da fonte ao destino Estabelecimento de conexatildeo necessaacuterio para cada chamada antes que o fluxo de dados possa ser iniciado Cada pacote transporta um identificador de VC (natildeo transporta o endereccedilo do destino) Cada comutador com caminho entre a fonte e o destino manteacutem o ldquoestadordquo para cada conexatildeo passante Recursos do enlace e do comutador (banda passante buffers) podem ser alocados por VC para obter um comportamento semelhante a um circuito fiacutesico

VCs permanentes (PVCs) Conexotildees de longa duraccedilatildeo Tipicamente rota ldquopermanenterdquo entre roteadores IP

VCs comutados (SVC) Dinamicamente criados numa base por chamada

Camadas ATM circuitos virtuais

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Vantagens do uso de circuitos virtuais no ATM Iacutendices de QoS garantidos para conexotildees mapeadas em

circuitos virtuais (banda passante atraso variacircncia de atraso)

Problemas no uso de circuitos virtuais O suporte de traacutefego datagrama eacute ineficiente Um PVC entre cada par origemdestino natildeo tem boa

escalabilidade (N2 conexotildees satildeo necessaacuterias) SVC introduz latecircncia de estabelecimento de conexatildeo e

atrasos de processamento para conexotildees de curta duraccedilatildeo

ATM VCs

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Cabeccedilalho da ceacutelula ATM com 5 bytes Carga uacutetil com 48-bytes

Por quecirc carga uacutetil pequena -gt pequeno atraso de criaccedilatildeo de ceacutelula para voz digitalizada

Meio do caminho entre 32 e 64 (compromisso)

cabeccedilalhoda ceacutelula

formato daceacutelula

3o bit no campo PTvalor 1 indica uacuteltima ceacutelula (AAL-indicate bit)

Camada ATM ceacutelula ATM

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VCI identificador de canal virtual Pode mudar de enlace para enlace atraveacutes da rede

PT tipo de carga uacutetil (ex ceacutelula RM versus ceacutelula de dados) CLP bit de prioridade de perda de ceacutelula

CLP = 1 implica ceacutelula de baixa prioridade pode ser descartada em caso de congestatildeo

HEC verificaccedilatildeo de erros no cabeccedilalho Verificaccedilatildeo ciacuteclica de erros

Cabeccedilalho da ceacutelula ATM

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A camada fiacutesica se compotildee de duas partes (subcamadas ) Subcamada de convergecircncia de transmissatildeo (TCS) adapta a camada

ATM acima agrave subcamada fiacutesica abaixo (PMD) Subcamada dependente do meio depende do tipo de meio fiacutesico que

estaacute sendo empregado

Funccedilotildees da TCS Geraccedilatildeo do checksum do cabeccedilalho 8 bits CRC Delineamento de ceacutelula Com uma subcamada PMD natildeo estruturada transmite ceacutelulas vazias

(ldquoidle cellsrdquo) quando natildeo haacute ceacutelulas de dados a enviar

Camada fiacutesica ATM

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Subcamada dependente do meio fiacutesico (PMD) SONETSDH estrutura de transmissatildeo de quadros (como um

container carregando bits) Sincronizaccedilatildeo de bits Particcedilotildees da banda passante (TDM) Vaacuterias velocidades OC1 = 5184 Mbps OC3 = 15552 Mbps OC12 = 62208 Mbps

T1T3 estrutura de transmissatildeo de quadros (velha hierarquia de telefonia 15 Mbps45 Mbps No Brasil usa-se a hierarquia europeacuteia E1E3 2 34 Mbps

Natildeo estruturada apenas ceacutelulas (ocupadasvazias)

Camada fiacutesica ATM

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Apenas IP claacutessico 3 ldquoredesrdquo (ex segmentos de LAN) Endereccedilos MAC (8023) e IP

IP sobre ATM Substitui ldquorederdquo (ex segmento

de LAN) com a rede ATM Endereccedilos ATM endereccedilos IP

redeATM

EthernetLANs

EthernetLANs

IP-sobre-ATM

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No endereccedilo de origem Camada IP encontra um mapeamento entre o endereccedilo IP e o endereccedilo de destino ATM (usando ARP) Passa o datagrama para a camada de adaptaccedilatildeo AAL5 AAL5 encapsula os dados segmenta em ceacutelulas e passa para a camada ATM

Rede ATM move a ceacutelula para o destino de acordo com o seu VC (circuito virtual)

No hospedeiro de destino AAL5 remonta o datagrama original a partir das ceacutelulas recebidas Se o CRC OK datagrama eacute passado ao IP

Viagem de um datagrama numa rede IP-sobre-ATM

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Questotildees Datagramas IP em ATM AAL5 PDUs Dos endereccedilos IP aos endereccedilos ATM

Da mesma forma que de endereccedilos IP para endereccedilos MAC 8023

redeATM

EthernetLANs

IP-sobre-ATM

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Objetivo inicial aumentar a velocidade de encaminhamento IP usando labels de tamanho fixo (em vez de endereccedilo IP) Mesma ideacuteia do meacutetodo de circuito virtual (VC) Mas o datagrama IP ainda manteacutem o endereccedilo IP

Multiprotocol label switching (MPLS)

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Roteador faz a funccedilatildeo de comutador de roacutetulo Pacotes encaminhados para interface de saiacuteda com base apenas no valor

do roacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP) Tabela de encaminhamento MPLS distinta das tabelas de encaminhamento IP

Protocolo de sinalizaccedilatildeo necessaacuterio para estabelecer o encaminhamento RSVP-TE Encaminhamento eacute possiacutevel por caminhos que o IP sozinho natildeo pode usar (ex roteamento de especificado pela origem) Use MPLS para engenharia de traacutefego

Deve coexistir com roteadores unicamente IP

Roteadores MPLS

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Tabelas de encaminhamento MPLS

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Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace Detecccedilatildeo de erros correccedilatildeo Compartilhando um canal broadcast acesso muacuteltiplo Endereccedilamento da camada de enlace

Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de vaacuterias tecnologias da camada de enlace Ethernet LANS comutadas PPP Redes virtualizadas como uma camada de enlace ATM MPLS

Resumo

Page 14: Capítulo 5 Redes de computadores e a Internet A camada de enlace e redes locais

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A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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Trecircs tipos de enlaces Ponto-a-ponto (fio uacutenico ex PPP SLIP) Broadcast (fio ou meio compartilhado)

Ethernet tradicional Upstream HFC 80211 LAN sem fio

Enlaces de acesso muacuteltiplo e protocolos

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Canal de comunicaccedilatildeo uacutenico e compartilhado Duas ou mais transmissotildees simultacircneas pelos noacutes interferecircncia

Colisatildeo se um noacute receber dois ou mais sinais ao mesmo tempo

Protocolo de muacuteltiplo acesso Algoritmo distribuiacutedo que determina como as estaccedilotildees compartilham o canal isto eacute determinam quando cada estaccedilatildeo pode transmitir

Comunicaccedilatildeo sobre o compartilhamento do canal deve utilizar o proacutepro canal

Nenhum canal fora-de-banda para coordenaccedilatildeo

Protocolos de acesso muacuteltiplo

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Canal de broadcast de taxa R bps1 Quando um noacute quer transmitir ele pode enviar a uma taxa R2 Quando M noacutes querem transmitir cada um envia a uma taxa

meacutedia RM3 Totalmente descentralizada

Nenhum noacute especial para coordenar transmissotildees Nenhuma sincronizaccedilatildeo de reloacutegios e compartimentos

4 Simples

Protocolo ideal de muacuteltiplo acesso

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Trecircs grandes classes Particionamento de canal

Divide o canal em pedaccedilos menores (compartimentos de tempo frequumlecircncia)

Aloca um pedaccedilo para uso exclusivo de cada noacute

Acesso aleatoacuterio Canal natildeo dividido permite colisotildees ldquorecuperaccedilatildeordquo das colisotildees

Passagem de permissatildeo Noacutes transmitem nos seus turnos mas com mais volume para enviar

podem usar turnos mais longos

Protocolos MAC uma taxonomia

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TDMA acesso muacuteltiplo por divisatildeo temporal Acesso ao canal eacute feito por rdquoturnos Cada estaccedilatildeo controla um compartimento (ldquoslotrdquo) de tamanho

fixo (tamanho = tempo de transmissatildeo de pacote) em cada turno Compartimentos natildeo usados satildeo desperdiccedilados Exemplo rede local com 6 estaccedilotildees 1 3 4 tecircm pacotes

compartimentos 2 5 6 ficam vazios

Protocolos MAC com particionamento de canal TDMA

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FDMA acesso muacuteltiplo por divisatildeo de frequumlecircncia Oespectro do canal eacute dividido em bandas de frequumlecircncia Cada estaccedilatildeo recebe uma banda de frequumlecircncia Tempo de transmissatildeo natildeo usado nas bandas de frequumlecircncia eacute desperdiccedilado Exemplo rede local com 6 estaccedilotildees 1 3 4 tecircm pacotes as bandas de

frequumlecircncia 2 5 6 ficam vazias bandas

de f

requumlecircnci

a tempo

Protocolos MAC com particionamento de canal FDMA

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Quando o noacute tem um pacote a enviar Transmite com toda a taxa do canal R Natildeo haacute uma regra de coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes

Dois ou mais noacutes transmitindo -gt ldquocolisatildeordquo

Protocolo MAC de acesso aleatoacuterio especifica Como detectar colisotildees Como as estaccedilotildees se recuperam das colisotildees (ex via retransmissotildees

atrasadas) Exemplos de protocolos MAC de acesso aleatoacuterio

slotted ALOHA ALOHA CSMA e CSMACD

Protocolos de acesso aleatoacuterio

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Suposiccedilotildees Todos os quadros de mesmo tamanho Tempo dividido em slots de mesmo tamanho tempo para

transmitir 1 quadro Noacutes comeccedilam a transmitir quadros apenas no iniacutecio dos slots Noacutes satildeo sincronizados Se 2 ou mais noacutes transmitem no slot todos os noacutes detectam a

colisatildeo

Operaccedilatildeo Quando um noacute obteacutem um novo quadro ele transmite no proacuteximo

slot Sem colisatildeo o noacute pode enviar o novo quadro no proacuteximo slot Se haacute colisatildeo o noacute retransmite o quadro em cada slot

subsequumlente com prob p ateacute o successo

Slotted ALOHA

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Proacutes Um uacutenico noacute ativo pode transmitir continuamente com a taxa completa

de canal Altamente descentralizada somente slots em noacutes precisam ser

sincronizados Simples

Contras Colisotildees desperdiacutecio de slots Slots ociosos Noacutes podem detectar colisatildeo em menos tempo do que o tempo para

transmitir o pacote Sincronizaccedilatildeo de clock

Slotted ALOHA

LegendaC = Intervalo de colisatildeoE = Intervalo vazioS = Intervalo bem-sucedido

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Eficiecircncia eacute a fraccedilatildeo de slots bem-sucedidos quando haacute muitos noacutes cada um com muitos quadros para enviar

Suponha N noacutes com muitos quadros para enviar cada um transmite no slot com probabilidade p

Prob de o noacute 1 obter successo num slot = p(1-p)N-1

Prob de qualquer noacute obter um successo = Np(1-p)N-1

Para maacutexima eficiecircncia com N noacutes encontre p que maximiza Np(1-p)N-1

Para muitos noacutes o limite de Np(1-p)N-1 com N indo ao infinito resulta 1e = 37

No maacuteximo uso do canal para envio de dados uacuteteis 37 do tempo

Eficiecircncia do slotted Aloha

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Unslotted Aloha operaccedilatildeo mais simples natildeo haacute sincronizaccedilatildeo

Pacote necessita transmissatildeo Enviar sem esperar pelo iniacutecio de um compartimento

A probabilidade de colisatildeo aumentaPacote enviado em t0 colide com outros pacotes enviados em [t0-1 t0+1]

Aloha puro (unslotted)

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P(successo de um dado noacute) = P(noacute transmitir)

P(nenhum outro noacute transmitir em [p0-1p0]

P(nenhum outro noacute transmitir em [p0-1p0]

= p (1-p)N-1 (1-p)N-1

= p (1-p)2(N-1)

hellip escolhendo p oacutetimo e entatildeo deixando n -gt infinito

= 1(2e) = 18

Ainda pior

Eficiecircncia do Aloha puro

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CSMA escuta antes de transmitir Se o canal parece vazio transmite o pacote Se o canal estaacute ocupado adia a transmissatildeo Analogia humana natildeo interrompa os outros

CSMA Carrier Sense Multiple Access

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Colisotildees podem ocorrero atraso de propagaccedilatildeo implica que dois noacutes podem natildeo ouvir as transmissotildees do outro

Colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo do pacote eacute desperdiccedilado

Notepapel da distacircncia e do atraso de propagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo

arranjo espacial dos noacutes na rede

Colisotildees no CSMA

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CSMACD detecccedilatildeo de portadora deferecircncia como no CSMA Colisotildees detectadas num tempo mais curto Transmissotildees com colisotildees satildeo interrompidas reduzindo o desperdiacutecio do canal Detecccedilatildeo de colisatildeo Faacutecil em LANs cabeadas mediccedilatildeo da intensidade do sinal comparaccedilatildeo dos sinais transmitidos e recebidos Difiacutecil em LANs sem fio receptor desligado enquanto transmitindo Analogia humana o ldquobom de papordquo educado

CSMACD (detecccedilatildeo de colisatildeo)

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CSMACD detecccedilatildeo de colisatildeo

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Protocolos MAC com particionamento de canais Compartilham o canal eficientemente quando a carga eacute alta e bem distribuiacuteda Ineficiente nas cargas baixas atraso no acesso ao canal A estaccedilatildeo consegue uma banda de 1N da capacidade do canal mesmo que haja apenas 1 noacute ativo

Protocolos MAC de acesso aleatoacuterio Eficiente nas cargas baixas um uacutenico noacute pode usar todo o canal Cargas altas excesso de colisotildees

Protocolos de passagem de permissatildeoBuscam o melhor dos dois mundos

Protocolos MAC com passagem de permissatildeo

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Polling Noacute mestre ldquoconvidardquo os escravos a transmitirem um de cada vez Problemas

Polling overhead Latecircncia Ponto uacutenico de falha (mestre)

Token passing Controla um token passado de um noacute a outro sequumlencialmente Mensagem token Problemas

Token overhead Latecircncia Ponto uacutenico de falha (token)

Protocolos MAC com passagem de permissatildeo

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Como se faz com um canal compartilhado Particionamento de canal no tempo por frequumlecircncia ou por coacutedigo

Divisatildeo temporal divisatildeo por coacutedigo divisatildeo por frequumlecircncia Particionamento aleatoacuterio (dinacircmico)

ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACD Detecccedilatildeo de portadora faacutecil em alguns meios fiacutesicos (cabos) e

difiacutecil em outros (wireless) CSMACD usado na rede Ethernet CSMACA usado em 80211

Passagem de permissatildeo Polling a partir de um site central passagem de token

Sumaacuterio dos protocolos MAC

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Camada de enlace ateacute agora Serviccedilos detecccedilatildeo de erroscorreccedilatildeo acesso muacuteltiplo

A seguir tecnologias de redes locais (LAN) Endereccedilamento Ethernet hubs pontes switches PPP

Tecnologias de LAN

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A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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Endereccedilos IP de 32-bit Endereccedilos da camada de rede Usados para levar o datagrama ateacute a rede de destino (lembre-se

da definiccedilatildeo de rede IP)

Endereccedilo de LAN (ou MAC ou fiacutesico) Usado para levar o datagrama de uma interface fiacutesica a outra

fisicamente conectada com a primeira (isto eacute na mesma rede) Endereccedilos MAC com 48 bits (na maioria das LANs)

gravados na memoacuteria fixa (ROM) do adaptador de rede

Endereccedilos de LAN e ARP

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A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEE O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (para

assegurar a unicidade)

Analogia (a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG (b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal

Endereccedilamento MAC eacute ldquoflatrdquo =gt portabilidade Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra sem

reconfiguraccedilatildeo de endereccedilo MAC

Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevel Depende da rede na qual se estaacute ligado

Endereccedilos de LAN (mais)

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Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de Bdado o endereccedilo IP de B Cada noacute IP (hospedeiro roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabela ARP Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt

lt IP address MAC address TTLgt TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamento de

endereccedilos seraacute esquecido (tipicamente 20 min)

ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de resoluccedilatildeo de endereccedilos)

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A que enviar um datagrama para B e o endereccedilo MAS de B natildeo estaacute na tabela ARP de A

A faz broadcast de pacote de consulta ARB contendo o endereccedilo IP de B end MAC de destino = FF-FF-FF-FF-FF-FF todas as maacutequinas na LAN recebem a consulta ARP

B recebe o pacote ARP responde para A com seu endereccedilo MAC (de B) Quadro enviado para o end MAC de A (unicast)

A faz um cache (salva) o par de endereccedilos IP para MAC em sua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo se torne antiga (expirada) soft state informaccedilatildeo que expira (eacute descartada) sem atualizaccedilatildeo

ARP eacute ldquoplug-and-playrdquo Noacutes criam suas tabelas ARP sem intervenccedilatildeo do administrador da rede

Protocolo ARP Mesma LAN (network)

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objetivo envia datagrama de A para B via R supotildee que A conhece o endereccedilo IP de B

bull Duas tabelas ARP no roteador R um para cada rede IP (LAN)

Roteamento para outra LAN

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A cria o pacote IP com origem A destino B A usa ARP para obter o endereccedilo de camada fiacutesica de R correspondente ao

endereccedilo IP 111111111110 A cria um quadro Ethernet com o endereccedilo fiacutesico de R como destino o

quadro Ethernet conteacutem o datagrama IP de A para B A camada de enlace de A envia o quadroEthernet A camada de enlace de R recebe o quadro Ethernet R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verifica que ele se destina a

B R usa ARP para obter o endereccedilo fiacutesico de B R cria quadro contendo um datagrama de A para B e envia para B

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A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo Barato R$20 por 100Mbps Primeira tecnologia de LAN largamente usada Mais simples e mais barata que LANs com token e ATM Velocidade crescente 10Mbps ndash 10Gbps

esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf

Ethernet

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Topologia de bus popular em meados dos anos 90 Agora a topologia em estrela prevalece Opccedilotildees de conexatildeo hub ou switch (mais adiante)

Topologia em estrela

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Adaptador do transmissor encapsula o datagrama IP (ou outro pacote de protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet

Preacircmbulo bull 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte com padratildeo 10101011bull usado para sincronizar as taxas de reloacutegio do transmissor e do receptor

Estrutura do quadro Ethernet

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Endereccedilos 6 bytes Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de destino coincidente ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa o dado no quadro para o protocolo da camada de rede

Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP mas outros podem ser suportados tais como Novell IPX e AppleTalk)

CRC verificado no receptor se um erro eacute detectado o quadro eacute simplesmente descartado

Estrutura do quadro Ethernet

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Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o receptor

Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou nacks para o adaptador transmissor O fluxo de datagramas que passa para a camada de rede pode deixar

lacunas Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCP Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas

Serviccedilo natildeo confiaacutevel sem conexatildeo

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Sem slots Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador

transmitindo isto eacute carrier sense O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador

transmitindo isto eacute collision detection Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo

aleatoacuterio isto eacute random access

Ethernet usa CSMACD

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1 Adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmitir o

quadro Se ele detecta o canal ocupado espera ateacute ele ficar livre e entatildeo transmite

3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo sua missatildeo com esse quadro estaacute cumprida

4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta e envia um jam signal

5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a m-eacutesima colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2m-1 O adaptador espera K512 tempos de bit e retorna ao passo 2

Algoritmo CSMACD da Ethernet

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Jam signal garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo 48 bitsBit time 1 microseg para Ethernet de 10 Mbpspara K=1023 o tempo de espera eacute cerca de 50 mseg

Veja o applet Java no Web site da AWL altamemte recomendadoExponential backoff Objetivo adaptar tentativas de retransmissatildeo para carga atual da rede

Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longa Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacute

K x 512 tempos de transmissatildeo de bit Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3hellip Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023

Ethernet CSMACD

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Tprop = propagaccedilatildeo maacutexima entre 2 noacutes na LAN

ttrans = tempo para transmitir um quadro de tamanho maacuteximo

Eficiecircncia tende a 1 quando tprop tende a 0

Tende a 1 quando ttrans tende ao infinito Muito melhor do que o ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato

transprop tt 51

1eficiecircncia

Eficiecircncia do CSMACD

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Taxa de 10100 Mbps chamado mais tarde de ldquofast ethernetrdquo T significa ldquoTwisted Pairrdquo (par de fios tranccedilados de cobre) Noacutes se conectam a um hub ldquotopologia em estrelardquo 100 m eacute a distacircncia

maacutexima entre os noacutes e o hub

10BaseT e 100BaseT

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Hubs satildeo essencialmente repetidores de camada fiacutesica Bits que chegam de um enlace se propagam para todos os outros enlaces Com a mesma taxa Natildeo possuem armazenagem de quadros Natildeo haacute CSMACD no hub adaptadores detectam colisotildees Provecirc funcionalidade de gerenciamento de rede

Hubs

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Usada em 10BaseT Cada bit possui uma transiccedilatildeo Permite que os reloacutegios nos noacutes de transmissatildeo e de recepccedilatildeo possam

sincronizar um com o outro Natildeo eacute necessaacuterio reloacutegio global centralizado entre os noacutes

Ei isso eacute coisa de camada fiacutesica

Codificaccedilatildeo Manchester

Codificaccedilatildeo Manchester

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Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeo Permite enlaces ponto-a-ponto e canais de muacuteltiplo acesso

compartilhados No modo compartilhado o CSMACD eacute usado exige pequenas

distacircncias entre os noacutes para ser eficiente Usa hubs chamados aqui de Distribuidores com Armazenagem

ldquoBuffered Distributorsrdquo Full-Duplex a 1 Gbps para enlaces ponto-a-ponto 10 Gbps agora

Gigabit Ethernet

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A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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Hub de backbone interconecta segmentos de LAN Estende a distacircncia maacutexima entre os noacutes Mas domiacutenios de colisatildeo individuais tornam-se um uacutenico e grande

domiacutenio de colisatildeo Natildeo pode interconectar 10BaseT e 100BaseT

Interconexatildeo com hubs

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Dispositivo de camada de enlace Armazena e encaminha quadros Ethernet Examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o

quadro baseado no endereccedilo MAC de destino Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento

usa CSMACD para acessar o segmento Transparente

Hospedeiros satildeo inconscientes da presenccedila dos switches Plug-and-play self-learning (auto-aprendizado)

Switches natildeo precisam ser configurados

Switch

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Como determinar para qual segmento da LAN encaminhar o quadro Parece um problema de roteamento

Encaminhamento

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Um switch possui uma tabela de switch Entrada na tabela do switch

(endereccedilo MAC interface marca de tempo) Entradas expiradas na tabela satildeo decartadas (TTL pode ser 60 min)

Switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de suas interfaces Quando recebe um quadro o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento da LAN que chega Registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela

Self learning (auto-aprendizado)

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Quando um switch recebe um quadro

indexa a tabela do switch usando end MAC de destinoif entrada for encontrada para o destino

then if dest no segmento deste quadro chegou

then descarta o quadro else encaminha o quadro na interface indicada else flood

Encaminha para todas as interfacesexceto para a que o quadro chegou

Filtragemencaminhamento

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Suponha que C envia um quadro para D

Switch recebe o quadro de C Anota na tabela que C estaacute na interface 1 Como D natildeo estaacute na tabela o switch encaminha o quadro para as

interfaces 2 e 3 Quadro recebido por D

hub hub hub

switch

A

B CD

EF

G H

I

endereccedilo interface

ABEG

1123

12 3

Switch exemplo

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Suponha que D responde com um quadro para C

Switch recebe quadro de D Anota na tabela que D estaacute na interface 2 Como C estaacute na tabela o switch encaminha o quadro apenas para a

interface 1 Quadro recebido por C

hub hub hub

switch

A

B CD

EF

G H

I

endereccedilo interface

ABEGC

11231

Switch exemplo

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A instalaccedilatildeo do switch quebra as sub-redes em segmentos de LAN Switch filtra pacotes

Alguns quadros do mesmo segmento de LAN natildeo satildeo usualmente encaminhados para outros segmento de LAN

Segmentos se tornam separados em domiacutenios de colisatildeo

hub hub hub

switch

domiacutenio de colisatildeo domiacutenio de colisatildeo

domiacutenio de colisatildeo

Switch isolaccedilatildeo de traacutefego

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Switch com muitas interfaces Hospedeiros possuem conexatildeo direta ao switch Sem colisotildees full duplex

Switching A-para-Arsquo e B-para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees

Switches acesso dedicado

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Cut-through switching quadro encaminhado da porta de entrada ateacute a porta de saiacuteda sem ter de primeiro coletar o quadro todo Ligeira reduccedilatildeo na latecircncia

Combinaccedilotildees de interfaces 101001000 Mbps compartilhadasdedicadas

Mais sobre switches

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Redes corporativas

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Ambos satildeo dispositivos store-and-forward Roteadores dispositivos de camada de rede (examinam cabeccedilalhos

da camada de rede) Switches satildeo dispositivos da camada de enlace

Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam algoritmos de roteamento Switches mantecircm tabelas de switch implementam filtragem algoritmos de aprendizagem

Switches vs roteadores

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hubs roteadores switches

isolaccedilatildeo detraacutefego

natildeo sim sim

plug amp play sim natildeo sim

roteamentooacutetimo

natildeo sim natildeo

cutthrough

sim natildeo sim

Resumo comparaccedilatildeo

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A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace de broadcast Sem Media Access Control Natildeo necessita de endereccedilamento MAC expliacutecito Ex dialup link linha ISDN

Protocolos ponto-a-ponto DLC populares PPP (point-to-point protocol) HDLC High level data link control (camada de enlace costumava ser considerada ldquocamada altardquo na pilha de protocolos)

Controle de enlace de dados ponto-a-ponto

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Enquadramento de pacote encapsulamento do datagrama da camada de rede no quadro da camada de enlace Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolo de rede (natildeo apenas o IP) ao mesmo tempo Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo

Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo de bit no campo de dados

Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo) Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do enlace

para a camada de rede Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos terminais

do enlace podem aprender e configurar o endereccedilo de rede dos outros

PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]

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Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros Natildeo haacute controle de fluxo Aceita entregas fora de ordem Natildeo haacute necessidade de suportar enlaces multiponto (ex polling)

Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeo dos dados satildeo todos relegados para as camadas mais altas

PPP natildeo requisitos

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Flag delimitador (enquadramento) Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura) Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacuteltiplos campos de

controle Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o conteuacutedo do

quadro deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)

PPP formato do quadro

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info dados da camada superior sendo transportados CRC verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de erros

PPP formato dos dados

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Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de dados deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt01111110gt

P Se for recebido o padratildeo lt01111110gt satildeo dados ou eacute flag Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte extra com o padratildeo lt

01111101gt (escape) antes de cada byte com o padratildeo de flag lt 01111110gt nos dados

Receptor Um byte 01111101 seguido de 01111110 em seguida descarta o primeiro e continua a recepccedilatildeo de dados Uacutenico byte 01111110 entatildeo eacute um flag

Byte stuffing

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byte com o padratildeodo flag nos dados a enviar

byte com o padratildeo de escape acrescentado nos dados transmitidos seguido por um byte com padratildeo de flag

Byte stuffing

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Antes de trocar dados da camada de rede os parceiros da camada de enlace devem A configurar o enlace PPP (tamanho maacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo) Aprenderconfigurar as informaccedilotildees da camada de rede

Para o IP transportar mensagens do protocolo de controle IP (IPCP) (campo de protocolo 8021) para configuraraprender os

endereccedilos IP

PPP protocolo de controle de dados

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A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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Virtualizaccedilatildeo dos recursos uma poderosa abstraccedilatildeo em engenharia de sistemas Exemplos em computaccedilatildeo memoacuteria virtual dispositivos virtuais

Maacutequinas virtuais ex java IBM VM os dos anos 6070

Camada de abstraccedilotildees natildeo se apega a detalhes da camada mais baixa apenas trata com as camadas mais baixas abstratamente

Virtualizaccedilatildeo das redes

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1974 muacuteltiplas redes desconectadas ARPAnet redes de dados-sobre-cabo rede de pacote por sateacutelite (Aloha) rede de pacotes por raacutedio

hellip diferentes em convenccedilotildees de endereccedilamento formatos do pacote recuperaccedilatildeo de erros roteamento

Internet virtualizaccedilatildeo das redes

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Camada de rede da Internet (IP) Endereccedilamento internetwork

aparece como uma entidade uacutenica e uniforme escondendo a heterogeneidade das redes locais

Rede de redes

Gateway ldquoembute pacotes da Internet no

formato de um pacote local ou os extrairdquo

Rota (no niacutevel de internetwork) para o proacuteximo gateway

Internet virtualizaccedilatildeo das redes

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O que eacute virtualizado Duas camadas de endereccedilamento Internet e rede local Nova camada (IP) torna tudo homogecircneo na camada da Internet Tecnologia da rede local em questatildeo

Cabo Sateacutelite Modem telefocircnico de 56 K Hoje ATM MPLS

hellip ldquoinvisiacutevelrdquo na camada da Internet Parece com uma tecnologia de camada de enlace para o IP

Arquitetura da Internet de Cerf amp Kahn

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ATM MPLS redes separadas em seus proacuteprios direitos Modelos de serviccedilo endereccedilamento roteamento diferentes da Internet

Vistos pela Internet como um enlace loacutegico conectando roteadores IP Assim como o dialup link eacute realmente parte de uma rede separada

(rede telefocircnica)

ATM MPLS de interesse teacutecnico em seu proacuteprio direito

ATM e MPLS

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Padratildeo dos anos 8090 para altas taxas de transmissatildeo (155 Mbps a 622 Mbps e mais altas) arquitetura de Broadband Integrated Service Digital Network (B-ISDN)

Objetivo transporte integrado de voz dados e imagens com foco nas redes puacuteblicas de comunicaccedilatildeo Deve atender aos requisitos de tempoQoS para aplicaccedilotildees de voz

e de viacutedeo (versus o serviccedilo de melhor esforccedilo da Internet) Telefonia de ldquoproacutexima geraccedilatildeordquo fundamentos teacutecnicos no mundo da telefonia Comutaccedilatildeo de pacotes (pacotes de tamanho fixo chamados ldquoceacutelulasrdquo) usando circuitos virtuais

Modo de transferecircncia assiacutencrono ATM

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Camada de adaptaccedilatildeo apenas na borda de uma rede ATM Segmentaccedilatildeo e remontagem dos dados Grosseiramente anaacuteloga agrave camada de transporte da Internet

Camada ATM camada de ldquorederdquo Comutaccedilatildeo de ceacutelulas roteamento

Camada fiacutesica

Sistema final Sistema finalSwitch ATM Switch ATM

Arquitetura ATM

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Visatildeo transporte fim-a-fim ldquoATM de computador a computadorrdquo ATM eacute uma tecnologia de redeRealidade usada para conectar roteadores IP de backbone ldquoIP sobre ATMrdquo ATM como uma camada de enlace comutada conectando roteadores IP

ATM camada de rede ou de enlace

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Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL) ldquoadaptardquo camadas superiores (aplicaccedilotildees IP ou nativas ATM) para a camada ATM abaixo

AAL presente apenas nos sistemas finais natildeo nos comutadores ATM (ldquoswitchesrdquo)

O segmento da camada AAL (campo de cabeccedilalhotrailer e de dados) satildeo fragmentados em muacuteltiplas ceacutelulas ATM Analogia segmento TCP em muitos pacotes IP

Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL)

Sistema final Sistema finalSwitch ATM Switch ATM

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Diferentes versotildees da camada AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM AAL1 para serviccedilo CBR (taxa de bit constante) ex emulaccedilatildeo de circuitos AAL2 para serviccedilos VBR (taxa de bit variaacutevel) ex viacutedeo MPEG AAL5 para dados (ex datagramas IP)

AAL PDU

ceacutelula ATM

Dados de usuaacuterio

subcamadade convergecircncia

subcamadaSAR

Ceacutelula ATM

Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL)

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Serviccedilo transporte de ceacutelulas atraveacutes da rede ATM Anaacuteloga agrave camada de rede IP Serviccedilos muito diferentes da camada de rede IP

Arquiteturade rede

Internet

ATM

ATM

ATM

ATM

Modelo de serviccedilo

melhoresforccediloCBR

VBR

ABR

UBR

Banda

natildeo

taxaconstantetaxagarantidamiacutenimogarantidonatildeo

Perda

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Ordem

natildeo

sim

sim

sim

sim

Tempo

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Aviso decongestatildeo

natildeo (inferidopelas perdas)natildeo haacutecongestatildeonatildeo haacutecongestatildeosim

natildeo

Garantias

Camada ATM

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Transporte em VC ceacutelulas satildeo transportadas sobre VC da fonte ao destino Estabelecimento de conexatildeo necessaacuterio para cada chamada antes que o fluxo de dados possa ser iniciado Cada pacote transporta um identificador de VC (natildeo transporta o endereccedilo do destino) Cada comutador com caminho entre a fonte e o destino manteacutem o ldquoestadordquo para cada conexatildeo passante Recursos do enlace e do comutador (banda passante buffers) podem ser alocados por VC para obter um comportamento semelhante a um circuito fiacutesico

VCs permanentes (PVCs) Conexotildees de longa duraccedilatildeo Tipicamente rota ldquopermanenterdquo entre roteadores IP

VCs comutados (SVC) Dinamicamente criados numa base por chamada

Camadas ATM circuitos virtuais

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Vantagens do uso de circuitos virtuais no ATM Iacutendices de QoS garantidos para conexotildees mapeadas em

circuitos virtuais (banda passante atraso variacircncia de atraso)

Problemas no uso de circuitos virtuais O suporte de traacutefego datagrama eacute ineficiente Um PVC entre cada par origemdestino natildeo tem boa

escalabilidade (N2 conexotildees satildeo necessaacuterias) SVC introduz latecircncia de estabelecimento de conexatildeo e

atrasos de processamento para conexotildees de curta duraccedilatildeo

ATM VCs

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Cabeccedilalho da ceacutelula ATM com 5 bytes Carga uacutetil com 48-bytes

Por quecirc carga uacutetil pequena -gt pequeno atraso de criaccedilatildeo de ceacutelula para voz digitalizada

Meio do caminho entre 32 e 64 (compromisso)

cabeccedilalhoda ceacutelula

formato daceacutelula

3o bit no campo PTvalor 1 indica uacuteltima ceacutelula (AAL-indicate bit)

Camada ATM ceacutelula ATM

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VCI identificador de canal virtual Pode mudar de enlace para enlace atraveacutes da rede

PT tipo de carga uacutetil (ex ceacutelula RM versus ceacutelula de dados) CLP bit de prioridade de perda de ceacutelula

CLP = 1 implica ceacutelula de baixa prioridade pode ser descartada em caso de congestatildeo

HEC verificaccedilatildeo de erros no cabeccedilalho Verificaccedilatildeo ciacuteclica de erros

Cabeccedilalho da ceacutelula ATM

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A camada fiacutesica se compotildee de duas partes (subcamadas ) Subcamada de convergecircncia de transmissatildeo (TCS) adapta a camada

ATM acima agrave subcamada fiacutesica abaixo (PMD) Subcamada dependente do meio depende do tipo de meio fiacutesico que

estaacute sendo empregado

Funccedilotildees da TCS Geraccedilatildeo do checksum do cabeccedilalho 8 bits CRC Delineamento de ceacutelula Com uma subcamada PMD natildeo estruturada transmite ceacutelulas vazias

(ldquoidle cellsrdquo) quando natildeo haacute ceacutelulas de dados a enviar

Camada fiacutesica ATM

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Subcamada dependente do meio fiacutesico (PMD) SONETSDH estrutura de transmissatildeo de quadros (como um

container carregando bits) Sincronizaccedilatildeo de bits Particcedilotildees da banda passante (TDM) Vaacuterias velocidades OC1 = 5184 Mbps OC3 = 15552 Mbps OC12 = 62208 Mbps

T1T3 estrutura de transmissatildeo de quadros (velha hierarquia de telefonia 15 Mbps45 Mbps No Brasil usa-se a hierarquia europeacuteia E1E3 2 34 Mbps

Natildeo estruturada apenas ceacutelulas (ocupadasvazias)

Camada fiacutesica ATM

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Apenas IP claacutessico 3 ldquoredesrdquo (ex segmentos de LAN) Endereccedilos MAC (8023) e IP

IP sobre ATM Substitui ldquorederdquo (ex segmento

de LAN) com a rede ATM Endereccedilos ATM endereccedilos IP

redeATM

EthernetLANs

EthernetLANs

IP-sobre-ATM

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No endereccedilo de origem Camada IP encontra um mapeamento entre o endereccedilo IP e o endereccedilo de destino ATM (usando ARP) Passa o datagrama para a camada de adaptaccedilatildeo AAL5 AAL5 encapsula os dados segmenta em ceacutelulas e passa para a camada ATM

Rede ATM move a ceacutelula para o destino de acordo com o seu VC (circuito virtual)

No hospedeiro de destino AAL5 remonta o datagrama original a partir das ceacutelulas recebidas Se o CRC OK datagrama eacute passado ao IP

Viagem de um datagrama numa rede IP-sobre-ATM

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Questotildees Datagramas IP em ATM AAL5 PDUs Dos endereccedilos IP aos endereccedilos ATM

Da mesma forma que de endereccedilos IP para endereccedilos MAC 8023

redeATM

EthernetLANs

IP-sobre-ATM

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Objetivo inicial aumentar a velocidade de encaminhamento IP usando labels de tamanho fixo (em vez de endereccedilo IP) Mesma ideacuteia do meacutetodo de circuito virtual (VC) Mas o datagrama IP ainda manteacutem o endereccedilo IP

Multiprotocol label switching (MPLS)

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Roteador faz a funccedilatildeo de comutador de roacutetulo Pacotes encaminhados para interface de saiacuteda com base apenas no valor

do roacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP) Tabela de encaminhamento MPLS distinta das tabelas de encaminhamento IP

Protocolo de sinalizaccedilatildeo necessaacuterio para estabelecer o encaminhamento RSVP-TE Encaminhamento eacute possiacutevel por caminhos que o IP sozinho natildeo pode usar (ex roteamento de especificado pela origem) Use MPLS para engenharia de traacutefego

Deve coexistir com roteadores unicamente IP

Roteadores MPLS

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Tabelas de encaminhamento MPLS

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Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace Detecccedilatildeo de erros correccedilatildeo Compartilhando um canal broadcast acesso muacuteltiplo Endereccedilamento da camada de enlace

Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de vaacuterias tecnologias da camada de enlace Ethernet LANS comutadas PPP Redes virtualizadas como uma camada de enlace ATM MPLS

Resumo

Page 15: Capítulo 5 Redes de computadores e a Internet A camada de enlace e redes locais

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Trecircs tipos de enlaces Ponto-a-ponto (fio uacutenico ex PPP SLIP) Broadcast (fio ou meio compartilhado)

Ethernet tradicional Upstream HFC 80211 LAN sem fio

Enlaces de acesso muacuteltiplo e protocolos

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Canal de comunicaccedilatildeo uacutenico e compartilhado Duas ou mais transmissotildees simultacircneas pelos noacutes interferecircncia

Colisatildeo se um noacute receber dois ou mais sinais ao mesmo tempo

Protocolo de muacuteltiplo acesso Algoritmo distribuiacutedo que determina como as estaccedilotildees compartilham o canal isto eacute determinam quando cada estaccedilatildeo pode transmitir

Comunicaccedilatildeo sobre o compartilhamento do canal deve utilizar o proacutepro canal

Nenhum canal fora-de-banda para coordenaccedilatildeo

Protocolos de acesso muacuteltiplo

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Canal de broadcast de taxa R bps1 Quando um noacute quer transmitir ele pode enviar a uma taxa R2 Quando M noacutes querem transmitir cada um envia a uma taxa

meacutedia RM3 Totalmente descentralizada

Nenhum noacute especial para coordenar transmissotildees Nenhuma sincronizaccedilatildeo de reloacutegios e compartimentos

4 Simples

Protocolo ideal de muacuteltiplo acesso

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Trecircs grandes classes Particionamento de canal

Divide o canal em pedaccedilos menores (compartimentos de tempo frequumlecircncia)

Aloca um pedaccedilo para uso exclusivo de cada noacute

Acesso aleatoacuterio Canal natildeo dividido permite colisotildees ldquorecuperaccedilatildeordquo das colisotildees

Passagem de permissatildeo Noacutes transmitem nos seus turnos mas com mais volume para enviar

podem usar turnos mais longos

Protocolos MAC uma taxonomia

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TDMA acesso muacuteltiplo por divisatildeo temporal Acesso ao canal eacute feito por rdquoturnos Cada estaccedilatildeo controla um compartimento (ldquoslotrdquo) de tamanho

fixo (tamanho = tempo de transmissatildeo de pacote) em cada turno Compartimentos natildeo usados satildeo desperdiccedilados Exemplo rede local com 6 estaccedilotildees 1 3 4 tecircm pacotes

compartimentos 2 5 6 ficam vazios

Protocolos MAC com particionamento de canal TDMA

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FDMA acesso muacuteltiplo por divisatildeo de frequumlecircncia Oespectro do canal eacute dividido em bandas de frequumlecircncia Cada estaccedilatildeo recebe uma banda de frequumlecircncia Tempo de transmissatildeo natildeo usado nas bandas de frequumlecircncia eacute desperdiccedilado Exemplo rede local com 6 estaccedilotildees 1 3 4 tecircm pacotes as bandas de

frequumlecircncia 2 5 6 ficam vazias bandas

de f

requumlecircnci

a tempo

Protocolos MAC com particionamento de canal FDMA

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Quando o noacute tem um pacote a enviar Transmite com toda a taxa do canal R Natildeo haacute uma regra de coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes

Dois ou mais noacutes transmitindo -gt ldquocolisatildeordquo

Protocolo MAC de acesso aleatoacuterio especifica Como detectar colisotildees Como as estaccedilotildees se recuperam das colisotildees (ex via retransmissotildees

atrasadas) Exemplos de protocolos MAC de acesso aleatoacuterio

slotted ALOHA ALOHA CSMA e CSMACD

Protocolos de acesso aleatoacuterio

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Suposiccedilotildees Todos os quadros de mesmo tamanho Tempo dividido em slots de mesmo tamanho tempo para

transmitir 1 quadro Noacutes comeccedilam a transmitir quadros apenas no iniacutecio dos slots Noacutes satildeo sincronizados Se 2 ou mais noacutes transmitem no slot todos os noacutes detectam a

colisatildeo

Operaccedilatildeo Quando um noacute obteacutem um novo quadro ele transmite no proacuteximo

slot Sem colisatildeo o noacute pode enviar o novo quadro no proacuteximo slot Se haacute colisatildeo o noacute retransmite o quadro em cada slot

subsequumlente com prob p ateacute o successo

Slotted ALOHA

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Proacutes Um uacutenico noacute ativo pode transmitir continuamente com a taxa completa

de canal Altamente descentralizada somente slots em noacutes precisam ser

sincronizados Simples

Contras Colisotildees desperdiacutecio de slots Slots ociosos Noacutes podem detectar colisatildeo em menos tempo do que o tempo para

transmitir o pacote Sincronizaccedilatildeo de clock

Slotted ALOHA

LegendaC = Intervalo de colisatildeoE = Intervalo vazioS = Intervalo bem-sucedido

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Eficiecircncia eacute a fraccedilatildeo de slots bem-sucedidos quando haacute muitos noacutes cada um com muitos quadros para enviar

Suponha N noacutes com muitos quadros para enviar cada um transmite no slot com probabilidade p

Prob de o noacute 1 obter successo num slot = p(1-p)N-1

Prob de qualquer noacute obter um successo = Np(1-p)N-1

Para maacutexima eficiecircncia com N noacutes encontre p que maximiza Np(1-p)N-1

Para muitos noacutes o limite de Np(1-p)N-1 com N indo ao infinito resulta 1e = 37

No maacuteximo uso do canal para envio de dados uacuteteis 37 do tempo

Eficiecircncia do slotted Aloha

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Unslotted Aloha operaccedilatildeo mais simples natildeo haacute sincronizaccedilatildeo

Pacote necessita transmissatildeo Enviar sem esperar pelo iniacutecio de um compartimento

A probabilidade de colisatildeo aumentaPacote enviado em t0 colide com outros pacotes enviados em [t0-1 t0+1]

Aloha puro (unslotted)

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P(successo de um dado noacute) = P(noacute transmitir)

P(nenhum outro noacute transmitir em [p0-1p0]

P(nenhum outro noacute transmitir em [p0-1p0]

= p (1-p)N-1 (1-p)N-1

= p (1-p)2(N-1)

hellip escolhendo p oacutetimo e entatildeo deixando n -gt infinito

= 1(2e) = 18

Ainda pior

Eficiecircncia do Aloha puro

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CSMA escuta antes de transmitir Se o canal parece vazio transmite o pacote Se o canal estaacute ocupado adia a transmissatildeo Analogia humana natildeo interrompa os outros

CSMA Carrier Sense Multiple Access

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Colisotildees podem ocorrero atraso de propagaccedilatildeo implica que dois noacutes podem natildeo ouvir as transmissotildees do outro

Colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo do pacote eacute desperdiccedilado

Notepapel da distacircncia e do atraso de propagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo

arranjo espacial dos noacutes na rede

Colisotildees no CSMA

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CSMACD detecccedilatildeo de portadora deferecircncia como no CSMA Colisotildees detectadas num tempo mais curto Transmissotildees com colisotildees satildeo interrompidas reduzindo o desperdiacutecio do canal Detecccedilatildeo de colisatildeo Faacutecil em LANs cabeadas mediccedilatildeo da intensidade do sinal comparaccedilatildeo dos sinais transmitidos e recebidos Difiacutecil em LANs sem fio receptor desligado enquanto transmitindo Analogia humana o ldquobom de papordquo educado

CSMACD (detecccedilatildeo de colisatildeo)

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CSMACD detecccedilatildeo de colisatildeo

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Protocolos MAC com particionamento de canais Compartilham o canal eficientemente quando a carga eacute alta e bem distribuiacuteda Ineficiente nas cargas baixas atraso no acesso ao canal A estaccedilatildeo consegue uma banda de 1N da capacidade do canal mesmo que haja apenas 1 noacute ativo

Protocolos MAC de acesso aleatoacuterio Eficiente nas cargas baixas um uacutenico noacute pode usar todo o canal Cargas altas excesso de colisotildees

Protocolos de passagem de permissatildeoBuscam o melhor dos dois mundos

Protocolos MAC com passagem de permissatildeo

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Polling Noacute mestre ldquoconvidardquo os escravos a transmitirem um de cada vez Problemas

Polling overhead Latecircncia Ponto uacutenico de falha (mestre)

Token passing Controla um token passado de um noacute a outro sequumlencialmente Mensagem token Problemas

Token overhead Latecircncia Ponto uacutenico de falha (token)

Protocolos MAC com passagem de permissatildeo

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Como se faz com um canal compartilhado Particionamento de canal no tempo por frequumlecircncia ou por coacutedigo

Divisatildeo temporal divisatildeo por coacutedigo divisatildeo por frequumlecircncia Particionamento aleatoacuterio (dinacircmico)

ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACD Detecccedilatildeo de portadora faacutecil em alguns meios fiacutesicos (cabos) e

difiacutecil em outros (wireless) CSMACD usado na rede Ethernet CSMACA usado em 80211

Passagem de permissatildeo Polling a partir de um site central passagem de token

Sumaacuterio dos protocolos MAC

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Camada de enlace ateacute agora Serviccedilos detecccedilatildeo de erroscorreccedilatildeo acesso muacuteltiplo

A seguir tecnologias de redes locais (LAN) Endereccedilamento Ethernet hubs pontes switches PPP

Tecnologias de LAN

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A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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Endereccedilos IP de 32-bit Endereccedilos da camada de rede Usados para levar o datagrama ateacute a rede de destino (lembre-se

da definiccedilatildeo de rede IP)

Endereccedilo de LAN (ou MAC ou fiacutesico) Usado para levar o datagrama de uma interface fiacutesica a outra

fisicamente conectada com a primeira (isto eacute na mesma rede) Endereccedilos MAC com 48 bits (na maioria das LANs)

gravados na memoacuteria fixa (ROM) do adaptador de rede

Endereccedilos de LAN e ARP

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A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEE O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (para

assegurar a unicidade)

Analogia (a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG (b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal

Endereccedilamento MAC eacute ldquoflatrdquo =gt portabilidade Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra sem

reconfiguraccedilatildeo de endereccedilo MAC

Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevel Depende da rede na qual se estaacute ligado

Endereccedilos de LAN (mais)

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Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de Bdado o endereccedilo IP de B Cada noacute IP (hospedeiro roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabela ARP Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt

lt IP address MAC address TTLgt TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamento de

endereccedilos seraacute esquecido (tipicamente 20 min)

ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de resoluccedilatildeo de endereccedilos)

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A que enviar um datagrama para B e o endereccedilo MAS de B natildeo estaacute na tabela ARP de A

A faz broadcast de pacote de consulta ARB contendo o endereccedilo IP de B end MAC de destino = FF-FF-FF-FF-FF-FF todas as maacutequinas na LAN recebem a consulta ARP

B recebe o pacote ARP responde para A com seu endereccedilo MAC (de B) Quadro enviado para o end MAC de A (unicast)

A faz um cache (salva) o par de endereccedilos IP para MAC em sua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo se torne antiga (expirada) soft state informaccedilatildeo que expira (eacute descartada) sem atualizaccedilatildeo

ARP eacute ldquoplug-and-playrdquo Noacutes criam suas tabelas ARP sem intervenccedilatildeo do administrador da rede

Protocolo ARP Mesma LAN (network)

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objetivo envia datagrama de A para B via R supotildee que A conhece o endereccedilo IP de B

bull Duas tabelas ARP no roteador R um para cada rede IP (LAN)

Roteamento para outra LAN

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A cria o pacote IP com origem A destino B A usa ARP para obter o endereccedilo de camada fiacutesica de R correspondente ao

endereccedilo IP 111111111110 A cria um quadro Ethernet com o endereccedilo fiacutesico de R como destino o

quadro Ethernet conteacutem o datagrama IP de A para B A camada de enlace de A envia o quadroEthernet A camada de enlace de R recebe o quadro Ethernet R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verifica que ele se destina a

B R usa ARP para obter o endereccedilo fiacutesico de B R cria quadro contendo um datagrama de A para B e envia para B

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5 - 42copy 2005 by Pearson Education

A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo Barato R$20 por 100Mbps Primeira tecnologia de LAN largamente usada Mais simples e mais barata que LANs com token e ATM Velocidade crescente 10Mbps ndash 10Gbps

esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf

Ethernet

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Topologia de bus popular em meados dos anos 90 Agora a topologia em estrela prevalece Opccedilotildees de conexatildeo hub ou switch (mais adiante)

Topologia em estrela

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Adaptador do transmissor encapsula o datagrama IP (ou outro pacote de protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet

Preacircmbulo bull 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte com padratildeo 10101011bull usado para sincronizar as taxas de reloacutegio do transmissor e do receptor

Estrutura do quadro Ethernet

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Endereccedilos 6 bytes Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de destino coincidente ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa o dado no quadro para o protocolo da camada de rede

Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP mas outros podem ser suportados tais como Novell IPX e AppleTalk)

CRC verificado no receptor se um erro eacute detectado o quadro eacute simplesmente descartado

Estrutura do quadro Ethernet

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Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o receptor

Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou nacks para o adaptador transmissor O fluxo de datagramas que passa para a camada de rede pode deixar

lacunas Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCP Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas

Serviccedilo natildeo confiaacutevel sem conexatildeo

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Sem slots Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador

transmitindo isto eacute carrier sense O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador

transmitindo isto eacute collision detection Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo

aleatoacuterio isto eacute random access

Ethernet usa CSMACD

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1 Adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmitir o

quadro Se ele detecta o canal ocupado espera ateacute ele ficar livre e entatildeo transmite

3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo sua missatildeo com esse quadro estaacute cumprida

4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta e envia um jam signal

5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a m-eacutesima colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2m-1 O adaptador espera K512 tempos de bit e retorna ao passo 2

Algoritmo CSMACD da Ethernet

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Jam signal garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo 48 bitsBit time 1 microseg para Ethernet de 10 Mbpspara K=1023 o tempo de espera eacute cerca de 50 mseg

Veja o applet Java no Web site da AWL altamemte recomendadoExponential backoff Objetivo adaptar tentativas de retransmissatildeo para carga atual da rede

Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longa Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacute

K x 512 tempos de transmissatildeo de bit Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3hellip Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023

Ethernet CSMACD

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Tprop = propagaccedilatildeo maacutexima entre 2 noacutes na LAN

ttrans = tempo para transmitir um quadro de tamanho maacuteximo

Eficiecircncia tende a 1 quando tprop tende a 0

Tende a 1 quando ttrans tende ao infinito Muito melhor do que o ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato

transprop tt 51

1eficiecircncia

Eficiecircncia do CSMACD

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Taxa de 10100 Mbps chamado mais tarde de ldquofast ethernetrdquo T significa ldquoTwisted Pairrdquo (par de fios tranccedilados de cobre) Noacutes se conectam a um hub ldquotopologia em estrelardquo 100 m eacute a distacircncia

maacutexima entre os noacutes e o hub

10BaseT e 100BaseT

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Hubs satildeo essencialmente repetidores de camada fiacutesica Bits que chegam de um enlace se propagam para todos os outros enlaces Com a mesma taxa Natildeo possuem armazenagem de quadros Natildeo haacute CSMACD no hub adaptadores detectam colisotildees Provecirc funcionalidade de gerenciamento de rede

Hubs

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Usada em 10BaseT Cada bit possui uma transiccedilatildeo Permite que os reloacutegios nos noacutes de transmissatildeo e de recepccedilatildeo possam

sincronizar um com o outro Natildeo eacute necessaacuterio reloacutegio global centralizado entre os noacutes

Ei isso eacute coisa de camada fiacutesica

Codificaccedilatildeo Manchester

Codificaccedilatildeo Manchester

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Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeo Permite enlaces ponto-a-ponto e canais de muacuteltiplo acesso

compartilhados No modo compartilhado o CSMACD eacute usado exige pequenas

distacircncias entre os noacutes para ser eficiente Usa hubs chamados aqui de Distribuidores com Armazenagem

ldquoBuffered Distributorsrdquo Full-Duplex a 1 Gbps para enlaces ponto-a-ponto 10 Gbps agora

Gigabit Ethernet

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A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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Hub de backbone interconecta segmentos de LAN Estende a distacircncia maacutexima entre os noacutes Mas domiacutenios de colisatildeo individuais tornam-se um uacutenico e grande

domiacutenio de colisatildeo Natildeo pode interconectar 10BaseT e 100BaseT

Interconexatildeo com hubs

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Dispositivo de camada de enlace Armazena e encaminha quadros Ethernet Examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o

quadro baseado no endereccedilo MAC de destino Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento

usa CSMACD para acessar o segmento Transparente

Hospedeiros satildeo inconscientes da presenccedila dos switches Plug-and-play self-learning (auto-aprendizado)

Switches natildeo precisam ser configurados

Switch

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Como determinar para qual segmento da LAN encaminhar o quadro Parece um problema de roteamento

Encaminhamento

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Um switch possui uma tabela de switch Entrada na tabela do switch

(endereccedilo MAC interface marca de tempo) Entradas expiradas na tabela satildeo decartadas (TTL pode ser 60 min)

Switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de suas interfaces Quando recebe um quadro o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento da LAN que chega Registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela

Self learning (auto-aprendizado)

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Quando um switch recebe um quadro

indexa a tabela do switch usando end MAC de destinoif entrada for encontrada para o destino

then if dest no segmento deste quadro chegou

then descarta o quadro else encaminha o quadro na interface indicada else flood

Encaminha para todas as interfacesexceto para a que o quadro chegou

Filtragemencaminhamento

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Suponha que C envia um quadro para D

Switch recebe o quadro de C Anota na tabela que C estaacute na interface 1 Como D natildeo estaacute na tabela o switch encaminha o quadro para as

interfaces 2 e 3 Quadro recebido por D

hub hub hub

switch

A

B CD

EF

G H

I

endereccedilo interface

ABEG

1123

12 3

Switch exemplo

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Suponha que D responde com um quadro para C

Switch recebe quadro de D Anota na tabela que D estaacute na interface 2 Como C estaacute na tabela o switch encaminha o quadro apenas para a

interface 1 Quadro recebido por C

hub hub hub

switch

A

B CD

EF

G H

I

endereccedilo interface

ABEGC

11231

Switch exemplo

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A instalaccedilatildeo do switch quebra as sub-redes em segmentos de LAN Switch filtra pacotes

Alguns quadros do mesmo segmento de LAN natildeo satildeo usualmente encaminhados para outros segmento de LAN

Segmentos se tornam separados em domiacutenios de colisatildeo

hub hub hub

switch

domiacutenio de colisatildeo domiacutenio de colisatildeo

domiacutenio de colisatildeo

Switch isolaccedilatildeo de traacutefego

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Switch com muitas interfaces Hospedeiros possuem conexatildeo direta ao switch Sem colisotildees full duplex

Switching A-para-Arsquo e B-para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees

Switches acesso dedicado

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Cut-through switching quadro encaminhado da porta de entrada ateacute a porta de saiacuteda sem ter de primeiro coletar o quadro todo Ligeira reduccedilatildeo na latecircncia

Combinaccedilotildees de interfaces 101001000 Mbps compartilhadasdedicadas

Mais sobre switches

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Redes corporativas

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Ambos satildeo dispositivos store-and-forward Roteadores dispositivos de camada de rede (examinam cabeccedilalhos

da camada de rede) Switches satildeo dispositivos da camada de enlace

Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam algoritmos de roteamento Switches mantecircm tabelas de switch implementam filtragem algoritmos de aprendizagem

Switches vs roteadores

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hubs roteadores switches

isolaccedilatildeo detraacutefego

natildeo sim sim

plug amp play sim natildeo sim

roteamentooacutetimo

natildeo sim natildeo

cutthrough

sim natildeo sim

Resumo comparaccedilatildeo

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A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace de broadcast Sem Media Access Control Natildeo necessita de endereccedilamento MAC expliacutecito Ex dialup link linha ISDN

Protocolos ponto-a-ponto DLC populares PPP (point-to-point protocol) HDLC High level data link control (camada de enlace costumava ser considerada ldquocamada altardquo na pilha de protocolos)

Controle de enlace de dados ponto-a-ponto

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Enquadramento de pacote encapsulamento do datagrama da camada de rede no quadro da camada de enlace Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolo de rede (natildeo apenas o IP) ao mesmo tempo Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo

Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo de bit no campo de dados

Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo) Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do enlace

para a camada de rede Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos terminais

do enlace podem aprender e configurar o endereccedilo de rede dos outros

PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]

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Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros Natildeo haacute controle de fluxo Aceita entregas fora de ordem Natildeo haacute necessidade de suportar enlaces multiponto (ex polling)

Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeo dos dados satildeo todos relegados para as camadas mais altas

PPP natildeo requisitos

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Flag delimitador (enquadramento) Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura) Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacuteltiplos campos de

controle Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o conteuacutedo do

quadro deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)

PPP formato do quadro

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info dados da camada superior sendo transportados CRC verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de erros

PPP formato dos dados

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Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de dados deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt01111110gt

P Se for recebido o padratildeo lt01111110gt satildeo dados ou eacute flag Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte extra com o padratildeo lt

01111101gt (escape) antes de cada byte com o padratildeo de flag lt 01111110gt nos dados

Receptor Um byte 01111101 seguido de 01111110 em seguida descarta o primeiro e continua a recepccedilatildeo de dados Uacutenico byte 01111110 entatildeo eacute um flag

Byte stuffing

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byte com o padratildeodo flag nos dados a enviar

byte com o padratildeo de escape acrescentado nos dados transmitidos seguido por um byte com padratildeo de flag

Byte stuffing

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Antes de trocar dados da camada de rede os parceiros da camada de enlace devem A configurar o enlace PPP (tamanho maacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo) Aprenderconfigurar as informaccedilotildees da camada de rede

Para o IP transportar mensagens do protocolo de controle IP (IPCP) (campo de protocolo 8021) para configuraraprender os

endereccedilos IP

PPP protocolo de controle de dados

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A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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Virtualizaccedilatildeo dos recursos uma poderosa abstraccedilatildeo em engenharia de sistemas Exemplos em computaccedilatildeo memoacuteria virtual dispositivos virtuais

Maacutequinas virtuais ex java IBM VM os dos anos 6070

Camada de abstraccedilotildees natildeo se apega a detalhes da camada mais baixa apenas trata com as camadas mais baixas abstratamente

Virtualizaccedilatildeo das redes

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1974 muacuteltiplas redes desconectadas ARPAnet redes de dados-sobre-cabo rede de pacote por sateacutelite (Aloha) rede de pacotes por raacutedio

hellip diferentes em convenccedilotildees de endereccedilamento formatos do pacote recuperaccedilatildeo de erros roteamento

Internet virtualizaccedilatildeo das redes

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Camada de rede da Internet (IP) Endereccedilamento internetwork

aparece como uma entidade uacutenica e uniforme escondendo a heterogeneidade das redes locais

Rede de redes

Gateway ldquoembute pacotes da Internet no

formato de um pacote local ou os extrairdquo

Rota (no niacutevel de internetwork) para o proacuteximo gateway

Internet virtualizaccedilatildeo das redes

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O que eacute virtualizado Duas camadas de endereccedilamento Internet e rede local Nova camada (IP) torna tudo homogecircneo na camada da Internet Tecnologia da rede local em questatildeo

Cabo Sateacutelite Modem telefocircnico de 56 K Hoje ATM MPLS

hellip ldquoinvisiacutevelrdquo na camada da Internet Parece com uma tecnologia de camada de enlace para o IP

Arquitetura da Internet de Cerf amp Kahn

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ATM MPLS redes separadas em seus proacuteprios direitos Modelos de serviccedilo endereccedilamento roteamento diferentes da Internet

Vistos pela Internet como um enlace loacutegico conectando roteadores IP Assim como o dialup link eacute realmente parte de uma rede separada

(rede telefocircnica)

ATM MPLS de interesse teacutecnico em seu proacuteprio direito

ATM e MPLS

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Padratildeo dos anos 8090 para altas taxas de transmissatildeo (155 Mbps a 622 Mbps e mais altas) arquitetura de Broadband Integrated Service Digital Network (B-ISDN)

Objetivo transporte integrado de voz dados e imagens com foco nas redes puacuteblicas de comunicaccedilatildeo Deve atender aos requisitos de tempoQoS para aplicaccedilotildees de voz

e de viacutedeo (versus o serviccedilo de melhor esforccedilo da Internet) Telefonia de ldquoproacutexima geraccedilatildeordquo fundamentos teacutecnicos no mundo da telefonia Comutaccedilatildeo de pacotes (pacotes de tamanho fixo chamados ldquoceacutelulasrdquo) usando circuitos virtuais

Modo de transferecircncia assiacutencrono ATM

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Camada de adaptaccedilatildeo apenas na borda de uma rede ATM Segmentaccedilatildeo e remontagem dos dados Grosseiramente anaacuteloga agrave camada de transporte da Internet

Camada ATM camada de ldquorederdquo Comutaccedilatildeo de ceacutelulas roteamento

Camada fiacutesica

Sistema final Sistema finalSwitch ATM Switch ATM

Arquitetura ATM

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Visatildeo transporte fim-a-fim ldquoATM de computador a computadorrdquo ATM eacute uma tecnologia de redeRealidade usada para conectar roteadores IP de backbone ldquoIP sobre ATMrdquo ATM como uma camada de enlace comutada conectando roteadores IP

ATM camada de rede ou de enlace

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Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL) ldquoadaptardquo camadas superiores (aplicaccedilotildees IP ou nativas ATM) para a camada ATM abaixo

AAL presente apenas nos sistemas finais natildeo nos comutadores ATM (ldquoswitchesrdquo)

O segmento da camada AAL (campo de cabeccedilalhotrailer e de dados) satildeo fragmentados em muacuteltiplas ceacutelulas ATM Analogia segmento TCP em muitos pacotes IP

Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL)

Sistema final Sistema finalSwitch ATM Switch ATM

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Diferentes versotildees da camada AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM AAL1 para serviccedilo CBR (taxa de bit constante) ex emulaccedilatildeo de circuitos AAL2 para serviccedilos VBR (taxa de bit variaacutevel) ex viacutedeo MPEG AAL5 para dados (ex datagramas IP)

AAL PDU

ceacutelula ATM

Dados de usuaacuterio

subcamadade convergecircncia

subcamadaSAR

Ceacutelula ATM

Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL)

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Serviccedilo transporte de ceacutelulas atraveacutes da rede ATM Anaacuteloga agrave camada de rede IP Serviccedilos muito diferentes da camada de rede IP

Arquiteturade rede

Internet

ATM

ATM

ATM

ATM

Modelo de serviccedilo

melhoresforccediloCBR

VBR

ABR

UBR

Banda

natildeo

taxaconstantetaxagarantidamiacutenimogarantidonatildeo

Perda

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Ordem

natildeo

sim

sim

sim

sim

Tempo

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Aviso decongestatildeo

natildeo (inferidopelas perdas)natildeo haacutecongestatildeonatildeo haacutecongestatildeosim

natildeo

Garantias

Camada ATM

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Transporte em VC ceacutelulas satildeo transportadas sobre VC da fonte ao destino Estabelecimento de conexatildeo necessaacuterio para cada chamada antes que o fluxo de dados possa ser iniciado Cada pacote transporta um identificador de VC (natildeo transporta o endereccedilo do destino) Cada comutador com caminho entre a fonte e o destino manteacutem o ldquoestadordquo para cada conexatildeo passante Recursos do enlace e do comutador (banda passante buffers) podem ser alocados por VC para obter um comportamento semelhante a um circuito fiacutesico

VCs permanentes (PVCs) Conexotildees de longa duraccedilatildeo Tipicamente rota ldquopermanenterdquo entre roteadores IP

VCs comutados (SVC) Dinamicamente criados numa base por chamada

Camadas ATM circuitos virtuais

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Vantagens do uso de circuitos virtuais no ATM Iacutendices de QoS garantidos para conexotildees mapeadas em

circuitos virtuais (banda passante atraso variacircncia de atraso)

Problemas no uso de circuitos virtuais O suporte de traacutefego datagrama eacute ineficiente Um PVC entre cada par origemdestino natildeo tem boa

escalabilidade (N2 conexotildees satildeo necessaacuterias) SVC introduz latecircncia de estabelecimento de conexatildeo e

atrasos de processamento para conexotildees de curta duraccedilatildeo

ATM VCs

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Cabeccedilalho da ceacutelula ATM com 5 bytes Carga uacutetil com 48-bytes

Por quecirc carga uacutetil pequena -gt pequeno atraso de criaccedilatildeo de ceacutelula para voz digitalizada

Meio do caminho entre 32 e 64 (compromisso)

cabeccedilalhoda ceacutelula

formato daceacutelula

3o bit no campo PTvalor 1 indica uacuteltima ceacutelula (AAL-indicate bit)

Camada ATM ceacutelula ATM

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VCI identificador de canal virtual Pode mudar de enlace para enlace atraveacutes da rede

PT tipo de carga uacutetil (ex ceacutelula RM versus ceacutelula de dados) CLP bit de prioridade de perda de ceacutelula

CLP = 1 implica ceacutelula de baixa prioridade pode ser descartada em caso de congestatildeo

HEC verificaccedilatildeo de erros no cabeccedilalho Verificaccedilatildeo ciacuteclica de erros

Cabeccedilalho da ceacutelula ATM

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A camada fiacutesica se compotildee de duas partes (subcamadas ) Subcamada de convergecircncia de transmissatildeo (TCS) adapta a camada

ATM acima agrave subcamada fiacutesica abaixo (PMD) Subcamada dependente do meio depende do tipo de meio fiacutesico que

estaacute sendo empregado

Funccedilotildees da TCS Geraccedilatildeo do checksum do cabeccedilalho 8 bits CRC Delineamento de ceacutelula Com uma subcamada PMD natildeo estruturada transmite ceacutelulas vazias

(ldquoidle cellsrdquo) quando natildeo haacute ceacutelulas de dados a enviar

Camada fiacutesica ATM

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Subcamada dependente do meio fiacutesico (PMD) SONETSDH estrutura de transmissatildeo de quadros (como um

container carregando bits) Sincronizaccedilatildeo de bits Particcedilotildees da banda passante (TDM) Vaacuterias velocidades OC1 = 5184 Mbps OC3 = 15552 Mbps OC12 = 62208 Mbps

T1T3 estrutura de transmissatildeo de quadros (velha hierarquia de telefonia 15 Mbps45 Mbps No Brasil usa-se a hierarquia europeacuteia E1E3 2 34 Mbps

Natildeo estruturada apenas ceacutelulas (ocupadasvazias)

Camada fiacutesica ATM

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Apenas IP claacutessico 3 ldquoredesrdquo (ex segmentos de LAN) Endereccedilos MAC (8023) e IP

IP sobre ATM Substitui ldquorederdquo (ex segmento

de LAN) com a rede ATM Endereccedilos ATM endereccedilos IP

redeATM

EthernetLANs

EthernetLANs

IP-sobre-ATM

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No endereccedilo de origem Camada IP encontra um mapeamento entre o endereccedilo IP e o endereccedilo de destino ATM (usando ARP) Passa o datagrama para a camada de adaptaccedilatildeo AAL5 AAL5 encapsula os dados segmenta em ceacutelulas e passa para a camada ATM

Rede ATM move a ceacutelula para o destino de acordo com o seu VC (circuito virtual)

No hospedeiro de destino AAL5 remonta o datagrama original a partir das ceacutelulas recebidas Se o CRC OK datagrama eacute passado ao IP

Viagem de um datagrama numa rede IP-sobre-ATM

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Questotildees Datagramas IP em ATM AAL5 PDUs Dos endereccedilos IP aos endereccedilos ATM

Da mesma forma que de endereccedilos IP para endereccedilos MAC 8023

redeATM

EthernetLANs

IP-sobre-ATM

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Objetivo inicial aumentar a velocidade de encaminhamento IP usando labels de tamanho fixo (em vez de endereccedilo IP) Mesma ideacuteia do meacutetodo de circuito virtual (VC) Mas o datagrama IP ainda manteacutem o endereccedilo IP

Multiprotocol label switching (MPLS)

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Roteador faz a funccedilatildeo de comutador de roacutetulo Pacotes encaminhados para interface de saiacuteda com base apenas no valor

do roacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP) Tabela de encaminhamento MPLS distinta das tabelas de encaminhamento IP

Protocolo de sinalizaccedilatildeo necessaacuterio para estabelecer o encaminhamento RSVP-TE Encaminhamento eacute possiacutevel por caminhos que o IP sozinho natildeo pode usar (ex roteamento de especificado pela origem) Use MPLS para engenharia de traacutefego

Deve coexistir com roteadores unicamente IP

Roteadores MPLS

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Tabelas de encaminhamento MPLS

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Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace Detecccedilatildeo de erros correccedilatildeo Compartilhando um canal broadcast acesso muacuteltiplo Endereccedilamento da camada de enlace

Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de vaacuterias tecnologias da camada de enlace Ethernet LANS comutadas PPP Redes virtualizadas como uma camada de enlace ATM MPLS

Resumo

Page 16: Capítulo 5 Redes de computadores e a Internet A camada de enlace e redes locais

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Canal de comunicaccedilatildeo uacutenico e compartilhado Duas ou mais transmissotildees simultacircneas pelos noacutes interferecircncia

Colisatildeo se um noacute receber dois ou mais sinais ao mesmo tempo

Protocolo de muacuteltiplo acesso Algoritmo distribuiacutedo que determina como as estaccedilotildees compartilham o canal isto eacute determinam quando cada estaccedilatildeo pode transmitir

Comunicaccedilatildeo sobre o compartilhamento do canal deve utilizar o proacutepro canal

Nenhum canal fora-de-banda para coordenaccedilatildeo

Protocolos de acesso muacuteltiplo

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Canal de broadcast de taxa R bps1 Quando um noacute quer transmitir ele pode enviar a uma taxa R2 Quando M noacutes querem transmitir cada um envia a uma taxa

meacutedia RM3 Totalmente descentralizada

Nenhum noacute especial para coordenar transmissotildees Nenhuma sincronizaccedilatildeo de reloacutegios e compartimentos

4 Simples

Protocolo ideal de muacuteltiplo acesso

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Trecircs grandes classes Particionamento de canal

Divide o canal em pedaccedilos menores (compartimentos de tempo frequumlecircncia)

Aloca um pedaccedilo para uso exclusivo de cada noacute

Acesso aleatoacuterio Canal natildeo dividido permite colisotildees ldquorecuperaccedilatildeordquo das colisotildees

Passagem de permissatildeo Noacutes transmitem nos seus turnos mas com mais volume para enviar

podem usar turnos mais longos

Protocolos MAC uma taxonomia

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TDMA acesso muacuteltiplo por divisatildeo temporal Acesso ao canal eacute feito por rdquoturnos Cada estaccedilatildeo controla um compartimento (ldquoslotrdquo) de tamanho

fixo (tamanho = tempo de transmissatildeo de pacote) em cada turno Compartimentos natildeo usados satildeo desperdiccedilados Exemplo rede local com 6 estaccedilotildees 1 3 4 tecircm pacotes

compartimentos 2 5 6 ficam vazios

Protocolos MAC com particionamento de canal TDMA

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FDMA acesso muacuteltiplo por divisatildeo de frequumlecircncia Oespectro do canal eacute dividido em bandas de frequumlecircncia Cada estaccedilatildeo recebe uma banda de frequumlecircncia Tempo de transmissatildeo natildeo usado nas bandas de frequumlecircncia eacute desperdiccedilado Exemplo rede local com 6 estaccedilotildees 1 3 4 tecircm pacotes as bandas de

frequumlecircncia 2 5 6 ficam vazias bandas

de f

requumlecircnci

a tempo

Protocolos MAC com particionamento de canal FDMA

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Quando o noacute tem um pacote a enviar Transmite com toda a taxa do canal R Natildeo haacute uma regra de coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes

Dois ou mais noacutes transmitindo -gt ldquocolisatildeordquo

Protocolo MAC de acesso aleatoacuterio especifica Como detectar colisotildees Como as estaccedilotildees se recuperam das colisotildees (ex via retransmissotildees

atrasadas) Exemplos de protocolos MAC de acesso aleatoacuterio

slotted ALOHA ALOHA CSMA e CSMACD

Protocolos de acesso aleatoacuterio

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Suposiccedilotildees Todos os quadros de mesmo tamanho Tempo dividido em slots de mesmo tamanho tempo para

transmitir 1 quadro Noacutes comeccedilam a transmitir quadros apenas no iniacutecio dos slots Noacutes satildeo sincronizados Se 2 ou mais noacutes transmitem no slot todos os noacutes detectam a

colisatildeo

Operaccedilatildeo Quando um noacute obteacutem um novo quadro ele transmite no proacuteximo

slot Sem colisatildeo o noacute pode enviar o novo quadro no proacuteximo slot Se haacute colisatildeo o noacute retransmite o quadro em cada slot

subsequumlente com prob p ateacute o successo

Slotted ALOHA

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Proacutes Um uacutenico noacute ativo pode transmitir continuamente com a taxa completa

de canal Altamente descentralizada somente slots em noacutes precisam ser

sincronizados Simples

Contras Colisotildees desperdiacutecio de slots Slots ociosos Noacutes podem detectar colisatildeo em menos tempo do que o tempo para

transmitir o pacote Sincronizaccedilatildeo de clock

Slotted ALOHA

LegendaC = Intervalo de colisatildeoE = Intervalo vazioS = Intervalo bem-sucedido

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Eficiecircncia eacute a fraccedilatildeo de slots bem-sucedidos quando haacute muitos noacutes cada um com muitos quadros para enviar

Suponha N noacutes com muitos quadros para enviar cada um transmite no slot com probabilidade p

Prob de o noacute 1 obter successo num slot = p(1-p)N-1

Prob de qualquer noacute obter um successo = Np(1-p)N-1

Para maacutexima eficiecircncia com N noacutes encontre p que maximiza Np(1-p)N-1

Para muitos noacutes o limite de Np(1-p)N-1 com N indo ao infinito resulta 1e = 37

No maacuteximo uso do canal para envio de dados uacuteteis 37 do tempo

Eficiecircncia do slotted Aloha

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Unslotted Aloha operaccedilatildeo mais simples natildeo haacute sincronizaccedilatildeo

Pacote necessita transmissatildeo Enviar sem esperar pelo iniacutecio de um compartimento

A probabilidade de colisatildeo aumentaPacote enviado em t0 colide com outros pacotes enviados em [t0-1 t0+1]

Aloha puro (unslotted)

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P(successo de um dado noacute) = P(noacute transmitir)

P(nenhum outro noacute transmitir em [p0-1p0]

P(nenhum outro noacute transmitir em [p0-1p0]

= p (1-p)N-1 (1-p)N-1

= p (1-p)2(N-1)

hellip escolhendo p oacutetimo e entatildeo deixando n -gt infinito

= 1(2e) = 18

Ainda pior

Eficiecircncia do Aloha puro

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CSMA escuta antes de transmitir Se o canal parece vazio transmite o pacote Se o canal estaacute ocupado adia a transmissatildeo Analogia humana natildeo interrompa os outros

CSMA Carrier Sense Multiple Access

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Colisotildees podem ocorrero atraso de propagaccedilatildeo implica que dois noacutes podem natildeo ouvir as transmissotildees do outro

Colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo do pacote eacute desperdiccedilado

Notepapel da distacircncia e do atraso de propagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo

arranjo espacial dos noacutes na rede

Colisotildees no CSMA

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CSMACD detecccedilatildeo de portadora deferecircncia como no CSMA Colisotildees detectadas num tempo mais curto Transmissotildees com colisotildees satildeo interrompidas reduzindo o desperdiacutecio do canal Detecccedilatildeo de colisatildeo Faacutecil em LANs cabeadas mediccedilatildeo da intensidade do sinal comparaccedilatildeo dos sinais transmitidos e recebidos Difiacutecil em LANs sem fio receptor desligado enquanto transmitindo Analogia humana o ldquobom de papordquo educado

CSMACD (detecccedilatildeo de colisatildeo)

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CSMACD detecccedilatildeo de colisatildeo

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Protocolos MAC com particionamento de canais Compartilham o canal eficientemente quando a carga eacute alta e bem distribuiacuteda Ineficiente nas cargas baixas atraso no acesso ao canal A estaccedilatildeo consegue uma banda de 1N da capacidade do canal mesmo que haja apenas 1 noacute ativo

Protocolos MAC de acesso aleatoacuterio Eficiente nas cargas baixas um uacutenico noacute pode usar todo o canal Cargas altas excesso de colisotildees

Protocolos de passagem de permissatildeoBuscam o melhor dos dois mundos

Protocolos MAC com passagem de permissatildeo

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Polling Noacute mestre ldquoconvidardquo os escravos a transmitirem um de cada vez Problemas

Polling overhead Latecircncia Ponto uacutenico de falha (mestre)

Token passing Controla um token passado de um noacute a outro sequumlencialmente Mensagem token Problemas

Token overhead Latecircncia Ponto uacutenico de falha (token)

Protocolos MAC com passagem de permissatildeo

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Como se faz com um canal compartilhado Particionamento de canal no tempo por frequumlecircncia ou por coacutedigo

Divisatildeo temporal divisatildeo por coacutedigo divisatildeo por frequumlecircncia Particionamento aleatoacuterio (dinacircmico)

ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACD Detecccedilatildeo de portadora faacutecil em alguns meios fiacutesicos (cabos) e

difiacutecil em outros (wireless) CSMACD usado na rede Ethernet CSMACA usado em 80211

Passagem de permissatildeo Polling a partir de um site central passagem de token

Sumaacuterio dos protocolos MAC

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Camada de enlace ateacute agora Serviccedilos detecccedilatildeo de erroscorreccedilatildeo acesso muacuteltiplo

A seguir tecnologias de redes locais (LAN) Endereccedilamento Ethernet hubs pontes switches PPP

Tecnologias de LAN

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A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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Endereccedilos IP de 32-bit Endereccedilos da camada de rede Usados para levar o datagrama ateacute a rede de destino (lembre-se

da definiccedilatildeo de rede IP)

Endereccedilo de LAN (ou MAC ou fiacutesico) Usado para levar o datagrama de uma interface fiacutesica a outra

fisicamente conectada com a primeira (isto eacute na mesma rede) Endereccedilos MAC com 48 bits (na maioria das LANs)

gravados na memoacuteria fixa (ROM) do adaptador de rede

Endereccedilos de LAN e ARP

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A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEE O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (para

assegurar a unicidade)

Analogia (a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG (b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal

Endereccedilamento MAC eacute ldquoflatrdquo =gt portabilidade Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra sem

reconfiguraccedilatildeo de endereccedilo MAC

Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevel Depende da rede na qual se estaacute ligado

Endereccedilos de LAN (mais)

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Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de Bdado o endereccedilo IP de B Cada noacute IP (hospedeiro roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabela ARP Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt

lt IP address MAC address TTLgt TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamento de

endereccedilos seraacute esquecido (tipicamente 20 min)

ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de resoluccedilatildeo de endereccedilos)

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A que enviar um datagrama para B e o endereccedilo MAS de B natildeo estaacute na tabela ARP de A

A faz broadcast de pacote de consulta ARB contendo o endereccedilo IP de B end MAC de destino = FF-FF-FF-FF-FF-FF todas as maacutequinas na LAN recebem a consulta ARP

B recebe o pacote ARP responde para A com seu endereccedilo MAC (de B) Quadro enviado para o end MAC de A (unicast)

A faz um cache (salva) o par de endereccedilos IP para MAC em sua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo se torne antiga (expirada) soft state informaccedilatildeo que expira (eacute descartada) sem atualizaccedilatildeo

ARP eacute ldquoplug-and-playrdquo Noacutes criam suas tabelas ARP sem intervenccedilatildeo do administrador da rede

Protocolo ARP Mesma LAN (network)

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objetivo envia datagrama de A para B via R supotildee que A conhece o endereccedilo IP de B

bull Duas tabelas ARP no roteador R um para cada rede IP (LAN)

Roteamento para outra LAN

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A cria o pacote IP com origem A destino B A usa ARP para obter o endereccedilo de camada fiacutesica de R correspondente ao

endereccedilo IP 111111111110 A cria um quadro Ethernet com o endereccedilo fiacutesico de R como destino o

quadro Ethernet conteacutem o datagrama IP de A para B A camada de enlace de A envia o quadroEthernet A camada de enlace de R recebe o quadro Ethernet R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verifica que ele se destina a

B R usa ARP para obter o endereccedilo fiacutesico de B R cria quadro contendo um datagrama de A para B e envia para B

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A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo Barato R$20 por 100Mbps Primeira tecnologia de LAN largamente usada Mais simples e mais barata que LANs com token e ATM Velocidade crescente 10Mbps ndash 10Gbps

esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf

Ethernet

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Topologia de bus popular em meados dos anos 90 Agora a topologia em estrela prevalece Opccedilotildees de conexatildeo hub ou switch (mais adiante)

Topologia em estrela

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Adaptador do transmissor encapsula o datagrama IP (ou outro pacote de protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet

Preacircmbulo bull 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte com padratildeo 10101011bull usado para sincronizar as taxas de reloacutegio do transmissor e do receptor

Estrutura do quadro Ethernet

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Endereccedilos 6 bytes Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de destino coincidente ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa o dado no quadro para o protocolo da camada de rede

Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP mas outros podem ser suportados tais como Novell IPX e AppleTalk)

CRC verificado no receptor se um erro eacute detectado o quadro eacute simplesmente descartado

Estrutura do quadro Ethernet

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Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o receptor

Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou nacks para o adaptador transmissor O fluxo de datagramas que passa para a camada de rede pode deixar

lacunas Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCP Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas

Serviccedilo natildeo confiaacutevel sem conexatildeo

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Sem slots Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador

transmitindo isto eacute carrier sense O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador

transmitindo isto eacute collision detection Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo

aleatoacuterio isto eacute random access

Ethernet usa CSMACD

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1 Adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmitir o

quadro Se ele detecta o canal ocupado espera ateacute ele ficar livre e entatildeo transmite

3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo sua missatildeo com esse quadro estaacute cumprida

4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta e envia um jam signal

5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a m-eacutesima colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2m-1 O adaptador espera K512 tempos de bit e retorna ao passo 2

Algoritmo CSMACD da Ethernet

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Jam signal garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo 48 bitsBit time 1 microseg para Ethernet de 10 Mbpspara K=1023 o tempo de espera eacute cerca de 50 mseg

Veja o applet Java no Web site da AWL altamemte recomendadoExponential backoff Objetivo adaptar tentativas de retransmissatildeo para carga atual da rede

Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longa Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacute

K x 512 tempos de transmissatildeo de bit Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3hellip Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023

Ethernet CSMACD

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Tprop = propagaccedilatildeo maacutexima entre 2 noacutes na LAN

ttrans = tempo para transmitir um quadro de tamanho maacuteximo

Eficiecircncia tende a 1 quando tprop tende a 0

Tende a 1 quando ttrans tende ao infinito Muito melhor do que o ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato

transprop tt 51

1eficiecircncia

Eficiecircncia do CSMACD

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Taxa de 10100 Mbps chamado mais tarde de ldquofast ethernetrdquo T significa ldquoTwisted Pairrdquo (par de fios tranccedilados de cobre) Noacutes se conectam a um hub ldquotopologia em estrelardquo 100 m eacute a distacircncia

maacutexima entre os noacutes e o hub

10BaseT e 100BaseT

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Hubs satildeo essencialmente repetidores de camada fiacutesica Bits que chegam de um enlace se propagam para todos os outros enlaces Com a mesma taxa Natildeo possuem armazenagem de quadros Natildeo haacute CSMACD no hub adaptadores detectam colisotildees Provecirc funcionalidade de gerenciamento de rede

Hubs

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Usada em 10BaseT Cada bit possui uma transiccedilatildeo Permite que os reloacutegios nos noacutes de transmissatildeo e de recepccedilatildeo possam

sincronizar um com o outro Natildeo eacute necessaacuterio reloacutegio global centralizado entre os noacutes

Ei isso eacute coisa de camada fiacutesica

Codificaccedilatildeo Manchester

Codificaccedilatildeo Manchester

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Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeo Permite enlaces ponto-a-ponto e canais de muacuteltiplo acesso

compartilhados No modo compartilhado o CSMACD eacute usado exige pequenas

distacircncias entre os noacutes para ser eficiente Usa hubs chamados aqui de Distribuidores com Armazenagem

ldquoBuffered Distributorsrdquo Full-Duplex a 1 Gbps para enlaces ponto-a-ponto 10 Gbps agora

Gigabit Ethernet

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A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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Hub de backbone interconecta segmentos de LAN Estende a distacircncia maacutexima entre os noacutes Mas domiacutenios de colisatildeo individuais tornam-se um uacutenico e grande

domiacutenio de colisatildeo Natildeo pode interconectar 10BaseT e 100BaseT

Interconexatildeo com hubs

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Dispositivo de camada de enlace Armazena e encaminha quadros Ethernet Examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o

quadro baseado no endereccedilo MAC de destino Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento

usa CSMACD para acessar o segmento Transparente

Hospedeiros satildeo inconscientes da presenccedila dos switches Plug-and-play self-learning (auto-aprendizado)

Switches natildeo precisam ser configurados

Switch

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Como determinar para qual segmento da LAN encaminhar o quadro Parece um problema de roteamento

Encaminhamento

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Um switch possui uma tabela de switch Entrada na tabela do switch

(endereccedilo MAC interface marca de tempo) Entradas expiradas na tabela satildeo decartadas (TTL pode ser 60 min)

Switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de suas interfaces Quando recebe um quadro o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento da LAN que chega Registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela

Self learning (auto-aprendizado)

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Quando um switch recebe um quadro

indexa a tabela do switch usando end MAC de destinoif entrada for encontrada para o destino

then if dest no segmento deste quadro chegou

then descarta o quadro else encaminha o quadro na interface indicada else flood

Encaminha para todas as interfacesexceto para a que o quadro chegou

Filtragemencaminhamento

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Suponha que C envia um quadro para D

Switch recebe o quadro de C Anota na tabela que C estaacute na interface 1 Como D natildeo estaacute na tabela o switch encaminha o quadro para as

interfaces 2 e 3 Quadro recebido por D

hub hub hub

switch

A

B CD

EF

G H

I

endereccedilo interface

ABEG

1123

12 3

Switch exemplo

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Suponha que D responde com um quadro para C

Switch recebe quadro de D Anota na tabela que D estaacute na interface 2 Como C estaacute na tabela o switch encaminha o quadro apenas para a

interface 1 Quadro recebido por C

hub hub hub

switch

A

B CD

EF

G H

I

endereccedilo interface

ABEGC

11231

Switch exemplo

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A instalaccedilatildeo do switch quebra as sub-redes em segmentos de LAN Switch filtra pacotes

Alguns quadros do mesmo segmento de LAN natildeo satildeo usualmente encaminhados para outros segmento de LAN

Segmentos se tornam separados em domiacutenios de colisatildeo

hub hub hub

switch

domiacutenio de colisatildeo domiacutenio de colisatildeo

domiacutenio de colisatildeo

Switch isolaccedilatildeo de traacutefego

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Switch com muitas interfaces Hospedeiros possuem conexatildeo direta ao switch Sem colisotildees full duplex

Switching A-para-Arsquo e B-para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees

Switches acesso dedicado

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Cut-through switching quadro encaminhado da porta de entrada ateacute a porta de saiacuteda sem ter de primeiro coletar o quadro todo Ligeira reduccedilatildeo na latecircncia

Combinaccedilotildees de interfaces 101001000 Mbps compartilhadasdedicadas

Mais sobre switches

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Redes corporativas

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Ambos satildeo dispositivos store-and-forward Roteadores dispositivos de camada de rede (examinam cabeccedilalhos

da camada de rede) Switches satildeo dispositivos da camada de enlace

Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam algoritmos de roteamento Switches mantecircm tabelas de switch implementam filtragem algoritmos de aprendizagem

Switches vs roteadores

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hubs roteadores switches

isolaccedilatildeo detraacutefego

natildeo sim sim

plug amp play sim natildeo sim

roteamentooacutetimo

natildeo sim natildeo

cutthrough

sim natildeo sim

Resumo comparaccedilatildeo

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A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace de broadcast Sem Media Access Control Natildeo necessita de endereccedilamento MAC expliacutecito Ex dialup link linha ISDN

Protocolos ponto-a-ponto DLC populares PPP (point-to-point protocol) HDLC High level data link control (camada de enlace costumava ser considerada ldquocamada altardquo na pilha de protocolos)

Controle de enlace de dados ponto-a-ponto

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Enquadramento de pacote encapsulamento do datagrama da camada de rede no quadro da camada de enlace Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolo de rede (natildeo apenas o IP) ao mesmo tempo Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo

Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo de bit no campo de dados

Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo) Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do enlace

para a camada de rede Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos terminais

do enlace podem aprender e configurar o endereccedilo de rede dos outros

PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]

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Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros Natildeo haacute controle de fluxo Aceita entregas fora de ordem Natildeo haacute necessidade de suportar enlaces multiponto (ex polling)

Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeo dos dados satildeo todos relegados para as camadas mais altas

PPP natildeo requisitos

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Flag delimitador (enquadramento) Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura) Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacuteltiplos campos de

controle Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o conteuacutedo do

quadro deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)

PPP formato do quadro

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info dados da camada superior sendo transportados CRC verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de erros

PPP formato dos dados

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Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de dados deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt01111110gt

P Se for recebido o padratildeo lt01111110gt satildeo dados ou eacute flag Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte extra com o padratildeo lt

01111101gt (escape) antes de cada byte com o padratildeo de flag lt 01111110gt nos dados

Receptor Um byte 01111101 seguido de 01111110 em seguida descarta o primeiro e continua a recepccedilatildeo de dados Uacutenico byte 01111110 entatildeo eacute um flag

Byte stuffing

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byte com o padratildeodo flag nos dados a enviar

byte com o padratildeo de escape acrescentado nos dados transmitidos seguido por um byte com padratildeo de flag

Byte stuffing

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Antes de trocar dados da camada de rede os parceiros da camada de enlace devem A configurar o enlace PPP (tamanho maacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo) Aprenderconfigurar as informaccedilotildees da camada de rede

Para o IP transportar mensagens do protocolo de controle IP (IPCP) (campo de protocolo 8021) para configuraraprender os

endereccedilos IP

PPP protocolo de controle de dados

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A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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Virtualizaccedilatildeo dos recursos uma poderosa abstraccedilatildeo em engenharia de sistemas Exemplos em computaccedilatildeo memoacuteria virtual dispositivos virtuais

Maacutequinas virtuais ex java IBM VM os dos anos 6070

Camada de abstraccedilotildees natildeo se apega a detalhes da camada mais baixa apenas trata com as camadas mais baixas abstratamente

Virtualizaccedilatildeo das redes

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1974 muacuteltiplas redes desconectadas ARPAnet redes de dados-sobre-cabo rede de pacote por sateacutelite (Aloha) rede de pacotes por raacutedio

hellip diferentes em convenccedilotildees de endereccedilamento formatos do pacote recuperaccedilatildeo de erros roteamento

Internet virtualizaccedilatildeo das redes

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Camada de rede da Internet (IP) Endereccedilamento internetwork

aparece como uma entidade uacutenica e uniforme escondendo a heterogeneidade das redes locais

Rede de redes

Gateway ldquoembute pacotes da Internet no

formato de um pacote local ou os extrairdquo

Rota (no niacutevel de internetwork) para o proacuteximo gateway

Internet virtualizaccedilatildeo das redes

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O que eacute virtualizado Duas camadas de endereccedilamento Internet e rede local Nova camada (IP) torna tudo homogecircneo na camada da Internet Tecnologia da rede local em questatildeo

Cabo Sateacutelite Modem telefocircnico de 56 K Hoje ATM MPLS

hellip ldquoinvisiacutevelrdquo na camada da Internet Parece com uma tecnologia de camada de enlace para o IP

Arquitetura da Internet de Cerf amp Kahn

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ATM MPLS redes separadas em seus proacuteprios direitos Modelos de serviccedilo endereccedilamento roteamento diferentes da Internet

Vistos pela Internet como um enlace loacutegico conectando roteadores IP Assim como o dialup link eacute realmente parte de uma rede separada

(rede telefocircnica)

ATM MPLS de interesse teacutecnico em seu proacuteprio direito

ATM e MPLS

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Padratildeo dos anos 8090 para altas taxas de transmissatildeo (155 Mbps a 622 Mbps e mais altas) arquitetura de Broadband Integrated Service Digital Network (B-ISDN)

Objetivo transporte integrado de voz dados e imagens com foco nas redes puacuteblicas de comunicaccedilatildeo Deve atender aos requisitos de tempoQoS para aplicaccedilotildees de voz

e de viacutedeo (versus o serviccedilo de melhor esforccedilo da Internet) Telefonia de ldquoproacutexima geraccedilatildeordquo fundamentos teacutecnicos no mundo da telefonia Comutaccedilatildeo de pacotes (pacotes de tamanho fixo chamados ldquoceacutelulasrdquo) usando circuitos virtuais

Modo de transferecircncia assiacutencrono ATM

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Camada de adaptaccedilatildeo apenas na borda de uma rede ATM Segmentaccedilatildeo e remontagem dos dados Grosseiramente anaacuteloga agrave camada de transporte da Internet

Camada ATM camada de ldquorederdquo Comutaccedilatildeo de ceacutelulas roteamento

Camada fiacutesica

Sistema final Sistema finalSwitch ATM Switch ATM

Arquitetura ATM

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Visatildeo transporte fim-a-fim ldquoATM de computador a computadorrdquo ATM eacute uma tecnologia de redeRealidade usada para conectar roteadores IP de backbone ldquoIP sobre ATMrdquo ATM como uma camada de enlace comutada conectando roteadores IP

ATM camada de rede ou de enlace

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Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL) ldquoadaptardquo camadas superiores (aplicaccedilotildees IP ou nativas ATM) para a camada ATM abaixo

AAL presente apenas nos sistemas finais natildeo nos comutadores ATM (ldquoswitchesrdquo)

O segmento da camada AAL (campo de cabeccedilalhotrailer e de dados) satildeo fragmentados em muacuteltiplas ceacutelulas ATM Analogia segmento TCP em muitos pacotes IP

Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL)

Sistema final Sistema finalSwitch ATM Switch ATM

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Diferentes versotildees da camada AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM AAL1 para serviccedilo CBR (taxa de bit constante) ex emulaccedilatildeo de circuitos AAL2 para serviccedilos VBR (taxa de bit variaacutevel) ex viacutedeo MPEG AAL5 para dados (ex datagramas IP)

AAL PDU

ceacutelula ATM

Dados de usuaacuterio

subcamadade convergecircncia

subcamadaSAR

Ceacutelula ATM

Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL)

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Serviccedilo transporte de ceacutelulas atraveacutes da rede ATM Anaacuteloga agrave camada de rede IP Serviccedilos muito diferentes da camada de rede IP

Arquiteturade rede

Internet

ATM

ATM

ATM

ATM

Modelo de serviccedilo

melhoresforccediloCBR

VBR

ABR

UBR

Banda

natildeo

taxaconstantetaxagarantidamiacutenimogarantidonatildeo

Perda

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Ordem

natildeo

sim

sim

sim

sim

Tempo

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Aviso decongestatildeo

natildeo (inferidopelas perdas)natildeo haacutecongestatildeonatildeo haacutecongestatildeosim

natildeo

Garantias

Camada ATM

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Transporte em VC ceacutelulas satildeo transportadas sobre VC da fonte ao destino Estabelecimento de conexatildeo necessaacuterio para cada chamada antes que o fluxo de dados possa ser iniciado Cada pacote transporta um identificador de VC (natildeo transporta o endereccedilo do destino) Cada comutador com caminho entre a fonte e o destino manteacutem o ldquoestadordquo para cada conexatildeo passante Recursos do enlace e do comutador (banda passante buffers) podem ser alocados por VC para obter um comportamento semelhante a um circuito fiacutesico

VCs permanentes (PVCs) Conexotildees de longa duraccedilatildeo Tipicamente rota ldquopermanenterdquo entre roteadores IP

VCs comutados (SVC) Dinamicamente criados numa base por chamada

Camadas ATM circuitos virtuais

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Vantagens do uso de circuitos virtuais no ATM Iacutendices de QoS garantidos para conexotildees mapeadas em

circuitos virtuais (banda passante atraso variacircncia de atraso)

Problemas no uso de circuitos virtuais O suporte de traacutefego datagrama eacute ineficiente Um PVC entre cada par origemdestino natildeo tem boa

escalabilidade (N2 conexotildees satildeo necessaacuterias) SVC introduz latecircncia de estabelecimento de conexatildeo e

atrasos de processamento para conexotildees de curta duraccedilatildeo

ATM VCs

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Cabeccedilalho da ceacutelula ATM com 5 bytes Carga uacutetil com 48-bytes

Por quecirc carga uacutetil pequena -gt pequeno atraso de criaccedilatildeo de ceacutelula para voz digitalizada

Meio do caminho entre 32 e 64 (compromisso)

cabeccedilalhoda ceacutelula

formato daceacutelula

3o bit no campo PTvalor 1 indica uacuteltima ceacutelula (AAL-indicate bit)

Camada ATM ceacutelula ATM

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VCI identificador de canal virtual Pode mudar de enlace para enlace atraveacutes da rede

PT tipo de carga uacutetil (ex ceacutelula RM versus ceacutelula de dados) CLP bit de prioridade de perda de ceacutelula

CLP = 1 implica ceacutelula de baixa prioridade pode ser descartada em caso de congestatildeo

HEC verificaccedilatildeo de erros no cabeccedilalho Verificaccedilatildeo ciacuteclica de erros

Cabeccedilalho da ceacutelula ATM

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A camada fiacutesica se compotildee de duas partes (subcamadas ) Subcamada de convergecircncia de transmissatildeo (TCS) adapta a camada

ATM acima agrave subcamada fiacutesica abaixo (PMD) Subcamada dependente do meio depende do tipo de meio fiacutesico que

estaacute sendo empregado

Funccedilotildees da TCS Geraccedilatildeo do checksum do cabeccedilalho 8 bits CRC Delineamento de ceacutelula Com uma subcamada PMD natildeo estruturada transmite ceacutelulas vazias

(ldquoidle cellsrdquo) quando natildeo haacute ceacutelulas de dados a enviar

Camada fiacutesica ATM

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Subcamada dependente do meio fiacutesico (PMD) SONETSDH estrutura de transmissatildeo de quadros (como um

container carregando bits) Sincronizaccedilatildeo de bits Particcedilotildees da banda passante (TDM) Vaacuterias velocidades OC1 = 5184 Mbps OC3 = 15552 Mbps OC12 = 62208 Mbps

T1T3 estrutura de transmissatildeo de quadros (velha hierarquia de telefonia 15 Mbps45 Mbps No Brasil usa-se a hierarquia europeacuteia E1E3 2 34 Mbps

Natildeo estruturada apenas ceacutelulas (ocupadasvazias)

Camada fiacutesica ATM

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Apenas IP claacutessico 3 ldquoredesrdquo (ex segmentos de LAN) Endereccedilos MAC (8023) e IP

IP sobre ATM Substitui ldquorederdquo (ex segmento

de LAN) com a rede ATM Endereccedilos ATM endereccedilos IP

redeATM

EthernetLANs

EthernetLANs

IP-sobre-ATM

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No endereccedilo de origem Camada IP encontra um mapeamento entre o endereccedilo IP e o endereccedilo de destino ATM (usando ARP) Passa o datagrama para a camada de adaptaccedilatildeo AAL5 AAL5 encapsula os dados segmenta em ceacutelulas e passa para a camada ATM

Rede ATM move a ceacutelula para o destino de acordo com o seu VC (circuito virtual)

No hospedeiro de destino AAL5 remonta o datagrama original a partir das ceacutelulas recebidas Se o CRC OK datagrama eacute passado ao IP

Viagem de um datagrama numa rede IP-sobre-ATM

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Questotildees Datagramas IP em ATM AAL5 PDUs Dos endereccedilos IP aos endereccedilos ATM

Da mesma forma que de endereccedilos IP para endereccedilos MAC 8023

redeATM

EthernetLANs

IP-sobre-ATM

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Objetivo inicial aumentar a velocidade de encaminhamento IP usando labels de tamanho fixo (em vez de endereccedilo IP) Mesma ideacuteia do meacutetodo de circuito virtual (VC) Mas o datagrama IP ainda manteacutem o endereccedilo IP

Multiprotocol label switching (MPLS)

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Roteador faz a funccedilatildeo de comutador de roacutetulo Pacotes encaminhados para interface de saiacuteda com base apenas no valor

do roacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP) Tabela de encaminhamento MPLS distinta das tabelas de encaminhamento IP

Protocolo de sinalizaccedilatildeo necessaacuterio para estabelecer o encaminhamento RSVP-TE Encaminhamento eacute possiacutevel por caminhos que o IP sozinho natildeo pode usar (ex roteamento de especificado pela origem) Use MPLS para engenharia de traacutefego

Deve coexistir com roteadores unicamente IP

Roteadores MPLS

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Tabelas de encaminhamento MPLS

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Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace Detecccedilatildeo de erros correccedilatildeo Compartilhando um canal broadcast acesso muacuteltiplo Endereccedilamento da camada de enlace

Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de vaacuterias tecnologias da camada de enlace Ethernet LANS comutadas PPP Redes virtualizadas como uma camada de enlace ATM MPLS

Resumo

Page 17: Capítulo 5 Redes de computadores e a Internet A camada de enlace e redes locais

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Canal de broadcast de taxa R bps1 Quando um noacute quer transmitir ele pode enviar a uma taxa R2 Quando M noacutes querem transmitir cada um envia a uma taxa

meacutedia RM3 Totalmente descentralizada

Nenhum noacute especial para coordenar transmissotildees Nenhuma sincronizaccedilatildeo de reloacutegios e compartimentos

4 Simples

Protocolo ideal de muacuteltiplo acesso

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Trecircs grandes classes Particionamento de canal

Divide o canal em pedaccedilos menores (compartimentos de tempo frequumlecircncia)

Aloca um pedaccedilo para uso exclusivo de cada noacute

Acesso aleatoacuterio Canal natildeo dividido permite colisotildees ldquorecuperaccedilatildeordquo das colisotildees

Passagem de permissatildeo Noacutes transmitem nos seus turnos mas com mais volume para enviar

podem usar turnos mais longos

Protocolos MAC uma taxonomia

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TDMA acesso muacuteltiplo por divisatildeo temporal Acesso ao canal eacute feito por rdquoturnos Cada estaccedilatildeo controla um compartimento (ldquoslotrdquo) de tamanho

fixo (tamanho = tempo de transmissatildeo de pacote) em cada turno Compartimentos natildeo usados satildeo desperdiccedilados Exemplo rede local com 6 estaccedilotildees 1 3 4 tecircm pacotes

compartimentos 2 5 6 ficam vazios

Protocolos MAC com particionamento de canal TDMA

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FDMA acesso muacuteltiplo por divisatildeo de frequumlecircncia Oespectro do canal eacute dividido em bandas de frequumlecircncia Cada estaccedilatildeo recebe uma banda de frequumlecircncia Tempo de transmissatildeo natildeo usado nas bandas de frequumlecircncia eacute desperdiccedilado Exemplo rede local com 6 estaccedilotildees 1 3 4 tecircm pacotes as bandas de

frequumlecircncia 2 5 6 ficam vazias bandas

de f

requumlecircnci

a tempo

Protocolos MAC com particionamento de canal FDMA

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Quando o noacute tem um pacote a enviar Transmite com toda a taxa do canal R Natildeo haacute uma regra de coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes

Dois ou mais noacutes transmitindo -gt ldquocolisatildeordquo

Protocolo MAC de acesso aleatoacuterio especifica Como detectar colisotildees Como as estaccedilotildees se recuperam das colisotildees (ex via retransmissotildees

atrasadas) Exemplos de protocolos MAC de acesso aleatoacuterio

slotted ALOHA ALOHA CSMA e CSMACD

Protocolos de acesso aleatoacuterio

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Suposiccedilotildees Todos os quadros de mesmo tamanho Tempo dividido em slots de mesmo tamanho tempo para

transmitir 1 quadro Noacutes comeccedilam a transmitir quadros apenas no iniacutecio dos slots Noacutes satildeo sincronizados Se 2 ou mais noacutes transmitem no slot todos os noacutes detectam a

colisatildeo

Operaccedilatildeo Quando um noacute obteacutem um novo quadro ele transmite no proacuteximo

slot Sem colisatildeo o noacute pode enviar o novo quadro no proacuteximo slot Se haacute colisatildeo o noacute retransmite o quadro em cada slot

subsequumlente com prob p ateacute o successo

Slotted ALOHA

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Proacutes Um uacutenico noacute ativo pode transmitir continuamente com a taxa completa

de canal Altamente descentralizada somente slots em noacutes precisam ser

sincronizados Simples

Contras Colisotildees desperdiacutecio de slots Slots ociosos Noacutes podem detectar colisatildeo em menos tempo do que o tempo para

transmitir o pacote Sincronizaccedilatildeo de clock

Slotted ALOHA

LegendaC = Intervalo de colisatildeoE = Intervalo vazioS = Intervalo bem-sucedido

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Eficiecircncia eacute a fraccedilatildeo de slots bem-sucedidos quando haacute muitos noacutes cada um com muitos quadros para enviar

Suponha N noacutes com muitos quadros para enviar cada um transmite no slot com probabilidade p

Prob de o noacute 1 obter successo num slot = p(1-p)N-1

Prob de qualquer noacute obter um successo = Np(1-p)N-1

Para maacutexima eficiecircncia com N noacutes encontre p que maximiza Np(1-p)N-1

Para muitos noacutes o limite de Np(1-p)N-1 com N indo ao infinito resulta 1e = 37

No maacuteximo uso do canal para envio de dados uacuteteis 37 do tempo

Eficiecircncia do slotted Aloha

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Unslotted Aloha operaccedilatildeo mais simples natildeo haacute sincronizaccedilatildeo

Pacote necessita transmissatildeo Enviar sem esperar pelo iniacutecio de um compartimento

A probabilidade de colisatildeo aumentaPacote enviado em t0 colide com outros pacotes enviados em [t0-1 t0+1]

Aloha puro (unslotted)

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P(successo de um dado noacute) = P(noacute transmitir)

P(nenhum outro noacute transmitir em [p0-1p0]

P(nenhum outro noacute transmitir em [p0-1p0]

= p (1-p)N-1 (1-p)N-1

= p (1-p)2(N-1)

hellip escolhendo p oacutetimo e entatildeo deixando n -gt infinito

= 1(2e) = 18

Ainda pior

Eficiecircncia do Aloha puro

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CSMA escuta antes de transmitir Se o canal parece vazio transmite o pacote Se o canal estaacute ocupado adia a transmissatildeo Analogia humana natildeo interrompa os outros

CSMA Carrier Sense Multiple Access

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Colisotildees podem ocorrero atraso de propagaccedilatildeo implica que dois noacutes podem natildeo ouvir as transmissotildees do outro

Colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo do pacote eacute desperdiccedilado

Notepapel da distacircncia e do atraso de propagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo

arranjo espacial dos noacutes na rede

Colisotildees no CSMA

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CSMACD detecccedilatildeo de portadora deferecircncia como no CSMA Colisotildees detectadas num tempo mais curto Transmissotildees com colisotildees satildeo interrompidas reduzindo o desperdiacutecio do canal Detecccedilatildeo de colisatildeo Faacutecil em LANs cabeadas mediccedilatildeo da intensidade do sinal comparaccedilatildeo dos sinais transmitidos e recebidos Difiacutecil em LANs sem fio receptor desligado enquanto transmitindo Analogia humana o ldquobom de papordquo educado

CSMACD (detecccedilatildeo de colisatildeo)

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CSMACD detecccedilatildeo de colisatildeo

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Protocolos MAC com particionamento de canais Compartilham o canal eficientemente quando a carga eacute alta e bem distribuiacuteda Ineficiente nas cargas baixas atraso no acesso ao canal A estaccedilatildeo consegue uma banda de 1N da capacidade do canal mesmo que haja apenas 1 noacute ativo

Protocolos MAC de acesso aleatoacuterio Eficiente nas cargas baixas um uacutenico noacute pode usar todo o canal Cargas altas excesso de colisotildees

Protocolos de passagem de permissatildeoBuscam o melhor dos dois mundos

Protocolos MAC com passagem de permissatildeo

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Polling Noacute mestre ldquoconvidardquo os escravos a transmitirem um de cada vez Problemas

Polling overhead Latecircncia Ponto uacutenico de falha (mestre)

Token passing Controla um token passado de um noacute a outro sequumlencialmente Mensagem token Problemas

Token overhead Latecircncia Ponto uacutenico de falha (token)

Protocolos MAC com passagem de permissatildeo

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Como se faz com um canal compartilhado Particionamento de canal no tempo por frequumlecircncia ou por coacutedigo

Divisatildeo temporal divisatildeo por coacutedigo divisatildeo por frequumlecircncia Particionamento aleatoacuterio (dinacircmico)

ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACD Detecccedilatildeo de portadora faacutecil em alguns meios fiacutesicos (cabos) e

difiacutecil em outros (wireless) CSMACD usado na rede Ethernet CSMACA usado em 80211

Passagem de permissatildeo Polling a partir de um site central passagem de token

Sumaacuterio dos protocolos MAC

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Camada de enlace ateacute agora Serviccedilos detecccedilatildeo de erroscorreccedilatildeo acesso muacuteltiplo

A seguir tecnologias de redes locais (LAN) Endereccedilamento Ethernet hubs pontes switches PPP

Tecnologias de LAN

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A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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Endereccedilos IP de 32-bit Endereccedilos da camada de rede Usados para levar o datagrama ateacute a rede de destino (lembre-se

da definiccedilatildeo de rede IP)

Endereccedilo de LAN (ou MAC ou fiacutesico) Usado para levar o datagrama de uma interface fiacutesica a outra

fisicamente conectada com a primeira (isto eacute na mesma rede) Endereccedilos MAC com 48 bits (na maioria das LANs)

gravados na memoacuteria fixa (ROM) do adaptador de rede

Endereccedilos de LAN e ARP

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A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEE O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (para

assegurar a unicidade)

Analogia (a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG (b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal

Endereccedilamento MAC eacute ldquoflatrdquo =gt portabilidade Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra sem

reconfiguraccedilatildeo de endereccedilo MAC

Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevel Depende da rede na qual se estaacute ligado

Endereccedilos de LAN (mais)

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Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de Bdado o endereccedilo IP de B Cada noacute IP (hospedeiro roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabela ARP Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt

lt IP address MAC address TTLgt TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamento de

endereccedilos seraacute esquecido (tipicamente 20 min)

ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de resoluccedilatildeo de endereccedilos)

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A que enviar um datagrama para B e o endereccedilo MAS de B natildeo estaacute na tabela ARP de A

A faz broadcast de pacote de consulta ARB contendo o endereccedilo IP de B end MAC de destino = FF-FF-FF-FF-FF-FF todas as maacutequinas na LAN recebem a consulta ARP

B recebe o pacote ARP responde para A com seu endereccedilo MAC (de B) Quadro enviado para o end MAC de A (unicast)

A faz um cache (salva) o par de endereccedilos IP para MAC em sua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo se torne antiga (expirada) soft state informaccedilatildeo que expira (eacute descartada) sem atualizaccedilatildeo

ARP eacute ldquoplug-and-playrdquo Noacutes criam suas tabelas ARP sem intervenccedilatildeo do administrador da rede

Protocolo ARP Mesma LAN (network)

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objetivo envia datagrama de A para B via R supotildee que A conhece o endereccedilo IP de B

bull Duas tabelas ARP no roteador R um para cada rede IP (LAN)

Roteamento para outra LAN

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A cria o pacote IP com origem A destino B A usa ARP para obter o endereccedilo de camada fiacutesica de R correspondente ao

endereccedilo IP 111111111110 A cria um quadro Ethernet com o endereccedilo fiacutesico de R como destino o

quadro Ethernet conteacutem o datagrama IP de A para B A camada de enlace de A envia o quadroEthernet A camada de enlace de R recebe o quadro Ethernet R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verifica que ele se destina a

B R usa ARP para obter o endereccedilo fiacutesico de B R cria quadro contendo um datagrama de A para B e envia para B

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A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo Barato R$20 por 100Mbps Primeira tecnologia de LAN largamente usada Mais simples e mais barata que LANs com token e ATM Velocidade crescente 10Mbps ndash 10Gbps

esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf

Ethernet

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Topologia de bus popular em meados dos anos 90 Agora a topologia em estrela prevalece Opccedilotildees de conexatildeo hub ou switch (mais adiante)

Topologia em estrela

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Adaptador do transmissor encapsula o datagrama IP (ou outro pacote de protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet

Preacircmbulo bull 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte com padratildeo 10101011bull usado para sincronizar as taxas de reloacutegio do transmissor e do receptor

Estrutura do quadro Ethernet

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Endereccedilos 6 bytes Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de destino coincidente ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa o dado no quadro para o protocolo da camada de rede

Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP mas outros podem ser suportados tais como Novell IPX e AppleTalk)

CRC verificado no receptor se um erro eacute detectado o quadro eacute simplesmente descartado

Estrutura do quadro Ethernet

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Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o receptor

Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou nacks para o adaptador transmissor O fluxo de datagramas que passa para a camada de rede pode deixar

lacunas Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCP Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas

Serviccedilo natildeo confiaacutevel sem conexatildeo

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Sem slots Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador

transmitindo isto eacute carrier sense O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador

transmitindo isto eacute collision detection Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo

aleatoacuterio isto eacute random access

Ethernet usa CSMACD

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1 Adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmitir o

quadro Se ele detecta o canal ocupado espera ateacute ele ficar livre e entatildeo transmite

3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo sua missatildeo com esse quadro estaacute cumprida

4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta e envia um jam signal

5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a m-eacutesima colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2m-1 O adaptador espera K512 tempos de bit e retorna ao passo 2

Algoritmo CSMACD da Ethernet

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Jam signal garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo 48 bitsBit time 1 microseg para Ethernet de 10 Mbpspara K=1023 o tempo de espera eacute cerca de 50 mseg

Veja o applet Java no Web site da AWL altamemte recomendadoExponential backoff Objetivo adaptar tentativas de retransmissatildeo para carga atual da rede

Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longa Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacute

K x 512 tempos de transmissatildeo de bit Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3hellip Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023

Ethernet CSMACD

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Tprop = propagaccedilatildeo maacutexima entre 2 noacutes na LAN

ttrans = tempo para transmitir um quadro de tamanho maacuteximo

Eficiecircncia tende a 1 quando tprop tende a 0

Tende a 1 quando ttrans tende ao infinito Muito melhor do que o ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato

transprop tt 51

1eficiecircncia

Eficiecircncia do CSMACD

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Taxa de 10100 Mbps chamado mais tarde de ldquofast ethernetrdquo T significa ldquoTwisted Pairrdquo (par de fios tranccedilados de cobre) Noacutes se conectam a um hub ldquotopologia em estrelardquo 100 m eacute a distacircncia

maacutexima entre os noacutes e o hub

10BaseT e 100BaseT

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Hubs satildeo essencialmente repetidores de camada fiacutesica Bits que chegam de um enlace se propagam para todos os outros enlaces Com a mesma taxa Natildeo possuem armazenagem de quadros Natildeo haacute CSMACD no hub adaptadores detectam colisotildees Provecirc funcionalidade de gerenciamento de rede

Hubs

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Usada em 10BaseT Cada bit possui uma transiccedilatildeo Permite que os reloacutegios nos noacutes de transmissatildeo e de recepccedilatildeo possam

sincronizar um com o outro Natildeo eacute necessaacuterio reloacutegio global centralizado entre os noacutes

Ei isso eacute coisa de camada fiacutesica

Codificaccedilatildeo Manchester

Codificaccedilatildeo Manchester

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Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeo Permite enlaces ponto-a-ponto e canais de muacuteltiplo acesso

compartilhados No modo compartilhado o CSMACD eacute usado exige pequenas

distacircncias entre os noacutes para ser eficiente Usa hubs chamados aqui de Distribuidores com Armazenagem

ldquoBuffered Distributorsrdquo Full-Duplex a 1 Gbps para enlaces ponto-a-ponto 10 Gbps agora

Gigabit Ethernet

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A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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Hub de backbone interconecta segmentos de LAN Estende a distacircncia maacutexima entre os noacutes Mas domiacutenios de colisatildeo individuais tornam-se um uacutenico e grande

domiacutenio de colisatildeo Natildeo pode interconectar 10BaseT e 100BaseT

Interconexatildeo com hubs

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Dispositivo de camada de enlace Armazena e encaminha quadros Ethernet Examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o

quadro baseado no endereccedilo MAC de destino Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento

usa CSMACD para acessar o segmento Transparente

Hospedeiros satildeo inconscientes da presenccedila dos switches Plug-and-play self-learning (auto-aprendizado)

Switches natildeo precisam ser configurados

Switch

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Como determinar para qual segmento da LAN encaminhar o quadro Parece um problema de roteamento

Encaminhamento

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Um switch possui uma tabela de switch Entrada na tabela do switch

(endereccedilo MAC interface marca de tempo) Entradas expiradas na tabela satildeo decartadas (TTL pode ser 60 min)

Switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de suas interfaces Quando recebe um quadro o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento da LAN que chega Registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela

Self learning (auto-aprendizado)

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Quando um switch recebe um quadro

indexa a tabela do switch usando end MAC de destinoif entrada for encontrada para o destino

then if dest no segmento deste quadro chegou

then descarta o quadro else encaminha o quadro na interface indicada else flood

Encaminha para todas as interfacesexceto para a que o quadro chegou

Filtragemencaminhamento

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Suponha que C envia um quadro para D

Switch recebe o quadro de C Anota na tabela que C estaacute na interface 1 Como D natildeo estaacute na tabela o switch encaminha o quadro para as

interfaces 2 e 3 Quadro recebido por D

hub hub hub

switch

A

B CD

EF

G H

I

endereccedilo interface

ABEG

1123

12 3

Switch exemplo

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5 - 63copy 2005 by Pearson Education

Suponha que D responde com um quadro para C

Switch recebe quadro de D Anota na tabela que D estaacute na interface 2 Como C estaacute na tabela o switch encaminha o quadro apenas para a

interface 1 Quadro recebido por C

hub hub hub

switch

A

B CD

EF

G H

I

endereccedilo interface

ABEGC

11231

Switch exemplo

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A instalaccedilatildeo do switch quebra as sub-redes em segmentos de LAN Switch filtra pacotes

Alguns quadros do mesmo segmento de LAN natildeo satildeo usualmente encaminhados para outros segmento de LAN

Segmentos se tornam separados em domiacutenios de colisatildeo

hub hub hub

switch

domiacutenio de colisatildeo domiacutenio de colisatildeo

domiacutenio de colisatildeo

Switch isolaccedilatildeo de traacutefego

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Switch com muitas interfaces Hospedeiros possuem conexatildeo direta ao switch Sem colisotildees full duplex

Switching A-para-Arsquo e B-para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees

Switches acesso dedicado

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Cut-through switching quadro encaminhado da porta de entrada ateacute a porta de saiacuteda sem ter de primeiro coletar o quadro todo Ligeira reduccedilatildeo na latecircncia

Combinaccedilotildees de interfaces 101001000 Mbps compartilhadasdedicadas

Mais sobre switches

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Redes corporativas

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Ambos satildeo dispositivos store-and-forward Roteadores dispositivos de camada de rede (examinam cabeccedilalhos

da camada de rede) Switches satildeo dispositivos da camada de enlace

Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam algoritmos de roteamento Switches mantecircm tabelas de switch implementam filtragem algoritmos de aprendizagem

Switches vs roteadores

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hubs roteadores switches

isolaccedilatildeo detraacutefego

natildeo sim sim

plug amp play sim natildeo sim

roteamentooacutetimo

natildeo sim natildeo

cutthrough

sim natildeo sim

Resumo comparaccedilatildeo

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A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace de broadcast Sem Media Access Control Natildeo necessita de endereccedilamento MAC expliacutecito Ex dialup link linha ISDN

Protocolos ponto-a-ponto DLC populares PPP (point-to-point protocol) HDLC High level data link control (camada de enlace costumava ser considerada ldquocamada altardquo na pilha de protocolos)

Controle de enlace de dados ponto-a-ponto

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Enquadramento de pacote encapsulamento do datagrama da camada de rede no quadro da camada de enlace Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolo de rede (natildeo apenas o IP) ao mesmo tempo Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo

Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo de bit no campo de dados

Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo) Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do enlace

para a camada de rede Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos terminais

do enlace podem aprender e configurar o endereccedilo de rede dos outros

PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]

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Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros Natildeo haacute controle de fluxo Aceita entregas fora de ordem Natildeo haacute necessidade de suportar enlaces multiponto (ex polling)

Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeo dos dados satildeo todos relegados para as camadas mais altas

PPP natildeo requisitos

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Flag delimitador (enquadramento) Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura) Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacuteltiplos campos de

controle Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o conteuacutedo do

quadro deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)

PPP formato do quadro

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info dados da camada superior sendo transportados CRC verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de erros

PPP formato dos dados

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Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de dados deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt01111110gt

P Se for recebido o padratildeo lt01111110gt satildeo dados ou eacute flag Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte extra com o padratildeo lt

01111101gt (escape) antes de cada byte com o padratildeo de flag lt 01111110gt nos dados

Receptor Um byte 01111101 seguido de 01111110 em seguida descarta o primeiro e continua a recepccedilatildeo de dados Uacutenico byte 01111110 entatildeo eacute um flag

Byte stuffing

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byte com o padratildeodo flag nos dados a enviar

byte com o padratildeo de escape acrescentado nos dados transmitidos seguido por um byte com padratildeo de flag

Byte stuffing

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Antes de trocar dados da camada de rede os parceiros da camada de enlace devem A configurar o enlace PPP (tamanho maacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo) Aprenderconfigurar as informaccedilotildees da camada de rede

Para o IP transportar mensagens do protocolo de controle IP (IPCP) (campo de protocolo 8021) para configuraraprender os

endereccedilos IP

PPP protocolo de controle de dados

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A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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Virtualizaccedilatildeo dos recursos uma poderosa abstraccedilatildeo em engenharia de sistemas Exemplos em computaccedilatildeo memoacuteria virtual dispositivos virtuais

Maacutequinas virtuais ex java IBM VM os dos anos 6070

Camada de abstraccedilotildees natildeo se apega a detalhes da camada mais baixa apenas trata com as camadas mais baixas abstratamente

Virtualizaccedilatildeo das redes

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1974 muacuteltiplas redes desconectadas ARPAnet redes de dados-sobre-cabo rede de pacote por sateacutelite (Aloha) rede de pacotes por raacutedio

hellip diferentes em convenccedilotildees de endereccedilamento formatos do pacote recuperaccedilatildeo de erros roteamento

Internet virtualizaccedilatildeo das redes

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Camada de rede da Internet (IP) Endereccedilamento internetwork

aparece como uma entidade uacutenica e uniforme escondendo a heterogeneidade das redes locais

Rede de redes

Gateway ldquoembute pacotes da Internet no

formato de um pacote local ou os extrairdquo

Rota (no niacutevel de internetwork) para o proacuteximo gateway

Internet virtualizaccedilatildeo das redes

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O que eacute virtualizado Duas camadas de endereccedilamento Internet e rede local Nova camada (IP) torna tudo homogecircneo na camada da Internet Tecnologia da rede local em questatildeo

Cabo Sateacutelite Modem telefocircnico de 56 K Hoje ATM MPLS

hellip ldquoinvisiacutevelrdquo na camada da Internet Parece com uma tecnologia de camada de enlace para o IP

Arquitetura da Internet de Cerf amp Kahn

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ATM MPLS redes separadas em seus proacuteprios direitos Modelos de serviccedilo endereccedilamento roteamento diferentes da Internet

Vistos pela Internet como um enlace loacutegico conectando roteadores IP Assim como o dialup link eacute realmente parte de uma rede separada

(rede telefocircnica)

ATM MPLS de interesse teacutecnico em seu proacuteprio direito

ATM e MPLS

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Padratildeo dos anos 8090 para altas taxas de transmissatildeo (155 Mbps a 622 Mbps e mais altas) arquitetura de Broadband Integrated Service Digital Network (B-ISDN)

Objetivo transporte integrado de voz dados e imagens com foco nas redes puacuteblicas de comunicaccedilatildeo Deve atender aos requisitos de tempoQoS para aplicaccedilotildees de voz

e de viacutedeo (versus o serviccedilo de melhor esforccedilo da Internet) Telefonia de ldquoproacutexima geraccedilatildeordquo fundamentos teacutecnicos no mundo da telefonia Comutaccedilatildeo de pacotes (pacotes de tamanho fixo chamados ldquoceacutelulasrdquo) usando circuitos virtuais

Modo de transferecircncia assiacutencrono ATM

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Camada de adaptaccedilatildeo apenas na borda de uma rede ATM Segmentaccedilatildeo e remontagem dos dados Grosseiramente anaacuteloga agrave camada de transporte da Internet

Camada ATM camada de ldquorederdquo Comutaccedilatildeo de ceacutelulas roteamento

Camada fiacutesica

Sistema final Sistema finalSwitch ATM Switch ATM

Arquitetura ATM

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Visatildeo transporte fim-a-fim ldquoATM de computador a computadorrdquo ATM eacute uma tecnologia de redeRealidade usada para conectar roteadores IP de backbone ldquoIP sobre ATMrdquo ATM como uma camada de enlace comutada conectando roteadores IP

ATM camada de rede ou de enlace

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Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL) ldquoadaptardquo camadas superiores (aplicaccedilotildees IP ou nativas ATM) para a camada ATM abaixo

AAL presente apenas nos sistemas finais natildeo nos comutadores ATM (ldquoswitchesrdquo)

O segmento da camada AAL (campo de cabeccedilalhotrailer e de dados) satildeo fragmentados em muacuteltiplas ceacutelulas ATM Analogia segmento TCP em muitos pacotes IP

Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL)

Sistema final Sistema finalSwitch ATM Switch ATM

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Diferentes versotildees da camada AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM AAL1 para serviccedilo CBR (taxa de bit constante) ex emulaccedilatildeo de circuitos AAL2 para serviccedilos VBR (taxa de bit variaacutevel) ex viacutedeo MPEG AAL5 para dados (ex datagramas IP)

AAL PDU

ceacutelula ATM

Dados de usuaacuterio

subcamadade convergecircncia

subcamadaSAR

Ceacutelula ATM

Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL)

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Serviccedilo transporte de ceacutelulas atraveacutes da rede ATM Anaacuteloga agrave camada de rede IP Serviccedilos muito diferentes da camada de rede IP

Arquiteturade rede

Internet

ATM

ATM

ATM

ATM

Modelo de serviccedilo

melhoresforccediloCBR

VBR

ABR

UBR

Banda

natildeo

taxaconstantetaxagarantidamiacutenimogarantidonatildeo

Perda

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Ordem

natildeo

sim

sim

sim

sim

Tempo

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Aviso decongestatildeo

natildeo (inferidopelas perdas)natildeo haacutecongestatildeonatildeo haacutecongestatildeosim

natildeo

Garantias

Camada ATM

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Transporte em VC ceacutelulas satildeo transportadas sobre VC da fonte ao destino Estabelecimento de conexatildeo necessaacuterio para cada chamada antes que o fluxo de dados possa ser iniciado Cada pacote transporta um identificador de VC (natildeo transporta o endereccedilo do destino) Cada comutador com caminho entre a fonte e o destino manteacutem o ldquoestadordquo para cada conexatildeo passante Recursos do enlace e do comutador (banda passante buffers) podem ser alocados por VC para obter um comportamento semelhante a um circuito fiacutesico

VCs permanentes (PVCs) Conexotildees de longa duraccedilatildeo Tipicamente rota ldquopermanenterdquo entre roteadores IP

VCs comutados (SVC) Dinamicamente criados numa base por chamada

Camadas ATM circuitos virtuais

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Vantagens do uso de circuitos virtuais no ATM Iacutendices de QoS garantidos para conexotildees mapeadas em

circuitos virtuais (banda passante atraso variacircncia de atraso)

Problemas no uso de circuitos virtuais O suporte de traacutefego datagrama eacute ineficiente Um PVC entre cada par origemdestino natildeo tem boa

escalabilidade (N2 conexotildees satildeo necessaacuterias) SVC introduz latecircncia de estabelecimento de conexatildeo e

atrasos de processamento para conexotildees de curta duraccedilatildeo

ATM VCs

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Cabeccedilalho da ceacutelula ATM com 5 bytes Carga uacutetil com 48-bytes

Por quecirc carga uacutetil pequena -gt pequeno atraso de criaccedilatildeo de ceacutelula para voz digitalizada

Meio do caminho entre 32 e 64 (compromisso)

cabeccedilalhoda ceacutelula

formato daceacutelula

3o bit no campo PTvalor 1 indica uacuteltima ceacutelula (AAL-indicate bit)

Camada ATM ceacutelula ATM

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VCI identificador de canal virtual Pode mudar de enlace para enlace atraveacutes da rede

PT tipo de carga uacutetil (ex ceacutelula RM versus ceacutelula de dados) CLP bit de prioridade de perda de ceacutelula

CLP = 1 implica ceacutelula de baixa prioridade pode ser descartada em caso de congestatildeo

HEC verificaccedilatildeo de erros no cabeccedilalho Verificaccedilatildeo ciacuteclica de erros

Cabeccedilalho da ceacutelula ATM

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A camada fiacutesica se compotildee de duas partes (subcamadas ) Subcamada de convergecircncia de transmissatildeo (TCS) adapta a camada

ATM acima agrave subcamada fiacutesica abaixo (PMD) Subcamada dependente do meio depende do tipo de meio fiacutesico que

estaacute sendo empregado

Funccedilotildees da TCS Geraccedilatildeo do checksum do cabeccedilalho 8 bits CRC Delineamento de ceacutelula Com uma subcamada PMD natildeo estruturada transmite ceacutelulas vazias

(ldquoidle cellsrdquo) quando natildeo haacute ceacutelulas de dados a enviar

Camada fiacutesica ATM

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Subcamada dependente do meio fiacutesico (PMD) SONETSDH estrutura de transmissatildeo de quadros (como um

container carregando bits) Sincronizaccedilatildeo de bits Particcedilotildees da banda passante (TDM) Vaacuterias velocidades OC1 = 5184 Mbps OC3 = 15552 Mbps OC12 = 62208 Mbps

T1T3 estrutura de transmissatildeo de quadros (velha hierarquia de telefonia 15 Mbps45 Mbps No Brasil usa-se a hierarquia europeacuteia E1E3 2 34 Mbps

Natildeo estruturada apenas ceacutelulas (ocupadasvazias)

Camada fiacutesica ATM

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Apenas IP claacutessico 3 ldquoredesrdquo (ex segmentos de LAN) Endereccedilos MAC (8023) e IP

IP sobre ATM Substitui ldquorederdquo (ex segmento

de LAN) com a rede ATM Endereccedilos ATM endereccedilos IP

redeATM

EthernetLANs

EthernetLANs

IP-sobre-ATM

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No endereccedilo de origem Camada IP encontra um mapeamento entre o endereccedilo IP e o endereccedilo de destino ATM (usando ARP) Passa o datagrama para a camada de adaptaccedilatildeo AAL5 AAL5 encapsula os dados segmenta em ceacutelulas e passa para a camada ATM

Rede ATM move a ceacutelula para o destino de acordo com o seu VC (circuito virtual)

No hospedeiro de destino AAL5 remonta o datagrama original a partir das ceacutelulas recebidas Se o CRC OK datagrama eacute passado ao IP

Viagem de um datagrama numa rede IP-sobre-ATM

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Questotildees Datagramas IP em ATM AAL5 PDUs Dos endereccedilos IP aos endereccedilos ATM

Da mesma forma que de endereccedilos IP para endereccedilos MAC 8023

redeATM

EthernetLANs

IP-sobre-ATM

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Objetivo inicial aumentar a velocidade de encaminhamento IP usando labels de tamanho fixo (em vez de endereccedilo IP) Mesma ideacuteia do meacutetodo de circuito virtual (VC) Mas o datagrama IP ainda manteacutem o endereccedilo IP

Multiprotocol label switching (MPLS)

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Roteador faz a funccedilatildeo de comutador de roacutetulo Pacotes encaminhados para interface de saiacuteda com base apenas no valor

do roacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP) Tabela de encaminhamento MPLS distinta das tabelas de encaminhamento IP

Protocolo de sinalizaccedilatildeo necessaacuterio para estabelecer o encaminhamento RSVP-TE Encaminhamento eacute possiacutevel por caminhos que o IP sozinho natildeo pode usar (ex roteamento de especificado pela origem) Use MPLS para engenharia de traacutefego

Deve coexistir com roteadores unicamente IP

Roteadores MPLS

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Tabelas de encaminhamento MPLS

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Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace Detecccedilatildeo de erros correccedilatildeo Compartilhando um canal broadcast acesso muacuteltiplo Endereccedilamento da camada de enlace

Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de vaacuterias tecnologias da camada de enlace Ethernet LANS comutadas PPP Redes virtualizadas como uma camada de enlace ATM MPLS

Resumo

Page 18: Capítulo 5 Redes de computadores e a Internet A camada de enlace e redes locais

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Trecircs grandes classes Particionamento de canal

Divide o canal em pedaccedilos menores (compartimentos de tempo frequumlecircncia)

Aloca um pedaccedilo para uso exclusivo de cada noacute

Acesso aleatoacuterio Canal natildeo dividido permite colisotildees ldquorecuperaccedilatildeordquo das colisotildees

Passagem de permissatildeo Noacutes transmitem nos seus turnos mas com mais volume para enviar

podem usar turnos mais longos

Protocolos MAC uma taxonomia

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TDMA acesso muacuteltiplo por divisatildeo temporal Acesso ao canal eacute feito por rdquoturnos Cada estaccedilatildeo controla um compartimento (ldquoslotrdquo) de tamanho

fixo (tamanho = tempo de transmissatildeo de pacote) em cada turno Compartimentos natildeo usados satildeo desperdiccedilados Exemplo rede local com 6 estaccedilotildees 1 3 4 tecircm pacotes

compartimentos 2 5 6 ficam vazios

Protocolos MAC com particionamento de canal TDMA

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FDMA acesso muacuteltiplo por divisatildeo de frequumlecircncia Oespectro do canal eacute dividido em bandas de frequumlecircncia Cada estaccedilatildeo recebe uma banda de frequumlecircncia Tempo de transmissatildeo natildeo usado nas bandas de frequumlecircncia eacute desperdiccedilado Exemplo rede local com 6 estaccedilotildees 1 3 4 tecircm pacotes as bandas de

frequumlecircncia 2 5 6 ficam vazias bandas

de f

requumlecircnci

a tempo

Protocolos MAC com particionamento de canal FDMA

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Quando o noacute tem um pacote a enviar Transmite com toda a taxa do canal R Natildeo haacute uma regra de coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes

Dois ou mais noacutes transmitindo -gt ldquocolisatildeordquo

Protocolo MAC de acesso aleatoacuterio especifica Como detectar colisotildees Como as estaccedilotildees se recuperam das colisotildees (ex via retransmissotildees

atrasadas) Exemplos de protocolos MAC de acesso aleatoacuterio

slotted ALOHA ALOHA CSMA e CSMACD

Protocolos de acesso aleatoacuterio

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Suposiccedilotildees Todos os quadros de mesmo tamanho Tempo dividido em slots de mesmo tamanho tempo para

transmitir 1 quadro Noacutes comeccedilam a transmitir quadros apenas no iniacutecio dos slots Noacutes satildeo sincronizados Se 2 ou mais noacutes transmitem no slot todos os noacutes detectam a

colisatildeo

Operaccedilatildeo Quando um noacute obteacutem um novo quadro ele transmite no proacuteximo

slot Sem colisatildeo o noacute pode enviar o novo quadro no proacuteximo slot Se haacute colisatildeo o noacute retransmite o quadro em cada slot

subsequumlente com prob p ateacute o successo

Slotted ALOHA

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Proacutes Um uacutenico noacute ativo pode transmitir continuamente com a taxa completa

de canal Altamente descentralizada somente slots em noacutes precisam ser

sincronizados Simples

Contras Colisotildees desperdiacutecio de slots Slots ociosos Noacutes podem detectar colisatildeo em menos tempo do que o tempo para

transmitir o pacote Sincronizaccedilatildeo de clock

Slotted ALOHA

LegendaC = Intervalo de colisatildeoE = Intervalo vazioS = Intervalo bem-sucedido

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Eficiecircncia eacute a fraccedilatildeo de slots bem-sucedidos quando haacute muitos noacutes cada um com muitos quadros para enviar

Suponha N noacutes com muitos quadros para enviar cada um transmite no slot com probabilidade p

Prob de o noacute 1 obter successo num slot = p(1-p)N-1

Prob de qualquer noacute obter um successo = Np(1-p)N-1

Para maacutexima eficiecircncia com N noacutes encontre p que maximiza Np(1-p)N-1

Para muitos noacutes o limite de Np(1-p)N-1 com N indo ao infinito resulta 1e = 37

No maacuteximo uso do canal para envio de dados uacuteteis 37 do tempo

Eficiecircncia do slotted Aloha

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Unslotted Aloha operaccedilatildeo mais simples natildeo haacute sincronizaccedilatildeo

Pacote necessita transmissatildeo Enviar sem esperar pelo iniacutecio de um compartimento

A probabilidade de colisatildeo aumentaPacote enviado em t0 colide com outros pacotes enviados em [t0-1 t0+1]

Aloha puro (unslotted)

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P(successo de um dado noacute) = P(noacute transmitir)

P(nenhum outro noacute transmitir em [p0-1p0]

P(nenhum outro noacute transmitir em [p0-1p0]

= p (1-p)N-1 (1-p)N-1

= p (1-p)2(N-1)

hellip escolhendo p oacutetimo e entatildeo deixando n -gt infinito

= 1(2e) = 18

Ainda pior

Eficiecircncia do Aloha puro

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CSMA escuta antes de transmitir Se o canal parece vazio transmite o pacote Se o canal estaacute ocupado adia a transmissatildeo Analogia humana natildeo interrompa os outros

CSMA Carrier Sense Multiple Access

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Colisotildees podem ocorrero atraso de propagaccedilatildeo implica que dois noacutes podem natildeo ouvir as transmissotildees do outro

Colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo do pacote eacute desperdiccedilado

Notepapel da distacircncia e do atraso de propagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo

arranjo espacial dos noacutes na rede

Colisotildees no CSMA

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CSMACD detecccedilatildeo de portadora deferecircncia como no CSMA Colisotildees detectadas num tempo mais curto Transmissotildees com colisotildees satildeo interrompidas reduzindo o desperdiacutecio do canal Detecccedilatildeo de colisatildeo Faacutecil em LANs cabeadas mediccedilatildeo da intensidade do sinal comparaccedilatildeo dos sinais transmitidos e recebidos Difiacutecil em LANs sem fio receptor desligado enquanto transmitindo Analogia humana o ldquobom de papordquo educado

CSMACD (detecccedilatildeo de colisatildeo)

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CSMACD detecccedilatildeo de colisatildeo

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Protocolos MAC com particionamento de canais Compartilham o canal eficientemente quando a carga eacute alta e bem distribuiacuteda Ineficiente nas cargas baixas atraso no acesso ao canal A estaccedilatildeo consegue uma banda de 1N da capacidade do canal mesmo que haja apenas 1 noacute ativo

Protocolos MAC de acesso aleatoacuterio Eficiente nas cargas baixas um uacutenico noacute pode usar todo o canal Cargas altas excesso de colisotildees

Protocolos de passagem de permissatildeoBuscam o melhor dos dois mundos

Protocolos MAC com passagem de permissatildeo

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Polling Noacute mestre ldquoconvidardquo os escravos a transmitirem um de cada vez Problemas

Polling overhead Latecircncia Ponto uacutenico de falha (mestre)

Token passing Controla um token passado de um noacute a outro sequumlencialmente Mensagem token Problemas

Token overhead Latecircncia Ponto uacutenico de falha (token)

Protocolos MAC com passagem de permissatildeo

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Como se faz com um canal compartilhado Particionamento de canal no tempo por frequumlecircncia ou por coacutedigo

Divisatildeo temporal divisatildeo por coacutedigo divisatildeo por frequumlecircncia Particionamento aleatoacuterio (dinacircmico)

ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACD Detecccedilatildeo de portadora faacutecil em alguns meios fiacutesicos (cabos) e

difiacutecil em outros (wireless) CSMACD usado na rede Ethernet CSMACA usado em 80211

Passagem de permissatildeo Polling a partir de um site central passagem de token

Sumaacuterio dos protocolos MAC

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Camada de enlace ateacute agora Serviccedilos detecccedilatildeo de erroscorreccedilatildeo acesso muacuteltiplo

A seguir tecnologias de redes locais (LAN) Endereccedilamento Ethernet hubs pontes switches PPP

Tecnologias de LAN

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A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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Endereccedilos IP de 32-bit Endereccedilos da camada de rede Usados para levar o datagrama ateacute a rede de destino (lembre-se

da definiccedilatildeo de rede IP)

Endereccedilo de LAN (ou MAC ou fiacutesico) Usado para levar o datagrama de uma interface fiacutesica a outra

fisicamente conectada com a primeira (isto eacute na mesma rede) Endereccedilos MAC com 48 bits (na maioria das LANs)

gravados na memoacuteria fixa (ROM) do adaptador de rede

Endereccedilos de LAN e ARP

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A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEE O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (para

assegurar a unicidade)

Analogia (a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG (b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal

Endereccedilamento MAC eacute ldquoflatrdquo =gt portabilidade Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra sem

reconfiguraccedilatildeo de endereccedilo MAC

Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevel Depende da rede na qual se estaacute ligado

Endereccedilos de LAN (mais)

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Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de Bdado o endereccedilo IP de B Cada noacute IP (hospedeiro roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabela ARP Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt

lt IP address MAC address TTLgt TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamento de

endereccedilos seraacute esquecido (tipicamente 20 min)

ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de resoluccedilatildeo de endereccedilos)

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A que enviar um datagrama para B e o endereccedilo MAS de B natildeo estaacute na tabela ARP de A

A faz broadcast de pacote de consulta ARB contendo o endereccedilo IP de B end MAC de destino = FF-FF-FF-FF-FF-FF todas as maacutequinas na LAN recebem a consulta ARP

B recebe o pacote ARP responde para A com seu endereccedilo MAC (de B) Quadro enviado para o end MAC de A (unicast)

A faz um cache (salva) o par de endereccedilos IP para MAC em sua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo se torne antiga (expirada) soft state informaccedilatildeo que expira (eacute descartada) sem atualizaccedilatildeo

ARP eacute ldquoplug-and-playrdquo Noacutes criam suas tabelas ARP sem intervenccedilatildeo do administrador da rede

Protocolo ARP Mesma LAN (network)

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objetivo envia datagrama de A para B via R supotildee que A conhece o endereccedilo IP de B

bull Duas tabelas ARP no roteador R um para cada rede IP (LAN)

Roteamento para outra LAN

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A cria o pacote IP com origem A destino B A usa ARP para obter o endereccedilo de camada fiacutesica de R correspondente ao

endereccedilo IP 111111111110 A cria um quadro Ethernet com o endereccedilo fiacutesico de R como destino o

quadro Ethernet conteacutem o datagrama IP de A para B A camada de enlace de A envia o quadroEthernet A camada de enlace de R recebe o quadro Ethernet R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verifica que ele se destina a

B R usa ARP para obter o endereccedilo fiacutesico de B R cria quadro contendo um datagrama de A para B e envia para B

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A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo Barato R$20 por 100Mbps Primeira tecnologia de LAN largamente usada Mais simples e mais barata que LANs com token e ATM Velocidade crescente 10Mbps ndash 10Gbps

esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf

Ethernet

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Topologia de bus popular em meados dos anos 90 Agora a topologia em estrela prevalece Opccedilotildees de conexatildeo hub ou switch (mais adiante)

Topologia em estrela

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Adaptador do transmissor encapsula o datagrama IP (ou outro pacote de protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet

Preacircmbulo bull 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte com padratildeo 10101011bull usado para sincronizar as taxas de reloacutegio do transmissor e do receptor

Estrutura do quadro Ethernet

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Endereccedilos 6 bytes Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de destino coincidente ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa o dado no quadro para o protocolo da camada de rede

Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP mas outros podem ser suportados tais como Novell IPX e AppleTalk)

CRC verificado no receptor se um erro eacute detectado o quadro eacute simplesmente descartado

Estrutura do quadro Ethernet

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Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o receptor

Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou nacks para o adaptador transmissor O fluxo de datagramas que passa para a camada de rede pode deixar

lacunas Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCP Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas

Serviccedilo natildeo confiaacutevel sem conexatildeo

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Sem slots Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador

transmitindo isto eacute carrier sense O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador

transmitindo isto eacute collision detection Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo

aleatoacuterio isto eacute random access

Ethernet usa CSMACD

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1 Adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmitir o

quadro Se ele detecta o canal ocupado espera ateacute ele ficar livre e entatildeo transmite

3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo sua missatildeo com esse quadro estaacute cumprida

4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta e envia um jam signal

5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a m-eacutesima colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2m-1 O adaptador espera K512 tempos de bit e retorna ao passo 2

Algoritmo CSMACD da Ethernet

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Jam signal garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo 48 bitsBit time 1 microseg para Ethernet de 10 Mbpspara K=1023 o tempo de espera eacute cerca de 50 mseg

Veja o applet Java no Web site da AWL altamemte recomendadoExponential backoff Objetivo adaptar tentativas de retransmissatildeo para carga atual da rede

Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longa Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacute

K x 512 tempos de transmissatildeo de bit Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3hellip Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023

Ethernet CSMACD

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Tprop = propagaccedilatildeo maacutexima entre 2 noacutes na LAN

ttrans = tempo para transmitir um quadro de tamanho maacuteximo

Eficiecircncia tende a 1 quando tprop tende a 0

Tende a 1 quando ttrans tende ao infinito Muito melhor do que o ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato

transprop tt 51

1eficiecircncia

Eficiecircncia do CSMACD

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Taxa de 10100 Mbps chamado mais tarde de ldquofast ethernetrdquo T significa ldquoTwisted Pairrdquo (par de fios tranccedilados de cobre) Noacutes se conectam a um hub ldquotopologia em estrelardquo 100 m eacute a distacircncia

maacutexima entre os noacutes e o hub

10BaseT e 100BaseT

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Hubs satildeo essencialmente repetidores de camada fiacutesica Bits que chegam de um enlace se propagam para todos os outros enlaces Com a mesma taxa Natildeo possuem armazenagem de quadros Natildeo haacute CSMACD no hub adaptadores detectam colisotildees Provecirc funcionalidade de gerenciamento de rede

Hubs

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Usada em 10BaseT Cada bit possui uma transiccedilatildeo Permite que os reloacutegios nos noacutes de transmissatildeo e de recepccedilatildeo possam

sincronizar um com o outro Natildeo eacute necessaacuterio reloacutegio global centralizado entre os noacutes

Ei isso eacute coisa de camada fiacutesica

Codificaccedilatildeo Manchester

Codificaccedilatildeo Manchester

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Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeo Permite enlaces ponto-a-ponto e canais de muacuteltiplo acesso

compartilhados No modo compartilhado o CSMACD eacute usado exige pequenas

distacircncias entre os noacutes para ser eficiente Usa hubs chamados aqui de Distribuidores com Armazenagem

ldquoBuffered Distributorsrdquo Full-Duplex a 1 Gbps para enlaces ponto-a-ponto 10 Gbps agora

Gigabit Ethernet

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A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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Hub de backbone interconecta segmentos de LAN Estende a distacircncia maacutexima entre os noacutes Mas domiacutenios de colisatildeo individuais tornam-se um uacutenico e grande

domiacutenio de colisatildeo Natildeo pode interconectar 10BaseT e 100BaseT

Interconexatildeo com hubs

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Dispositivo de camada de enlace Armazena e encaminha quadros Ethernet Examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o

quadro baseado no endereccedilo MAC de destino Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento

usa CSMACD para acessar o segmento Transparente

Hospedeiros satildeo inconscientes da presenccedila dos switches Plug-and-play self-learning (auto-aprendizado)

Switches natildeo precisam ser configurados

Switch

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Como determinar para qual segmento da LAN encaminhar o quadro Parece um problema de roteamento

Encaminhamento

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Um switch possui uma tabela de switch Entrada na tabela do switch

(endereccedilo MAC interface marca de tempo) Entradas expiradas na tabela satildeo decartadas (TTL pode ser 60 min)

Switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de suas interfaces Quando recebe um quadro o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento da LAN que chega Registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela

Self learning (auto-aprendizado)

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Quando um switch recebe um quadro

indexa a tabela do switch usando end MAC de destinoif entrada for encontrada para o destino

then if dest no segmento deste quadro chegou

then descarta o quadro else encaminha o quadro na interface indicada else flood

Encaminha para todas as interfacesexceto para a que o quadro chegou

Filtragemencaminhamento

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Suponha que C envia um quadro para D

Switch recebe o quadro de C Anota na tabela que C estaacute na interface 1 Como D natildeo estaacute na tabela o switch encaminha o quadro para as

interfaces 2 e 3 Quadro recebido por D

hub hub hub

switch

A

B CD

EF

G H

I

endereccedilo interface

ABEG

1123

12 3

Switch exemplo

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Suponha que D responde com um quadro para C

Switch recebe quadro de D Anota na tabela que D estaacute na interface 2 Como C estaacute na tabela o switch encaminha o quadro apenas para a

interface 1 Quadro recebido por C

hub hub hub

switch

A

B CD

EF

G H

I

endereccedilo interface

ABEGC

11231

Switch exemplo

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A instalaccedilatildeo do switch quebra as sub-redes em segmentos de LAN Switch filtra pacotes

Alguns quadros do mesmo segmento de LAN natildeo satildeo usualmente encaminhados para outros segmento de LAN

Segmentos se tornam separados em domiacutenios de colisatildeo

hub hub hub

switch

domiacutenio de colisatildeo domiacutenio de colisatildeo

domiacutenio de colisatildeo

Switch isolaccedilatildeo de traacutefego

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Switch com muitas interfaces Hospedeiros possuem conexatildeo direta ao switch Sem colisotildees full duplex

Switching A-para-Arsquo e B-para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees

Switches acesso dedicado

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Cut-through switching quadro encaminhado da porta de entrada ateacute a porta de saiacuteda sem ter de primeiro coletar o quadro todo Ligeira reduccedilatildeo na latecircncia

Combinaccedilotildees de interfaces 101001000 Mbps compartilhadasdedicadas

Mais sobre switches

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Redes corporativas

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Ambos satildeo dispositivos store-and-forward Roteadores dispositivos de camada de rede (examinam cabeccedilalhos

da camada de rede) Switches satildeo dispositivos da camada de enlace

Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam algoritmos de roteamento Switches mantecircm tabelas de switch implementam filtragem algoritmos de aprendizagem

Switches vs roteadores

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hubs roteadores switches

isolaccedilatildeo detraacutefego

natildeo sim sim

plug amp play sim natildeo sim

roteamentooacutetimo

natildeo sim natildeo

cutthrough

sim natildeo sim

Resumo comparaccedilatildeo

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A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace de broadcast Sem Media Access Control Natildeo necessita de endereccedilamento MAC expliacutecito Ex dialup link linha ISDN

Protocolos ponto-a-ponto DLC populares PPP (point-to-point protocol) HDLC High level data link control (camada de enlace costumava ser considerada ldquocamada altardquo na pilha de protocolos)

Controle de enlace de dados ponto-a-ponto

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Enquadramento de pacote encapsulamento do datagrama da camada de rede no quadro da camada de enlace Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolo de rede (natildeo apenas o IP) ao mesmo tempo Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo

Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo de bit no campo de dados

Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo) Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do enlace

para a camada de rede Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos terminais

do enlace podem aprender e configurar o endereccedilo de rede dos outros

PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]

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Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros Natildeo haacute controle de fluxo Aceita entregas fora de ordem Natildeo haacute necessidade de suportar enlaces multiponto (ex polling)

Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeo dos dados satildeo todos relegados para as camadas mais altas

PPP natildeo requisitos

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Flag delimitador (enquadramento) Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura) Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacuteltiplos campos de

controle Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o conteuacutedo do

quadro deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)

PPP formato do quadro

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info dados da camada superior sendo transportados CRC verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de erros

PPP formato dos dados

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Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de dados deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt01111110gt

P Se for recebido o padratildeo lt01111110gt satildeo dados ou eacute flag Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte extra com o padratildeo lt

01111101gt (escape) antes de cada byte com o padratildeo de flag lt 01111110gt nos dados

Receptor Um byte 01111101 seguido de 01111110 em seguida descarta o primeiro e continua a recepccedilatildeo de dados Uacutenico byte 01111110 entatildeo eacute um flag

Byte stuffing

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byte com o padratildeodo flag nos dados a enviar

byte com o padratildeo de escape acrescentado nos dados transmitidos seguido por um byte com padratildeo de flag

Byte stuffing

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Antes de trocar dados da camada de rede os parceiros da camada de enlace devem A configurar o enlace PPP (tamanho maacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo) Aprenderconfigurar as informaccedilotildees da camada de rede

Para o IP transportar mensagens do protocolo de controle IP (IPCP) (campo de protocolo 8021) para configuraraprender os

endereccedilos IP

PPP protocolo de controle de dados

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A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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Virtualizaccedilatildeo dos recursos uma poderosa abstraccedilatildeo em engenharia de sistemas Exemplos em computaccedilatildeo memoacuteria virtual dispositivos virtuais

Maacutequinas virtuais ex java IBM VM os dos anos 6070

Camada de abstraccedilotildees natildeo se apega a detalhes da camada mais baixa apenas trata com as camadas mais baixas abstratamente

Virtualizaccedilatildeo das redes

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1974 muacuteltiplas redes desconectadas ARPAnet redes de dados-sobre-cabo rede de pacote por sateacutelite (Aloha) rede de pacotes por raacutedio

hellip diferentes em convenccedilotildees de endereccedilamento formatos do pacote recuperaccedilatildeo de erros roteamento

Internet virtualizaccedilatildeo das redes

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Camada de rede da Internet (IP) Endereccedilamento internetwork

aparece como uma entidade uacutenica e uniforme escondendo a heterogeneidade das redes locais

Rede de redes

Gateway ldquoembute pacotes da Internet no

formato de um pacote local ou os extrairdquo

Rota (no niacutevel de internetwork) para o proacuteximo gateway

Internet virtualizaccedilatildeo das redes

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O que eacute virtualizado Duas camadas de endereccedilamento Internet e rede local Nova camada (IP) torna tudo homogecircneo na camada da Internet Tecnologia da rede local em questatildeo

Cabo Sateacutelite Modem telefocircnico de 56 K Hoje ATM MPLS

hellip ldquoinvisiacutevelrdquo na camada da Internet Parece com uma tecnologia de camada de enlace para o IP

Arquitetura da Internet de Cerf amp Kahn

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ATM MPLS redes separadas em seus proacuteprios direitos Modelos de serviccedilo endereccedilamento roteamento diferentes da Internet

Vistos pela Internet como um enlace loacutegico conectando roteadores IP Assim como o dialup link eacute realmente parte de uma rede separada

(rede telefocircnica)

ATM MPLS de interesse teacutecnico em seu proacuteprio direito

ATM e MPLS

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Padratildeo dos anos 8090 para altas taxas de transmissatildeo (155 Mbps a 622 Mbps e mais altas) arquitetura de Broadband Integrated Service Digital Network (B-ISDN)

Objetivo transporte integrado de voz dados e imagens com foco nas redes puacuteblicas de comunicaccedilatildeo Deve atender aos requisitos de tempoQoS para aplicaccedilotildees de voz

e de viacutedeo (versus o serviccedilo de melhor esforccedilo da Internet) Telefonia de ldquoproacutexima geraccedilatildeordquo fundamentos teacutecnicos no mundo da telefonia Comutaccedilatildeo de pacotes (pacotes de tamanho fixo chamados ldquoceacutelulasrdquo) usando circuitos virtuais

Modo de transferecircncia assiacutencrono ATM

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Camada de adaptaccedilatildeo apenas na borda de uma rede ATM Segmentaccedilatildeo e remontagem dos dados Grosseiramente anaacuteloga agrave camada de transporte da Internet

Camada ATM camada de ldquorederdquo Comutaccedilatildeo de ceacutelulas roteamento

Camada fiacutesica

Sistema final Sistema finalSwitch ATM Switch ATM

Arquitetura ATM

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Visatildeo transporte fim-a-fim ldquoATM de computador a computadorrdquo ATM eacute uma tecnologia de redeRealidade usada para conectar roteadores IP de backbone ldquoIP sobre ATMrdquo ATM como uma camada de enlace comutada conectando roteadores IP

ATM camada de rede ou de enlace

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Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL) ldquoadaptardquo camadas superiores (aplicaccedilotildees IP ou nativas ATM) para a camada ATM abaixo

AAL presente apenas nos sistemas finais natildeo nos comutadores ATM (ldquoswitchesrdquo)

O segmento da camada AAL (campo de cabeccedilalhotrailer e de dados) satildeo fragmentados em muacuteltiplas ceacutelulas ATM Analogia segmento TCP em muitos pacotes IP

Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL)

Sistema final Sistema finalSwitch ATM Switch ATM

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Diferentes versotildees da camada AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM AAL1 para serviccedilo CBR (taxa de bit constante) ex emulaccedilatildeo de circuitos AAL2 para serviccedilos VBR (taxa de bit variaacutevel) ex viacutedeo MPEG AAL5 para dados (ex datagramas IP)

AAL PDU

ceacutelula ATM

Dados de usuaacuterio

subcamadade convergecircncia

subcamadaSAR

Ceacutelula ATM

Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL)

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Serviccedilo transporte de ceacutelulas atraveacutes da rede ATM Anaacuteloga agrave camada de rede IP Serviccedilos muito diferentes da camada de rede IP

Arquiteturade rede

Internet

ATM

ATM

ATM

ATM

Modelo de serviccedilo

melhoresforccediloCBR

VBR

ABR

UBR

Banda

natildeo

taxaconstantetaxagarantidamiacutenimogarantidonatildeo

Perda

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Ordem

natildeo

sim

sim

sim

sim

Tempo

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Aviso decongestatildeo

natildeo (inferidopelas perdas)natildeo haacutecongestatildeonatildeo haacutecongestatildeosim

natildeo

Garantias

Camada ATM

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Transporte em VC ceacutelulas satildeo transportadas sobre VC da fonte ao destino Estabelecimento de conexatildeo necessaacuterio para cada chamada antes que o fluxo de dados possa ser iniciado Cada pacote transporta um identificador de VC (natildeo transporta o endereccedilo do destino) Cada comutador com caminho entre a fonte e o destino manteacutem o ldquoestadordquo para cada conexatildeo passante Recursos do enlace e do comutador (banda passante buffers) podem ser alocados por VC para obter um comportamento semelhante a um circuito fiacutesico

VCs permanentes (PVCs) Conexotildees de longa duraccedilatildeo Tipicamente rota ldquopermanenterdquo entre roteadores IP

VCs comutados (SVC) Dinamicamente criados numa base por chamada

Camadas ATM circuitos virtuais

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Vantagens do uso de circuitos virtuais no ATM Iacutendices de QoS garantidos para conexotildees mapeadas em

circuitos virtuais (banda passante atraso variacircncia de atraso)

Problemas no uso de circuitos virtuais O suporte de traacutefego datagrama eacute ineficiente Um PVC entre cada par origemdestino natildeo tem boa

escalabilidade (N2 conexotildees satildeo necessaacuterias) SVC introduz latecircncia de estabelecimento de conexatildeo e

atrasos de processamento para conexotildees de curta duraccedilatildeo

ATM VCs

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Cabeccedilalho da ceacutelula ATM com 5 bytes Carga uacutetil com 48-bytes

Por quecirc carga uacutetil pequena -gt pequeno atraso de criaccedilatildeo de ceacutelula para voz digitalizada

Meio do caminho entre 32 e 64 (compromisso)

cabeccedilalhoda ceacutelula

formato daceacutelula

3o bit no campo PTvalor 1 indica uacuteltima ceacutelula (AAL-indicate bit)

Camada ATM ceacutelula ATM

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VCI identificador de canal virtual Pode mudar de enlace para enlace atraveacutes da rede

PT tipo de carga uacutetil (ex ceacutelula RM versus ceacutelula de dados) CLP bit de prioridade de perda de ceacutelula

CLP = 1 implica ceacutelula de baixa prioridade pode ser descartada em caso de congestatildeo

HEC verificaccedilatildeo de erros no cabeccedilalho Verificaccedilatildeo ciacuteclica de erros

Cabeccedilalho da ceacutelula ATM

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A camada fiacutesica se compotildee de duas partes (subcamadas ) Subcamada de convergecircncia de transmissatildeo (TCS) adapta a camada

ATM acima agrave subcamada fiacutesica abaixo (PMD) Subcamada dependente do meio depende do tipo de meio fiacutesico que

estaacute sendo empregado

Funccedilotildees da TCS Geraccedilatildeo do checksum do cabeccedilalho 8 bits CRC Delineamento de ceacutelula Com uma subcamada PMD natildeo estruturada transmite ceacutelulas vazias

(ldquoidle cellsrdquo) quando natildeo haacute ceacutelulas de dados a enviar

Camada fiacutesica ATM

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Subcamada dependente do meio fiacutesico (PMD) SONETSDH estrutura de transmissatildeo de quadros (como um

container carregando bits) Sincronizaccedilatildeo de bits Particcedilotildees da banda passante (TDM) Vaacuterias velocidades OC1 = 5184 Mbps OC3 = 15552 Mbps OC12 = 62208 Mbps

T1T3 estrutura de transmissatildeo de quadros (velha hierarquia de telefonia 15 Mbps45 Mbps No Brasil usa-se a hierarquia europeacuteia E1E3 2 34 Mbps

Natildeo estruturada apenas ceacutelulas (ocupadasvazias)

Camada fiacutesica ATM

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Apenas IP claacutessico 3 ldquoredesrdquo (ex segmentos de LAN) Endereccedilos MAC (8023) e IP

IP sobre ATM Substitui ldquorederdquo (ex segmento

de LAN) com a rede ATM Endereccedilos ATM endereccedilos IP

redeATM

EthernetLANs

EthernetLANs

IP-sobre-ATM

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No endereccedilo de origem Camada IP encontra um mapeamento entre o endereccedilo IP e o endereccedilo de destino ATM (usando ARP) Passa o datagrama para a camada de adaptaccedilatildeo AAL5 AAL5 encapsula os dados segmenta em ceacutelulas e passa para a camada ATM

Rede ATM move a ceacutelula para o destino de acordo com o seu VC (circuito virtual)

No hospedeiro de destino AAL5 remonta o datagrama original a partir das ceacutelulas recebidas Se o CRC OK datagrama eacute passado ao IP

Viagem de um datagrama numa rede IP-sobre-ATM

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Questotildees Datagramas IP em ATM AAL5 PDUs Dos endereccedilos IP aos endereccedilos ATM

Da mesma forma que de endereccedilos IP para endereccedilos MAC 8023

redeATM

EthernetLANs

IP-sobre-ATM

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Objetivo inicial aumentar a velocidade de encaminhamento IP usando labels de tamanho fixo (em vez de endereccedilo IP) Mesma ideacuteia do meacutetodo de circuito virtual (VC) Mas o datagrama IP ainda manteacutem o endereccedilo IP

Multiprotocol label switching (MPLS)

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Roteador faz a funccedilatildeo de comutador de roacutetulo Pacotes encaminhados para interface de saiacuteda com base apenas no valor

do roacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP) Tabela de encaminhamento MPLS distinta das tabelas de encaminhamento IP

Protocolo de sinalizaccedilatildeo necessaacuterio para estabelecer o encaminhamento RSVP-TE Encaminhamento eacute possiacutevel por caminhos que o IP sozinho natildeo pode usar (ex roteamento de especificado pela origem) Use MPLS para engenharia de traacutefego

Deve coexistir com roteadores unicamente IP

Roteadores MPLS

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Tabelas de encaminhamento MPLS

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Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace Detecccedilatildeo de erros correccedilatildeo Compartilhando um canal broadcast acesso muacuteltiplo Endereccedilamento da camada de enlace

Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de vaacuterias tecnologias da camada de enlace Ethernet LANS comutadas PPP Redes virtualizadas como uma camada de enlace ATM MPLS

Resumo

Page 19: Capítulo 5 Redes de computadores e a Internet A camada de enlace e redes locais

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TDMA acesso muacuteltiplo por divisatildeo temporal Acesso ao canal eacute feito por rdquoturnos Cada estaccedilatildeo controla um compartimento (ldquoslotrdquo) de tamanho

fixo (tamanho = tempo de transmissatildeo de pacote) em cada turno Compartimentos natildeo usados satildeo desperdiccedilados Exemplo rede local com 6 estaccedilotildees 1 3 4 tecircm pacotes

compartimentos 2 5 6 ficam vazios

Protocolos MAC com particionamento de canal TDMA

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FDMA acesso muacuteltiplo por divisatildeo de frequumlecircncia Oespectro do canal eacute dividido em bandas de frequumlecircncia Cada estaccedilatildeo recebe uma banda de frequumlecircncia Tempo de transmissatildeo natildeo usado nas bandas de frequumlecircncia eacute desperdiccedilado Exemplo rede local com 6 estaccedilotildees 1 3 4 tecircm pacotes as bandas de

frequumlecircncia 2 5 6 ficam vazias bandas

de f

requumlecircnci

a tempo

Protocolos MAC com particionamento de canal FDMA

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Quando o noacute tem um pacote a enviar Transmite com toda a taxa do canal R Natildeo haacute uma regra de coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes

Dois ou mais noacutes transmitindo -gt ldquocolisatildeordquo

Protocolo MAC de acesso aleatoacuterio especifica Como detectar colisotildees Como as estaccedilotildees se recuperam das colisotildees (ex via retransmissotildees

atrasadas) Exemplos de protocolos MAC de acesso aleatoacuterio

slotted ALOHA ALOHA CSMA e CSMACD

Protocolos de acesso aleatoacuterio

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Suposiccedilotildees Todos os quadros de mesmo tamanho Tempo dividido em slots de mesmo tamanho tempo para

transmitir 1 quadro Noacutes comeccedilam a transmitir quadros apenas no iniacutecio dos slots Noacutes satildeo sincronizados Se 2 ou mais noacutes transmitem no slot todos os noacutes detectam a

colisatildeo

Operaccedilatildeo Quando um noacute obteacutem um novo quadro ele transmite no proacuteximo

slot Sem colisatildeo o noacute pode enviar o novo quadro no proacuteximo slot Se haacute colisatildeo o noacute retransmite o quadro em cada slot

subsequumlente com prob p ateacute o successo

Slotted ALOHA

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Proacutes Um uacutenico noacute ativo pode transmitir continuamente com a taxa completa

de canal Altamente descentralizada somente slots em noacutes precisam ser

sincronizados Simples

Contras Colisotildees desperdiacutecio de slots Slots ociosos Noacutes podem detectar colisatildeo em menos tempo do que o tempo para

transmitir o pacote Sincronizaccedilatildeo de clock

Slotted ALOHA

LegendaC = Intervalo de colisatildeoE = Intervalo vazioS = Intervalo bem-sucedido

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Eficiecircncia eacute a fraccedilatildeo de slots bem-sucedidos quando haacute muitos noacutes cada um com muitos quadros para enviar

Suponha N noacutes com muitos quadros para enviar cada um transmite no slot com probabilidade p

Prob de o noacute 1 obter successo num slot = p(1-p)N-1

Prob de qualquer noacute obter um successo = Np(1-p)N-1

Para maacutexima eficiecircncia com N noacutes encontre p que maximiza Np(1-p)N-1

Para muitos noacutes o limite de Np(1-p)N-1 com N indo ao infinito resulta 1e = 37

No maacuteximo uso do canal para envio de dados uacuteteis 37 do tempo

Eficiecircncia do slotted Aloha

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Unslotted Aloha operaccedilatildeo mais simples natildeo haacute sincronizaccedilatildeo

Pacote necessita transmissatildeo Enviar sem esperar pelo iniacutecio de um compartimento

A probabilidade de colisatildeo aumentaPacote enviado em t0 colide com outros pacotes enviados em [t0-1 t0+1]

Aloha puro (unslotted)

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P(successo de um dado noacute) = P(noacute transmitir)

P(nenhum outro noacute transmitir em [p0-1p0]

P(nenhum outro noacute transmitir em [p0-1p0]

= p (1-p)N-1 (1-p)N-1

= p (1-p)2(N-1)

hellip escolhendo p oacutetimo e entatildeo deixando n -gt infinito

= 1(2e) = 18

Ainda pior

Eficiecircncia do Aloha puro

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CSMA escuta antes de transmitir Se o canal parece vazio transmite o pacote Se o canal estaacute ocupado adia a transmissatildeo Analogia humana natildeo interrompa os outros

CSMA Carrier Sense Multiple Access

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Colisotildees podem ocorrero atraso de propagaccedilatildeo implica que dois noacutes podem natildeo ouvir as transmissotildees do outro

Colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo do pacote eacute desperdiccedilado

Notepapel da distacircncia e do atraso de propagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo

arranjo espacial dos noacutes na rede

Colisotildees no CSMA

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CSMACD detecccedilatildeo de portadora deferecircncia como no CSMA Colisotildees detectadas num tempo mais curto Transmissotildees com colisotildees satildeo interrompidas reduzindo o desperdiacutecio do canal Detecccedilatildeo de colisatildeo Faacutecil em LANs cabeadas mediccedilatildeo da intensidade do sinal comparaccedilatildeo dos sinais transmitidos e recebidos Difiacutecil em LANs sem fio receptor desligado enquanto transmitindo Analogia humana o ldquobom de papordquo educado

CSMACD (detecccedilatildeo de colisatildeo)

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CSMACD detecccedilatildeo de colisatildeo

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Protocolos MAC com particionamento de canais Compartilham o canal eficientemente quando a carga eacute alta e bem distribuiacuteda Ineficiente nas cargas baixas atraso no acesso ao canal A estaccedilatildeo consegue uma banda de 1N da capacidade do canal mesmo que haja apenas 1 noacute ativo

Protocolos MAC de acesso aleatoacuterio Eficiente nas cargas baixas um uacutenico noacute pode usar todo o canal Cargas altas excesso de colisotildees

Protocolos de passagem de permissatildeoBuscam o melhor dos dois mundos

Protocolos MAC com passagem de permissatildeo

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Polling Noacute mestre ldquoconvidardquo os escravos a transmitirem um de cada vez Problemas

Polling overhead Latecircncia Ponto uacutenico de falha (mestre)

Token passing Controla um token passado de um noacute a outro sequumlencialmente Mensagem token Problemas

Token overhead Latecircncia Ponto uacutenico de falha (token)

Protocolos MAC com passagem de permissatildeo

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Como se faz com um canal compartilhado Particionamento de canal no tempo por frequumlecircncia ou por coacutedigo

Divisatildeo temporal divisatildeo por coacutedigo divisatildeo por frequumlecircncia Particionamento aleatoacuterio (dinacircmico)

ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACD Detecccedilatildeo de portadora faacutecil em alguns meios fiacutesicos (cabos) e

difiacutecil em outros (wireless) CSMACD usado na rede Ethernet CSMACA usado em 80211

Passagem de permissatildeo Polling a partir de um site central passagem de token

Sumaacuterio dos protocolos MAC

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Camada de enlace ateacute agora Serviccedilos detecccedilatildeo de erroscorreccedilatildeo acesso muacuteltiplo

A seguir tecnologias de redes locais (LAN) Endereccedilamento Ethernet hubs pontes switches PPP

Tecnologias de LAN

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A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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Endereccedilos IP de 32-bit Endereccedilos da camada de rede Usados para levar o datagrama ateacute a rede de destino (lembre-se

da definiccedilatildeo de rede IP)

Endereccedilo de LAN (ou MAC ou fiacutesico) Usado para levar o datagrama de uma interface fiacutesica a outra

fisicamente conectada com a primeira (isto eacute na mesma rede) Endereccedilos MAC com 48 bits (na maioria das LANs)

gravados na memoacuteria fixa (ROM) do adaptador de rede

Endereccedilos de LAN e ARP

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A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEE O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (para

assegurar a unicidade)

Analogia (a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG (b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal

Endereccedilamento MAC eacute ldquoflatrdquo =gt portabilidade Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra sem

reconfiguraccedilatildeo de endereccedilo MAC

Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevel Depende da rede na qual se estaacute ligado

Endereccedilos de LAN (mais)

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Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de Bdado o endereccedilo IP de B Cada noacute IP (hospedeiro roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabela ARP Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt

lt IP address MAC address TTLgt TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamento de

endereccedilos seraacute esquecido (tipicamente 20 min)

ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de resoluccedilatildeo de endereccedilos)

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A que enviar um datagrama para B e o endereccedilo MAS de B natildeo estaacute na tabela ARP de A

A faz broadcast de pacote de consulta ARB contendo o endereccedilo IP de B end MAC de destino = FF-FF-FF-FF-FF-FF todas as maacutequinas na LAN recebem a consulta ARP

B recebe o pacote ARP responde para A com seu endereccedilo MAC (de B) Quadro enviado para o end MAC de A (unicast)

A faz um cache (salva) o par de endereccedilos IP para MAC em sua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo se torne antiga (expirada) soft state informaccedilatildeo que expira (eacute descartada) sem atualizaccedilatildeo

ARP eacute ldquoplug-and-playrdquo Noacutes criam suas tabelas ARP sem intervenccedilatildeo do administrador da rede

Protocolo ARP Mesma LAN (network)

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objetivo envia datagrama de A para B via R supotildee que A conhece o endereccedilo IP de B

bull Duas tabelas ARP no roteador R um para cada rede IP (LAN)

Roteamento para outra LAN

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A cria o pacote IP com origem A destino B A usa ARP para obter o endereccedilo de camada fiacutesica de R correspondente ao

endereccedilo IP 111111111110 A cria um quadro Ethernet com o endereccedilo fiacutesico de R como destino o

quadro Ethernet conteacutem o datagrama IP de A para B A camada de enlace de A envia o quadroEthernet A camada de enlace de R recebe o quadro Ethernet R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verifica que ele se destina a

B R usa ARP para obter o endereccedilo fiacutesico de B R cria quadro contendo um datagrama de A para B e envia para B

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A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo Barato R$20 por 100Mbps Primeira tecnologia de LAN largamente usada Mais simples e mais barata que LANs com token e ATM Velocidade crescente 10Mbps ndash 10Gbps

esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf

Ethernet

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Topologia de bus popular em meados dos anos 90 Agora a topologia em estrela prevalece Opccedilotildees de conexatildeo hub ou switch (mais adiante)

Topologia em estrela

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Adaptador do transmissor encapsula o datagrama IP (ou outro pacote de protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet

Preacircmbulo bull 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte com padratildeo 10101011bull usado para sincronizar as taxas de reloacutegio do transmissor e do receptor

Estrutura do quadro Ethernet

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Endereccedilos 6 bytes Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de destino coincidente ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa o dado no quadro para o protocolo da camada de rede

Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP mas outros podem ser suportados tais como Novell IPX e AppleTalk)

CRC verificado no receptor se um erro eacute detectado o quadro eacute simplesmente descartado

Estrutura do quadro Ethernet

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Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o receptor

Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou nacks para o adaptador transmissor O fluxo de datagramas que passa para a camada de rede pode deixar

lacunas Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCP Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas

Serviccedilo natildeo confiaacutevel sem conexatildeo

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Sem slots Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador

transmitindo isto eacute carrier sense O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador

transmitindo isto eacute collision detection Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo

aleatoacuterio isto eacute random access

Ethernet usa CSMACD

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1 Adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmitir o

quadro Se ele detecta o canal ocupado espera ateacute ele ficar livre e entatildeo transmite

3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo sua missatildeo com esse quadro estaacute cumprida

4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta e envia um jam signal

5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a m-eacutesima colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2m-1 O adaptador espera K512 tempos de bit e retorna ao passo 2

Algoritmo CSMACD da Ethernet

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Jam signal garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo 48 bitsBit time 1 microseg para Ethernet de 10 Mbpspara K=1023 o tempo de espera eacute cerca de 50 mseg

Veja o applet Java no Web site da AWL altamemte recomendadoExponential backoff Objetivo adaptar tentativas de retransmissatildeo para carga atual da rede

Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longa Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacute

K x 512 tempos de transmissatildeo de bit Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3hellip Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023

Ethernet CSMACD

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Tprop = propagaccedilatildeo maacutexima entre 2 noacutes na LAN

ttrans = tempo para transmitir um quadro de tamanho maacuteximo

Eficiecircncia tende a 1 quando tprop tende a 0

Tende a 1 quando ttrans tende ao infinito Muito melhor do que o ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato

transprop tt 51

1eficiecircncia

Eficiecircncia do CSMACD

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Taxa de 10100 Mbps chamado mais tarde de ldquofast ethernetrdquo T significa ldquoTwisted Pairrdquo (par de fios tranccedilados de cobre) Noacutes se conectam a um hub ldquotopologia em estrelardquo 100 m eacute a distacircncia

maacutexima entre os noacutes e o hub

10BaseT e 100BaseT

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Hubs satildeo essencialmente repetidores de camada fiacutesica Bits que chegam de um enlace se propagam para todos os outros enlaces Com a mesma taxa Natildeo possuem armazenagem de quadros Natildeo haacute CSMACD no hub adaptadores detectam colisotildees Provecirc funcionalidade de gerenciamento de rede

Hubs

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Usada em 10BaseT Cada bit possui uma transiccedilatildeo Permite que os reloacutegios nos noacutes de transmissatildeo e de recepccedilatildeo possam

sincronizar um com o outro Natildeo eacute necessaacuterio reloacutegio global centralizado entre os noacutes

Ei isso eacute coisa de camada fiacutesica

Codificaccedilatildeo Manchester

Codificaccedilatildeo Manchester

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Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeo Permite enlaces ponto-a-ponto e canais de muacuteltiplo acesso

compartilhados No modo compartilhado o CSMACD eacute usado exige pequenas

distacircncias entre os noacutes para ser eficiente Usa hubs chamados aqui de Distribuidores com Armazenagem

ldquoBuffered Distributorsrdquo Full-Duplex a 1 Gbps para enlaces ponto-a-ponto 10 Gbps agora

Gigabit Ethernet

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A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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Hub de backbone interconecta segmentos de LAN Estende a distacircncia maacutexima entre os noacutes Mas domiacutenios de colisatildeo individuais tornam-se um uacutenico e grande

domiacutenio de colisatildeo Natildeo pode interconectar 10BaseT e 100BaseT

Interconexatildeo com hubs

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Dispositivo de camada de enlace Armazena e encaminha quadros Ethernet Examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o

quadro baseado no endereccedilo MAC de destino Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento

usa CSMACD para acessar o segmento Transparente

Hospedeiros satildeo inconscientes da presenccedila dos switches Plug-and-play self-learning (auto-aprendizado)

Switches natildeo precisam ser configurados

Switch

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Como determinar para qual segmento da LAN encaminhar o quadro Parece um problema de roteamento

Encaminhamento

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Um switch possui uma tabela de switch Entrada na tabela do switch

(endereccedilo MAC interface marca de tempo) Entradas expiradas na tabela satildeo decartadas (TTL pode ser 60 min)

Switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de suas interfaces Quando recebe um quadro o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento da LAN que chega Registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela

Self learning (auto-aprendizado)

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Quando um switch recebe um quadro

indexa a tabela do switch usando end MAC de destinoif entrada for encontrada para o destino

then if dest no segmento deste quadro chegou

then descarta o quadro else encaminha o quadro na interface indicada else flood

Encaminha para todas as interfacesexceto para a que o quadro chegou

Filtragemencaminhamento

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Suponha que C envia um quadro para D

Switch recebe o quadro de C Anota na tabela que C estaacute na interface 1 Como D natildeo estaacute na tabela o switch encaminha o quadro para as

interfaces 2 e 3 Quadro recebido por D

hub hub hub

switch

A

B CD

EF

G H

I

endereccedilo interface

ABEG

1123

12 3

Switch exemplo

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5 - 63copy 2005 by Pearson Education

Suponha que D responde com um quadro para C

Switch recebe quadro de D Anota na tabela que D estaacute na interface 2 Como C estaacute na tabela o switch encaminha o quadro apenas para a

interface 1 Quadro recebido por C

hub hub hub

switch

A

B CD

EF

G H

I

endereccedilo interface

ABEGC

11231

Switch exemplo

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A instalaccedilatildeo do switch quebra as sub-redes em segmentos de LAN Switch filtra pacotes

Alguns quadros do mesmo segmento de LAN natildeo satildeo usualmente encaminhados para outros segmento de LAN

Segmentos se tornam separados em domiacutenios de colisatildeo

hub hub hub

switch

domiacutenio de colisatildeo domiacutenio de colisatildeo

domiacutenio de colisatildeo

Switch isolaccedilatildeo de traacutefego

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5 - 65copy 2005 by Pearson Education

Switch com muitas interfaces Hospedeiros possuem conexatildeo direta ao switch Sem colisotildees full duplex

Switching A-para-Arsquo e B-para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees

Switches acesso dedicado

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Cut-through switching quadro encaminhado da porta de entrada ateacute a porta de saiacuteda sem ter de primeiro coletar o quadro todo Ligeira reduccedilatildeo na latecircncia

Combinaccedilotildees de interfaces 101001000 Mbps compartilhadasdedicadas

Mais sobre switches

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Redes corporativas

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Ambos satildeo dispositivos store-and-forward Roteadores dispositivos de camada de rede (examinam cabeccedilalhos

da camada de rede) Switches satildeo dispositivos da camada de enlace

Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam algoritmos de roteamento Switches mantecircm tabelas de switch implementam filtragem algoritmos de aprendizagem

Switches vs roteadores

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hubs roteadores switches

isolaccedilatildeo detraacutefego

natildeo sim sim

plug amp play sim natildeo sim

roteamentooacutetimo

natildeo sim natildeo

cutthrough

sim natildeo sim

Resumo comparaccedilatildeo

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A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace de broadcast Sem Media Access Control Natildeo necessita de endereccedilamento MAC expliacutecito Ex dialup link linha ISDN

Protocolos ponto-a-ponto DLC populares PPP (point-to-point protocol) HDLC High level data link control (camada de enlace costumava ser considerada ldquocamada altardquo na pilha de protocolos)

Controle de enlace de dados ponto-a-ponto

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Enquadramento de pacote encapsulamento do datagrama da camada de rede no quadro da camada de enlace Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolo de rede (natildeo apenas o IP) ao mesmo tempo Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo

Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo de bit no campo de dados

Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo) Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do enlace

para a camada de rede Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos terminais

do enlace podem aprender e configurar o endereccedilo de rede dos outros

PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]

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Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros Natildeo haacute controle de fluxo Aceita entregas fora de ordem Natildeo haacute necessidade de suportar enlaces multiponto (ex polling)

Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeo dos dados satildeo todos relegados para as camadas mais altas

PPP natildeo requisitos

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Flag delimitador (enquadramento) Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura) Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacuteltiplos campos de

controle Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o conteuacutedo do

quadro deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)

PPP formato do quadro

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info dados da camada superior sendo transportados CRC verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de erros

PPP formato dos dados

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Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de dados deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt01111110gt

P Se for recebido o padratildeo lt01111110gt satildeo dados ou eacute flag Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte extra com o padratildeo lt

01111101gt (escape) antes de cada byte com o padratildeo de flag lt 01111110gt nos dados

Receptor Um byte 01111101 seguido de 01111110 em seguida descarta o primeiro e continua a recepccedilatildeo de dados Uacutenico byte 01111110 entatildeo eacute um flag

Byte stuffing

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byte com o padratildeodo flag nos dados a enviar

byte com o padratildeo de escape acrescentado nos dados transmitidos seguido por um byte com padratildeo de flag

Byte stuffing

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Antes de trocar dados da camada de rede os parceiros da camada de enlace devem A configurar o enlace PPP (tamanho maacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo) Aprenderconfigurar as informaccedilotildees da camada de rede

Para o IP transportar mensagens do protocolo de controle IP (IPCP) (campo de protocolo 8021) para configuraraprender os

endereccedilos IP

PPP protocolo de controle de dados

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A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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Virtualizaccedilatildeo dos recursos uma poderosa abstraccedilatildeo em engenharia de sistemas Exemplos em computaccedilatildeo memoacuteria virtual dispositivos virtuais

Maacutequinas virtuais ex java IBM VM os dos anos 6070

Camada de abstraccedilotildees natildeo se apega a detalhes da camada mais baixa apenas trata com as camadas mais baixas abstratamente

Virtualizaccedilatildeo das redes

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1974 muacuteltiplas redes desconectadas ARPAnet redes de dados-sobre-cabo rede de pacote por sateacutelite (Aloha) rede de pacotes por raacutedio

hellip diferentes em convenccedilotildees de endereccedilamento formatos do pacote recuperaccedilatildeo de erros roteamento

Internet virtualizaccedilatildeo das redes

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Camada de rede da Internet (IP) Endereccedilamento internetwork

aparece como uma entidade uacutenica e uniforme escondendo a heterogeneidade das redes locais

Rede de redes

Gateway ldquoembute pacotes da Internet no

formato de um pacote local ou os extrairdquo

Rota (no niacutevel de internetwork) para o proacuteximo gateway

Internet virtualizaccedilatildeo das redes

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O que eacute virtualizado Duas camadas de endereccedilamento Internet e rede local Nova camada (IP) torna tudo homogecircneo na camada da Internet Tecnologia da rede local em questatildeo

Cabo Sateacutelite Modem telefocircnico de 56 K Hoje ATM MPLS

hellip ldquoinvisiacutevelrdquo na camada da Internet Parece com uma tecnologia de camada de enlace para o IP

Arquitetura da Internet de Cerf amp Kahn

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ATM MPLS redes separadas em seus proacuteprios direitos Modelos de serviccedilo endereccedilamento roteamento diferentes da Internet

Vistos pela Internet como um enlace loacutegico conectando roteadores IP Assim como o dialup link eacute realmente parte de uma rede separada

(rede telefocircnica)

ATM MPLS de interesse teacutecnico em seu proacuteprio direito

ATM e MPLS

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Padratildeo dos anos 8090 para altas taxas de transmissatildeo (155 Mbps a 622 Mbps e mais altas) arquitetura de Broadband Integrated Service Digital Network (B-ISDN)

Objetivo transporte integrado de voz dados e imagens com foco nas redes puacuteblicas de comunicaccedilatildeo Deve atender aos requisitos de tempoQoS para aplicaccedilotildees de voz

e de viacutedeo (versus o serviccedilo de melhor esforccedilo da Internet) Telefonia de ldquoproacutexima geraccedilatildeordquo fundamentos teacutecnicos no mundo da telefonia Comutaccedilatildeo de pacotes (pacotes de tamanho fixo chamados ldquoceacutelulasrdquo) usando circuitos virtuais

Modo de transferecircncia assiacutencrono ATM

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Camada de adaptaccedilatildeo apenas na borda de uma rede ATM Segmentaccedilatildeo e remontagem dos dados Grosseiramente anaacuteloga agrave camada de transporte da Internet

Camada ATM camada de ldquorederdquo Comutaccedilatildeo de ceacutelulas roteamento

Camada fiacutesica

Sistema final Sistema finalSwitch ATM Switch ATM

Arquitetura ATM

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Visatildeo transporte fim-a-fim ldquoATM de computador a computadorrdquo ATM eacute uma tecnologia de redeRealidade usada para conectar roteadores IP de backbone ldquoIP sobre ATMrdquo ATM como uma camada de enlace comutada conectando roteadores IP

ATM camada de rede ou de enlace

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Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL) ldquoadaptardquo camadas superiores (aplicaccedilotildees IP ou nativas ATM) para a camada ATM abaixo

AAL presente apenas nos sistemas finais natildeo nos comutadores ATM (ldquoswitchesrdquo)

O segmento da camada AAL (campo de cabeccedilalhotrailer e de dados) satildeo fragmentados em muacuteltiplas ceacutelulas ATM Analogia segmento TCP em muitos pacotes IP

Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL)

Sistema final Sistema finalSwitch ATM Switch ATM

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Diferentes versotildees da camada AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM AAL1 para serviccedilo CBR (taxa de bit constante) ex emulaccedilatildeo de circuitos AAL2 para serviccedilos VBR (taxa de bit variaacutevel) ex viacutedeo MPEG AAL5 para dados (ex datagramas IP)

AAL PDU

ceacutelula ATM

Dados de usuaacuterio

subcamadade convergecircncia

subcamadaSAR

Ceacutelula ATM

Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL)

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Serviccedilo transporte de ceacutelulas atraveacutes da rede ATM Anaacuteloga agrave camada de rede IP Serviccedilos muito diferentes da camada de rede IP

Arquiteturade rede

Internet

ATM

ATM

ATM

ATM

Modelo de serviccedilo

melhoresforccediloCBR

VBR

ABR

UBR

Banda

natildeo

taxaconstantetaxagarantidamiacutenimogarantidonatildeo

Perda

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Ordem

natildeo

sim

sim

sim

sim

Tempo

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Aviso decongestatildeo

natildeo (inferidopelas perdas)natildeo haacutecongestatildeonatildeo haacutecongestatildeosim

natildeo

Garantias

Camada ATM

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Transporte em VC ceacutelulas satildeo transportadas sobre VC da fonte ao destino Estabelecimento de conexatildeo necessaacuterio para cada chamada antes que o fluxo de dados possa ser iniciado Cada pacote transporta um identificador de VC (natildeo transporta o endereccedilo do destino) Cada comutador com caminho entre a fonte e o destino manteacutem o ldquoestadordquo para cada conexatildeo passante Recursos do enlace e do comutador (banda passante buffers) podem ser alocados por VC para obter um comportamento semelhante a um circuito fiacutesico

VCs permanentes (PVCs) Conexotildees de longa duraccedilatildeo Tipicamente rota ldquopermanenterdquo entre roteadores IP

VCs comutados (SVC) Dinamicamente criados numa base por chamada

Camadas ATM circuitos virtuais

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Vantagens do uso de circuitos virtuais no ATM Iacutendices de QoS garantidos para conexotildees mapeadas em

circuitos virtuais (banda passante atraso variacircncia de atraso)

Problemas no uso de circuitos virtuais O suporte de traacutefego datagrama eacute ineficiente Um PVC entre cada par origemdestino natildeo tem boa

escalabilidade (N2 conexotildees satildeo necessaacuterias) SVC introduz latecircncia de estabelecimento de conexatildeo e

atrasos de processamento para conexotildees de curta duraccedilatildeo

ATM VCs

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Cabeccedilalho da ceacutelula ATM com 5 bytes Carga uacutetil com 48-bytes

Por quecirc carga uacutetil pequena -gt pequeno atraso de criaccedilatildeo de ceacutelula para voz digitalizada

Meio do caminho entre 32 e 64 (compromisso)

cabeccedilalhoda ceacutelula

formato daceacutelula

3o bit no campo PTvalor 1 indica uacuteltima ceacutelula (AAL-indicate bit)

Camada ATM ceacutelula ATM

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VCI identificador de canal virtual Pode mudar de enlace para enlace atraveacutes da rede

PT tipo de carga uacutetil (ex ceacutelula RM versus ceacutelula de dados) CLP bit de prioridade de perda de ceacutelula

CLP = 1 implica ceacutelula de baixa prioridade pode ser descartada em caso de congestatildeo

HEC verificaccedilatildeo de erros no cabeccedilalho Verificaccedilatildeo ciacuteclica de erros

Cabeccedilalho da ceacutelula ATM

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A camada fiacutesica se compotildee de duas partes (subcamadas ) Subcamada de convergecircncia de transmissatildeo (TCS) adapta a camada

ATM acima agrave subcamada fiacutesica abaixo (PMD) Subcamada dependente do meio depende do tipo de meio fiacutesico que

estaacute sendo empregado

Funccedilotildees da TCS Geraccedilatildeo do checksum do cabeccedilalho 8 bits CRC Delineamento de ceacutelula Com uma subcamada PMD natildeo estruturada transmite ceacutelulas vazias

(ldquoidle cellsrdquo) quando natildeo haacute ceacutelulas de dados a enviar

Camada fiacutesica ATM

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Subcamada dependente do meio fiacutesico (PMD) SONETSDH estrutura de transmissatildeo de quadros (como um

container carregando bits) Sincronizaccedilatildeo de bits Particcedilotildees da banda passante (TDM) Vaacuterias velocidades OC1 = 5184 Mbps OC3 = 15552 Mbps OC12 = 62208 Mbps

T1T3 estrutura de transmissatildeo de quadros (velha hierarquia de telefonia 15 Mbps45 Mbps No Brasil usa-se a hierarquia europeacuteia E1E3 2 34 Mbps

Natildeo estruturada apenas ceacutelulas (ocupadasvazias)

Camada fiacutesica ATM

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Apenas IP claacutessico 3 ldquoredesrdquo (ex segmentos de LAN) Endereccedilos MAC (8023) e IP

IP sobre ATM Substitui ldquorederdquo (ex segmento

de LAN) com a rede ATM Endereccedilos ATM endereccedilos IP

redeATM

EthernetLANs

EthernetLANs

IP-sobre-ATM

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No endereccedilo de origem Camada IP encontra um mapeamento entre o endereccedilo IP e o endereccedilo de destino ATM (usando ARP) Passa o datagrama para a camada de adaptaccedilatildeo AAL5 AAL5 encapsula os dados segmenta em ceacutelulas e passa para a camada ATM

Rede ATM move a ceacutelula para o destino de acordo com o seu VC (circuito virtual)

No hospedeiro de destino AAL5 remonta o datagrama original a partir das ceacutelulas recebidas Se o CRC OK datagrama eacute passado ao IP

Viagem de um datagrama numa rede IP-sobre-ATM

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Questotildees Datagramas IP em ATM AAL5 PDUs Dos endereccedilos IP aos endereccedilos ATM

Da mesma forma que de endereccedilos IP para endereccedilos MAC 8023

redeATM

EthernetLANs

IP-sobre-ATM

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Objetivo inicial aumentar a velocidade de encaminhamento IP usando labels de tamanho fixo (em vez de endereccedilo IP) Mesma ideacuteia do meacutetodo de circuito virtual (VC) Mas o datagrama IP ainda manteacutem o endereccedilo IP

Multiprotocol label switching (MPLS)

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Roteador faz a funccedilatildeo de comutador de roacutetulo Pacotes encaminhados para interface de saiacuteda com base apenas no valor

do roacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP) Tabela de encaminhamento MPLS distinta das tabelas de encaminhamento IP

Protocolo de sinalizaccedilatildeo necessaacuterio para estabelecer o encaminhamento RSVP-TE Encaminhamento eacute possiacutevel por caminhos que o IP sozinho natildeo pode usar (ex roteamento de especificado pela origem) Use MPLS para engenharia de traacutefego

Deve coexistir com roteadores unicamente IP

Roteadores MPLS

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Tabelas de encaminhamento MPLS

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Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace Detecccedilatildeo de erros correccedilatildeo Compartilhando um canal broadcast acesso muacuteltiplo Endereccedilamento da camada de enlace

Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de vaacuterias tecnologias da camada de enlace Ethernet LANS comutadas PPP Redes virtualizadas como uma camada de enlace ATM MPLS

Resumo

Page 20: Capítulo 5 Redes de computadores e a Internet A camada de enlace e redes locais

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FDMA acesso muacuteltiplo por divisatildeo de frequumlecircncia Oespectro do canal eacute dividido em bandas de frequumlecircncia Cada estaccedilatildeo recebe uma banda de frequumlecircncia Tempo de transmissatildeo natildeo usado nas bandas de frequumlecircncia eacute desperdiccedilado Exemplo rede local com 6 estaccedilotildees 1 3 4 tecircm pacotes as bandas de

frequumlecircncia 2 5 6 ficam vazias bandas

de f

requumlecircnci

a tempo

Protocolos MAC com particionamento de canal FDMA

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Quando o noacute tem um pacote a enviar Transmite com toda a taxa do canal R Natildeo haacute uma regra de coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes

Dois ou mais noacutes transmitindo -gt ldquocolisatildeordquo

Protocolo MAC de acesso aleatoacuterio especifica Como detectar colisotildees Como as estaccedilotildees se recuperam das colisotildees (ex via retransmissotildees

atrasadas) Exemplos de protocolos MAC de acesso aleatoacuterio

slotted ALOHA ALOHA CSMA e CSMACD

Protocolos de acesso aleatoacuterio

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Suposiccedilotildees Todos os quadros de mesmo tamanho Tempo dividido em slots de mesmo tamanho tempo para

transmitir 1 quadro Noacutes comeccedilam a transmitir quadros apenas no iniacutecio dos slots Noacutes satildeo sincronizados Se 2 ou mais noacutes transmitem no slot todos os noacutes detectam a

colisatildeo

Operaccedilatildeo Quando um noacute obteacutem um novo quadro ele transmite no proacuteximo

slot Sem colisatildeo o noacute pode enviar o novo quadro no proacuteximo slot Se haacute colisatildeo o noacute retransmite o quadro em cada slot

subsequumlente com prob p ateacute o successo

Slotted ALOHA

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Proacutes Um uacutenico noacute ativo pode transmitir continuamente com a taxa completa

de canal Altamente descentralizada somente slots em noacutes precisam ser

sincronizados Simples

Contras Colisotildees desperdiacutecio de slots Slots ociosos Noacutes podem detectar colisatildeo em menos tempo do que o tempo para

transmitir o pacote Sincronizaccedilatildeo de clock

Slotted ALOHA

LegendaC = Intervalo de colisatildeoE = Intervalo vazioS = Intervalo bem-sucedido

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Eficiecircncia eacute a fraccedilatildeo de slots bem-sucedidos quando haacute muitos noacutes cada um com muitos quadros para enviar

Suponha N noacutes com muitos quadros para enviar cada um transmite no slot com probabilidade p

Prob de o noacute 1 obter successo num slot = p(1-p)N-1

Prob de qualquer noacute obter um successo = Np(1-p)N-1

Para maacutexima eficiecircncia com N noacutes encontre p que maximiza Np(1-p)N-1

Para muitos noacutes o limite de Np(1-p)N-1 com N indo ao infinito resulta 1e = 37

No maacuteximo uso do canal para envio de dados uacuteteis 37 do tempo

Eficiecircncia do slotted Aloha

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Unslotted Aloha operaccedilatildeo mais simples natildeo haacute sincronizaccedilatildeo

Pacote necessita transmissatildeo Enviar sem esperar pelo iniacutecio de um compartimento

A probabilidade de colisatildeo aumentaPacote enviado em t0 colide com outros pacotes enviados em [t0-1 t0+1]

Aloha puro (unslotted)

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P(successo de um dado noacute) = P(noacute transmitir)

P(nenhum outro noacute transmitir em [p0-1p0]

P(nenhum outro noacute transmitir em [p0-1p0]

= p (1-p)N-1 (1-p)N-1

= p (1-p)2(N-1)

hellip escolhendo p oacutetimo e entatildeo deixando n -gt infinito

= 1(2e) = 18

Ainda pior

Eficiecircncia do Aloha puro

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CSMA escuta antes de transmitir Se o canal parece vazio transmite o pacote Se o canal estaacute ocupado adia a transmissatildeo Analogia humana natildeo interrompa os outros

CSMA Carrier Sense Multiple Access

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Colisotildees podem ocorrero atraso de propagaccedilatildeo implica que dois noacutes podem natildeo ouvir as transmissotildees do outro

Colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo do pacote eacute desperdiccedilado

Notepapel da distacircncia e do atraso de propagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo

arranjo espacial dos noacutes na rede

Colisotildees no CSMA

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CSMACD detecccedilatildeo de portadora deferecircncia como no CSMA Colisotildees detectadas num tempo mais curto Transmissotildees com colisotildees satildeo interrompidas reduzindo o desperdiacutecio do canal Detecccedilatildeo de colisatildeo Faacutecil em LANs cabeadas mediccedilatildeo da intensidade do sinal comparaccedilatildeo dos sinais transmitidos e recebidos Difiacutecil em LANs sem fio receptor desligado enquanto transmitindo Analogia humana o ldquobom de papordquo educado

CSMACD (detecccedilatildeo de colisatildeo)

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CSMACD detecccedilatildeo de colisatildeo

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Protocolos MAC com particionamento de canais Compartilham o canal eficientemente quando a carga eacute alta e bem distribuiacuteda Ineficiente nas cargas baixas atraso no acesso ao canal A estaccedilatildeo consegue uma banda de 1N da capacidade do canal mesmo que haja apenas 1 noacute ativo

Protocolos MAC de acesso aleatoacuterio Eficiente nas cargas baixas um uacutenico noacute pode usar todo o canal Cargas altas excesso de colisotildees

Protocolos de passagem de permissatildeoBuscam o melhor dos dois mundos

Protocolos MAC com passagem de permissatildeo

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Polling Noacute mestre ldquoconvidardquo os escravos a transmitirem um de cada vez Problemas

Polling overhead Latecircncia Ponto uacutenico de falha (mestre)

Token passing Controla um token passado de um noacute a outro sequumlencialmente Mensagem token Problemas

Token overhead Latecircncia Ponto uacutenico de falha (token)

Protocolos MAC com passagem de permissatildeo

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Como se faz com um canal compartilhado Particionamento de canal no tempo por frequumlecircncia ou por coacutedigo

Divisatildeo temporal divisatildeo por coacutedigo divisatildeo por frequumlecircncia Particionamento aleatoacuterio (dinacircmico)

ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACD Detecccedilatildeo de portadora faacutecil em alguns meios fiacutesicos (cabos) e

difiacutecil em outros (wireless) CSMACD usado na rede Ethernet CSMACA usado em 80211

Passagem de permissatildeo Polling a partir de um site central passagem de token

Sumaacuterio dos protocolos MAC

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Camada de enlace ateacute agora Serviccedilos detecccedilatildeo de erroscorreccedilatildeo acesso muacuteltiplo

A seguir tecnologias de redes locais (LAN) Endereccedilamento Ethernet hubs pontes switches PPP

Tecnologias de LAN

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A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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Endereccedilos IP de 32-bit Endereccedilos da camada de rede Usados para levar o datagrama ateacute a rede de destino (lembre-se

da definiccedilatildeo de rede IP)

Endereccedilo de LAN (ou MAC ou fiacutesico) Usado para levar o datagrama de uma interface fiacutesica a outra

fisicamente conectada com a primeira (isto eacute na mesma rede) Endereccedilos MAC com 48 bits (na maioria das LANs)

gravados na memoacuteria fixa (ROM) do adaptador de rede

Endereccedilos de LAN e ARP

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A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEE O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (para

assegurar a unicidade)

Analogia (a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG (b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal

Endereccedilamento MAC eacute ldquoflatrdquo =gt portabilidade Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra sem

reconfiguraccedilatildeo de endereccedilo MAC

Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevel Depende da rede na qual se estaacute ligado

Endereccedilos de LAN (mais)

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Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de Bdado o endereccedilo IP de B Cada noacute IP (hospedeiro roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabela ARP Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt

lt IP address MAC address TTLgt TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamento de

endereccedilos seraacute esquecido (tipicamente 20 min)

ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de resoluccedilatildeo de endereccedilos)

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A que enviar um datagrama para B e o endereccedilo MAS de B natildeo estaacute na tabela ARP de A

A faz broadcast de pacote de consulta ARB contendo o endereccedilo IP de B end MAC de destino = FF-FF-FF-FF-FF-FF todas as maacutequinas na LAN recebem a consulta ARP

B recebe o pacote ARP responde para A com seu endereccedilo MAC (de B) Quadro enviado para o end MAC de A (unicast)

A faz um cache (salva) o par de endereccedilos IP para MAC em sua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo se torne antiga (expirada) soft state informaccedilatildeo que expira (eacute descartada) sem atualizaccedilatildeo

ARP eacute ldquoplug-and-playrdquo Noacutes criam suas tabelas ARP sem intervenccedilatildeo do administrador da rede

Protocolo ARP Mesma LAN (network)

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objetivo envia datagrama de A para B via R supotildee que A conhece o endereccedilo IP de B

bull Duas tabelas ARP no roteador R um para cada rede IP (LAN)

Roteamento para outra LAN

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A cria o pacote IP com origem A destino B A usa ARP para obter o endereccedilo de camada fiacutesica de R correspondente ao

endereccedilo IP 111111111110 A cria um quadro Ethernet com o endereccedilo fiacutesico de R como destino o

quadro Ethernet conteacutem o datagrama IP de A para B A camada de enlace de A envia o quadroEthernet A camada de enlace de R recebe o quadro Ethernet R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verifica que ele se destina a

B R usa ARP para obter o endereccedilo fiacutesico de B R cria quadro contendo um datagrama de A para B e envia para B

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A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo Barato R$20 por 100Mbps Primeira tecnologia de LAN largamente usada Mais simples e mais barata que LANs com token e ATM Velocidade crescente 10Mbps ndash 10Gbps

esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf

Ethernet

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Topologia de bus popular em meados dos anos 90 Agora a topologia em estrela prevalece Opccedilotildees de conexatildeo hub ou switch (mais adiante)

Topologia em estrela

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Adaptador do transmissor encapsula o datagrama IP (ou outro pacote de protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet

Preacircmbulo bull 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte com padratildeo 10101011bull usado para sincronizar as taxas de reloacutegio do transmissor e do receptor

Estrutura do quadro Ethernet

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Endereccedilos 6 bytes Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de destino coincidente ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa o dado no quadro para o protocolo da camada de rede

Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP mas outros podem ser suportados tais como Novell IPX e AppleTalk)

CRC verificado no receptor se um erro eacute detectado o quadro eacute simplesmente descartado

Estrutura do quadro Ethernet

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Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o receptor

Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou nacks para o adaptador transmissor O fluxo de datagramas que passa para a camada de rede pode deixar

lacunas Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCP Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas

Serviccedilo natildeo confiaacutevel sem conexatildeo

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Sem slots Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador

transmitindo isto eacute carrier sense O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador

transmitindo isto eacute collision detection Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo

aleatoacuterio isto eacute random access

Ethernet usa CSMACD

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1 Adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmitir o

quadro Se ele detecta o canal ocupado espera ateacute ele ficar livre e entatildeo transmite

3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo sua missatildeo com esse quadro estaacute cumprida

4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta e envia um jam signal

5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a m-eacutesima colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2m-1 O adaptador espera K512 tempos de bit e retorna ao passo 2

Algoritmo CSMACD da Ethernet

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Jam signal garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo 48 bitsBit time 1 microseg para Ethernet de 10 Mbpspara K=1023 o tempo de espera eacute cerca de 50 mseg

Veja o applet Java no Web site da AWL altamemte recomendadoExponential backoff Objetivo adaptar tentativas de retransmissatildeo para carga atual da rede

Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longa Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacute

K x 512 tempos de transmissatildeo de bit Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3hellip Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023

Ethernet CSMACD

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Tprop = propagaccedilatildeo maacutexima entre 2 noacutes na LAN

ttrans = tempo para transmitir um quadro de tamanho maacuteximo

Eficiecircncia tende a 1 quando tprop tende a 0

Tende a 1 quando ttrans tende ao infinito Muito melhor do que o ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato

transprop tt 51

1eficiecircncia

Eficiecircncia do CSMACD

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Taxa de 10100 Mbps chamado mais tarde de ldquofast ethernetrdquo T significa ldquoTwisted Pairrdquo (par de fios tranccedilados de cobre) Noacutes se conectam a um hub ldquotopologia em estrelardquo 100 m eacute a distacircncia

maacutexima entre os noacutes e o hub

10BaseT e 100BaseT

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Hubs satildeo essencialmente repetidores de camada fiacutesica Bits que chegam de um enlace se propagam para todos os outros enlaces Com a mesma taxa Natildeo possuem armazenagem de quadros Natildeo haacute CSMACD no hub adaptadores detectam colisotildees Provecirc funcionalidade de gerenciamento de rede

Hubs

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Usada em 10BaseT Cada bit possui uma transiccedilatildeo Permite que os reloacutegios nos noacutes de transmissatildeo e de recepccedilatildeo possam

sincronizar um com o outro Natildeo eacute necessaacuterio reloacutegio global centralizado entre os noacutes

Ei isso eacute coisa de camada fiacutesica

Codificaccedilatildeo Manchester

Codificaccedilatildeo Manchester

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Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeo Permite enlaces ponto-a-ponto e canais de muacuteltiplo acesso

compartilhados No modo compartilhado o CSMACD eacute usado exige pequenas

distacircncias entre os noacutes para ser eficiente Usa hubs chamados aqui de Distribuidores com Armazenagem

ldquoBuffered Distributorsrdquo Full-Duplex a 1 Gbps para enlaces ponto-a-ponto 10 Gbps agora

Gigabit Ethernet

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A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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Hub de backbone interconecta segmentos de LAN Estende a distacircncia maacutexima entre os noacutes Mas domiacutenios de colisatildeo individuais tornam-se um uacutenico e grande

domiacutenio de colisatildeo Natildeo pode interconectar 10BaseT e 100BaseT

Interconexatildeo com hubs

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Dispositivo de camada de enlace Armazena e encaminha quadros Ethernet Examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o

quadro baseado no endereccedilo MAC de destino Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento

usa CSMACD para acessar o segmento Transparente

Hospedeiros satildeo inconscientes da presenccedila dos switches Plug-and-play self-learning (auto-aprendizado)

Switches natildeo precisam ser configurados

Switch

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Como determinar para qual segmento da LAN encaminhar o quadro Parece um problema de roteamento

Encaminhamento

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Um switch possui uma tabela de switch Entrada na tabela do switch

(endereccedilo MAC interface marca de tempo) Entradas expiradas na tabela satildeo decartadas (TTL pode ser 60 min)

Switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de suas interfaces Quando recebe um quadro o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento da LAN que chega Registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela

Self learning (auto-aprendizado)

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Quando um switch recebe um quadro

indexa a tabela do switch usando end MAC de destinoif entrada for encontrada para o destino

then if dest no segmento deste quadro chegou

then descarta o quadro else encaminha o quadro na interface indicada else flood

Encaminha para todas as interfacesexceto para a que o quadro chegou

Filtragemencaminhamento

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Suponha que C envia um quadro para D

Switch recebe o quadro de C Anota na tabela que C estaacute na interface 1 Como D natildeo estaacute na tabela o switch encaminha o quadro para as

interfaces 2 e 3 Quadro recebido por D

hub hub hub

switch

A

B CD

EF

G H

I

endereccedilo interface

ABEG

1123

12 3

Switch exemplo

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Suponha que D responde com um quadro para C

Switch recebe quadro de D Anota na tabela que D estaacute na interface 2 Como C estaacute na tabela o switch encaminha o quadro apenas para a

interface 1 Quadro recebido por C

hub hub hub

switch

A

B CD

EF

G H

I

endereccedilo interface

ABEGC

11231

Switch exemplo

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A instalaccedilatildeo do switch quebra as sub-redes em segmentos de LAN Switch filtra pacotes

Alguns quadros do mesmo segmento de LAN natildeo satildeo usualmente encaminhados para outros segmento de LAN

Segmentos se tornam separados em domiacutenios de colisatildeo

hub hub hub

switch

domiacutenio de colisatildeo domiacutenio de colisatildeo

domiacutenio de colisatildeo

Switch isolaccedilatildeo de traacutefego

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Switch com muitas interfaces Hospedeiros possuem conexatildeo direta ao switch Sem colisotildees full duplex

Switching A-para-Arsquo e B-para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees

Switches acesso dedicado

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Cut-through switching quadro encaminhado da porta de entrada ateacute a porta de saiacuteda sem ter de primeiro coletar o quadro todo Ligeira reduccedilatildeo na latecircncia

Combinaccedilotildees de interfaces 101001000 Mbps compartilhadasdedicadas

Mais sobre switches

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Redes corporativas

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Ambos satildeo dispositivos store-and-forward Roteadores dispositivos de camada de rede (examinam cabeccedilalhos

da camada de rede) Switches satildeo dispositivos da camada de enlace

Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam algoritmos de roteamento Switches mantecircm tabelas de switch implementam filtragem algoritmos de aprendizagem

Switches vs roteadores

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hubs roteadores switches

isolaccedilatildeo detraacutefego

natildeo sim sim

plug amp play sim natildeo sim

roteamentooacutetimo

natildeo sim natildeo

cutthrough

sim natildeo sim

Resumo comparaccedilatildeo

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A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace de broadcast Sem Media Access Control Natildeo necessita de endereccedilamento MAC expliacutecito Ex dialup link linha ISDN

Protocolos ponto-a-ponto DLC populares PPP (point-to-point protocol) HDLC High level data link control (camada de enlace costumava ser considerada ldquocamada altardquo na pilha de protocolos)

Controle de enlace de dados ponto-a-ponto

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Enquadramento de pacote encapsulamento do datagrama da camada de rede no quadro da camada de enlace Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolo de rede (natildeo apenas o IP) ao mesmo tempo Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo

Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo de bit no campo de dados

Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo) Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do enlace

para a camada de rede Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos terminais

do enlace podem aprender e configurar o endereccedilo de rede dos outros

PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]

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Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros Natildeo haacute controle de fluxo Aceita entregas fora de ordem Natildeo haacute necessidade de suportar enlaces multiponto (ex polling)

Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeo dos dados satildeo todos relegados para as camadas mais altas

PPP natildeo requisitos

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Flag delimitador (enquadramento) Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura) Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacuteltiplos campos de

controle Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o conteuacutedo do

quadro deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)

PPP formato do quadro

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info dados da camada superior sendo transportados CRC verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de erros

PPP formato dos dados

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Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de dados deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt01111110gt

P Se for recebido o padratildeo lt01111110gt satildeo dados ou eacute flag Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte extra com o padratildeo lt

01111101gt (escape) antes de cada byte com o padratildeo de flag lt 01111110gt nos dados

Receptor Um byte 01111101 seguido de 01111110 em seguida descarta o primeiro e continua a recepccedilatildeo de dados Uacutenico byte 01111110 entatildeo eacute um flag

Byte stuffing

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byte com o padratildeodo flag nos dados a enviar

byte com o padratildeo de escape acrescentado nos dados transmitidos seguido por um byte com padratildeo de flag

Byte stuffing

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Antes de trocar dados da camada de rede os parceiros da camada de enlace devem A configurar o enlace PPP (tamanho maacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo) Aprenderconfigurar as informaccedilotildees da camada de rede

Para o IP transportar mensagens do protocolo de controle IP (IPCP) (campo de protocolo 8021) para configuraraprender os

endereccedilos IP

PPP protocolo de controle de dados

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A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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Virtualizaccedilatildeo dos recursos uma poderosa abstraccedilatildeo em engenharia de sistemas Exemplos em computaccedilatildeo memoacuteria virtual dispositivos virtuais

Maacutequinas virtuais ex java IBM VM os dos anos 6070

Camada de abstraccedilotildees natildeo se apega a detalhes da camada mais baixa apenas trata com as camadas mais baixas abstratamente

Virtualizaccedilatildeo das redes

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1974 muacuteltiplas redes desconectadas ARPAnet redes de dados-sobre-cabo rede de pacote por sateacutelite (Aloha) rede de pacotes por raacutedio

hellip diferentes em convenccedilotildees de endereccedilamento formatos do pacote recuperaccedilatildeo de erros roteamento

Internet virtualizaccedilatildeo das redes

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Camada de rede da Internet (IP) Endereccedilamento internetwork

aparece como uma entidade uacutenica e uniforme escondendo a heterogeneidade das redes locais

Rede de redes

Gateway ldquoembute pacotes da Internet no

formato de um pacote local ou os extrairdquo

Rota (no niacutevel de internetwork) para o proacuteximo gateway

Internet virtualizaccedilatildeo das redes

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O que eacute virtualizado Duas camadas de endereccedilamento Internet e rede local Nova camada (IP) torna tudo homogecircneo na camada da Internet Tecnologia da rede local em questatildeo

Cabo Sateacutelite Modem telefocircnico de 56 K Hoje ATM MPLS

hellip ldquoinvisiacutevelrdquo na camada da Internet Parece com uma tecnologia de camada de enlace para o IP

Arquitetura da Internet de Cerf amp Kahn

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ATM MPLS redes separadas em seus proacuteprios direitos Modelos de serviccedilo endereccedilamento roteamento diferentes da Internet

Vistos pela Internet como um enlace loacutegico conectando roteadores IP Assim como o dialup link eacute realmente parte de uma rede separada

(rede telefocircnica)

ATM MPLS de interesse teacutecnico em seu proacuteprio direito

ATM e MPLS

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Padratildeo dos anos 8090 para altas taxas de transmissatildeo (155 Mbps a 622 Mbps e mais altas) arquitetura de Broadband Integrated Service Digital Network (B-ISDN)

Objetivo transporte integrado de voz dados e imagens com foco nas redes puacuteblicas de comunicaccedilatildeo Deve atender aos requisitos de tempoQoS para aplicaccedilotildees de voz

e de viacutedeo (versus o serviccedilo de melhor esforccedilo da Internet) Telefonia de ldquoproacutexima geraccedilatildeordquo fundamentos teacutecnicos no mundo da telefonia Comutaccedilatildeo de pacotes (pacotes de tamanho fixo chamados ldquoceacutelulasrdquo) usando circuitos virtuais

Modo de transferecircncia assiacutencrono ATM

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Camada de adaptaccedilatildeo apenas na borda de uma rede ATM Segmentaccedilatildeo e remontagem dos dados Grosseiramente anaacuteloga agrave camada de transporte da Internet

Camada ATM camada de ldquorederdquo Comutaccedilatildeo de ceacutelulas roteamento

Camada fiacutesica

Sistema final Sistema finalSwitch ATM Switch ATM

Arquitetura ATM

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Visatildeo transporte fim-a-fim ldquoATM de computador a computadorrdquo ATM eacute uma tecnologia de redeRealidade usada para conectar roteadores IP de backbone ldquoIP sobre ATMrdquo ATM como uma camada de enlace comutada conectando roteadores IP

ATM camada de rede ou de enlace

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Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL) ldquoadaptardquo camadas superiores (aplicaccedilotildees IP ou nativas ATM) para a camada ATM abaixo

AAL presente apenas nos sistemas finais natildeo nos comutadores ATM (ldquoswitchesrdquo)

O segmento da camada AAL (campo de cabeccedilalhotrailer e de dados) satildeo fragmentados em muacuteltiplas ceacutelulas ATM Analogia segmento TCP em muitos pacotes IP

Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL)

Sistema final Sistema finalSwitch ATM Switch ATM

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Diferentes versotildees da camada AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM AAL1 para serviccedilo CBR (taxa de bit constante) ex emulaccedilatildeo de circuitos AAL2 para serviccedilos VBR (taxa de bit variaacutevel) ex viacutedeo MPEG AAL5 para dados (ex datagramas IP)

AAL PDU

ceacutelula ATM

Dados de usuaacuterio

subcamadade convergecircncia

subcamadaSAR

Ceacutelula ATM

Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL)

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Serviccedilo transporte de ceacutelulas atraveacutes da rede ATM Anaacuteloga agrave camada de rede IP Serviccedilos muito diferentes da camada de rede IP

Arquiteturade rede

Internet

ATM

ATM

ATM

ATM

Modelo de serviccedilo

melhoresforccediloCBR

VBR

ABR

UBR

Banda

natildeo

taxaconstantetaxagarantidamiacutenimogarantidonatildeo

Perda

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Ordem

natildeo

sim

sim

sim

sim

Tempo

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Aviso decongestatildeo

natildeo (inferidopelas perdas)natildeo haacutecongestatildeonatildeo haacutecongestatildeosim

natildeo

Garantias

Camada ATM

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Transporte em VC ceacutelulas satildeo transportadas sobre VC da fonte ao destino Estabelecimento de conexatildeo necessaacuterio para cada chamada antes que o fluxo de dados possa ser iniciado Cada pacote transporta um identificador de VC (natildeo transporta o endereccedilo do destino) Cada comutador com caminho entre a fonte e o destino manteacutem o ldquoestadordquo para cada conexatildeo passante Recursos do enlace e do comutador (banda passante buffers) podem ser alocados por VC para obter um comportamento semelhante a um circuito fiacutesico

VCs permanentes (PVCs) Conexotildees de longa duraccedilatildeo Tipicamente rota ldquopermanenterdquo entre roteadores IP

VCs comutados (SVC) Dinamicamente criados numa base por chamada

Camadas ATM circuitos virtuais

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Vantagens do uso de circuitos virtuais no ATM Iacutendices de QoS garantidos para conexotildees mapeadas em

circuitos virtuais (banda passante atraso variacircncia de atraso)

Problemas no uso de circuitos virtuais O suporte de traacutefego datagrama eacute ineficiente Um PVC entre cada par origemdestino natildeo tem boa

escalabilidade (N2 conexotildees satildeo necessaacuterias) SVC introduz latecircncia de estabelecimento de conexatildeo e

atrasos de processamento para conexotildees de curta duraccedilatildeo

ATM VCs

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Cabeccedilalho da ceacutelula ATM com 5 bytes Carga uacutetil com 48-bytes

Por quecirc carga uacutetil pequena -gt pequeno atraso de criaccedilatildeo de ceacutelula para voz digitalizada

Meio do caminho entre 32 e 64 (compromisso)

cabeccedilalhoda ceacutelula

formato daceacutelula

3o bit no campo PTvalor 1 indica uacuteltima ceacutelula (AAL-indicate bit)

Camada ATM ceacutelula ATM

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VCI identificador de canal virtual Pode mudar de enlace para enlace atraveacutes da rede

PT tipo de carga uacutetil (ex ceacutelula RM versus ceacutelula de dados) CLP bit de prioridade de perda de ceacutelula

CLP = 1 implica ceacutelula de baixa prioridade pode ser descartada em caso de congestatildeo

HEC verificaccedilatildeo de erros no cabeccedilalho Verificaccedilatildeo ciacuteclica de erros

Cabeccedilalho da ceacutelula ATM

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A camada fiacutesica se compotildee de duas partes (subcamadas ) Subcamada de convergecircncia de transmissatildeo (TCS) adapta a camada

ATM acima agrave subcamada fiacutesica abaixo (PMD) Subcamada dependente do meio depende do tipo de meio fiacutesico que

estaacute sendo empregado

Funccedilotildees da TCS Geraccedilatildeo do checksum do cabeccedilalho 8 bits CRC Delineamento de ceacutelula Com uma subcamada PMD natildeo estruturada transmite ceacutelulas vazias

(ldquoidle cellsrdquo) quando natildeo haacute ceacutelulas de dados a enviar

Camada fiacutesica ATM

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Subcamada dependente do meio fiacutesico (PMD) SONETSDH estrutura de transmissatildeo de quadros (como um

container carregando bits) Sincronizaccedilatildeo de bits Particcedilotildees da banda passante (TDM) Vaacuterias velocidades OC1 = 5184 Mbps OC3 = 15552 Mbps OC12 = 62208 Mbps

T1T3 estrutura de transmissatildeo de quadros (velha hierarquia de telefonia 15 Mbps45 Mbps No Brasil usa-se a hierarquia europeacuteia E1E3 2 34 Mbps

Natildeo estruturada apenas ceacutelulas (ocupadasvazias)

Camada fiacutesica ATM

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Apenas IP claacutessico 3 ldquoredesrdquo (ex segmentos de LAN) Endereccedilos MAC (8023) e IP

IP sobre ATM Substitui ldquorederdquo (ex segmento

de LAN) com a rede ATM Endereccedilos ATM endereccedilos IP

redeATM

EthernetLANs

EthernetLANs

IP-sobre-ATM

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No endereccedilo de origem Camada IP encontra um mapeamento entre o endereccedilo IP e o endereccedilo de destino ATM (usando ARP) Passa o datagrama para a camada de adaptaccedilatildeo AAL5 AAL5 encapsula os dados segmenta em ceacutelulas e passa para a camada ATM

Rede ATM move a ceacutelula para o destino de acordo com o seu VC (circuito virtual)

No hospedeiro de destino AAL5 remonta o datagrama original a partir das ceacutelulas recebidas Se o CRC OK datagrama eacute passado ao IP

Viagem de um datagrama numa rede IP-sobre-ATM

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Questotildees Datagramas IP em ATM AAL5 PDUs Dos endereccedilos IP aos endereccedilos ATM

Da mesma forma que de endereccedilos IP para endereccedilos MAC 8023

redeATM

EthernetLANs

IP-sobre-ATM

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Objetivo inicial aumentar a velocidade de encaminhamento IP usando labels de tamanho fixo (em vez de endereccedilo IP) Mesma ideacuteia do meacutetodo de circuito virtual (VC) Mas o datagrama IP ainda manteacutem o endereccedilo IP

Multiprotocol label switching (MPLS)

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Roteador faz a funccedilatildeo de comutador de roacutetulo Pacotes encaminhados para interface de saiacuteda com base apenas no valor

do roacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP) Tabela de encaminhamento MPLS distinta das tabelas de encaminhamento IP

Protocolo de sinalizaccedilatildeo necessaacuterio para estabelecer o encaminhamento RSVP-TE Encaminhamento eacute possiacutevel por caminhos que o IP sozinho natildeo pode usar (ex roteamento de especificado pela origem) Use MPLS para engenharia de traacutefego

Deve coexistir com roteadores unicamente IP

Roteadores MPLS

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Tabelas de encaminhamento MPLS

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Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace Detecccedilatildeo de erros correccedilatildeo Compartilhando um canal broadcast acesso muacuteltiplo Endereccedilamento da camada de enlace

Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de vaacuterias tecnologias da camada de enlace Ethernet LANS comutadas PPP Redes virtualizadas como uma camada de enlace ATM MPLS

Resumo

Page 21: Capítulo 5 Redes de computadores e a Internet A camada de enlace e redes locais

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Quando o noacute tem um pacote a enviar Transmite com toda a taxa do canal R Natildeo haacute uma regra de coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes

Dois ou mais noacutes transmitindo -gt ldquocolisatildeordquo

Protocolo MAC de acesso aleatoacuterio especifica Como detectar colisotildees Como as estaccedilotildees se recuperam das colisotildees (ex via retransmissotildees

atrasadas) Exemplos de protocolos MAC de acesso aleatoacuterio

slotted ALOHA ALOHA CSMA e CSMACD

Protocolos de acesso aleatoacuterio

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Suposiccedilotildees Todos os quadros de mesmo tamanho Tempo dividido em slots de mesmo tamanho tempo para

transmitir 1 quadro Noacutes comeccedilam a transmitir quadros apenas no iniacutecio dos slots Noacutes satildeo sincronizados Se 2 ou mais noacutes transmitem no slot todos os noacutes detectam a

colisatildeo

Operaccedilatildeo Quando um noacute obteacutem um novo quadro ele transmite no proacuteximo

slot Sem colisatildeo o noacute pode enviar o novo quadro no proacuteximo slot Se haacute colisatildeo o noacute retransmite o quadro em cada slot

subsequumlente com prob p ateacute o successo

Slotted ALOHA

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Proacutes Um uacutenico noacute ativo pode transmitir continuamente com a taxa completa

de canal Altamente descentralizada somente slots em noacutes precisam ser

sincronizados Simples

Contras Colisotildees desperdiacutecio de slots Slots ociosos Noacutes podem detectar colisatildeo em menos tempo do que o tempo para

transmitir o pacote Sincronizaccedilatildeo de clock

Slotted ALOHA

LegendaC = Intervalo de colisatildeoE = Intervalo vazioS = Intervalo bem-sucedido

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Eficiecircncia eacute a fraccedilatildeo de slots bem-sucedidos quando haacute muitos noacutes cada um com muitos quadros para enviar

Suponha N noacutes com muitos quadros para enviar cada um transmite no slot com probabilidade p

Prob de o noacute 1 obter successo num slot = p(1-p)N-1

Prob de qualquer noacute obter um successo = Np(1-p)N-1

Para maacutexima eficiecircncia com N noacutes encontre p que maximiza Np(1-p)N-1

Para muitos noacutes o limite de Np(1-p)N-1 com N indo ao infinito resulta 1e = 37

No maacuteximo uso do canal para envio de dados uacuteteis 37 do tempo

Eficiecircncia do slotted Aloha

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Unslotted Aloha operaccedilatildeo mais simples natildeo haacute sincronizaccedilatildeo

Pacote necessita transmissatildeo Enviar sem esperar pelo iniacutecio de um compartimento

A probabilidade de colisatildeo aumentaPacote enviado em t0 colide com outros pacotes enviados em [t0-1 t0+1]

Aloha puro (unslotted)

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P(successo de um dado noacute) = P(noacute transmitir)

P(nenhum outro noacute transmitir em [p0-1p0]

P(nenhum outro noacute transmitir em [p0-1p0]

= p (1-p)N-1 (1-p)N-1

= p (1-p)2(N-1)

hellip escolhendo p oacutetimo e entatildeo deixando n -gt infinito

= 1(2e) = 18

Ainda pior

Eficiecircncia do Aloha puro

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CSMA escuta antes de transmitir Se o canal parece vazio transmite o pacote Se o canal estaacute ocupado adia a transmissatildeo Analogia humana natildeo interrompa os outros

CSMA Carrier Sense Multiple Access

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Colisotildees podem ocorrero atraso de propagaccedilatildeo implica que dois noacutes podem natildeo ouvir as transmissotildees do outro

Colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo do pacote eacute desperdiccedilado

Notepapel da distacircncia e do atraso de propagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo

arranjo espacial dos noacutes na rede

Colisotildees no CSMA

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CSMACD detecccedilatildeo de portadora deferecircncia como no CSMA Colisotildees detectadas num tempo mais curto Transmissotildees com colisotildees satildeo interrompidas reduzindo o desperdiacutecio do canal Detecccedilatildeo de colisatildeo Faacutecil em LANs cabeadas mediccedilatildeo da intensidade do sinal comparaccedilatildeo dos sinais transmitidos e recebidos Difiacutecil em LANs sem fio receptor desligado enquanto transmitindo Analogia humana o ldquobom de papordquo educado

CSMACD (detecccedilatildeo de colisatildeo)

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CSMACD detecccedilatildeo de colisatildeo

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Protocolos MAC com particionamento de canais Compartilham o canal eficientemente quando a carga eacute alta e bem distribuiacuteda Ineficiente nas cargas baixas atraso no acesso ao canal A estaccedilatildeo consegue uma banda de 1N da capacidade do canal mesmo que haja apenas 1 noacute ativo

Protocolos MAC de acesso aleatoacuterio Eficiente nas cargas baixas um uacutenico noacute pode usar todo o canal Cargas altas excesso de colisotildees

Protocolos de passagem de permissatildeoBuscam o melhor dos dois mundos

Protocolos MAC com passagem de permissatildeo

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Polling Noacute mestre ldquoconvidardquo os escravos a transmitirem um de cada vez Problemas

Polling overhead Latecircncia Ponto uacutenico de falha (mestre)

Token passing Controla um token passado de um noacute a outro sequumlencialmente Mensagem token Problemas

Token overhead Latecircncia Ponto uacutenico de falha (token)

Protocolos MAC com passagem de permissatildeo

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Como se faz com um canal compartilhado Particionamento de canal no tempo por frequumlecircncia ou por coacutedigo

Divisatildeo temporal divisatildeo por coacutedigo divisatildeo por frequumlecircncia Particionamento aleatoacuterio (dinacircmico)

ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACD Detecccedilatildeo de portadora faacutecil em alguns meios fiacutesicos (cabos) e

difiacutecil em outros (wireless) CSMACD usado na rede Ethernet CSMACA usado em 80211

Passagem de permissatildeo Polling a partir de um site central passagem de token

Sumaacuterio dos protocolos MAC

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Camada de enlace ateacute agora Serviccedilos detecccedilatildeo de erroscorreccedilatildeo acesso muacuteltiplo

A seguir tecnologias de redes locais (LAN) Endereccedilamento Ethernet hubs pontes switches PPP

Tecnologias de LAN

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A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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Endereccedilos IP de 32-bit Endereccedilos da camada de rede Usados para levar o datagrama ateacute a rede de destino (lembre-se

da definiccedilatildeo de rede IP)

Endereccedilo de LAN (ou MAC ou fiacutesico) Usado para levar o datagrama de uma interface fiacutesica a outra

fisicamente conectada com a primeira (isto eacute na mesma rede) Endereccedilos MAC com 48 bits (na maioria das LANs)

gravados na memoacuteria fixa (ROM) do adaptador de rede

Endereccedilos de LAN e ARP

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A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEE O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (para

assegurar a unicidade)

Analogia (a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG (b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal

Endereccedilamento MAC eacute ldquoflatrdquo =gt portabilidade Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra sem

reconfiguraccedilatildeo de endereccedilo MAC

Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevel Depende da rede na qual se estaacute ligado

Endereccedilos de LAN (mais)

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Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de Bdado o endereccedilo IP de B Cada noacute IP (hospedeiro roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabela ARP Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt

lt IP address MAC address TTLgt TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamento de

endereccedilos seraacute esquecido (tipicamente 20 min)

ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de resoluccedilatildeo de endereccedilos)

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A que enviar um datagrama para B e o endereccedilo MAS de B natildeo estaacute na tabela ARP de A

A faz broadcast de pacote de consulta ARB contendo o endereccedilo IP de B end MAC de destino = FF-FF-FF-FF-FF-FF todas as maacutequinas na LAN recebem a consulta ARP

B recebe o pacote ARP responde para A com seu endereccedilo MAC (de B) Quadro enviado para o end MAC de A (unicast)

A faz um cache (salva) o par de endereccedilos IP para MAC em sua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo se torne antiga (expirada) soft state informaccedilatildeo que expira (eacute descartada) sem atualizaccedilatildeo

ARP eacute ldquoplug-and-playrdquo Noacutes criam suas tabelas ARP sem intervenccedilatildeo do administrador da rede

Protocolo ARP Mesma LAN (network)

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objetivo envia datagrama de A para B via R supotildee que A conhece o endereccedilo IP de B

bull Duas tabelas ARP no roteador R um para cada rede IP (LAN)

Roteamento para outra LAN

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A cria o pacote IP com origem A destino B A usa ARP para obter o endereccedilo de camada fiacutesica de R correspondente ao

endereccedilo IP 111111111110 A cria um quadro Ethernet com o endereccedilo fiacutesico de R como destino o

quadro Ethernet conteacutem o datagrama IP de A para B A camada de enlace de A envia o quadroEthernet A camada de enlace de R recebe o quadro Ethernet R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verifica que ele se destina a

B R usa ARP para obter o endereccedilo fiacutesico de B R cria quadro contendo um datagrama de A para B e envia para B

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A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo Barato R$20 por 100Mbps Primeira tecnologia de LAN largamente usada Mais simples e mais barata que LANs com token e ATM Velocidade crescente 10Mbps ndash 10Gbps

esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf

Ethernet

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Topologia de bus popular em meados dos anos 90 Agora a topologia em estrela prevalece Opccedilotildees de conexatildeo hub ou switch (mais adiante)

Topologia em estrela

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Adaptador do transmissor encapsula o datagrama IP (ou outro pacote de protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet

Preacircmbulo bull 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte com padratildeo 10101011bull usado para sincronizar as taxas de reloacutegio do transmissor e do receptor

Estrutura do quadro Ethernet

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Endereccedilos 6 bytes Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de destino coincidente ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa o dado no quadro para o protocolo da camada de rede

Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP mas outros podem ser suportados tais como Novell IPX e AppleTalk)

CRC verificado no receptor se um erro eacute detectado o quadro eacute simplesmente descartado

Estrutura do quadro Ethernet

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Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o receptor

Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou nacks para o adaptador transmissor O fluxo de datagramas que passa para a camada de rede pode deixar

lacunas Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCP Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas

Serviccedilo natildeo confiaacutevel sem conexatildeo

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Sem slots Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador

transmitindo isto eacute carrier sense O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador

transmitindo isto eacute collision detection Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo

aleatoacuterio isto eacute random access

Ethernet usa CSMACD

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1 Adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmitir o

quadro Se ele detecta o canal ocupado espera ateacute ele ficar livre e entatildeo transmite

3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo sua missatildeo com esse quadro estaacute cumprida

4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta e envia um jam signal

5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a m-eacutesima colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2m-1 O adaptador espera K512 tempos de bit e retorna ao passo 2

Algoritmo CSMACD da Ethernet

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Jam signal garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo 48 bitsBit time 1 microseg para Ethernet de 10 Mbpspara K=1023 o tempo de espera eacute cerca de 50 mseg

Veja o applet Java no Web site da AWL altamemte recomendadoExponential backoff Objetivo adaptar tentativas de retransmissatildeo para carga atual da rede

Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longa Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacute

K x 512 tempos de transmissatildeo de bit Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3hellip Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023

Ethernet CSMACD

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Tprop = propagaccedilatildeo maacutexima entre 2 noacutes na LAN

ttrans = tempo para transmitir um quadro de tamanho maacuteximo

Eficiecircncia tende a 1 quando tprop tende a 0

Tende a 1 quando ttrans tende ao infinito Muito melhor do que o ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato

transprop tt 51

1eficiecircncia

Eficiecircncia do CSMACD

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Taxa de 10100 Mbps chamado mais tarde de ldquofast ethernetrdquo T significa ldquoTwisted Pairrdquo (par de fios tranccedilados de cobre) Noacutes se conectam a um hub ldquotopologia em estrelardquo 100 m eacute a distacircncia

maacutexima entre os noacutes e o hub

10BaseT e 100BaseT

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Hubs satildeo essencialmente repetidores de camada fiacutesica Bits que chegam de um enlace se propagam para todos os outros enlaces Com a mesma taxa Natildeo possuem armazenagem de quadros Natildeo haacute CSMACD no hub adaptadores detectam colisotildees Provecirc funcionalidade de gerenciamento de rede

Hubs

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Usada em 10BaseT Cada bit possui uma transiccedilatildeo Permite que os reloacutegios nos noacutes de transmissatildeo e de recepccedilatildeo possam

sincronizar um com o outro Natildeo eacute necessaacuterio reloacutegio global centralizado entre os noacutes

Ei isso eacute coisa de camada fiacutesica

Codificaccedilatildeo Manchester

Codificaccedilatildeo Manchester

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Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeo Permite enlaces ponto-a-ponto e canais de muacuteltiplo acesso

compartilhados No modo compartilhado o CSMACD eacute usado exige pequenas

distacircncias entre os noacutes para ser eficiente Usa hubs chamados aqui de Distribuidores com Armazenagem

ldquoBuffered Distributorsrdquo Full-Duplex a 1 Gbps para enlaces ponto-a-ponto 10 Gbps agora

Gigabit Ethernet

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A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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Hub de backbone interconecta segmentos de LAN Estende a distacircncia maacutexima entre os noacutes Mas domiacutenios de colisatildeo individuais tornam-se um uacutenico e grande

domiacutenio de colisatildeo Natildeo pode interconectar 10BaseT e 100BaseT

Interconexatildeo com hubs

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Dispositivo de camada de enlace Armazena e encaminha quadros Ethernet Examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o

quadro baseado no endereccedilo MAC de destino Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento

usa CSMACD para acessar o segmento Transparente

Hospedeiros satildeo inconscientes da presenccedila dos switches Plug-and-play self-learning (auto-aprendizado)

Switches natildeo precisam ser configurados

Switch

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Como determinar para qual segmento da LAN encaminhar o quadro Parece um problema de roteamento

Encaminhamento

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Um switch possui uma tabela de switch Entrada na tabela do switch

(endereccedilo MAC interface marca de tempo) Entradas expiradas na tabela satildeo decartadas (TTL pode ser 60 min)

Switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de suas interfaces Quando recebe um quadro o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento da LAN que chega Registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela

Self learning (auto-aprendizado)

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Quando um switch recebe um quadro

indexa a tabela do switch usando end MAC de destinoif entrada for encontrada para o destino

then if dest no segmento deste quadro chegou

then descarta o quadro else encaminha o quadro na interface indicada else flood

Encaminha para todas as interfacesexceto para a que o quadro chegou

Filtragemencaminhamento

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Suponha que C envia um quadro para D

Switch recebe o quadro de C Anota na tabela que C estaacute na interface 1 Como D natildeo estaacute na tabela o switch encaminha o quadro para as

interfaces 2 e 3 Quadro recebido por D

hub hub hub

switch

A

B CD

EF

G H

I

endereccedilo interface

ABEG

1123

12 3

Switch exemplo

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Suponha que D responde com um quadro para C

Switch recebe quadro de D Anota na tabela que D estaacute na interface 2 Como C estaacute na tabela o switch encaminha o quadro apenas para a

interface 1 Quadro recebido por C

hub hub hub

switch

A

B CD

EF

G H

I

endereccedilo interface

ABEGC

11231

Switch exemplo

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A instalaccedilatildeo do switch quebra as sub-redes em segmentos de LAN Switch filtra pacotes

Alguns quadros do mesmo segmento de LAN natildeo satildeo usualmente encaminhados para outros segmento de LAN

Segmentos se tornam separados em domiacutenios de colisatildeo

hub hub hub

switch

domiacutenio de colisatildeo domiacutenio de colisatildeo

domiacutenio de colisatildeo

Switch isolaccedilatildeo de traacutefego

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Switch com muitas interfaces Hospedeiros possuem conexatildeo direta ao switch Sem colisotildees full duplex

Switching A-para-Arsquo e B-para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees

Switches acesso dedicado

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Cut-through switching quadro encaminhado da porta de entrada ateacute a porta de saiacuteda sem ter de primeiro coletar o quadro todo Ligeira reduccedilatildeo na latecircncia

Combinaccedilotildees de interfaces 101001000 Mbps compartilhadasdedicadas

Mais sobre switches

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Redes corporativas

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Ambos satildeo dispositivos store-and-forward Roteadores dispositivos de camada de rede (examinam cabeccedilalhos

da camada de rede) Switches satildeo dispositivos da camada de enlace

Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam algoritmos de roteamento Switches mantecircm tabelas de switch implementam filtragem algoritmos de aprendizagem

Switches vs roteadores

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hubs roteadores switches

isolaccedilatildeo detraacutefego

natildeo sim sim

plug amp play sim natildeo sim

roteamentooacutetimo

natildeo sim natildeo

cutthrough

sim natildeo sim

Resumo comparaccedilatildeo

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A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace de broadcast Sem Media Access Control Natildeo necessita de endereccedilamento MAC expliacutecito Ex dialup link linha ISDN

Protocolos ponto-a-ponto DLC populares PPP (point-to-point protocol) HDLC High level data link control (camada de enlace costumava ser considerada ldquocamada altardquo na pilha de protocolos)

Controle de enlace de dados ponto-a-ponto

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Enquadramento de pacote encapsulamento do datagrama da camada de rede no quadro da camada de enlace Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolo de rede (natildeo apenas o IP) ao mesmo tempo Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo

Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo de bit no campo de dados

Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo) Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do enlace

para a camada de rede Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos terminais

do enlace podem aprender e configurar o endereccedilo de rede dos outros

PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]

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Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros Natildeo haacute controle de fluxo Aceita entregas fora de ordem Natildeo haacute necessidade de suportar enlaces multiponto (ex polling)

Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeo dos dados satildeo todos relegados para as camadas mais altas

PPP natildeo requisitos

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Flag delimitador (enquadramento) Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura) Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacuteltiplos campos de

controle Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o conteuacutedo do

quadro deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)

PPP formato do quadro

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info dados da camada superior sendo transportados CRC verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de erros

PPP formato dos dados

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Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de dados deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt01111110gt

P Se for recebido o padratildeo lt01111110gt satildeo dados ou eacute flag Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte extra com o padratildeo lt

01111101gt (escape) antes de cada byte com o padratildeo de flag lt 01111110gt nos dados

Receptor Um byte 01111101 seguido de 01111110 em seguida descarta o primeiro e continua a recepccedilatildeo de dados Uacutenico byte 01111110 entatildeo eacute um flag

Byte stuffing

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byte com o padratildeodo flag nos dados a enviar

byte com o padratildeo de escape acrescentado nos dados transmitidos seguido por um byte com padratildeo de flag

Byte stuffing

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Antes de trocar dados da camada de rede os parceiros da camada de enlace devem A configurar o enlace PPP (tamanho maacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo) Aprenderconfigurar as informaccedilotildees da camada de rede

Para o IP transportar mensagens do protocolo de controle IP (IPCP) (campo de protocolo 8021) para configuraraprender os

endereccedilos IP

PPP protocolo de controle de dados

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A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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Virtualizaccedilatildeo dos recursos uma poderosa abstraccedilatildeo em engenharia de sistemas Exemplos em computaccedilatildeo memoacuteria virtual dispositivos virtuais

Maacutequinas virtuais ex java IBM VM os dos anos 6070

Camada de abstraccedilotildees natildeo se apega a detalhes da camada mais baixa apenas trata com as camadas mais baixas abstratamente

Virtualizaccedilatildeo das redes

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1974 muacuteltiplas redes desconectadas ARPAnet redes de dados-sobre-cabo rede de pacote por sateacutelite (Aloha) rede de pacotes por raacutedio

hellip diferentes em convenccedilotildees de endereccedilamento formatos do pacote recuperaccedilatildeo de erros roteamento

Internet virtualizaccedilatildeo das redes

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Camada de rede da Internet (IP) Endereccedilamento internetwork

aparece como uma entidade uacutenica e uniforme escondendo a heterogeneidade das redes locais

Rede de redes

Gateway ldquoembute pacotes da Internet no

formato de um pacote local ou os extrairdquo

Rota (no niacutevel de internetwork) para o proacuteximo gateway

Internet virtualizaccedilatildeo das redes

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O que eacute virtualizado Duas camadas de endereccedilamento Internet e rede local Nova camada (IP) torna tudo homogecircneo na camada da Internet Tecnologia da rede local em questatildeo

Cabo Sateacutelite Modem telefocircnico de 56 K Hoje ATM MPLS

hellip ldquoinvisiacutevelrdquo na camada da Internet Parece com uma tecnologia de camada de enlace para o IP

Arquitetura da Internet de Cerf amp Kahn

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ATM MPLS redes separadas em seus proacuteprios direitos Modelos de serviccedilo endereccedilamento roteamento diferentes da Internet

Vistos pela Internet como um enlace loacutegico conectando roteadores IP Assim como o dialup link eacute realmente parte de uma rede separada

(rede telefocircnica)

ATM MPLS de interesse teacutecnico em seu proacuteprio direito

ATM e MPLS

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Padratildeo dos anos 8090 para altas taxas de transmissatildeo (155 Mbps a 622 Mbps e mais altas) arquitetura de Broadband Integrated Service Digital Network (B-ISDN)

Objetivo transporte integrado de voz dados e imagens com foco nas redes puacuteblicas de comunicaccedilatildeo Deve atender aos requisitos de tempoQoS para aplicaccedilotildees de voz

e de viacutedeo (versus o serviccedilo de melhor esforccedilo da Internet) Telefonia de ldquoproacutexima geraccedilatildeordquo fundamentos teacutecnicos no mundo da telefonia Comutaccedilatildeo de pacotes (pacotes de tamanho fixo chamados ldquoceacutelulasrdquo) usando circuitos virtuais

Modo de transferecircncia assiacutencrono ATM

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Camada de adaptaccedilatildeo apenas na borda de uma rede ATM Segmentaccedilatildeo e remontagem dos dados Grosseiramente anaacuteloga agrave camada de transporte da Internet

Camada ATM camada de ldquorederdquo Comutaccedilatildeo de ceacutelulas roteamento

Camada fiacutesica

Sistema final Sistema finalSwitch ATM Switch ATM

Arquitetura ATM

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Visatildeo transporte fim-a-fim ldquoATM de computador a computadorrdquo ATM eacute uma tecnologia de redeRealidade usada para conectar roteadores IP de backbone ldquoIP sobre ATMrdquo ATM como uma camada de enlace comutada conectando roteadores IP

ATM camada de rede ou de enlace

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Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL) ldquoadaptardquo camadas superiores (aplicaccedilotildees IP ou nativas ATM) para a camada ATM abaixo

AAL presente apenas nos sistemas finais natildeo nos comutadores ATM (ldquoswitchesrdquo)

O segmento da camada AAL (campo de cabeccedilalhotrailer e de dados) satildeo fragmentados em muacuteltiplas ceacutelulas ATM Analogia segmento TCP em muitos pacotes IP

Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL)

Sistema final Sistema finalSwitch ATM Switch ATM

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Diferentes versotildees da camada AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM AAL1 para serviccedilo CBR (taxa de bit constante) ex emulaccedilatildeo de circuitos AAL2 para serviccedilos VBR (taxa de bit variaacutevel) ex viacutedeo MPEG AAL5 para dados (ex datagramas IP)

AAL PDU

ceacutelula ATM

Dados de usuaacuterio

subcamadade convergecircncia

subcamadaSAR

Ceacutelula ATM

Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL)

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Serviccedilo transporte de ceacutelulas atraveacutes da rede ATM Anaacuteloga agrave camada de rede IP Serviccedilos muito diferentes da camada de rede IP

Arquiteturade rede

Internet

ATM

ATM

ATM

ATM

Modelo de serviccedilo

melhoresforccediloCBR

VBR

ABR

UBR

Banda

natildeo

taxaconstantetaxagarantidamiacutenimogarantidonatildeo

Perda

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Ordem

natildeo

sim

sim

sim

sim

Tempo

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Aviso decongestatildeo

natildeo (inferidopelas perdas)natildeo haacutecongestatildeonatildeo haacutecongestatildeosim

natildeo

Garantias

Camada ATM

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Transporte em VC ceacutelulas satildeo transportadas sobre VC da fonte ao destino Estabelecimento de conexatildeo necessaacuterio para cada chamada antes que o fluxo de dados possa ser iniciado Cada pacote transporta um identificador de VC (natildeo transporta o endereccedilo do destino) Cada comutador com caminho entre a fonte e o destino manteacutem o ldquoestadordquo para cada conexatildeo passante Recursos do enlace e do comutador (banda passante buffers) podem ser alocados por VC para obter um comportamento semelhante a um circuito fiacutesico

VCs permanentes (PVCs) Conexotildees de longa duraccedilatildeo Tipicamente rota ldquopermanenterdquo entre roteadores IP

VCs comutados (SVC) Dinamicamente criados numa base por chamada

Camadas ATM circuitos virtuais

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Vantagens do uso de circuitos virtuais no ATM Iacutendices de QoS garantidos para conexotildees mapeadas em

circuitos virtuais (banda passante atraso variacircncia de atraso)

Problemas no uso de circuitos virtuais O suporte de traacutefego datagrama eacute ineficiente Um PVC entre cada par origemdestino natildeo tem boa

escalabilidade (N2 conexotildees satildeo necessaacuterias) SVC introduz latecircncia de estabelecimento de conexatildeo e

atrasos de processamento para conexotildees de curta duraccedilatildeo

ATM VCs

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Cabeccedilalho da ceacutelula ATM com 5 bytes Carga uacutetil com 48-bytes

Por quecirc carga uacutetil pequena -gt pequeno atraso de criaccedilatildeo de ceacutelula para voz digitalizada

Meio do caminho entre 32 e 64 (compromisso)

cabeccedilalhoda ceacutelula

formato daceacutelula

3o bit no campo PTvalor 1 indica uacuteltima ceacutelula (AAL-indicate bit)

Camada ATM ceacutelula ATM

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VCI identificador de canal virtual Pode mudar de enlace para enlace atraveacutes da rede

PT tipo de carga uacutetil (ex ceacutelula RM versus ceacutelula de dados) CLP bit de prioridade de perda de ceacutelula

CLP = 1 implica ceacutelula de baixa prioridade pode ser descartada em caso de congestatildeo

HEC verificaccedilatildeo de erros no cabeccedilalho Verificaccedilatildeo ciacuteclica de erros

Cabeccedilalho da ceacutelula ATM

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A camada fiacutesica se compotildee de duas partes (subcamadas ) Subcamada de convergecircncia de transmissatildeo (TCS) adapta a camada

ATM acima agrave subcamada fiacutesica abaixo (PMD) Subcamada dependente do meio depende do tipo de meio fiacutesico que

estaacute sendo empregado

Funccedilotildees da TCS Geraccedilatildeo do checksum do cabeccedilalho 8 bits CRC Delineamento de ceacutelula Com uma subcamada PMD natildeo estruturada transmite ceacutelulas vazias

(ldquoidle cellsrdquo) quando natildeo haacute ceacutelulas de dados a enviar

Camada fiacutesica ATM

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Subcamada dependente do meio fiacutesico (PMD) SONETSDH estrutura de transmissatildeo de quadros (como um

container carregando bits) Sincronizaccedilatildeo de bits Particcedilotildees da banda passante (TDM) Vaacuterias velocidades OC1 = 5184 Mbps OC3 = 15552 Mbps OC12 = 62208 Mbps

T1T3 estrutura de transmissatildeo de quadros (velha hierarquia de telefonia 15 Mbps45 Mbps No Brasil usa-se a hierarquia europeacuteia E1E3 2 34 Mbps

Natildeo estruturada apenas ceacutelulas (ocupadasvazias)

Camada fiacutesica ATM

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Apenas IP claacutessico 3 ldquoredesrdquo (ex segmentos de LAN) Endereccedilos MAC (8023) e IP

IP sobre ATM Substitui ldquorederdquo (ex segmento

de LAN) com a rede ATM Endereccedilos ATM endereccedilos IP

redeATM

EthernetLANs

EthernetLANs

IP-sobre-ATM

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No endereccedilo de origem Camada IP encontra um mapeamento entre o endereccedilo IP e o endereccedilo de destino ATM (usando ARP) Passa o datagrama para a camada de adaptaccedilatildeo AAL5 AAL5 encapsula os dados segmenta em ceacutelulas e passa para a camada ATM

Rede ATM move a ceacutelula para o destino de acordo com o seu VC (circuito virtual)

No hospedeiro de destino AAL5 remonta o datagrama original a partir das ceacutelulas recebidas Se o CRC OK datagrama eacute passado ao IP

Viagem de um datagrama numa rede IP-sobre-ATM

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Questotildees Datagramas IP em ATM AAL5 PDUs Dos endereccedilos IP aos endereccedilos ATM

Da mesma forma que de endereccedilos IP para endereccedilos MAC 8023

redeATM

EthernetLANs

IP-sobre-ATM

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Objetivo inicial aumentar a velocidade de encaminhamento IP usando labels de tamanho fixo (em vez de endereccedilo IP) Mesma ideacuteia do meacutetodo de circuito virtual (VC) Mas o datagrama IP ainda manteacutem o endereccedilo IP

Multiprotocol label switching (MPLS)

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Roteador faz a funccedilatildeo de comutador de roacutetulo Pacotes encaminhados para interface de saiacuteda com base apenas no valor

do roacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP) Tabela de encaminhamento MPLS distinta das tabelas de encaminhamento IP

Protocolo de sinalizaccedilatildeo necessaacuterio para estabelecer o encaminhamento RSVP-TE Encaminhamento eacute possiacutevel por caminhos que o IP sozinho natildeo pode usar (ex roteamento de especificado pela origem) Use MPLS para engenharia de traacutefego

Deve coexistir com roteadores unicamente IP

Roteadores MPLS

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Tabelas de encaminhamento MPLS

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Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace Detecccedilatildeo de erros correccedilatildeo Compartilhando um canal broadcast acesso muacuteltiplo Endereccedilamento da camada de enlace

Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de vaacuterias tecnologias da camada de enlace Ethernet LANS comutadas PPP Redes virtualizadas como uma camada de enlace ATM MPLS

Resumo

Page 22: Capítulo 5 Redes de computadores e a Internet A camada de enlace e redes locais

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Suposiccedilotildees Todos os quadros de mesmo tamanho Tempo dividido em slots de mesmo tamanho tempo para

transmitir 1 quadro Noacutes comeccedilam a transmitir quadros apenas no iniacutecio dos slots Noacutes satildeo sincronizados Se 2 ou mais noacutes transmitem no slot todos os noacutes detectam a

colisatildeo

Operaccedilatildeo Quando um noacute obteacutem um novo quadro ele transmite no proacuteximo

slot Sem colisatildeo o noacute pode enviar o novo quadro no proacuteximo slot Se haacute colisatildeo o noacute retransmite o quadro em cada slot

subsequumlente com prob p ateacute o successo

Slotted ALOHA

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Proacutes Um uacutenico noacute ativo pode transmitir continuamente com a taxa completa

de canal Altamente descentralizada somente slots em noacutes precisam ser

sincronizados Simples

Contras Colisotildees desperdiacutecio de slots Slots ociosos Noacutes podem detectar colisatildeo em menos tempo do que o tempo para

transmitir o pacote Sincronizaccedilatildeo de clock

Slotted ALOHA

LegendaC = Intervalo de colisatildeoE = Intervalo vazioS = Intervalo bem-sucedido

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Eficiecircncia eacute a fraccedilatildeo de slots bem-sucedidos quando haacute muitos noacutes cada um com muitos quadros para enviar

Suponha N noacutes com muitos quadros para enviar cada um transmite no slot com probabilidade p

Prob de o noacute 1 obter successo num slot = p(1-p)N-1

Prob de qualquer noacute obter um successo = Np(1-p)N-1

Para maacutexima eficiecircncia com N noacutes encontre p que maximiza Np(1-p)N-1

Para muitos noacutes o limite de Np(1-p)N-1 com N indo ao infinito resulta 1e = 37

No maacuteximo uso do canal para envio de dados uacuteteis 37 do tempo

Eficiecircncia do slotted Aloha

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Unslotted Aloha operaccedilatildeo mais simples natildeo haacute sincronizaccedilatildeo

Pacote necessita transmissatildeo Enviar sem esperar pelo iniacutecio de um compartimento

A probabilidade de colisatildeo aumentaPacote enviado em t0 colide com outros pacotes enviados em [t0-1 t0+1]

Aloha puro (unslotted)

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P(successo de um dado noacute) = P(noacute transmitir)

P(nenhum outro noacute transmitir em [p0-1p0]

P(nenhum outro noacute transmitir em [p0-1p0]

= p (1-p)N-1 (1-p)N-1

= p (1-p)2(N-1)

hellip escolhendo p oacutetimo e entatildeo deixando n -gt infinito

= 1(2e) = 18

Ainda pior

Eficiecircncia do Aloha puro

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CSMA escuta antes de transmitir Se o canal parece vazio transmite o pacote Se o canal estaacute ocupado adia a transmissatildeo Analogia humana natildeo interrompa os outros

CSMA Carrier Sense Multiple Access

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Colisotildees podem ocorrero atraso de propagaccedilatildeo implica que dois noacutes podem natildeo ouvir as transmissotildees do outro

Colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo do pacote eacute desperdiccedilado

Notepapel da distacircncia e do atraso de propagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo

arranjo espacial dos noacutes na rede

Colisotildees no CSMA

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CSMACD detecccedilatildeo de portadora deferecircncia como no CSMA Colisotildees detectadas num tempo mais curto Transmissotildees com colisotildees satildeo interrompidas reduzindo o desperdiacutecio do canal Detecccedilatildeo de colisatildeo Faacutecil em LANs cabeadas mediccedilatildeo da intensidade do sinal comparaccedilatildeo dos sinais transmitidos e recebidos Difiacutecil em LANs sem fio receptor desligado enquanto transmitindo Analogia humana o ldquobom de papordquo educado

CSMACD (detecccedilatildeo de colisatildeo)

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CSMACD detecccedilatildeo de colisatildeo

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Protocolos MAC com particionamento de canais Compartilham o canal eficientemente quando a carga eacute alta e bem distribuiacuteda Ineficiente nas cargas baixas atraso no acesso ao canal A estaccedilatildeo consegue uma banda de 1N da capacidade do canal mesmo que haja apenas 1 noacute ativo

Protocolos MAC de acesso aleatoacuterio Eficiente nas cargas baixas um uacutenico noacute pode usar todo o canal Cargas altas excesso de colisotildees

Protocolos de passagem de permissatildeoBuscam o melhor dos dois mundos

Protocolos MAC com passagem de permissatildeo

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Polling Noacute mestre ldquoconvidardquo os escravos a transmitirem um de cada vez Problemas

Polling overhead Latecircncia Ponto uacutenico de falha (mestre)

Token passing Controla um token passado de um noacute a outro sequumlencialmente Mensagem token Problemas

Token overhead Latecircncia Ponto uacutenico de falha (token)

Protocolos MAC com passagem de permissatildeo

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Como se faz com um canal compartilhado Particionamento de canal no tempo por frequumlecircncia ou por coacutedigo

Divisatildeo temporal divisatildeo por coacutedigo divisatildeo por frequumlecircncia Particionamento aleatoacuterio (dinacircmico)

ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACD Detecccedilatildeo de portadora faacutecil em alguns meios fiacutesicos (cabos) e

difiacutecil em outros (wireless) CSMACD usado na rede Ethernet CSMACA usado em 80211

Passagem de permissatildeo Polling a partir de um site central passagem de token

Sumaacuterio dos protocolos MAC

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Camada de enlace ateacute agora Serviccedilos detecccedilatildeo de erroscorreccedilatildeo acesso muacuteltiplo

A seguir tecnologias de redes locais (LAN) Endereccedilamento Ethernet hubs pontes switches PPP

Tecnologias de LAN

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A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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Endereccedilos IP de 32-bit Endereccedilos da camada de rede Usados para levar o datagrama ateacute a rede de destino (lembre-se

da definiccedilatildeo de rede IP)

Endereccedilo de LAN (ou MAC ou fiacutesico) Usado para levar o datagrama de uma interface fiacutesica a outra

fisicamente conectada com a primeira (isto eacute na mesma rede) Endereccedilos MAC com 48 bits (na maioria das LANs)

gravados na memoacuteria fixa (ROM) do adaptador de rede

Endereccedilos de LAN e ARP

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5 - 37copy 2005 by Pearson Education

A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEE O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (para

assegurar a unicidade)

Analogia (a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG (b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal

Endereccedilamento MAC eacute ldquoflatrdquo =gt portabilidade Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra sem

reconfiguraccedilatildeo de endereccedilo MAC

Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevel Depende da rede na qual se estaacute ligado

Endereccedilos de LAN (mais)

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Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de Bdado o endereccedilo IP de B Cada noacute IP (hospedeiro roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabela ARP Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt

lt IP address MAC address TTLgt TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamento de

endereccedilos seraacute esquecido (tipicamente 20 min)

ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de resoluccedilatildeo de endereccedilos)

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A que enviar um datagrama para B e o endereccedilo MAS de B natildeo estaacute na tabela ARP de A

A faz broadcast de pacote de consulta ARB contendo o endereccedilo IP de B end MAC de destino = FF-FF-FF-FF-FF-FF todas as maacutequinas na LAN recebem a consulta ARP

B recebe o pacote ARP responde para A com seu endereccedilo MAC (de B) Quadro enviado para o end MAC de A (unicast)

A faz um cache (salva) o par de endereccedilos IP para MAC em sua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo se torne antiga (expirada) soft state informaccedilatildeo que expira (eacute descartada) sem atualizaccedilatildeo

ARP eacute ldquoplug-and-playrdquo Noacutes criam suas tabelas ARP sem intervenccedilatildeo do administrador da rede

Protocolo ARP Mesma LAN (network)

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objetivo envia datagrama de A para B via R supotildee que A conhece o endereccedilo IP de B

bull Duas tabelas ARP no roteador R um para cada rede IP (LAN)

Roteamento para outra LAN

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5 - 41copy 2005 by Pearson Education

A cria o pacote IP com origem A destino B A usa ARP para obter o endereccedilo de camada fiacutesica de R correspondente ao

endereccedilo IP 111111111110 A cria um quadro Ethernet com o endereccedilo fiacutesico de R como destino o

quadro Ethernet conteacutem o datagrama IP de A para B A camada de enlace de A envia o quadroEthernet A camada de enlace de R recebe o quadro Ethernet R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verifica que ele se destina a

B R usa ARP para obter o endereccedilo fiacutesico de B R cria quadro contendo um datagrama de A para B e envia para B

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A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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5 - 43copy 2005 by Pearson Education

Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo Barato R$20 por 100Mbps Primeira tecnologia de LAN largamente usada Mais simples e mais barata que LANs com token e ATM Velocidade crescente 10Mbps ndash 10Gbps

esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf

Ethernet

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5 - 44copy 2005 by Pearson Education

Topologia de bus popular em meados dos anos 90 Agora a topologia em estrela prevalece Opccedilotildees de conexatildeo hub ou switch (mais adiante)

Topologia em estrela

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5 - 45copy 2005 by Pearson Education

Adaptador do transmissor encapsula o datagrama IP (ou outro pacote de protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet

Preacircmbulo bull 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte com padratildeo 10101011bull usado para sincronizar as taxas de reloacutegio do transmissor e do receptor

Estrutura do quadro Ethernet

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Endereccedilos 6 bytes Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de destino coincidente ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa o dado no quadro para o protocolo da camada de rede

Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP mas outros podem ser suportados tais como Novell IPX e AppleTalk)

CRC verificado no receptor se um erro eacute detectado o quadro eacute simplesmente descartado

Estrutura do quadro Ethernet

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Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o receptor

Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou nacks para o adaptador transmissor O fluxo de datagramas que passa para a camada de rede pode deixar

lacunas Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCP Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas

Serviccedilo natildeo confiaacutevel sem conexatildeo

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5 - 48copy 2005 by Pearson Education

Sem slots Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador

transmitindo isto eacute carrier sense O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador

transmitindo isto eacute collision detection Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo

aleatoacuterio isto eacute random access

Ethernet usa CSMACD

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1 Adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmitir o

quadro Se ele detecta o canal ocupado espera ateacute ele ficar livre e entatildeo transmite

3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo sua missatildeo com esse quadro estaacute cumprida

4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta e envia um jam signal

5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a m-eacutesima colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2m-1 O adaptador espera K512 tempos de bit e retorna ao passo 2

Algoritmo CSMACD da Ethernet

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5 - 50copy 2005 by Pearson Education

Jam signal garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo 48 bitsBit time 1 microseg para Ethernet de 10 Mbpspara K=1023 o tempo de espera eacute cerca de 50 mseg

Veja o applet Java no Web site da AWL altamemte recomendadoExponential backoff Objetivo adaptar tentativas de retransmissatildeo para carga atual da rede

Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longa Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacute

K x 512 tempos de transmissatildeo de bit Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3hellip Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023

Ethernet CSMACD

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Tprop = propagaccedilatildeo maacutexima entre 2 noacutes na LAN

ttrans = tempo para transmitir um quadro de tamanho maacuteximo

Eficiecircncia tende a 1 quando tprop tende a 0

Tende a 1 quando ttrans tende ao infinito Muito melhor do que o ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato

transprop tt 51

1eficiecircncia

Eficiecircncia do CSMACD

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Taxa de 10100 Mbps chamado mais tarde de ldquofast ethernetrdquo T significa ldquoTwisted Pairrdquo (par de fios tranccedilados de cobre) Noacutes se conectam a um hub ldquotopologia em estrelardquo 100 m eacute a distacircncia

maacutexima entre os noacutes e o hub

10BaseT e 100BaseT

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Hubs satildeo essencialmente repetidores de camada fiacutesica Bits que chegam de um enlace se propagam para todos os outros enlaces Com a mesma taxa Natildeo possuem armazenagem de quadros Natildeo haacute CSMACD no hub adaptadores detectam colisotildees Provecirc funcionalidade de gerenciamento de rede

Hubs

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Usada em 10BaseT Cada bit possui uma transiccedilatildeo Permite que os reloacutegios nos noacutes de transmissatildeo e de recepccedilatildeo possam

sincronizar um com o outro Natildeo eacute necessaacuterio reloacutegio global centralizado entre os noacutes

Ei isso eacute coisa de camada fiacutesica

Codificaccedilatildeo Manchester

Codificaccedilatildeo Manchester

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Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeo Permite enlaces ponto-a-ponto e canais de muacuteltiplo acesso

compartilhados No modo compartilhado o CSMACD eacute usado exige pequenas

distacircncias entre os noacutes para ser eficiente Usa hubs chamados aqui de Distribuidores com Armazenagem

ldquoBuffered Distributorsrdquo Full-Duplex a 1 Gbps para enlaces ponto-a-ponto 10 Gbps agora

Gigabit Ethernet

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5 - 56copy 2005 by Pearson Education

A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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Hub de backbone interconecta segmentos de LAN Estende a distacircncia maacutexima entre os noacutes Mas domiacutenios de colisatildeo individuais tornam-se um uacutenico e grande

domiacutenio de colisatildeo Natildeo pode interconectar 10BaseT e 100BaseT

Interconexatildeo com hubs

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Dispositivo de camada de enlace Armazena e encaminha quadros Ethernet Examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o

quadro baseado no endereccedilo MAC de destino Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento

usa CSMACD para acessar o segmento Transparente

Hospedeiros satildeo inconscientes da presenccedila dos switches Plug-and-play self-learning (auto-aprendizado)

Switches natildeo precisam ser configurados

Switch

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Como determinar para qual segmento da LAN encaminhar o quadro Parece um problema de roteamento

Encaminhamento

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Um switch possui uma tabela de switch Entrada na tabela do switch

(endereccedilo MAC interface marca de tempo) Entradas expiradas na tabela satildeo decartadas (TTL pode ser 60 min)

Switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de suas interfaces Quando recebe um quadro o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento da LAN que chega Registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela

Self learning (auto-aprendizado)

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Quando um switch recebe um quadro

indexa a tabela do switch usando end MAC de destinoif entrada for encontrada para o destino

then if dest no segmento deste quadro chegou

then descarta o quadro else encaminha o quadro na interface indicada else flood

Encaminha para todas as interfacesexceto para a que o quadro chegou

Filtragemencaminhamento

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5 - 62copy 2005 by Pearson Education

Suponha que C envia um quadro para D

Switch recebe o quadro de C Anota na tabela que C estaacute na interface 1 Como D natildeo estaacute na tabela o switch encaminha o quadro para as

interfaces 2 e 3 Quadro recebido por D

hub hub hub

switch

A

B CD

EF

G H

I

endereccedilo interface

ABEG

1123

12 3

Switch exemplo

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5 - 63copy 2005 by Pearson Education

Suponha que D responde com um quadro para C

Switch recebe quadro de D Anota na tabela que D estaacute na interface 2 Como C estaacute na tabela o switch encaminha o quadro apenas para a

interface 1 Quadro recebido por C

hub hub hub

switch

A

B CD

EF

G H

I

endereccedilo interface

ABEGC

11231

Switch exemplo

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5 - 64copy 2005 by Pearson Education

A instalaccedilatildeo do switch quebra as sub-redes em segmentos de LAN Switch filtra pacotes

Alguns quadros do mesmo segmento de LAN natildeo satildeo usualmente encaminhados para outros segmento de LAN

Segmentos se tornam separados em domiacutenios de colisatildeo

hub hub hub

switch

domiacutenio de colisatildeo domiacutenio de colisatildeo

domiacutenio de colisatildeo

Switch isolaccedilatildeo de traacutefego

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Switch com muitas interfaces Hospedeiros possuem conexatildeo direta ao switch Sem colisotildees full duplex

Switching A-para-Arsquo e B-para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees

Switches acesso dedicado

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Cut-through switching quadro encaminhado da porta de entrada ateacute a porta de saiacuteda sem ter de primeiro coletar o quadro todo Ligeira reduccedilatildeo na latecircncia

Combinaccedilotildees de interfaces 101001000 Mbps compartilhadasdedicadas

Mais sobre switches

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Redes corporativas

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Ambos satildeo dispositivos store-and-forward Roteadores dispositivos de camada de rede (examinam cabeccedilalhos

da camada de rede) Switches satildeo dispositivos da camada de enlace

Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam algoritmos de roteamento Switches mantecircm tabelas de switch implementam filtragem algoritmos de aprendizagem

Switches vs roteadores

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hubs roteadores switches

isolaccedilatildeo detraacutefego

natildeo sim sim

plug amp play sim natildeo sim

roteamentooacutetimo

natildeo sim natildeo

cutthrough

sim natildeo sim

Resumo comparaccedilatildeo

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A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace de broadcast Sem Media Access Control Natildeo necessita de endereccedilamento MAC expliacutecito Ex dialup link linha ISDN

Protocolos ponto-a-ponto DLC populares PPP (point-to-point protocol) HDLC High level data link control (camada de enlace costumava ser considerada ldquocamada altardquo na pilha de protocolos)

Controle de enlace de dados ponto-a-ponto

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Enquadramento de pacote encapsulamento do datagrama da camada de rede no quadro da camada de enlace Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolo de rede (natildeo apenas o IP) ao mesmo tempo Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo

Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo de bit no campo de dados

Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo) Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do enlace

para a camada de rede Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos terminais

do enlace podem aprender e configurar o endereccedilo de rede dos outros

PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]

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Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros Natildeo haacute controle de fluxo Aceita entregas fora de ordem Natildeo haacute necessidade de suportar enlaces multiponto (ex polling)

Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeo dos dados satildeo todos relegados para as camadas mais altas

PPP natildeo requisitos

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Flag delimitador (enquadramento) Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura) Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacuteltiplos campos de

controle Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o conteuacutedo do

quadro deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)

PPP formato do quadro

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info dados da camada superior sendo transportados CRC verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de erros

PPP formato dos dados

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Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de dados deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt01111110gt

P Se for recebido o padratildeo lt01111110gt satildeo dados ou eacute flag Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte extra com o padratildeo lt

01111101gt (escape) antes de cada byte com o padratildeo de flag lt 01111110gt nos dados

Receptor Um byte 01111101 seguido de 01111110 em seguida descarta o primeiro e continua a recepccedilatildeo de dados Uacutenico byte 01111110 entatildeo eacute um flag

Byte stuffing

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byte com o padratildeodo flag nos dados a enviar

byte com o padratildeo de escape acrescentado nos dados transmitidos seguido por um byte com padratildeo de flag

Byte stuffing

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Antes de trocar dados da camada de rede os parceiros da camada de enlace devem A configurar o enlace PPP (tamanho maacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo) Aprenderconfigurar as informaccedilotildees da camada de rede

Para o IP transportar mensagens do protocolo de controle IP (IPCP) (campo de protocolo 8021) para configuraraprender os

endereccedilos IP

PPP protocolo de controle de dados

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A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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Virtualizaccedilatildeo dos recursos uma poderosa abstraccedilatildeo em engenharia de sistemas Exemplos em computaccedilatildeo memoacuteria virtual dispositivos virtuais

Maacutequinas virtuais ex java IBM VM os dos anos 6070

Camada de abstraccedilotildees natildeo se apega a detalhes da camada mais baixa apenas trata com as camadas mais baixas abstratamente

Virtualizaccedilatildeo das redes

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1974 muacuteltiplas redes desconectadas ARPAnet redes de dados-sobre-cabo rede de pacote por sateacutelite (Aloha) rede de pacotes por raacutedio

hellip diferentes em convenccedilotildees de endereccedilamento formatos do pacote recuperaccedilatildeo de erros roteamento

Internet virtualizaccedilatildeo das redes

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Camada de rede da Internet (IP) Endereccedilamento internetwork

aparece como uma entidade uacutenica e uniforme escondendo a heterogeneidade das redes locais

Rede de redes

Gateway ldquoembute pacotes da Internet no

formato de um pacote local ou os extrairdquo

Rota (no niacutevel de internetwork) para o proacuteximo gateway

Internet virtualizaccedilatildeo das redes

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O que eacute virtualizado Duas camadas de endereccedilamento Internet e rede local Nova camada (IP) torna tudo homogecircneo na camada da Internet Tecnologia da rede local em questatildeo

Cabo Sateacutelite Modem telefocircnico de 56 K Hoje ATM MPLS

hellip ldquoinvisiacutevelrdquo na camada da Internet Parece com uma tecnologia de camada de enlace para o IP

Arquitetura da Internet de Cerf amp Kahn

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ATM MPLS redes separadas em seus proacuteprios direitos Modelos de serviccedilo endereccedilamento roteamento diferentes da Internet

Vistos pela Internet como um enlace loacutegico conectando roteadores IP Assim como o dialup link eacute realmente parte de uma rede separada

(rede telefocircnica)

ATM MPLS de interesse teacutecnico em seu proacuteprio direito

ATM e MPLS

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Padratildeo dos anos 8090 para altas taxas de transmissatildeo (155 Mbps a 622 Mbps e mais altas) arquitetura de Broadband Integrated Service Digital Network (B-ISDN)

Objetivo transporte integrado de voz dados e imagens com foco nas redes puacuteblicas de comunicaccedilatildeo Deve atender aos requisitos de tempoQoS para aplicaccedilotildees de voz

e de viacutedeo (versus o serviccedilo de melhor esforccedilo da Internet) Telefonia de ldquoproacutexima geraccedilatildeordquo fundamentos teacutecnicos no mundo da telefonia Comutaccedilatildeo de pacotes (pacotes de tamanho fixo chamados ldquoceacutelulasrdquo) usando circuitos virtuais

Modo de transferecircncia assiacutencrono ATM

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Camada de adaptaccedilatildeo apenas na borda de uma rede ATM Segmentaccedilatildeo e remontagem dos dados Grosseiramente anaacuteloga agrave camada de transporte da Internet

Camada ATM camada de ldquorederdquo Comutaccedilatildeo de ceacutelulas roteamento

Camada fiacutesica

Sistema final Sistema finalSwitch ATM Switch ATM

Arquitetura ATM

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Visatildeo transporte fim-a-fim ldquoATM de computador a computadorrdquo ATM eacute uma tecnologia de redeRealidade usada para conectar roteadores IP de backbone ldquoIP sobre ATMrdquo ATM como uma camada de enlace comutada conectando roteadores IP

ATM camada de rede ou de enlace

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Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL) ldquoadaptardquo camadas superiores (aplicaccedilotildees IP ou nativas ATM) para a camada ATM abaixo

AAL presente apenas nos sistemas finais natildeo nos comutadores ATM (ldquoswitchesrdquo)

O segmento da camada AAL (campo de cabeccedilalhotrailer e de dados) satildeo fragmentados em muacuteltiplas ceacutelulas ATM Analogia segmento TCP em muitos pacotes IP

Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL)

Sistema final Sistema finalSwitch ATM Switch ATM

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Diferentes versotildees da camada AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM AAL1 para serviccedilo CBR (taxa de bit constante) ex emulaccedilatildeo de circuitos AAL2 para serviccedilos VBR (taxa de bit variaacutevel) ex viacutedeo MPEG AAL5 para dados (ex datagramas IP)

AAL PDU

ceacutelula ATM

Dados de usuaacuterio

subcamadade convergecircncia

subcamadaSAR

Ceacutelula ATM

Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL)

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Serviccedilo transporte de ceacutelulas atraveacutes da rede ATM Anaacuteloga agrave camada de rede IP Serviccedilos muito diferentes da camada de rede IP

Arquiteturade rede

Internet

ATM

ATM

ATM

ATM

Modelo de serviccedilo

melhoresforccediloCBR

VBR

ABR

UBR

Banda

natildeo

taxaconstantetaxagarantidamiacutenimogarantidonatildeo

Perda

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Ordem

natildeo

sim

sim

sim

sim

Tempo

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Aviso decongestatildeo

natildeo (inferidopelas perdas)natildeo haacutecongestatildeonatildeo haacutecongestatildeosim

natildeo

Garantias

Camada ATM

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Transporte em VC ceacutelulas satildeo transportadas sobre VC da fonte ao destino Estabelecimento de conexatildeo necessaacuterio para cada chamada antes que o fluxo de dados possa ser iniciado Cada pacote transporta um identificador de VC (natildeo transporta o endereccedilo do destino) Cada comutador com caminho entre a fonte e o destino manteacutem o ldquoestadordquo para cada conexatildeo passante Recursos do enlace e do comutador (banda passante buffers) podem ser alocados por VC para obter um comportamento semelhante a um circuito fiacutesico

VCs permanentes (PVCs) Conexotildees de longa duraccedilatildeo Tipicamente rota ldquopermanenterdquo entre roteadores IP

VCs comutados (SVC) Dinamicamente criados numa base por chamada

Camadas ATM circuitos virtuais

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Vantagens do uso de circuitos virtuais no ATM Iacutendices de QoS garantidos para conexotildees mapeadas em

circuitos virtuais (banda passante atraso variacircncia de atraso)

Problemas no uso de circuitos virtuais O suporte de traacutefego datagrama eacute ineficiente Um PVC entre cada par origemdestino natildeo tem boa

escalabilidade (N2 conexotildees satildeo necessaacuterias) SVC introduz latecircncia de estabelecimento de conexatildeo e

atrasos de processamento para conexotildees de curta duraccedilatildeo

ATM VCs

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Cabeccedilalho da ceacutelula ATM com 5 bytes Carga uacutetil com 48-bytes

Por quecirc carga uacutetil pequena -gt pequeno atraso de criaccedilatildeo de ceacutelula para voz digitalizada

Meio do caminho entre 32 e 64 (compromisso)

cabeccedilalhoda ceacutelula

formato daceacutelula

3o bit no campo PTvalor 1 indica uacuteltima ceacutelula (AAL-indicate bit)

Camada ATM ceacutelula ATM

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VCI identificador de canal virtual Pode mudar de enlace para enlace atraveacutes da rede

PT tipo de carga uacutetil (ex ceacutelula RM versus ceacutelula de dados) CLP bit de prioridade de perda de ceacutelula

CLP = 1 implica ceacutelula de baixa prioridade pode ser descartada em caso de congestatildeo

HEC verificaccedilatildeo de erros no cabeccedilalho Verificaccedilatildeo ciacuteclica de erros

Cabeccedilalho da ceacutelula ATM

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A camada fiacutesica se compotildee de duas partes (subcamadas ) Subcamada de convergecircncia de transmissatildeo (TCS) adapta a camada

ATM acima agrave subcamada fiacutesica abaixo (PMD) Subcamada dependente do meio depende do tipo de meio fiacutesico que

estaacute sendo empregado

Funccedilotildees da TCS Geraccedilatildeo do checksum do cabeccedilalho 8 bits CRC Delineamento de ceacutelula Com uma subcamada PMD natildeo estruturada transmite ceacutelulas vazias

(ldquoidle cellsrdquo) quando natildeo haacute ceacutelulas de dados a enviar

Camada fiacutesica ATM

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Subcamada dependente do meio fiacutesico (PMD) SONETSDH estrutura de transmissatildeo de quadros (como um

container carregando bits) Sincronizaccedilatildeo de bits Particcedilotildees da banda passante (TDM) Vaacuterias velocidades OC1 = 5184 Mbps OC3 = 15552 Mbps OC12 = 62208 Mbps

T1T3 estrutura de transmissatildeo de quadros (velha hierarquia de telefonia 15 Mbps45 Mbps No Brasil usa-se a hierarquia europeacuteia E1E3 2 34 Mbps

Natildeo estruturada apenas ceacutelulas (ocupadasvazias)

Camada fiacutesica ATM

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Apenas IP claacutessico 3 ldquoredesrdquo (ex segmentos de LAN) Endereccedilos MAC (8023) e IP

IP sobre ATM Substitui ldquorederdquo (ex segmento

de LAN) com a rede ATM Endereccedilos ATM endereccedilos IP

redeATM

EthernetLANs

EthernetLANs

IP-sobre-ATM

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No endereccedilo de origem Camada IP encontra um mapeamento entre o endereccedilo IP e o endereccedilo de destino ATM (usando ARP) Passa o datagrama para a camada de adaptaccedilatildeo AAL5 AAL5 encapsula os dados segmenta em ceacutelulas e passa para a camada ATM

Rede ATM move a ceacutelula para o destino de acordo com o seu VC (circuito virtual)

No hospedeiro de destino AAL5 remonta o datagrama original a partir das ceacutelulas recebidas Se o CRC OK datagrama eacute passado ao IP

Viagem de um datagrama numa rede IP-sobre-ATM

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Questotildees Datagramas IP em ATM AAL5 PDUs Dos endereccedilos IP aos endereccedilos ATM

Da mesma forma que de endereccedilos IP para endereccedilos MAC 8023

redeATM

EthernetLANs

IP-sobre-ATM

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Objetivo inicial aumentar a velocidade de encaminhamento IP usando labels de tamanho fixo (em vez de endereccedilo IP) Mesma ideacuteia do meacutetodo de circuito virtual (VC) Mas o datagrama IP ainda manteacutem o endereccedilo IP

Multiprotocol label switching (MPLS)

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Roteador faz a funccedilatildeo de comutador de roacutetulo Pacotes encaminhados para interface de saiacuteda com base apenas no valor

do roacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP) Tabela de encaminhamento MPLS distinta das tabelas de encaminhamento IP

Protocolo de sinalizaccedilatildeo necessaacuterio para estabelecer o encaminhamento RSVP-TE Encaminhamento eacute possiacutevel por caminhos que o IP sozinho natildeo pode usar (ex roteamento de especificado pela origem) Use MPLS para engenharia de traacutefego

Deve coexistir com roteadores unicamente IP

Roteadores MPLS

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Tabelas de encaminhamento MPLS

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Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace Detecccedilatildeo de erros correccedilatildeo Compartilhando um canal broadcast acesso muacuteltiplo Endereccedilamento da camada de enlace

Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de vaacuterias tecnologias da camada de enlace Ethernet LANS comutadas PPP Redes virtualizadas como uma camada de enlace ATM MPLS

Resumo

Page 23: Capítulo 5 Redes de computadores e a Internet A camada de enlace e redes locais

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Proacutes Um uacutenico noacute ativo pode transmitir continuamente com a taxa completa

de canal Altamente descentralizada somente slots em noacutes precisam ser

sincronizados Simples

Contras Colisotildees desperdiacutecio de slots Slots ociosos Noacutes podem detectar colisatildeo em menos tempo do que o tempo para

transmitir o pacote Sincronizaccedilatildeo de clock

Slotted ALOHA

LegendaC = Intervalo de colisatildeoE = Intervalo vazioS = Intervalo bem-sucedido

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Eficiecircncia eacute a fraccedilatildeo de slots bem-sucedidos quando haacute muitos noacutes cada um com muitos quadros para enviar

Suponha N noacutes com muitos quadros para enviar cada um transmite no slot com probabilidade p

Prob de o noacute 1 obter successo num slot = p(1-p)N-1

Prob de qualquer noacute obter um successo = Np(1-p)N-1

Para maacutexima eficiecircncia com N noacutes encontre p que maximiza Np(1-p)N-1

Para muitos noacutes o limite de Np(1-p)N-1 com N indo ao infinito resulta 1e = 37

No maacuteximo uso do canal para envio de dados uacuteteis 37 do tempo

Eficiecircncia do slotted Aloha

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Unslotted Aloha operaccedilatildeo mais simples natildeo haacute sincronizaccedilatildeo

Pacote necessita transmissatildeo Enviar sem esperar pelo iniacutecio de um compartimento

A probabilidade de colisatildeo aumentaPacote enviado em t0 colide com outros pacotes enviados em [t0-1 t0+1]

Aloha puro (unslotted)

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P(successo de um dado noacute) = P(noacute transmitir)

P(nenhum outro noacute transmitir em [p0-1p0]

P(nenhum outro noacute transmitir em [p0-1p0]

= p (1-p)N-1 (1-p)N-1

= p (1-p)2(N-1)

hellip escolhendo p oacutetimo e entatildeo deixando n -gt infinito

= 1(2e) = 18

Ainda pior

Eficiecircncia do Aloha puro

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CSMA escuta antes de transmitir Se o canal parece vazio transmite o pacote Se o canal estaacute ocupado adia a transmissatildeo Analogia humana natildeo interrompa os outros

CSMA Carrier Sense Multiple Access

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Colisotildees podem ocorrero atraso de propagaccedilatildeo implica que dois noacutes podem natildeo ouvir as transmissotildees do outro

Colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo do pacote eacute desperdiccedilado

Notepapel da distacircncia e do atraso de propagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo

arranjo espacial dos noacutes na rede

Colisotildees no CSMA

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CSMACD detecccedilatildeo de portadora deferecircncia como no CSMA Colisotildees detectadas num tempo mais curto Transmissotildees com colisotildees satildeo interrompidas reduzindo o desperdiacutecio do canal Detecccedilatildeo de colisatildeo Faacutecil em LANs cabeadas mediccedilatildeo da intensidade do sinal comparaccedilatildeo dos sinais transmitidos e recebidos Difiacutecil em LANs sem fio receptor desligado enquanto transmitindo Analogia humana o ldquobom de papordquo educado

CSMACD (detecccedilatildeo de colisatildeo)

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CSMACD detecccedilatildeo de colisatildeo

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Protocolos MAC com particionamento de canais Compartilham o canal eficientemente quando a carga eacute alta e bem distribuiacuteda Ineficiente nas cargas baixas atraso no acesso ao canal A estaccedilatildeo consegue uma banda de 1N da capacidade do canal mesmo que haja apenas 1 noacute ativo

Protocolos MAC de acesso aleatoacuterio Eficiente nas cargas baixas um uacutenico noacute pode usar todo o canal Cargas altas excesso de colisotildees

Protocolos de passagem de permissatildeoBuscam o melhor dos dois mundos

Protocolos MAC com passagem de permissatildeo

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Polling Noacute mestre ldquoconvidardquo os escravos a transmitirem um de cada vez Problemas

Polling overhead Latecircncia Ponto uacutenico de falha (mestre)

Token passing Controla um token passado de um noacute a outro sequumlencialmente Mensagem token Problemas

Token overhead Latecircncia Ponto uacutenico de falha (token)

Protocolos MAC com passagem de permissatildeo

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Como se faz com um canal compartilhado Particionamento de canal no tempo por frequumlecircncia ou por coacutedigo

Divisatildeo temporal divisatildeo por coacutedigo divisatildeo por frequumlecircncia Particionamento aleatoacuterio (dinacircmico)

ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACD Detecccedilatildeo de portadora faacutecil em alguns meios fiacutesicos (cabos) e

difiacutecil em outros (wireless) CSMACD usado na rede Ethernet CSMACA usado em 80211

Passagem de permissatildeo Polling a partir de um site central passagem de token

Sumaacuterio dos protocolos MAC

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Camada de enlace ateacute agora Serviccedilos detecccedilatildeo de erroscorreccedilatildeo acesso muacuteltiplo

A seguir tecnologias de redes locais (LAN) Endereccedilamento Ethernet hubs pontes switches PPP

Tecnologias de LAN

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A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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Endereccedilos IP de 32-bit Endereccedilos da camada de rede Usados para levar o datagrama ateacute a rede de destino (lembre-se

da definiccedilatildeo de rede IP)

Endereccedilo de LAN (ou MAC ou fiacutesico) Usado para levar o datagrama de uma interface fiacutesica a outra

fisicamente conectada com a primeira (isto eacute na mesma rede) Endereccedilos MAC com 48 bits (na maioria das LANs)

gravados na memoacuteria fixa (ROM) do adaptador de rede

Endereccedilos de LAN e ARP

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A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEE O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (para

assegurar a unicidade)

Analogia (a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG (b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal

Endereccedilamento MAC eacute ldquoflatrdquo =gt portabilidade Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra sem

reconfiguraccedilatildeo de endereccedilo MAC

Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevel Depende da rede na qual se estaacute ligado

Endereccedilos de LAN (mais)

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Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de Bdado o endereccedilo IP de B Cada noacute IP (hospedeiro roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabela ARP Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt

lt IP address MAC address TTLgt TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamento de

endereccedilos seraacute esquecido (tipicamente 20 min)

ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de resoluccedilatildeo de endereccedilos)

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A que enviar um datagrama para B e o endereccedilo MAS de B natildeo estaacute na tabela ARP de A

A faz broadcast de pacote de consulta ARB contendo o endereccedilo IP de B end MAC de destino = FF-FF-FF-FF-FF-FF todas as maacutequinas na LAN recebem a consulta ARP

B recebe o pacote ARP responde para A com seu endereccedilo MAC (de B) Quadro enviado para o end MAC de A (unicast)

A faz um cache (salva) o par de endereccedilos IP para MAC em sua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo se torne antiga (expirada) soft state informaccedilatildeo que expira (eacute descartada) sem atualizaccedilatildeo

ARP eacute ldquoplug-and-playrdquo Noacutes criam suas tabelas ARP sem intervenccedilatildeo do administrador da rede

Protocolo ARP Mesma LAN (network)

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objetivo envia datagrama de A para B via R supotildee que A conhece o endereccedilo IP de B

bull Duas tabelas ARP no roteador R um para cada rede IP (LAN)

Roteamento para outra LAN

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A cria o pacote IP com origem A destino B A usa ARP para obter o endereccedilo de camada fiacutesica de R correspondente ao

endereccedilo IP 111111111110 A cria um quadro Ethernet com o endereccedilo fiacutesico de R como destino o

quadro Ethernet conteacutem o datagrama IP de A para B A camada de enlace de A envia o quadroEthernet A camada de enlace de R recebe o quadro Ethernet R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verifica que ele se destina a

B R usa ARP para obter o endereccedilo fiacutesico de B R cria quadro contendo um datagrama de A para B e envia para B

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A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo Barato R$20 por 100Mbps Primeira tecnologia de LAN largamente usada Mais simples e mais barata que LANs com token e ATM Velocidade crescente 10Mbps ndash 10Gbps

esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf

Ethernet

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Topologia de bus popular em meados dos anos 90 Agora a topologia em estrela prevalece Opccedilotildees de conexatildeo hub ou switch (mais adiante)

Topologia em estrela

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Adaptador do transmissor encapsula o datagrama IP (ou outro pacote de protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet

Preacircmbulo bull 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte com padratildeo 10101011bull usado para sincronizar as taxas de reloacutegio do transmissor e do receptor

Estrutura do quadro Ethernet

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Endereccedilos 6 bytes Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de destino coincidente ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa o dado no quadro para o protocolo da camada de rede

Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP mas outros podem ser suportados tais como Novell IPX e AppleTalk)

CRC verificado no receptor se um erro eacute detectado o quadro eacute simplesmente descartado

Estrutura do quadro Ethernet

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Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o receptor

Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou nacks para o adaptador transmissor O fluxo de datagramas que passa para a camada de rede pode deixar

lacunas Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCP Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas

Serviccedilo natildeo confiaacutevel sem conexatildeo

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Sem slots Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador

transmitindo isto eacute carrier sense O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador

transmitindo isto eacute collision detection Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo

aleatoacuterio isto eacute random access

Ethernet usa CSMACD

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1 Adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmitir o

quadro Se ele detecta o canal ocupado espera ateacute ele ficar livre e entatildeo transmite

3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo sua missatildeo com esse quadro estaacute cumprida

4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta e envia um jam signal

5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a m-eacutesima colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2m-1 O adaptador espera K512 tempos de bit e retorna ao passo 2

Algoritmo CSMACD da Ethernet

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Jam signal garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo 48 bitsBit time 1 microseg para Ethernet de 10 Mbpspara K=1023 o tempo de espera eacute cerca de 50 mseg

Veja o applet Java no Web site da AWL altamemte recomendadoExponential backoff Objetivo adaptar tentativas de retransmissatildeo para carga atual da rede

Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longa Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacute

K x 512 tempos de transmissatildeo de bit Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3hellip Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023

Ethernet CSMACD

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Tprop = propagaccedilatildeo maacutexima entre 2 noacutes na LAN

ttrans = tempo para transmitir um quadro de tamanho maacuteximo

Eficiecircncia tende a 1 quando tprop tende a 0

Tende a 1 quando ttrans tende ao infinito Muito melhor do que o ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato

transprop tt 51

1eficiecircncia

Eficiecircncia do CSMACD

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Taxa de 10100 Mbps chamado mais tarde de ldquofast ethernetrdquo T significa ldquoTwisted Pairrdquo (par de fios tranccedilados de cobre) Noacutes se conectam a um hub ldquotopologia em estrelardquo 100 m eacute a distacircncia

maacutexima entre os noacutes e o hub

10BaseT e 100BaseT

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Hubs satildeo essencialmente repetidores de camada fiacutesica Bits que chegam de um enlace se propagam para todos os outros enlaces Com a mesma taxa Natildeo possuem armazenagem de quadros Natildeo haacute CSMACD no hub adaptadores detectam colisotildees Provecirc funcionalidade de gerenciamento de rede

Hubs

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Usada em 10BaseT Cada bit possui uma transiccedilatildeo Permite que os reloacutegios nos noacutes de transmissatildeo e de recepccedilatildeo possam

sincronizar um com o outro Natildeo eacute necessaacuterio reloacutegio global centralizado entre os noacutes

Ei isso eacute coisa de camada fiacutesica

Codificaccedilatildeo Manchester

Codificaccedilatildeo Manchester

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Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeo Permite enlaces ponto-a-ponto e canais de muacuteltiplo acesso

compartilhados No modo compartilhado o CSMACD eacute usado exige pequenas

distacircncias entre os noacutes para ser eficiente Usa hubs chamados aqui de Distribuidores com Armazenagem

ldquoBuffered Distributorsrdquo Full-Duplex a 1 Gbps para enlaces ponto-a-ponto 10 Gbps agora

Gigabit Ethernet

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A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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Hub de backbone interconecta segmentos de LAN Estende a distacircncia maacutexima entre os noacutes Mas domiacutenios de colisatildeo individuais tornam-se um uacutenico e grande

domiacutenio de colisatildeo Natildeo pode interconectar 10BaseT e 100BaseT

Interconexatildeo com hubs

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Dispositivo de camada de enlace Armazena e encaminha quadros Ethernet Examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o

quadro baseado no endereccedilo MAC de destino Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento

usa CSMACD para acessar o segmento Transparente

Hospedeiros satildeo inconscientes da presenccedila dos switches Plug-and-play self-learning (auto-aprendizado)

Switches natildeo precisam ser configurados

Switch

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Como determinar para qual segmento da LAN encaminhar o quadro Parece um problema de roteamento

Encaminhamento

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Um switch possui uma tabela de switch Entrada na tabela do switch

(endereccedilo MAC interface marca de tempo) Entradas expiradas na tabela satildeo decartadas (TTL pode ser 60 min)

Switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de suas interfaces Quando recebe um quadro o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento da LAN que chega Registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela

Self learning (auto-aprendizado)

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Quando um switch recebe um quadro

indexa a tabela do switch usando end MAC de destinoif entrada for encontrada para o destino

then if dest no segmento deste quadro chegou

then descarta o quadro else encaminha o quadro na interface indicada else flood

Encaminha para todas as interfacesexceto para a que o quadro chegou

Filtragemencaminhamento

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Suponha que C envia um quadro para D

Switch recebe o quadro de C Anota na tabela que C estaacute na interface 1 Como D natildeo estaacute na tabela o switch encaminha o quadro para as

interfaces 2 e 3 Quadro recebido por D

hub hub hub

switch

A

B CD

EF

G H

I

endereccedilo interface

ABEG

1123

12 3

Switch exemplo

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Suponha que D responde com um quadro para C

Switch recebe quadro de D Anota na tabela que D estaacute na interface 2 Como C estaacute na tabela o switch encaminha o quadro apenas para a

interface 1 Quadro recebido por C

hub hub hub

switch

A

B CD

EF

G H

I

endereccedilo interface

ABEGC

11231

Switch exemplo

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A instalaccedilatildeo do switch quebra as sub-redes em segmentos de LAN Switch filtra pacotes

Alguns quadros do mesmo segmento de LAN natildeo satildeo usualmente encaminhados para outros segmento de LAN

Segmentos se tornam separados em domiacutenios de colisatildeo

hub hub hub

switch

domiacutenio de colisatildeo domiacutenio de colisatildeo

domiacutenio de colisatildeo

Switch isolaccedilatildeo de traacutefego

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Switch com muitas interfaces Hospedeiros possuem conexatildeo direta ao switch Sem colisotildees full duplex

Switching A-para-Arsquo e B-para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees

Switches acesso dedicado

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Cut-through switching quadro encaminhado da porta de entrada ateacute a porta de saiacuteda sem ter de primeiro coletar o quadro todo Ligeira reduccedilatildeo na latecircncia

Combinaccedilotildees de interfaces 101001000 Mbps compartilhadasdedicadas

Mais sobre switches

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Redes corporativas

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Ambos satildeo dispositivos store-and-forward Roteadores dispositivos de camada de rede (examinam cabeccedilalhos

da camada de rede) Switches satildeo dispositivos da camada de enlace

Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam algoritmos de roteamento Switches mantecircm tabelas de switch implementam filtragem algoritmos de aprendizagem

Switches vs roteadores

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hubs roteadores switches

isolaccedilatildeo detraacutefego

natildeo sim sim

plug amp play sim natildeo sim

roteamentooacutetimo

natildeo sim natildeo

cutthrough

sim natildeo sim

Resumo comparaccedilatildeo

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A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace de broadcast Sem Media Access Control Natildeo necessita de endereccedilamento MAC expliacutecito Ex dialup link linha ISDN

Protocolos ponto-a-ponto DLC populares PPP (point-to-point protocol) HDLC High level data link control (camada de enlace costumava ser considerada ldquocamada altardquo na pilha de protocolos)

Controle de enlace de dados ponto-a-ponto

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Enquadramento de pacote encapsulamento do datagrama da camada de rede no quadro da camada de enlace Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolo de rede (natildeo apenas o IP) ao mesmo tempo Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo

Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo de bit no campo de dados

Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo) Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do enlace

para a camada de rede Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos terminais

do enlace podem aprender e configurar o endereccedilo de rede dos outros

PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]

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Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros Natildeo haacute controle de fluxo Aceita entregas fora de ordem Natildeo haacute necessidade de suportar enlaces multiponto (ex polling)

Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeo dos dados satildeo todos relegados para as camadas mais altas

PPP natildeo requisitos

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Flag delimitador (enquadramento) Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura) Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacuteltiplos campos de

controle Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o conteuacutedo do

quadro deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)

PPP formato do quadro

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info dados da camada superior sendo transportados CRC verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de erros

PPP formato dos dados

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Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de dados deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt01111110gt

P Se for recebido o padratildeo lt01111110gt satildeo dados ou eacute flag Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte extra com o padratildeo lt

01111101gt (escape) antes de cada byte com o padratildeo de flag lt 01111110gt nos dados

Receptor Um byte 01111101 seguido de 01111110 em seguida descarta o primeiro e continua a recepccedilatildeo de dados Uacutenico byte 01111110 entatildeo eacute um flag

Byte stuffing

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byte com o padratildeodo flag nos dados a enviar

byte com o padratildeo de escape acrescentado nos dados transmitidos seguido por um byte com padratildeo de flag

Byte stuffing

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Antes de trocar dados da camada de rede os parceiros da camada de enlace devem A configurar o enlace PPP (tamanho maacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo) Aprenderconfigurar as informaccedilotildees da camada de rede

Para o IP transportar mensagens do protocolo de controle IP (IPCP) (campo de protocolo 8021) para configuraraprender os

endereccedilos IP

PPP protocolo de controle de dados

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A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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Virtualizaccedilatildeo dos recursos uma poderosa abstraccedilatildeo em engenharia de sistemas Exemplos em computaccedilatildeo memoacuteria virtual dispositivos virtuais

Maacutequinas virtuais ex java IBM VM os dos anos 6070

Camada de abstraccedilotildees natildeo se apega a detalhes da camada mais baixa apenas trata com as camadas mais baixas abstratamente

Virtualizaccedilatildeo das redes

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1974 muacuteltiplas redes desconectadas ARPAnet redes de dados-sobre-cabo rede de pacote por sateacutelite (Aloha) rede de pacotes por raacutedio

hellip diferentes em convenccedilotildees de endereccedilamento formatos do pacote recuperaccedilatildeo de erros roteamento

Internet virtualizaccedilatildeo das redes

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Camada de rede da Internet (IP) Endereccedilamento internetwork

aparece como uma entidade uacutenica e uniforme escondendo a heterogeneidade das redes locais

Rede de redes

Gateway ldquoembute pacotes da Internet no

formato de um pacote local ou os extrairdquo

Rota (no niacutevel de internetwork) para o proacuteximo gateway

Internet virtualizaccedilatildeo das redes

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O que eacute virtualizado Duas camadas de endereccedilamento Internet e rede local Nova camada (IP) torna tudo homogecircneo na camada da Internet Tecnologia da rede local em questatildeo

Cabo Sateacutelite Modem telefocircnico de 56 K Hoje ATM MPLS

hellip ldquoinvisiacutevelrdquo na camada da Internet Parece com uma tecnologia de camada de enlace para o IP

Arquitetura da Internet de Cerf amp Kahn

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ATM MPLS redes separadas em seus proacuteprios direitos Modelos de serviccedilo endereccedilamento roteamento diferentes da Internet

Vistos pela Internet como um enlace loacutegico conectando roteadores IP Assim como o dialup link eacute realmente parte de uma rede separada

(rede telefocircnica)

ATM MPLS de interesse teacutecnico em seu proacuteprio direito

ATM e MPLS

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Padratildeo dos anos 8090 para altas taxas de transmissatildeo (155 Mbps a 622 Mbps e mais altas) arquitetura de Broadband Integrated Service Digital Network (B-ISDN)

Objetivo transporte integrado de voz dados e imagens com foco nas redes puacuteblicas de comunicaccedilatildeo Deve atender aos requisitos de tempoQoS para aplicaccedilotildees de voz

e de viacutedeo (versus o serviccedilo de melhor esforccedilo da Internet) Telefonia de ldquoproacutexima geraccedilatildeordquo fundamentos teacutecnicos no mundo da telefonia Comutaccedilatildeo de pacotes (pacotes de tamanho fixo chamados ldquoceacutelulasrdquo) usando circuitos virtuais

Modo de transferecircncia assiacutencrono ATM

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Camada de adaptaccedilatildeo apenas na borda de uma rede ATM Segmentaccedilatildeo e remontagem dos dados Grosseiramente anaacuteloga agrave camada de transporte da Internet

Camada ATM camada de ldquorederdquo Comutaccedilatildeo de ceacutelulas roteamento

Camada fiacutesica

Sistema final Sistema finalSwitch ATM Switch ATM

Arquitetura ATM

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Visatildeo transporte fim-a-fim ldquoATM de computador a computadorrdquo ATM eacute uma tecnologia de redeRealidade usada para conectar roteadores IP de backbone ldquoIP sobre ATMrdquo ATM como uma camada de enlace comutada conectando roteadores IP

ATM camada de rede ou de enlace

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Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL) ldquoadaptardquo camadas superiores (aplicaccedilotildees IP ou nativas ATM) para a camada ATM abaixo

AAL presente apenas nos sistemas finais natildeo nos comutadores ATM (ldquoswitchesrdquo)

O segmento da camada AAL (campo de cabeccedilalhotrailer e de dados) satildeo fragmentados em muacuteltiplas ceacutelulas ATM Analogia segmento TCP em muitos pacotes IP

Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL)

Sistema final Sistema finalSwitch ATM Switch ATM

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Diferentes versotildees da camada AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM AAL1 para serviccedilo CBR (taxa de bit constante) ex emulaccedilatildeo de circuitos AAL2 para serviccedilos VBR (taxa de bit variaacutevel) ex viacutedeo MPEG AAL5 para dados (ex datagramas IP)

AAL PDU

ceacutelula ATM

Dados de usuaacuterio

subcamadade convergecircncia

subcamadaSAR

Ceacutelula ATM

Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL)

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Serviccedilo transporte de ceacutelulas atraveacutes da rede ATM Anaacuteloga agrave camada de rede IP Serviccedilos muito diferentes da camada de rede IP

Arquiteturade rede

Internet

ATM

ATM

ATM

ATM

Modelo de serviccedilo

melhoresforccediloCBR

VBR

ABR

UBR

Banda

natildeo

taxaconstantetaxagarantidamiacutenimogarantidonatildeo

Perda

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Ordem

natildeo

sim

sim

sim

sim

Tempo

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Aviso decongestatildeo

natildeo (inferidopelas perdas)natildeo haacutecongestatildeonatildeo haacutecongestatildeosim

natildeo

Garantias

Camada ATM

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Transporte em VC ceacutelulas satildeo transportadas sobre VC da fonte ao destino Estabelecimento de conexatildeo necessaacuterio para cada chamada antes que o fluxo de dados possa ser iniciado Cada pacote transporta um identificador de VC (natildeo transporta o endereccedilo do destino) Cada comutador com caminho entre a fonte e o destino manteacutem o ldquoestadordquo para cada conexatildeo passante Recursos do enlace e do comutador (banda passante buffers) podem ser alocados por VC para obter um comportamento semelhante a um circuito fiacutesico

VCs permanentes (PVCs) Conexotildees de longa duraccedilatildeo Tipicamente rota ldquopermanenterdquo entre roteadores IP

VCs comutados (SVC) Dinamicamente criados numa base por chamada

Camadas ATM circuitos virtuais

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Vantagens do uso de circuitos virtuais no ATM Iacutendices de QoS garantidos para conexotildees mapeadas em

circuitos virtuais (banda passante atraso variacircncia de atraso)

Problemas no uso de circuitos virtuais O suporte de traacutefego datagrama eacute ineficiente Um PVC entre cada par origemdestino natildeo tem boa

escalabilidade (N2 conexotildees satildeo necessaacuterias) SVC introduz latecircncia de estabelecimento de conexatildeo e

atrasos de processamento para conexotildees de curta duraccedilatildeo

ATM VCs

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Cabeccedilalho da ceacutelula ATM com 5 bytes Carga uacutetil com 48-bytes

Por quecirc carga uacutetil pequena -gt pequeno atraso de criaccedilatildeo de ceacutelula para voz digitalizada

Meio do caminho entre 32 e 64 (compromisso)

cabeccedilalhoda ceacutelula

formato daceacutelula

3o bit no campo PTvalor 1 indica uacuteltima ceacutelula (AAL-indicate bit)

Camada ATM ceacutelula ATM

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VCI identificador de canal virtual Pode mudar de enlace para enlace atraveacutes da rede

PT tipo de carga uacutetil (ex ceacutelula RM versus ceacutelula de dados) CLP bit de prioridade de perda de ceacutelula

CLP = 1 implica ceacutelula de baixa prioridade pode ser descartada em caso de congestatildeo

HEC verificaccedilatildeo de erros no cabeccedilalho Verificaccedilatildeo ciacuteclica de erros

Cabeccedilalho da ceacutelula ATM

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A camada fiacutesica se compotildee de duas partes (subcamadas ) Subcamada de convergecircncia de transmissatildeo (TCS) adapta a camada

ATM acima agrave subcamada fiacutesica abaixo (PMD) Subcamada dependente do meio depende do tipo de meio fiacutesico que

estaacute sendo empregado

Funccedilotildees da TCS Geraccedilatildeo do checksum do cabeccedilalho 8 bits CRC Delineamento de ceacutelula Com uma subcamada PMD natildeo estruturada transmite ceacutelulas vazias

(ldquoidle cellsrdquo) quando natildeo haacute ceacutelulas de dados a enviar

Camada fiacutesica ATM

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Subcamada dependente do meio fiacutesico (PMD) SONETSDH estrutura de transmissatildeo de quadros (como um

container carregando bits) Sincronizaccedilatildeo de bits Particcedilotildees da banda passante (TDM) Vaacuterias velocidades OC1 = 5184 Mbps OC3 = 15552 Mbps OC12 = 62208 Mbps

T1T3 estrutura de transmissatildeo de quadros (velha hierarquia de telefonia 15 Mbps45 Mbps No Brasil usa-se a hierarquia europeacuteia E1E3 2 34 Mbps

Natildeo estruturada apenas ceacutelulas (ocupadasvazias)

Camada fiacutesica ATM

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Apenas IP claacutessico 3 ldquoredesrdquo (ex segmentos de LAN) Endereccedilos MAC (8023) e IP

IP sobre ATM Substitui ldquorederdquo (ex segmento

de LAN) com a rede ATM Endereccedilos ATM endereccedilos IP

redeATM

EthernetLANs

EthernetLANs

IP-sobre-ATM

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No endereccedilo de origem Camada IP encontra um mapeamento entre o endereccedilo IP e o endereccedilo de destino ATM (usando ARP) Passa o datagrama para a camada de adaptaccedilatildeo AAL5 AAL5 encapsula os dados segmenta em ceacutelulas e passa para a camada ATM

Rede ATM move a ceacutelula para o destino de acordo com o seu VC (circuito virtual)

No hospedeiro de destino AAL5 remonta o datagrama original a partir das ceacutelulas recebidas Se o CRC OK datagrama eacute passado ao IP

Viagem de um datagrama numa rede IP-sobre-ATM

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Questotildees Datagramas IP em ATM AAL5 PDUs Dos endereccedilos IP aos endereccedilos ATM

Da mesma forma que de endereccedilos IP para endereccedilos MAC 8023

redeATM

EthernetLANs

IP-sobre-ATM

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Objetivo inicial aumentar a velocidade de encaminhamento IP usando labels de tamanho fixo (em vez de endereccedilo IP) Mesma ideacuteia do meacutetodo de circuito virtual (VC) Mas o datagrama IP ainda manteacutem o endereccedilo IP

Multiprotocol label switching (MPLS)

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Roteador faz a funccedilatildeo de comutador de roacutetulo Pacotes encaminhados para interface de saiacuteda com base apenas no valor

do roacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP) Tabela de encaminhamento MPLS distinta das tabelas de encaminhamento IP

Protocolo de sinalizaccedilatildeo necessaacuterio para estabelecer o encaminhamento RSVP-TE Encaminhamento eacute possiacutevel por caminhos que o IP sozinho natildeo pode usar (ex roteamento de especificado pela origem) Use MPLS para engenharia de traacutefego

Deve coexistir com roteadores unicamente IP

Roteadores MPLS

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Tabelas de encaminhamento MPLS

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Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace Detecccedilatildeo de erros correccedilatildeo Compartilhando um canal broadcast acesso muacuteltiplo Endereccedilamento da camada de enlace

Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de vaacuterias tecnologias da camada de enlace Ethernet LANS comutadas PPP Redes virtualizadas como uma camada de enlace ATM MPLS

Resumo

Page 24: Capítulo 5 Redes de computadores e a Internet A camada de enlace e redes locais

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Eficiecircncia eacute a fraccedilatildeo de slots bem-sucedidos quando haacute muitos noacutes cada um com muitos quadros para enviar

Suponha N noacutes com muitos quadros para enviar cada um transmite no slot com probabilidade p

Prob de o noacute 1 obter successo num slot = p(1-p)N-1

Prob de qualquer noacute obter um successo = Np(1-p)N-1

Para maacutexima eficiecircncia com N noacutes encontre p que maximiza Np(1-p)N-1

Para muitos noacutes o limite de Np(1-p)N-1 com N indo ao infinito resulta 1e = 37

No maacuteximo uso do canal para envio de dados uacuteteis 37 do tempo

Eficiecircncia do slotted Aloha

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Unslotted Aloha operaccedilatildeo mais simples natildeo haacute sincronizaccedilatildeo

Pacote necessita transmissatildeo Enviar sem esperar pelo iniacutecio de um compartimento

A probabilidade de colisatildeo aumentaPacote enviado em t0 colide com outros pacotes enviados em [t0-1 t0+1]

Aloha puro (unslotted)

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P(successo de um dado noacute) = P(noacute transmitir)

P(nenhum outro noacute transmitir em [p0-1p0]

P(nenhum outro noacute transmitir em [p0-1p0]

= p (1-p)N-1 (1-p)N-1

= p (1-p)2(N-1)

hellip escolhendo p oacutetimo e entatildeo deixando n -gt infinito

= 1(2e) = 18

Ainda pior

Eficiecircncia do Aloha puro

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CSMA escuta antes de transmitir Se o canal parece vazio transmite o pacote Se o canal estaacute ocupado adia a transmissatildeo Analogia humana natildeo interrompa os outros

CSMA Carrier Sense Multiple Access

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Colisotildees podem ocorrero atraso de propagaccedilatildeo implica que dois noacutes podem natildeo ouvir as transmissotildees do outro

Colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo do pacote eacute desperdiccedilado

Notepapel da distacircncia e do atraso de propagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo

arranjo espacial dos noacutes na rede

Colisotildees no CSMA

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CSMACD detecccedilatildeo de portadora deferecircncia como no CSMA Colisotildees detectadas num tempo mais curto Transmissotildees com colisotildees satildeo interrompidas reduzindo o desperdiacutecio do canal Detecccedilatildeo de colisatildeo Faacutecil em LANs cabeadas mediccedilatildeo da intensidade do sinal comparaccedilatildeo dos sinais transmitidos e recebidos Difiacutecil em LANs sem fio receptor desligado enquanto transmitindo Analogia humana o ldquobom de papordquo educado

CSMACD (detecccedilatildeo de colisatildeo)

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CSMACD detecccedilatildeo de colisatildeo

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Protocolos MAC com particionamento de canais Compartilham o canal eficientemente quando a carga eacute alta e bem distribuiacuteda Ineficiente nas cargas baixas atraso no acesso ao canal A estaccedilatildeo consegue uma banda de 1N da capacidade do canal mesmo que haja apenas 1 noacute ativo

Protocolos MAC de acesso aleatoacuterio Eficiente nas cargas baixas um uacutenico noacute pode usar todo o canal Cargas altas excesso de colisotildees

Protocolos de passagem de permissatildeoBuscam o melhor dos dois mundos

Protocolos MAC com passagem de permissatildeo

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Polling Noacute mestre ldquoconvidardquo os escravos a transmitirem um de cada vez Problemas

Polling overhead Latecircncia Ponto uacutenico de falha (mestre)

Token passing Controla um token passado de um noacute a outro sequumlencialmente Mensagem token Problemas

Token overhead Latecircncia Ponto uacutenico de falha (token)

Protocolos MAC com passagem de permissatildeo

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Como se faz com um canal compartilhado Particionamento de canal no tempo por frequumlecircncia ou por coacutedigo

Divisatildeo temporal divisatildeo por coacutedigo divisatildeo por frequumlecircncia Particionamento aleatoacuterio (dinacircmico)

ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACD Detecccedilatildeo de portadora faacutecil em alguns meios fiacutesicos (cabos) e

difiacutecil em outros (wireless) CSMACD usado na rede Ethernet CSMACA usado em 80211

Passagem de permissatildeo Polling a partir de um site central passagem de token

Sumaacuterio dos protocolos MAC

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Camada de enlace ateacute agora Serviccedilos detecccedilatildeo de erroscorreccedilatildeo acesso muacuteltiplo

A seguir tecnologias de redes locais (LAN) Endereccedilamento Ethernet hubs pontes switches PPP

Tecnologias de LAN

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A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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Endereccedilos IP de 32-bit Endereccedilos da camada de rede Usados para levar o datagrama ateacute a rede de destino (lembre-se

da definiccedilatildeo de rede IP)

Endereccedilo de LAN (ou MAC ou fiacutesico) Usado para levar o datagrama de uma interface fiacutesica a outra

fisicamente conectada com a primeira (isto eacute na mesma rede) Endereccedilos MAC com 48 bits (na maioria das LANs)

gravados na memoacuteria fixa (ROM) do adaptador de rede

Endereccedilos de LAN e ARP

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A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEE O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (para

assegurar a unicidade)

Analogia (a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG (b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal

Endereccedilamento MAC eacute ldquoflatrdquo =gt portabilidade Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra sem

reconfiguraccedilatildeo de endereccedilo MAC

Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevel Depende da rede na qual se estaacute ligado

Endereccedilos de LAN (mais)

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Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de Bdado o endereccedilo IP de B Cada noacute IP (hospedeiro roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabela ARP Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt

lt IP address MAC address TTLgt TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamento de

endereccedilos seraacute esquecido (tipicamente 20 min)

ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de resoluccedilatildeo de endereccedilos)

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A que enviar um datagrama para B e o endereccedilo MAS de B natildeo estaacute na tabela ARP de A

A faz broadcast de pacote de consulta ARB contendo o endereccedilo IP de B end MAC de destino = FF-FF-FF-FF-FF-FF todas as maacutequinas na LAN recebem a consulta ARP

B recebe o pacote ARP responde para A com seu endereccedilo MAC (de B) Quadro enviado para o end MAC de A (unicast)

A faz um cache (salva) o par de endereccedilos IP para MAC em sua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo se torne antiga (expirada) soft state informaccedilatildeo que expira (eacute descartada) sem atualizaccedilatildeo

ARP eacute ldquoplug-and-playrdquo Noacutes criam suas tabelas ARP sem intervenccedilatildeo do administrador da rede

Protocolo ARP Mesma LAN (network)

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objetivo envia datagrama de A para B via R supotildee que A conhece o endereccedilo IP de B

bull Duas tabelas ARP no roteador R um para cada rede IP (LAN)

Roteamento para outra LAN

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A cria o pacote IP com origem A destino B A usa ARP para obter o endereccedilo de camada fiacutesica de R correspondente ao

endereccedilo IP 111111111110 A cria um quadro Ethernet com o endereccedilo fiacutesico de R como destino o

quadro Ethernet conteacutem o datagrama IP de A para B A camada de enlace de A envia o quadroEthernet A camada de enlace de R recebe o quadro Ethernet R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verifica que ele se destina a

B R usa ARP para obter o endereccedilo fiacutesico de B R cria quadro contendo um datagrama de A para B e envia para B

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A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo Barato R$20 por 100Mbps Primeira tecnologia de LAN largamente usada Mais simples e mais barata que LANs com token e ATM Velocidade crescente 10Mbps ndash 10Gbps

esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf

Ethernet

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Topologia de bus popular em meados dos anos 90 Agora a topologia em estrela prevalece Opccedilotildees de conexatildeo hub ou switch (mais adiante)

Topologia em estrela

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Adaptador do transmissor encapsula o datagrama IP (ou outro pacote de protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet

Preacircmbulo bull 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte com padratildeo 10101011bull usado para sincronizar as taxas de reloacutegio do transmissor e do receptor

Estrutura do quadro Ethernet

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Endereccedilos 6 bytes Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de destino coincidente ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa o dado no quadro para o protocolo da camada de rede

Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP mas outros podem ser suportados tais como Novell IPX e AppleTalk)

CRC verificado no receptor se um erro eacute detectado o quadro eacute simplesmente descartado

Estrutura do quadro Ethernet

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Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o receptor

Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou nacks para o adaptador transmissor O fluxo de datagramas que passa para a camada de rede pode deixar

lacunas Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCP Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas

Serviccedilo natildeo confiaacutevel sem conexatildeo

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Sem slots Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador

transmitindo isto eacute carrier sense O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador

transmitindo isto eacute collision detection Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo

aleatoacuterio isto eacute random access

Ethernet usa CSMACD

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1 Adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmitir o

quadro Se ele detecta o canal ocupado espera ateacute ele ficar livre e entatildeo transmite

3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo sua missatildeo com esse quadro estaacute cumprida

4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta e envia um jam signal

5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a m-eacutesima colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2m-1 O adaptador espera K512 tempos de bit e retorna ao passo 2

Algoritmo CSMACD da Ethernet

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Jam signal garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo 48 bitsBit time 1 microseg para Ethernet de 10 Mbpspara K=1023 o tempo de espera eacute cerca de 50 mseg

Veja o applet Java no Web site da AWL altamemte recomendadoExponential backoff Objetivo adaptar tentativas de retransmissatildeo para carga atual da rede

Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longa Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacute

K x 512 tempos de transmissatildeo de bit Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3hellip Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023

Ethernet CSMACD

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Tprop = propagaccedilatildeo maacutexima entre 2 noacutes na LAN

ttrans = tempo para transmitir um quadro de tamanho maacuteximo

Eficiecircncia tende a 1 quando tprop tende a 0

Tende a 1 quando ttrans tende ao infinito Muito melhor do que o ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato

transprop tt 51

1eficiecircncia

Eficiecircncia do CSMACD

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Taxa de 10100 Mbps chamado mais tarde de ldquofast ethernetrdquo T significa ldquoTwisted Pairrdquo (par de fios tranccedilados de cobre) Noacutes se conectam a um hub ldquotopologia em estrelardquo 100 m eacute a distacircncia

maacutexima entre os noacutes e o hub

10BaseT e 100BaseT

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Hubs satildeo essencialmente repetidores de camada fiacutesica Bits que chegam de um enlace se propagam para todos os outros enlaces Com a mesma taxa Natildeo possuem armazenagem de quadros Natildeo haacute CSMACD no hub adaptadores detectam colisotildees Provecirc funcionalidade de gerenciamento de rede

Hubs

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Usada em 10BaseT Cada bit possui uma transiccedilatildeo Permite que os reloacutegios nos noacutes de transmissatildeo e de recepccedilatildeo possam

sincronizar um com o outro Natildeo eacute necessaacuterio reloacutegio global centralizado entre os noacutes

Ei isso eacute coisa de camada fiacutesica

Codificaccedilatildeo Manchester

Codificaccedilatildeo Manchester

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Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeo Permite enlaces ponto-a-ponto e canais de muacuteltiplo acesso

compartilhados No modo compartilhado o CSMACD eacute usado exige pequenas

distacircncias entre os noacutes para ser eficiente Usa hubs chamados aqui de Distribuidores com Armazenagem

ldquoBuffered Distributorsrdquo Full-Duplex a 1 Gbps para enlaces ponto-a-ponto 10 Gbps agora

Gigabit Ethernet

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A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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Hub de backbone interconecta segmentos de LAN Estende a distacircncia maacutexima entre os noacutes Mas domiacutenios de colisatildeo individuais tornam-se um uacutenico e grande

domiacutenio de colisatildeo Natildeo pode interconectar 10BaseT e 100BaseT

Interconexatildeo com hubs

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Dispositivo de camada de enlace Armazena e encaminha quadros Ethernet Examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o

quadro baseado no endereccedilo MAC de destino Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento

usa CSMACD para acessar o segmento Transparente

Hospedeiros satildeo inconscientes da presenccedila dos switches Plug-and-play self-learning (auto-aprendizado)

Switches natildeo precisam ser configurados

Switch

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Como determinar para qual segmento da LAN encaminhar o quadro Parece um problema de roteamento

Encaminhamento

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Um switch possui uma tabela de switch Entrada na tabela do switch

(endereccedilo MAC interface marca de tempo) Entradas expiradas na tabela satildeo decartadas (TTL pode ser 60 min)

Switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de suas interfaces Quando recebe um quadro o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento da LAN que chega Registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela

Self learning (auto-aprendizado)

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Quando um switch recebe um quadro

indexa a tabela do switch usando end MAC de destinoif entrada for encontrada para o destino

then if dest no segmento deste quadro chegou

then descarta o quadro else encaminha o quadro na interface indicada else flood

Encaminha para todas as interfacesexceto para a que o quadro chegou

Filtragemencaminhamento

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Suponha que C envia um quadro para D

Switch recebe o quadro de C Anota na tabela que C estaacute na interface 1 Como D natildeo estaacute na tabela o switch encaminha o quadro para as

interfaces 2 e 3 Quadro recebido por D

hub hub hub

switch

A

B CD

EF

G H

I

endereccedilo interface

ABEG

1123

12 3

Switch exemplo

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Suponha que D responde com um quadro para C

Switch recebe quadro de D Anota na tabela que D estaacute na interface 2 Como C estaacute na tabela o switch encaminha o quadro apenas para a

interface 1 Quadro recebido por C

hub hub hub

switch

A

B CD

EF

G H

I

endereccedilo interface

ABEGC

11231

Switch exemplo

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A instalaccedilatildeo do switch quebra as sub-redes em segmentos de LAN Switch filtra pacotes

Alguns quadros do mesmo segmento de LAN natildeo satildeo usualmente encaminhados para outros segmento de LAN

Segmentos se tornam separados em domiacutenios de colisatildeo

hub hub hub

switch

domiacutenio de colisatildeo domiacutenio de colisatildeo

domiacutenio de colisatildeo

Switch isolaccedilatildeo de traacutefego

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Switch com muitas interfaces Hospedeiros possuem conexatildeo direta ao switch Sem colisotildees full duplex

Switching A-para-Arsquo e B-para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees

Switches acesso dedicado

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Cut-through switching quadro encaminhado da porta de entrada ateacute a porta de saiacuteda sem ter de primeiro coletar o quadro todo Ligeira reduccedilatildeo na latecircncia

Combinaccedilotildees de interfaces 101001000 Mbps compartilhadasdedicadas

Mais sobre switches

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Redes corporativas

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Ambos satildeo dispositivos store-and-forward Roteadores dispositivos de camada de rede (examinam cabeccedilalhos

da camada de rede) Switches satildeo dispositivos da camada de enlace

Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam algoritmos de roteamento Switches mantecircm tabelas de switch implementam filtragem algoritmos de aprendizagem

Switches vs roteadores

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hubs roteadores switches

isolaccedilatildeo detraacutefego

natildeo sim sim

plug amp play sim natildeo sim

roteamentooacutetimo

natildeo sim natildeo

cutthrough

sim natildeo sim

Resumo comparaccedilatildeo

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A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace de broadcast Sem Media Access Control Natildeo necessita de endereccedilamento MAC expliacutecito Ex dialup link linha ISDN

Protocolos ponto-a-ponto DLC populares PPP (point-to-point protocol) HDLC High level data link control (camada de enlace costumava ser considerada ldquocamada altardquo na pilha de protocolos)

Controle de enlace de dados ponto-a-ponto

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Enquadramento de pacote encapsulamento do datagrama da camada de rede no quadro da camada de enlace Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolo de rede (natildeo apenas o IP) ao mesmo tempo Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo

Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo de bit no campo de dados

Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo) Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do enlace

para a camada de rede Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos terminais

do enlace podem aprender e configurar o endereccedilo de rede dos outros

PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]

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Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros Natildeo haacute controle de fluxo Aceita entregas fora de ordem Natildeo haacute necessidade de suportar enlaces multiponto (ex polling)

Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeo dos dados satildeo todos relegados para as camadas mais altas

PPP natildeo requisitos

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Flag delimitador (enquadramento) Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura) Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacuteltiplos campos de

controle Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o conteuacutedo do

quadro deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)

PPP formato do quadro

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info dados da camada superior sendo transportados CRC verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de erros

PPP formato dos dados

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Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de dados deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt01111110gt

P Se for recebido o padratildeo lt01111110gt satildeo dados ou eacute flag Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte extra com o padratildeo lt

01111101gt (escape) antes de cada byte com o padratildeo de flag lt 01111110gt nos dados

Receptor Um byte 01111101 seguido de 01111110 em seguida descarta o primeiro e continua a recepccedilatildeo de dados Uacutenico byte 01111110 entatildeo eacute um flag

Byte stuffing

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byte com o padratildeodo flag nos dados a enviar

byte com o padratildeo de escape acrescentado nos dados transmitidos seguido por um byte com padratildeo de flag

Byte stuffing

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Antes de trocar dados da camada de rede os parceiros da camada de enlace devem A configurar o enlace PPP (tamanho maacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo) Aprenderconfigurar as informaccedilotildees da camada de rede

Para o IP transportar mensagens do protocolo de controle IP (IPCP) (campo de protocolo 8021) para configuraraprender os

endereccedilos IP

PPP protocolo de controle de dados

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A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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Virtualizaccedilatildeo dos recursos uma poderosa abstraccedilatildeo em engenharia de sistemas Exemplos em computaccedilatildeo memoacuteria virtual dispositivos virtuais

Maacutequinas virtuais ex java IBM VM os dos anos 6070

Camada de abstraccedilotildees natildeo se apega a detalhes da camada mais baixa apenas trata com as camadas mais baixas abstratamente

Virtualizaccedilatildeo das redes

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1974 muacuteltiplas redes desconectadas ARPAnet redes de dados-sobre-cabo rede de pacote por sateacutelite (Aloha) rede de pacotes por raacutedio

hellip diferentes em convenccedilotildees de endereccedilamento formatos do pacote recuperaccedilatildeo de erros roteamento

Internet virtualizaccedilatildeo das redes

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Camada de rede da Internet (IP) Endereccedilamento internetwork

aparece como uma entidade uacutenica e uniforme escondendo a heterogeneidade das redes locais

Rede de redes

Gateway ldquoembute pacotes da Internet no

formato de um pacote local ou os extrairdquo

Rota (no niacutevel de internetwork) para o proacuteximo gateway

Internet virtualizaccedilatildeo das redes

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O que eacute virtualizado Duas camadas de endereccedilamento Internet e rede local Nova camada (IP) torna tudo homogecircneo na camada da Internet Tecnologia da rede local em questatildeo

Cabo Sateacutelite Modem telefocircnico de 56 K Hoje ATM MPLS

hellip ldquoinvisiacutevelrdquo na camada da Internet Parece com uma tecnologia de camada de enlace para o IP

Arquitetura da Internet de Cerf amp Kahn

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ATM MPLS redes separadas em seus proacuteprios direitos Modelos de serviccedilo endereccedilamento roteamento diferentes da Internet

Vistos pela Internet como um enlace loacutegico conectando roteadores IP Assim como o dialup link eacute realmente parte de uma rede separada

(rede telefocircnica)

ATM MPLS de interesse teacutecnico em seu proacuteprio direito

ATM e MPLS

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Padratildeo dos anos 8090 para altas taxas de transmissatildeo (155 Mbps a 622 Mbps e mais altas) arquitetura de Broadband Integrated Service Digital Network (B-ISDN)

Objetivo transporte integrado de voz dados e imagens com foco nas redes puacuteblicas de comunicaccedilatildeo Deve atender aos requisitos de tempoQoS para aplicaccedilotildees de voz

e de viacutedeo (versus o serviccedilo de melhor esforccedilo da Internet) Telefonia de ldquoproacutexima geraccedilatildeordquo fundamentos teacutecnicos no mundo da telefonia Comutaccedilatildeo de pacotes (pacotes de tamanho fixo chamados ldquoceacutelulasrdquo) usando circuitos virtuais

Modo de transferecircncia assiacutencrono ATM

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Camada de adaptaccedilatildeo apenas na borda de uma rede ATM Segmentaccedilatildeo e remontagem dos dados Grosseiramente anaacuteloga agrave camada de transporte da Internet

Camada ATM camada de ldquorederdquo Comutaccedilatildeo de ceacutelulas roteamento

Camada fiacutesica

Sistema final Sistema finalSwitch ATM Switch ATM

Arquitetura ATM

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Visatildeo transporte fim-a-fim ldquoATM de computador a computadorrdquo ATM eacute uma tecnologia de redeRealidade usada para conectar roteadores IP de backbone ldquoIP sobre ATMrdquo ATM como uma camada de enlace comutada conectando roteadores IP

ATM camada de rede ou de enlace

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Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL) ldquoadaptardquo camadas superiores (aplicaccedilotildees IP ou nativas ATM) para a camada ATM abaixo

AAL presente apenas nos sistemas finais natildeo nos comutadores ATM (ldquoswitchesrdquo)

O segmento da camada AAL (campo de cabeccedilalhotrailer e de dados) satildeo fragmentados em muacuteltiplas ceacutelulas ATM Analogia segmento TCP em muitos pacotes IP

Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL)

Sistema final Sistema finalSwitch ATM Switch ATM

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Diferentes versotildees da camada AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM AAL1 para serviccedilo CBR (taxa de bit constante) ex emulaccedilatildeo de circuitos AAL2 para serviccedilos VBR (taxa de bit variaacutevel) ex viacutedeo MPEG AAL5 para dados (ex datagramas IP)

AAL PDU

ceacutelula ATM

Dados de usuaacuterio

subcamadade convergecircncia

subcamadaSAR

Ceacutelula ATM

Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL)

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Serviccedilo transporte de ceacutelulas atraveacutes da rede ATM Anaacuteloga agrave camada de rede IP Serviccedilos muito diferentes da camada de rede IP

Arquiteturade rede

Internet

ATM

ATM

ATM

ATM

Modelo de serviccedilo

melhoresforccediloCBR

VBR

ABR

UBR

Banda

natildeo

taxaconstantetaxagarantidamiacutenimogarantidonatildeo

Perda

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Ordem

natildeo

sim

sim

sim

sim

Tempo

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Aviso decongestatildeo

natildeo (inferidopelas perdas)natildeo haacutecongestatildeonatildeo haacutecongestatildeosim

natildeo

Garantias

Camada ATM

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Transporte em VC ceacutelulas satildeo transportadas sobre VC da fonte ao destino Estabelecimento de conexatildeo necessaacuterio para cada chamada antes que o fluxo de dados possa ser iniciado Cada pacote transporta um identificador de VC (natildeo transporta o endereccedilo do destino) Cada comutador com caminho entre a fonte e o destino manteacutem o ldquoestadordquo para cada conexatildeo passante Recursos do enlace e do comutador (banda passante buffers) podem ser alocados por VC para obter um comportamento semelhante a um circuito fiacutesico

VCs permanentes (PVCs) Conexotildees de longa duraccedilatildeo Tipicamente rota ldquopermanenterdquo entre roteadores IP

VCs comutados (SVC) Dinamicamente criados numa base por chamada

Camadas ATM circuitos virtuais

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Vantagens do uso de circuitos virtuais no ATM Iacutendices de QoS garantidos para conexotildees mapeadas em

circuitos virtuais (banda passante atraso variacircncia de atraso)

Problemas no uso de circuitos virtuais O suporte de traacutefego datagrama eacute ineficiente Um PVC entre cada par origemdestino natildeo tem boa

escalabilidade (N2 conexotildees satildeo necessaacuterias) SVC introduz latecircncia de estabelecimento de conexatildeo e

atrasos de processamento para conexotildees de curta duraccedilatildeo

ATM VCs

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Cabeccedilalho da ceacutelula ATM com 5 bytes Carga uacutetil com 48-bytes

Por quecirc carga uacutetil pequena -gt pequeno atraso de criaccedilatildeo de ceacutelula para voz digitalizada

Meio do caminho entre 32 e 64 (compromisso)

cabeccedilalhoda ceacutelula

formato daceacutelula

3o bit no campo PTvalor 1 indica uacuteltima ceacutelula (AAL-indicate bit)

Camada ATM ceacutelula ATM

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VCI identificador de canal virtual Pode mudar de enlace para enlace atraveacutes da rede

PT tipo de carga uacutetil (ex ceacutelula RM versus ceacutelula de dados) CLP bit de prioridade de perda de ceacutelula

CLP = 1 implica ceacutelula de baixa prioridade pode ser descartada em caso de congestatildeo

HEC verificaccedilatildeo de erros no cabeccedilalho Verificaccedilatildeo ciacuteclica de erros

Cabeccedilalho da ceacutelula ATM

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A camada fiacutesica se compotildee de duas partes (subcamadas ) Subcamada de convergecircncia de transmissatildeo (TCS) adapta a camada

ATM acima agrave subcamada fiacutesica abaixo (PMD) Subcamada dependente do meio depende do tipo de meio fiacutesico que

estaacute sendo empregado

Funccedilotildees da TCS Geraccedilatildeo do checksum do cabeccedilalho 8 bits CRC Delineamento de ceacutelula Com uma subcamada PMD natildeo estruturada transmite ceacutelulas vazias

(ldquoidle cellsrdquo) quando natildeo haacute ceacutelulas de dados a enviar

Camada fiacutesica ATM

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Subcamada dependente do meio fiacutesico (PMD) SONETSDH estrutura de transmissatildeo de quadros (como um

container carregando bits) Sincronizaccedilatildeo de bits Particcedilotildees da banda passante (TDM) Vaacuterias velocidades OC1 = 5184 Mbps OC3 = 15552 Mbps OC12 = 62208 Mbps

T1T3 estrutura de transmissatildeo de quadros (velha hierarquia de telefonia 15 Mbps45 Mbps No Brasil usa-se a hierarquia europeacuteia E1E3 2 34 Mbps

Natildeo estruturada apenas ceacutelulas (ocupadasvazias)

Camada fiacutesica ATM

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Apenas IP claacutessico 3 ldquoredesrdquo (ex segmentos de LAN) Endereccedilos MAC (8023) e IP

IP sobre ATM Substitui ldquorederdquo (ex segmento

de LAN) com a rede ATM Endereccedilos ATM endereccedilos IP

redeATM

EthernetLANs

EthernetLANs

IP-sobre-ATM

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No endereccedilo de origem Camada IP encontra um mapeamento entre o endereccedilo IP e o endereccedilo de destino ATM (usando ARP) Passa o datagrama para a camada de adaptaccedilatildeo AAL5 AAL5 encapsula os dados segmenta em ceacutelulas e passa para a camada ATM

Rede ATM move a ceacutelula para o destino de acordo com o seu VC (circuito virtual)

No hospedeiro de destino AAL5 remonta o datagrama original a partir das ceacutelulas recebidas Se o CRC OK datagrama eacute passado ao IP

Viagem de um datagrama numa rede IP-sobre-ATM

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Questotildees Datagramas IP em ATM AAL5 PDUs Dos endereccedilos IP aos endereccedilos ATM

Da mesma forma que de endereccedilos IP para endereccedilos MAC 8023

redeATM

EthernetLANs

IP-sobre-ATM

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Objetivo inicial aumentar a velocidade de encaminhamento IP usando labels de tamanho fixo (em vez de endereccedilo IP) Mesma ideacuteia do meacutetodo de circuito virtual (VC) Mas o datagrama IP ainda manteacutem o endereccedilo IP

Multiprotocol label switching (MPLS)

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Roteador faz a funccedilatildeo de comutador de roacutetulo Pacotes encaminhados para interface de saiacuteda com base apenas no valor

do roacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP) Tabela de encaminhamento MPLS distinta das tabelas de encaminhamento IP

Protocolo de sinalizaccedilatildeo necessaacuterio para estabelecer o encaminhamento RSVP-TE Encaminhamento eacute possiacutevel por caminhos que o IP sozinho natildeo pode usar (ex roteamento de especificado pela origem) Use MPLS para engenharia de traacutefego

Deve coexistir com roteadores unicamente IP

Roteadores MPLS

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Tabelas de encaminhamento MPLS

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Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace Detecccedilatildeo de erros correccedilatildeo Compartilhando um canal broadcast acesso muacuteltiplo Endereccedilamento da camada de enlace

Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de vaacuterias tecnologias da camada de enlace Ethernet LANS comutadas PPP Redes virtualizadas como uma camada de enlace ATM MPLS

Resumo

Page 25: Capítulo 5 Redes de computadores e a Internet A camada de enlace e redes locais

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Unslotted Aloha operaccedilatildeo mais simples natildeo haacute sincronizaccedilatildeo

Pacote necessita transmissatildeo Enviar sem esperar pelo iniacutecio de um compartimento

A probabilidade de colisatildeo aumentaPacote enviado em t0 colide com outros pacotes enviados em [t0-1 t0+1]

Aloha puro (unslotted)

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P(successo de um dado noacute) = P(noacute transmitir)

P(nenhum outro noacute transmitir em [p0-1p0]

P(nenhum outro noacute transmitir em [p0-1p0]

= p (1-p)N-1 (1-p)N-1

= p (1-p)2(N-1)

hellip escolhendo p oacutetimo e entatildeo deixando n -gt infinito

= 1(2e) = 18

Ainda pior

Eficiecircncia do Aloha puro

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CSMA escuta antes de transmitir Se o canal parece vazio transmite o pacote Se o canal estaacute ocupado adia a transmissatildeo Analogia humana natildeo interrompa os outros

CSMA Carrier Sense Multiple Access

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Colisotildees podem ocorrero atraso de propagaccedilatildeo implica que dois noacutes podem natildeo ouvir as transmissotildees do outro

Colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo do pacote eacute desperdiccedilado

Notepapel da distacircncia e do atraso de propagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo

arranjo espacial dos noacutes na rede

Colisotildees no CSMA

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CSMACD detecccedilatildeo de portadora deferecircncia como no CSMA Colisotildees detectadas num tempo mais curto Transmissotildees com colisotildees satildeo interrompidas reduzindo o desperdiacutecio do canal Detecccedilatildeo de colisatildeo Faacutecil em LANs cabeadas mediccedilatildeo da intensidade do sinal comparaccedilatildeo dos sinais transmitidos e recebidos Difiacutecil em LANs sem fio receptor desligado enquanto transmitindo Analogia humana o ldquobom de papordquo educado

CSMACD (detecccedilatildeo de colisatildeo)

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CSMACD detecccedilatildeo de colisatildeo

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Protocolos MAC com particionamento de canais Compartilham o canal eficientemente quando a carga eacute alta e bem distribuiacuteda Ineficiente nas cargas baixas atraso no acesso ao canal A estaccedilatildeo consegue uma banda de 1N da capacidade do canal mesmo que haja apenas 1 noacute ativo

Protocolos MAC de acesso aleatoacuterio Eficiente nas cargas baixas um uacutenico noacute pode usar todo o canal Cargas altas excesso de colisotildees

Protocolos de passagem de permissatildeoBuscam o melhor dos dois mundos

Protocolos MAC com passagem de permissatildeo

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Polling Noacute mestre ldquoconvidardquo os escravos a transmitirem um de cada vez Problemas

Polling overhead Latecircncia Ponto uacutenico de falha (mestre)

Token passing Controla um token passado de um noacute a outro sequumlencialmente Mensagem token Problemas

Token overhead Latecircncia Ponto uacutenico de falha (token)

Protocolos MAC com passagem de permissatildeo

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Como se faz com um canal compartilhado Particionamento de canal no tempo por frequumlecircncia ou por coacutedigo

Divisatildeo temporal divisatildeo por coacutedigo divisatildeo por frequumlecircncia Particionamento aleatoacuterio (dinacircmico)

ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACD Detecccedilatildeo de portadora faacutecil em alguns meios fiacutesicos (cabos) e

difiacutecil em outros (wireless) CSMACD usado na rede Ethernet CSMACA usado em 80211

Passagem de permissatildeo Polling a partir de um site central passagem de token

Sumaacuterio dos protocolos MAC

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Camada de enlace ateacute agora Serviccedilos detecccedilatildeo de erroscorreccedilatildeo acesso muacuteltiplo

A seguir tecnologias de redes locais (LAN) Endereccedilamento Ethernet hubs pontes switches PPP

Tecnologias de LAN

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A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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Endereccedilos IP de 32-bit Endereccedilos da camada de rede Usados para levar o datagrama ateacute a rede de destino (lembre-se

da definiccedilatildeo de rede IP)

Endereccedilo de LAN (ou MAC ou fiacutesico) Usado para levar o datagrama de uma interface fiacutesica a outra

fisicamente conectada com a primeira (isto eacute na mesma rede) Endereccedilos MAC com 48 bits (na maioria das LANs)

gravados na memoacuteria fixa (ROM) do adaptador de rede

Endereccedilos de LAN e ARP

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A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEE O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (para

assegurar a unicidade)

Analogia (a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG (b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal

Endereccedilamento MAC eacute ldquoflatrdquo =gt portabilidade Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra sem

reconfiguraccedilatildeo de endereccedilo MAC

Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevel Depende da rede na qual se estaacute ligado

Endereccedilos de LAN (mais)

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Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de Bdado o endereccedilo IP de B Cada noacute IP (hospedeiro roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabela ARP Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt

lt IP address MAC address TTLgt TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamento de

endereccedilos seraacute esquecido (tipicamente 20 min)

ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de resoluccedilatildeo de endereccedilos)

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A que enviar um datagrama para B e o endereccedilo MAS de B natildeo estaacute na tabela ARP de A

A faz broadcast de pacote de consulta ARB contendo o endereccedilo IP de B end MAC de destino = FF-FF-FF-FF-FF-FF todas as maacutequinas na LAN recebem a consulta ARP

B recebe o pacote ARP responde para A com seu endereccedilo MAC (de B) Quadro enviado para o end MAC de A (unicast)

A faz um cache (salva) o par de endereccedilos IP para MAC em sua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo se torne antiga (expirada) soft state informaccedilatildeo que expira (eacute descartada) sem atualizaccedilatildeo

ARP eacute ldquoplug-and-playrdquo Noacutes criam suas tabelas ARP sem intervenccedilatildeo do administrador da rede

Protocolo ARP Mesma LAN (network)

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objetivo envia datagrama de A para B via R supotildee que A conhece o endereccedilo IP de B

bull Duas tabelas ARP no roteador R um para cada rede IP (LAN)

Roteamento para outra LAN

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A cria o pacote IP com origem A destino B A usa ARP para obter o endereccedilo de camada fiacutesica de R correspondente ao

endereccedilo IP 111111111110 A cria um quadro Ethernet com o endereccedilo fiacutesico de R como destino o

quadro Ethernet conteacutem o datagrama IP de A para B A camada de enlace de A envia o quadroEthernet A camada de enlace de R recebe o quadro Ethernet R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verifica que ele se destina a

B R usa ARP para obter o endereccedilo fiacutesico de B R cria quadro contendo um datagrama de A para B e envia para B

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5 - 42copy 2005 by Pearson Education

A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo Barato R$20 por 100Mbps Primeira tecnologia de LAN largamente usada Mais simples e mais barata que LANs com token e ATM Velocidade crescente 10Mbps ndash 10Gbps

esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf

Ethernet

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Topologia de bus popular em meados dos anos 90 Agora a topologia em estrela prevalece Opccedilotildees de conexatildeo hub ou switch (mais adiante)

Topologia em estrela

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Adaptador do transmissor encapsula o datagrama IP (ou outro pacote de protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet

Preacircmbulo bull 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte com padratildeo 10101011bull usado para sincronizar as taxas de reloacutegio do transmissor e do receptor

Estrutura do quadro Ethernet

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Endereccedilos 6 bytes Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de destino coincidente ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa o dado no quadro para o protocolo da camada de rede

Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP mas outros podem ser suportados tais como Novell IPX e AppleTalk)

CRC verificado no receptor se um erro eacute detectado o quadro eacute simplesmente descartado

Estrutura do quadro Ethernet

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Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o receptor

Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou nacks para o adaptador transmissor O fluxo de datagramas que passa para a camada de rede pode deixar

lacunas Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCP Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas

Serviccedilo natildeo confiaacutevel sem conexatildeo

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Sem slots Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador

transmitindo isto eacute carrier sense O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador

transmitindo isto eacute collision detection Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo

aleatoacuterio isto eacute random access

Ethernet usa CSMACD

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1 Adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmitir o

quadro Se ele detecta o canal ocupado espera ateacute ele ficar livre e entatildeo transmite

3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo sua missatildeo com esse quadro estaacute cumprida

4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta e envia um jam signal

5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a m-eacutesima colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2m-1 O adaptador espera K512 tempos de bit e retorna ao passo 2

Algoritmo CSMACD da Ethernet

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Jam signal garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo 48 bitsBit time 1 microseg para Ethernet de 10 Mbpspara K=1023 o tempo de espera eacute cerca de 50 mseg

Veja o applet Java no Web site da AWL altamemte recomendadoExponential backoff Objetivo adaptar tentativas de retransmissatildeo para carga atual da rede

Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longa Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacute

K x 512 tempos de transmissatildeo de bit Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3hellip Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023

Ethernet CSMACD

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Tprop = propagaccedilatildeo maacutexima entre 2 noacutes na LAN

ttrans = tempo para transmitir um quadro de tamanho maacuteximo

Eficiecircncia tende a 1 quando tprop tende a 0

Tende a 1 quando ttrans tende ao infinito Muito melhor do que o ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato

transprop tt 51

1eficiecircncia

Eficiecircncia do CSMACD

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Taxa de 10100 Mbps chamado mais tarde de ldquofast ethernetrdquo T significa ldquoTwisted Pairrdquo (par de fios tranccedilados de cobre) Noacutes se conectam a um hub ldquotopologia em estrelardquo 100 m eacute a distacircncia

maacutexima entre os noacutes e o hub

10BaseT e 100BaseT

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Hubs satildeo essencialmente repetidores de camada fiacutesica Bits que chegam de um enlace se propagam para todos os outros enlaces Com a mesma taxa Natildeo possuem armazenagem de quadros Natildeo haacute CSMACD no hub adaptadores detectam colisotildees Provecirc funcionalidade de gerenciamento de rede

Hubs

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Usada em 10BaseT Cada bit possui uma transiccedilatildeo Permite que os reloacutegios nos noacutes de transmissatildeo e de recepccedilatildeo possam

sincronizar um com o outro Natildeo eacute necessaacuterio reloacutegio global centralizado entre os noacutes

Ei isso eacute coisa de camada fiacutesica

Codificaccedilatildeo Manchester

Codificaccedilatildeo Manchester

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Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeo Permite enlaces ponto-a-ponto e canais de muacuteltiplo acesso

compartilhados No modo compartilhado o CSMACD eacute usado exige pequenas

distacircncias entre os noacutes para ser eficiente Usa hubs chamados aqui de Distribuidores com Armazenagem

ldquoBuffered Distributorsrdquo Full-Duplex a 1 Gbps para enlaces ponto-a-ponto 10 Gbps agora

Gigabit Ethernet

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5 - 56copy 2005 by Pearson Education

A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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Hub de backbone interconecta segmentos de LAN Estende a distacircncia maacutexima entre os noacutes Mas domiacutenios de colisatildeo individuais tornam-se um uacutenico e grande

domiacutenio de colisatildeo Natildeo pode interconectar 10BaseT e 100BaseT

Interconexatildeo com hubs

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Dispositivo de camada de enlace Armazena e encaminha quadros Ethernet Examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o

quadro baseado no endereccedilo MAC de destino Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento

usa CSMACD para acessar o segmento Transparente

Hospedeiros satildeo inconscientes da presenccedila dos switches Plug-and-play self-learning (auto-aprendizado)

Switches natildeo precisam ser configurados

Switch

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Como determinar para qual segmento da LAN encaminhar o quadro Parece um problema de roteamento

Encaminhamento

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Um switch possui uma tabela de switch Entrada na tabela do switch

(endereccedilo MAC interface marca de tempo) Entradas expiradas na tabela satildeo decartadas (TTL pode ser 60 min)

Switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de suas interfaces Quando recebe um quadro o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento da LAN que chega Registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela

Self learning (auto-aprendizado)

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Quando um switch recebe um quadro

indexa a tabela do switch usando end MAC de destinoif entrada for encontrada para o destino

then if dest no segmento deste quadro chegou

then descarta o quadro else encaminha o quadro na interface indicada else flood

Encaminha para todas as interfacesexceto para a que o quadro chegou

Filtragemencaminhamento

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Suponha que C envia um quadro para D

Switch recebe o quadro de C Anota na tabela que C estaacute na interface 1 Como D natildeo estaacute na tabela o switch encaminha o quadro para as

interfaces 2 e 3 Quadro recebido por D

hub hub hub

switch

A

B CD

EF

G H

I

endereccedilo interface

ABEG

1123

12 3

Switch exemplo

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Suponha que D responde com um quadro para C

Switch recebe quadro de D Anota na tabela que D estaacute na interface 2 Como C estaacute na tabela o switch encaminha o quadro apenas para a

interface 1 Quadro recebido por C

hub hub hub

switch

A

B CD

EF

G H

I

endereccedilo interface

ABEGC

11231

Switch exemplo

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A instalaccedilatildeo do switch quebra as sub-redes em segmentos de LAN Switch filtra pacotes

Alguns quadros do mesmo segmento de LAN natildeo satildeo usualmente encaminhados para outros segmento de LAN

Segmentos se tornam separados em domiacutenios de colisatildeo

hub hub hub

switch

domiacutenio de colisatildeo domiacutenio de colisatildeo

domiacutenio de colisatildeo

Switch isolaccedilatildeo de traacutefego

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Switch com muitas interfaces Hospedeiros possuem conexatildeo direta ao switch Sem colisotildees full duplex

Switching A-para-Arsquo e B-para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees

Switches acesso dedicado

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Cut-through switching quadro encaminhado da porta de entrada ateacute a porta de saiacuteda sem ter de primeiro coletar o quadro todo Ligeira reduccedilatildeo na latecircncia

Combinaccedilotildees de interfaces 101001000 Mbps compartilhadasdedicadas

Mais sobre switches

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Redes corporativas

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Ambos satildeo dispositivos store-and-forward Roteadores dispositivos de camada de rede (examinam cabeccedilalhos

da camada de rede) Switches satildeo dispositivos da camada de enlace

Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam algoritmos de roteamento Switches mantecircm tabelas de switch implementam filtragem algoritmos de aprendizagem

Switches vs roteadores

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hubs roteadores switches

isolaccedilatildeo detraacutefego

natildeo sim sim

plug amp play sim natildeo sim

roteamentooacutetimo

natildeo sim natildeo

cutthrough

sim natildeo sim

Resumo comparaccedilatildeo

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A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace de broadcast Sem Media Access Control Natildeo necessita de endereccedilamento MAC expliacutecito Ex dialup link linha ISDN

Protocolos ponto-a-ponto DLC populares PPP (point-to-point protocol) HDLC High level data link control (camada de enlace costumava ser considerada ldquocamada altardquo na pilha de protocolos)

Controle de enlace de dados ponto-a-ponto

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Enquadramento de pacote encapsulamento do datagrama da camada de rede no quadro da camada de enlace Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolo de rede (natildeo apenas o IP) ao mesmo tempo Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo

Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo de bit no campo de dados

Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo) Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do enlace

para a camada de rede Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos terminais

do enlace podem aprender e configurar o endereccedilo de rede dos outros

PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]

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Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros Natildeo haacute controle de fluxo Aceita entregas fora de ordem Natildeo haacute necessidade de suportar enlaces multiponto (ex polling)

Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeo dos dados satildeo todos relegados para as camadas mais altas

PPP natildeo requisitos

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Flag delimitador (enquadramento) Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura) Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacuteltiplos campos de

controle Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o conteuacutedo do

quadro deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)

PPP formato do quadro

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info dados da camada superior sendo transportados CRC verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de erros

PPP formato dos dados

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Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de dados deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt01111110gt

P Se for recebido o padratildeo lt01111110gt satildeo dados ou eacute flag Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte extra com o padratildeo lt

01111101gt (escape) antes de cada byte com o padratildeo de flag lt 01111110gt nos dados

Receptor Um byte 01111101 seguido de 01111110 em seguida descarta o primeiro e continua a recepccedilatildeo de dados Uacutenico byte 01111110 entatildeo eacute um flag

Byte stuffing

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byte com o padratildeodo flag nos dados a enviar

byte com o padratildeo de escape acrescentado nos dados transmitidos seguido por um byte com padratildeo de flag

Byte stuffing

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Antes de trocar dados da camada de rede os parceiros da camada de enlace devem A configurar o enlace PPP (tamanho maacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo) Aprenderconfigurar as informaccedilotildees da camada de rede

Para o IP transportar mensagens do protocolo de controle IP (IPCP) (campo de protocolo 8021) para configuraraprender os

endereccedilos IP

PPP protocolo de controle de dados

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A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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Virtualizaccedilatildeo dos recursos uma poderosa abstraccedilatildeo em engenharia de sistemas Exemplos em computaccedilatildeo memoacuteria virtual dispositivos virtuais

Maacutequinas virtuais ex java IBM VM os dos anos 6070

Camada de abstraccedilotildees natildeo se apega a detalhes da camada mais baixa apenas trata com as camadas mais baixas abstratamente

Virtualizaccedilatildeo das redes

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1974 muacuteltiplas redes desconectadas ARPAnet redes de dados-sobre-cabo rede de pacote por sateacutelite (Aloha) rede de pacotes por raacutedio

hellip diferentes em convenccedilotildees de endereccedilamento formatos do pacote recuperaccedilatildeo de erros roteamento

Internet virtualizaccedilatildeo das redes

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Camada de rede da Internet (IP) Endereccedilamento internetwork

aparece como uma entidade uacutenica e uniforme escondendo a heterogeneidade das redes locais

Rede de redes

Gateway ldquoembute pacotes da Internet no

formato de um pacote local ou os extrairdquo

Rota (no niacutevel de internetwork) para o proacuteximo gateway

Internet virtualizaccedilatildeo das redes

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O que eacute virtualizado Duas camadas de endereccedilamento Internet e rede local Nova camada (IP) torna tudo homogecircneo na camada da Internet Tecnologia da rede local em questatildeo

Cabo Sateacutelite Modem telefocircnico de 56 K Hoje ATM MPLS

hellip ldquoinvisiacutevelrdquo na camada da Internet Parece com uma tecnologia de camada de enlace para o IP

Arquitetura da Internet de Cerf amp Kahn

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ATM MPLS redes separadas em seus proacuteprios direitos Modelos de serviccedilo endereccedilamento roteamento diferentes da Internet

Vistos pela Internet como um enlace loacutegico conectando roteadores IP Assim como o dialup link eacute realmente parte de uma rede separada

(rede telefocircnica)

ATM MPLS de interesse teacutecnico em seu proacuteprio direito

ATM e MPLS

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Padratildeo dos anos 8090 para altas taxas de transmissatildeo (155 Mbps a 622 Mbps e mais altas) arquitetura de Broadband Integrated Service Digital Network (B-ISDN)

Objetivo transporte integrado de voz dados e imagens com foco nas redes puacuteblicas de comunicaccedilatildeo Deve atender aos requisitos de tempoQoS para aplicaccedilotildees de voz

e de viacutedeo (versus o serviccedilo de melhor esforccedilo da Internet) Telefonia de ldquoproacutexima geraccedilatildeordquo fundamentos teacutecnicos no mundo da telefonia Comutaccedilatildeo de pacotes (pacotes de tamanho fixo chamados ldquoceacutelulasrdquo) usando circuitos virtuais

Modo de transferecircncia assiacutencrono ATM

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Camada de adaptaccedilatildeo apenas na borda de uma rede ATM Segmentaccedilatildeo e remontagem dos dados Grosseiramente anaacuteloga agrave camada de transporte da Internet

Camada ATM camada de ldquorederdquo Comutaccedilatildeo de ceacutelulas roteamento

Camada fiacutesica

Sistema final Sistema finalSwitch ATM Switch ATM

Arquitetura ATM

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Visatildeo transporte fim-a-fim ldquoATM de computador a computadorrdquo ATM eacute uma tecnologia de redeRealidade usada para conectar roteadores IP de backbone ldquoIP sobre ATMrdquo ATM como uma camada de enlace comutada conectando roteadores IP

ATM camada de rede ou de enlace

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Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL) ldquoadaptardquo camadas superiores (aplicaccedilotildees IP ou nativas ATM) para a camada ATM abaixo

AAL presente apenas nos sistemas finais natildeo nos comutadores ATM (ldquoswitchesrdquo)

O segmento da camada AAL (campo de cabeccedilalhotrailer e de dados) satildeo fragmentados em muacuteltiplas ceacutelulas ATM Analogia segmento TCP em muitos pacotes IP

Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL)

Sistema final Sistema finalSwitch ATM Switch ATM

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Diferentes versotildees da camada AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM AAL1 para serviccedilo CBR (taxa de bit constante) ex emulaccedilatildeo de circuitos AAL2 para serviccedilos VBR (taxa de bit variaacutevel) ex viacutedeo MPEG AAL5 para dados (ex datagramas IP)

AAL PDU

ceacutelula ATM

Dados de usuaacuterio

subcamadade convergecircncia

subcamadaSAR

Ceacutelula ATM

Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL)

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Serviccedilo transporte de ceacutelulas atraveacutes da rede ATM Anaacuteloga agrave camada de rede IP Serviccedilos muito diferentes da camada de rede IP

Arquiteturade rede

Internet

ATM

ATM

ATM

ATM

Modelo de serviccedilo

melhoresforccediloCBR

VBR

ABR

UBR

Banda

natildeo

taxaconstantetaxagarantidamiacutenimogarantidonatildeo

Perda

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Ordem

natildeo

sim

sim

sim

sim

Tempo

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Aviso decongestatildeo

natildeo (inferidopelas perdas)natildeo haacutecongestatildeonatildeo haacutecongestatildeosim

natildeo

Garantias

Camada ATM

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Transporte em VC ceacutelulas satildeo transportadas sobre VC da fonte ao destino Estabelecimento de conexatildeo necessaacuterio para cada chamada antes que o fluxo de dados possa ser iniciado Cada pacote transporta um identificador de VC (natildeo transporta o endereccedilo do destino) Cada comutador com caminho entre a fonte e o destino manteacutem o ldquoestadordquo para cada conexatildeo passante Recursos do enlace e do comutador (banda passante buffers) podem ser alocados por VC para obter um comportamento semelhante a um circuito fiacutesico

VCs permanentes (PVCs) Conexotildees de longa duraccedilatildeo Tipicamente rota ldquopermanenterdquo entre roteadores IP

VCs comutados (SVC) Dinamicamente criados numa base por chamada

Camadas ATM circuitos virtuais

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Vantagens do uso de circuitos virtuais no ATM Iacutendices de QoS garantidos para conexotildees mapeadas em

circuitos virtuais (banda passante atraso variacircncia de atraso)

Problemas no uso de circuitos virtuais O suporte de traacutefego datagrama eacute ineficiente Um PVC entre cada par origemdestino natildeo tem boa

escalabilidade (N2 conexotildees satildeo necessaacuterias) SVC introduz latecircncia de estabelecimento de conexatildeo e

atrasos de processamento para conexotildees de curta duraccedilatildeo

ATM VCs

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Cabeccedilalho da ceacutelula ATM com 5 bytes Carga uacutetil com 48-bytes

Por quecirc carga uacutetil pequena -gt pequeno atraso de criaccedilatildeo de ceacutelula para voz digitalizada

Meio do caminho entre 32 e 64 (compromisso)

cabeccedilalhoda ceacutelula

formato daceacutelula

3o bit no campo PTvalor 1 indica uacuteltima ceacutelula (AAL-indicate bit)

Camada ATM ceacutelula ATM

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VCI identificador de canal virtual Pode mudar de enlace para enlace atraveacutes da rede

PT tipo de carga uacutetil (ex ceacutelula RM versus ceacutelula de dados) CLP bit de prioridade de perda de ceacutelula

CLP = 1 implica ceacutelula de baixa prioridade pode ser descartada em caso de congestatildeo

HEC verificaccedilatildeo de erros no cabeccedilalho Verificaccedilatildeo ciacuteclica de erros

Cabeccedilalho da ceacutelula ATM

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A camada fiacutesica se compotildee de duas partes (subcamadas ) Subcamada de convergecircncia de transmissatildeo (TCS) adapta a camada

ATM acima agrave subcamada fiacutesica abaixo (PMD) Subcamada dependente do meio depende do tipo de meio fiacutesico que

estaacute sendo empregado

Funccedilotildees da TCS Geraccedilatildeo do checksum do cabeccedilalho 8 bits CRC Delineamento de ceacutelula Com uma subcamada PMD natildeo estruturada transmite ceacutelulas vazias

(ldquoidle cellsrdquo) quando natildeo haacute ceacutelulas de dados a enviar

Camada fiacutesica ATM

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Subcamada dependente do meio fiacutesico (PMD) SONETSDH estrutura de transmissatildeo de quadros (como um

container carregando bits) Sincronizaccedilatildeo de bits Particcedilotildees da banda passante (TDM) Vaacuterias velocidades OC1 = 5184 Mbps OC3 = 15552 Mbps OC12 = 62208 Mbps

T1T3 estrutura de transmissatildeo de quadros (velha hierarquia de telefonia 15 Mbps45 Mbps No Brasil usa-se a hierarquia europeacuteia E1E3 2 34 Mbps

Natildeo estruturada apenas ceacutelulas (ocupadasvazias)

Camada fiacutesica ATM

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Apenas IP claacutessico 3 ldquoredesrdquo (ex segmentos de LAN) Endereccedilos MAC (8023) e IP

IP sobre ATM Substitui ldquorederdquo (ex segmento

de LAN) com a rede ATM Endereccedilos ATM endereccedilos IP

redeATM

EthernetLANs

EthernetLANs

IP-sobre-ATM

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No endereccedilo de origem Camada IP encontra um mapeamento entre o endereccedilo IP e o endereccedilo de destino ATM (usando ARP) Passa o datagrama para a camada de adaptaccedilatildeo AAL5 AAL5 encapsula os dados segmenta em ceacutelulas e passa para a camada ATM

Rede ATM move a ceacutelula para o destino de acordo com o seu VC (circuito virtual)

No hospedeiro de destino AAL5 remonta o datagrama original a partir das ceacutelulas recebidas Se o CRC OK datagrama eacute passado ao IP

Viagem de um datagrama numa rede IP-sobre-ATM

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Questotildees Datagramas IP em ATM AAL5 PDUs Dos endereccedilos IP aos endereccedilos ATM

Da mesma forma que de endereccedilos IP para endereccedilos MAC 8023

redeATM

EthernetLANs

IP-sobre-ATM

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Objetivo inicial aumentar a velocidade de encaminhamento IP usando labels de tamanho fixo (em vez de endereccedilo IP) Mesma ideacuteia do meacutetodo de circuito virtual (VC) Mas o datagrama IP ainda manteacutem o endereccedilo IP

Multiprotocol label switching (MPLS)

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Roteador faz a funccedilatildeo de comutador de roacutetulo Pacotes encaminhados para interface de saiacuteda com base apenas no valor

do roacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP) Tabela de encaminhamento MPLS distinta das tabelas de encaminhamento IP

Protocolo de sinalizaccedilatildeo necessaacuterio para estabelecer o encaminhamento RSVP-TE Encaminhamento eacute possiacutevel por caminhos que o IP sozinho natildeo pode usar (ex roteamento de especificado pela origem) Use MPLS para engenharia de traacutefego

Deve coexistir com roteadores unicamente IP

Roteadores MPLS

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Tabelas de encaminhamento MPLS

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Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace Detecccedilatildeo de erros correccedilatildeo Compartilhando um canal broadcast acesso muacuteltiplo Endereccedilamento da camada de enlace

Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de vaacuterias tecnologias da camada de enlace Ethernet LANS comutadas PPP Redes virtualizadas como uma camada de enlace ATM MPLS

Resumo

Page 26: Capítulo 5 Redes de computadores e a Internet A camada de enlace e redes locais

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P(successo de um dado noacute) = P(noacute transmitir)

P(nenhum outro noacute transmitir em [p0-1p0]

P(nenhum outro noacute transmitir em [p0-1p0]

= p (1-p)N-1 (1-p)N-1

= p (1-p)2(N-1)

hellip escolhendo p oacutetimo e entatildeo deixando n -gt infinito

= 1(2e) = 18

Ainda pior

Eficiecircncia do Aloha puro

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CSMA escuta antes de transmitir Se o canal parece vazio transmite o pacote Se o canal estaacute ocupado adia a transmissatildeo Analogia humana natildeo interrompa os outros

CSMA Carrier Sense Multiple Access

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Colisotildees podem ocorrero atraso de propagaccedilatildeo implica que dois noacutes podem natildeo ouvir as transmissotildees do outro

Colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo do pacote eacute desperdiccedilado

Notepapel da distacircncia e do atraso de propagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo

arranjo espacial dos noacutes na rede

Colisotildees no CSMA

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CSMACD detecccedilatildeo de portadora deferecircncia como no CSMA Colisotildees detectadas num tempo mais curto Transmissotildees com colisotildees satildeo interrompidas reduzindo o desperdiacutecio do canal Detecccedilatildeo de colisatildeo Faacutecil em LANs cabeadas mediccedilatildeo da intensidade do sinal comparaccedilatildeo dos sinais transmitidos e recebidos Difiacutecil em LANs sem fio receptor desligado enquanto transmitindo Analogia humana o ldquobom de papordquo educado

CSMACD (detecccedilatildeo de colisatildeo)

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CSMACD detecccedilatildeo de colisatildeo

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Protocolos MAC com particionamento de canais Compartilham o canal eficientemente quando a carga eacute alta e bem distribuiacuteda Ineficiente nas cargas baixas atraso no acesso ao canal A estaccedilatildeo consegue uma banda de 1N da capacidade do canal mesmo que haja apenas 1 noacute ativo

Protocolos MAC de acesso aleatoacuterio Eficiente nas cargas baixas um uacutenico noacute pode usar todo o canal Cargas altas excesso de colisotildees

Protocolos de passagem de permissatildeoBuscam o melhor dos dois mundos

Protocolos MAC com passagem de permissatildeo

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Polling Noacute mestre ldquoconvidardquo os escravos a transmitirem um de cada vez Problemas

Polling overhead Latecircncia Ponto uacutenico de falha (mestre)

Token passing Controla um token passado de um noacute a outro sequumlencialmente Mensagem token Problemas

Token overhead Latecircncia Ponto uacutenico de falha (token)

Protocolos MAC com passagem de permissatildeo

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Como se faz com um canal compartilhado Particionamento de canal no tempo por frequumlecircncia ou por coacutedigo

Divisatildeo temporal divisatildeo por coacutedigo divisatildeo por frequumlecircncia Particionamento aleatoacuterio (dinacircmico)

ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACD Detecccedilatildeo de portadora faacutecil em alguns meios fiacutesicos (cabos) e

difiacutecil em outros (wireless) CSMACD usado na rede Ethernet CSMACA usado em 80211

Passagem de permissatildeo Polling a partir de um site central passagem de token

Sumaacuterio dos protocolos MAC

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Camada de enlace ateacute agora Serviccedilos detecccedilatildeo de erroscorreccedilatildeo acesso muacuteltiplo

A seguir tecnologias de redes locais (LAN) Endereccedilamento Ethernet hubs pontes switches PPP

Tecnologias de LAN

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A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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Endereccedilos IP de 32-bit Endereccedilos da camada de rede Usados para levar o datagrama ateacute a rede de destino (lembre-se

da definiccedilatildeo de rede IP)

Endereccedilo de LAN (ou MAC ou fiacutesico) Usado para levar o datagrama de uma interface fiacutesica a outra

fisicamente conectada com a primeira (isto eacute na mesma rede) Endereccedilos MAC com 48 bits (na maioria das LANs)

gravados na memoacuteria fixa (ROM) do adaptador de rede

Endereccedilos de LAN e ARP

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A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEE O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (para

assegurar a unicidade)

Analogia (a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG (b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal

Endereccedilamento MAC eacute ldquoflatrdquo =gt portabilidade Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra sem

reconfiguraccedilatildeo de endereccedilo MAC

Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevel Depende da rede na qual se estaacute ligado

Endereccedilos de LAN (mais)

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Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de Bdado o endereccedilo IP de B Cada noacute IP (hospedeiro roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabela ARP Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt

lt IP address MAC address TTLgt TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamento de

endereccedilos seraacute esquecido (tipicamente 20 min)

ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de resoluccedilatildeo de endereccedilos)

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A que enviar um datagrama para B e o endereccedilo MAS de B natildeo estaacute na tabela ARP de A

A faz broadcast de pacote de consulta ARB contendo o endereccedilo IP de B end MAC de destino = FF-FF-FF-FF-FF-FF todas as maacutequinas na LAN recebem a consulta ARP

B recebe o pacote ARP responde para A com seu endereccedilo MAC (de B) Quadro enviado para o end MAC de A (unicast)

A faz um cache (salva) o par de endereccedilos IP para MAC em sua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo se torne antiga (expirada) soft state informaccedilatildeo que expira (eacute descartada) sem atualizaccedilatildeo

ARP eacute ldquoplug-and-playrdquo Noacutes criam suas tabelas ARP sem intervenccedilatildeo do administrador da rede

Protocolo ARP Mesma LAN (network)

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objetivo envia datagrama de A para B via R supotildee que A conhece o endereccedilo IP de B

bull Duas tabelas ARP no roteador R um para cada rede IP (LAN)

Roteamento para outra LAN

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A cria o pacote IP com origem A destino B A usa ARP para obter o endereccedilo de camada fiacutesica de R correspondente ao

endereccedilo IP 111111111110 A cria um quadro Ethernet com o endereccedilo fiacutesico de R como destino o

quadro Ethernet conteacutem o datagrama IP de A para B A camada de enlace de A envia o quadroEthernet A camada de enlace de R recebe o quadro Ethernet R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verifica que ele se destina a

B R usa ARP para obter o endereccedilo fiacutesico de B R cria quadro contendo um datagrama de A para B e envia para B

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5 - 42copy 2005 by Pearson Education

A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo Barato R$20 por 100Mbps Primeira tecnologia de LAN largamente usada Mais simples e mais barata que LANs com token e ATM Velocidade crescente 10Mbps ndash 10Gbps

esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf

Ethernet

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Topologia de bus popular em meados dos anos 90 Agora a topologia em estrela prevalece Opccedilotildees de conexatildeo hub ou switch (mais adiante)

Topologia em estrela

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Adaptador do transmissor encapsula o datagrama IP (ou outro pacote de protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet

Preacircmbulo bull 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte com padratildeo 10101011bull usado para sincronizar as taxas de reloacutegio do transmissor e do receptor

Estrutura do quadro Ethernet

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Endereccedilos 6 bytes Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de destino coincidente ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa o dado no quadro para o protocolo da camada de rede

Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP mas outros podem ser suportados tais como Novell IPX e AppleTalk)

CRC verificado no receptor se um erro eacute detectado o quadro eacute simplesmente descartado

Estrutura do quadro Ethernet

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Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o receptor

Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou nacks para o adaptador transmissor O fluxo de datagramas que passa para a camada de rede pode deixar

lacunas Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCP Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas

Serviccedilo natildeo confiaacutevel sem conexatildeo

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Sem slots Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador

transmitindo isto eacute carrier sense O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador

transmitindo isto eacute collision detection Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo

aleatoacuterio isto eacute random access

Ethernet usa CSMACD

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1 Adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmitir o

quadro Se ele detecta o canal ocupado espera ateacute ele ficar livre e entatildeo transmite

3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo sua missatildeo com esse quadro estaacute cumprida

4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta e envia um jam signal

5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a m-eacutesima colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2m-1 O adaptador espera K512 tempos de bit e retorna ao passo 2

Algoritmo CSMACD da Ethernet

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Jam signal garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo 48 bitsBit time 1 microseg para Ethernet de 10 Mbpspara K=1023 o tempo de espera eacute cerca de 50 mseg

Veja o applet Java no Web site da AWL altamemte recomendadoExponential backoff Objetivo adaptar tentativas de retransmissatildeo para carga atual da rede

Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longa Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacute

K x 512 tempos de transmissatildeo de bit Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3hellip Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023

Ethernet CSMACD

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Tprop = propagaccedilatildeo maacutexima entre 2 noacutes na LAN

ttrans = tempo para transmitir um quadro de tamanho maacuteximo

Eficiecircncia tende a 1 quando tprop tende a 0

Tende a 1 quando ttrans tende ao infinito Muito melhor do que o ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato

transprop tt 51

1eficiecircncia

Eficiecircncia do CSMACD

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Taxa de 10100 Mbps chamado mais tarde de ldquofast ethernetrdquo T significa ldquoTwisted Pairrdquo (par de fios tranccedilados de cobre) Noacutes se conectam a um hub ldquotopologia em estrelardquo 100 m eacute a distacircncia

maacutexima entre os noacutes e o hub

10BaseT e 100BaseT

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Hubs satildeo essencialmente repetidores de camada fiacutesica Bits que chegam de um enlace se propagam para todos os outros enlaces Com a mesma taxa Natildeo possuem armazenagem de quadros Natildeo haacute CSMACD no hub adaptadores detectam colisotildees Provecirc funcionalidade de gerenciamento de rede

Hubs

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Usada em 10BaseT Cada bit possui uma transiccedilatildeo Permite que os reloacutegios nos noacutes de transmissatildeo e de recepccedilatildeo possam

sincronizar um com o outro Natildeo eacute necessaacuterio reloacutegio global centralizado entre os noacutes

Ei isso eacute coisa de camada fiacutesica

Codificaccedilatildeo Manchester

Codificaccedilatildeo Manchester

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Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeo Permite enlaces ponto-a-ponto e canais de muacuteltiplo acesso

compartilhados No modo compartilhado o CSMACD eacute usado exige pequenas

distacircncias entre os noacutes para ser eficiente Usa hubs chamados aqui de Distribuidores com Armazenagem

ldquoBuffered Distributorsrdquo Full-Duplex a 1 Gbps para enlaces ponto-a-ponto 10 Gbps agora

Gigabit Ethernet

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A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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Hub de backbone interconecta segmentos de LAN Estende a distacircncia maacutexima entre os noacutes Mas domiacutenios de colisatildeo individuais tornam-se um uacutenico e grande

domiacutenio de colisatildeo Natildeo pode interconectar 10BaseT e 100BaseT

Interconexatildeo com hubs

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Dispositivo de camada de enlace Armazena e encaminha quadros Ethernet Examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o

quadro baseado no endereccedilo MAC de destino Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento

usa CSMACD para acessar o segmento Transparente

Hospedeiros satildeo inconscientes da presenccedila dos switches Plug-and-play self-learning (auto-aprendizado)

Switches natildeo precisam ser configurados

Switch

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Como determinar para qual segmento da LAN encaminhar o quadro Parece um problema de roteamento

Encaminhamento

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Um switch possui uma tabela de switch Entrada na tabela do switch

(endereccedilo MAC interface marca de tempo) Entradas expiradas na tabela satildeo decartadas (TTL pode ser 60 min)

Switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de suas interfaces Quando recebe um quadro o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento da LAN que chega Registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela

Self learning (auto-aprendizado)

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Quando um switch recebe um quadro

indexa a tabela do switch usando end MAC de destinoif entrada for encontrada para o destino

then if dest no segmento deste quadro chegou

then descarta o quadro else encaminha o quadro na interface indicada else flood

Encaminha para todas as interfacesexceto para a que o quadro chegou

Filtragemencaminhamento

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Suponha que C envia um quadro para D

Switch recebe o quadro de C Anota na tabela que C estaacute na interface 1 Como D natildeo estaacute na tabela o switch encaminha o quadro para as

interfaces 2 e 3 Quadro recebido por D

hub hub hub

switch

A

B CD

EF

G H

I

endereccedilo interface

ABEG

1123

12 3

Switch exemplo

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5 - 63copy 2005 by Pearson Education

Suponha que D responde com um quadro para C

Switch recebe quadro de D Anota na tabela que D estaacute na interface 2 Como C estaacute na tabela o switch encaminha o quadro apenas para a

interface 1 Quadro recebido por C

hub hub hub

switch

A

B CD

EF

G H

I

endereccedilo interface

ABEGC

11231

Switch exemplo

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A instalaccedilatildeo do switch quebra as sub-redes em segmentos de LAN Switch filtra pacotes

Alguns quadros do mesmo segmento de LAN natildeo satildeo usualmente encaminhados para outros segmento de LAN

Segmentos se tornam separados em domiacutenios de colisatildeo

hub hub hub

switch

domiacutenio de colisatildeo domiacutenio de colisatildeo

domiacutenio de colisatildeo

Switch isolaccedilatildeo de traacutefego

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Switch com muitas interfaces Hospedeiros possuem conexatildeo direta ao switch Sem colisotildees full duplex

Switching A-para-Arsquo e B-para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees

Switches acesso dedicado

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Cut-through switching quadro encaminhado da porta de entrada ateacute a porta de saiacuteda sem ter de primeiro coletar o quadro todo Ligeira reduccedilatildeo na latecircncia

Combinaccedilotildees de interfaces 101001000 Mbps compartilhadasdedicadas

Mais sobre switches

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Redes corporativas

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Ambos satildeo dispositivos store-and-forward Roteadores dispositivos de camada de rede (examinam cabeccedilalhos

da camada de rede) Switches satildeo dispositivos da camada de enlace

Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam algoritmos de roteamento Switches mantecircm tabelas de switch implementam filtragem algoritmos de aprendizagem

Switches vs roteadores

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hubs roteadores switches

isolaccedilatildeo detraacutefego

natildeo sim sim

plug amp play sim natildeo sim

roteamentooacutetimo

natildeo sim natildeo

cutthrough

sim natildeo sim

Resumo comparaccedilatildeo

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A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace de broadcast Sem Media Access Control Natildeo necessita de endereccedilamento MAC expliacutecito Ex dialup link linha ISDN

Protocolos ponto-a-ponto DLC populares PPP (point-to-point protocol) HDLC High level data link control (camada de enlace costumava ser considerada ldquocamada altardquo na pilha de protocolos)

Controle de enlace de dados ponto-a-ponto

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Enquadramento de pacote encapsulamento do datagrama da camada de rede no quadro da camada de enlace Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolo de rede (natildeo apenas o IP) ao mesmo tempo Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo

Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo de bit no campo de dados

Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo) Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do enlace

para a camada de rede Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos terminais

do enlace podem aprender e configurar o endereccedilo de rede dos outros

PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]

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Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros Natildeo haacute controle de fluxo Aceita entregas fora de ordem Natildeo haacute necessidade de suportar enlaces multiponto (ex polling)

Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeo dos dados satildeo todos relegados para as camadas mais altas

PPP natildeo requisitos

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Flag delimitador (enquadramento) Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura) Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacuteltiplos campos de

controle Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o conteuacutedo do

quadro deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)

PPP formato do quadro

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info dados da camada superior sendo transportados CRC verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de erros

PPP formato dos dados

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Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de dados deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt01111110gt

P Se for recebido o padratildeo lt01111110gt satildeo dados ou eacute flag Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte extra com o padratildeo lt

01111101gt (escape) antes de cada byte com o padratildeo de flag lt 01111110gt nos dados

Receptor Um byte 01111101 seguido de 01111110 em seguida descarta o primeiro e continua a recepccedilatildeo de dados Uacutenico byte 01111110 entatildeo eacute um flag

Byte stuffing

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byte com o padratildeodo flag nos dados a enviar

byte com o padratildeo de escape acrescentado nos dados transmitidos seguido por um byte com padratildeo de flag

Byte stuffing

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Antes de trocar dados da camada de rede os parceiros da camada de enlace devem A configurar o enlace PPP (tamanho maacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo) Aprenderconfigurar as informaccedilotildees da camada de rede

Para o IP transportar mensagens do protocolo de controle IP (IPCP) (campo de protocolo 8021) para configuraraprender os

endereccedilos IP

PPP protocolo de controle de dados

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A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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Virtualizaccedilatildeo dos recursos uma poderosa abstraccedilatildeo em engenharia de sistemas Exemplos em computaccedilatildeo memoacuteria virtual dispositivos virtuais

Maacutequinas virtuais ex java IBM VM os dos anos 6070

Camada de abstraccedilotildees natildeo se apega a detalhes da camada mais baixa apenas trata com as camadas mais baixas abstratamente

Virtualizaccedilatildeo das redes

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1974 muacuteltiplas redes desconectadas ARPAnet redes de dados-sobre-cabo rede de pacote por sateacutelite (Aloha) rede de pacotes por raacutedio

hellip diferentes em convenccedilotildees de endereccedilamento formatos do pacote recuperaccedilatildeo de erros roteamento

Internet virtualizaccedilatildeo das redes

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Camada de rede da Internet (IP) Endereccedilamento internetwork

aparece como uma entidade uacutenica e uniforme escondendo a heterogeneidade das redes locais

Rede de redes

Gateway ldquoembute pacotes da Internet no

formato de um pacote local ou os extrairdquo

Rota (no niacutevel de internetwork) para o proacuteximo gateway

Internet virtualizaccedilatildeo das redes

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O que eacute virtualizado Duas camadas de endereccedilamento Internet e rede local Nova camada (IP) torna tudo homogecircneo na camada da Internet Tecnologia da rede local em questatildeo

Cabo Sateacutelite Modem telefocircnico de 56 K Hoje ATM MPLS

hellip ldquoinvisiacutevelrdquo na camada da Internet Parece com uma tecnologia de camada de enlace para o IP

Arquitetura da Internet de Cerf amp Kahn

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ATM MPLS redes separadas em seus proacuteprios direitos Modelos de serviccedilo endereccedilamento roteamento diferentes da Internet

Vistos pela Internet como um enlace loacutegico conectando roteadores IP Assim como o dialup link eacute realmente parte de uma rede separada

(rede telefocircnica)

ATM MPLS de interesse teacutecnico em seu proacuteprio direito

ATM e MPLS

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Padratildeo dos anos 8090 para altas taxas de transmissatildeo (155 Mbps a 622 Mbps e mais altas) arquitetura de Broadband Integrated Service Digital Network (B-ISDN)

Objetivo transporte integrado de voz dados e imagens com foco nas redes puacuteblicas de comunicaccedilatildeo Deve atender aos requisitos de tempoQoS para aplicaccedilotildees de voz

e de viacutedeo (versus o serviccedilo de melhor esforccedilo da Internet) Telefonia de ldquoproacutexima geraccedilatildeordquo fundamentos teacutecnicos no mundo da telefonia Comutaccedilatildeo de pacotes (pacotes de tamanho fixo chamados ldquoceacutelulasrdquo) usando circuitos virtuais

Modo de transferecircncia assiacutencrono ATM

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Camada de adaptaccedilatildeo apenas na borda de uma rede ATM Segmentaccedilatildeo e remontagem dos dados Grosseiramente anaacuteloga agrave camada de transporte da Internet

Camada ATM camada de ldquorederdquo Comutaccedilatildeo de ceacutelulas roteamento

Camada fiacutesica

Sistema final Sistema finalSwitch ATM Switch ATM

Arquitetura ATM

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Visatildeo transporte fim-a-fim ldquoATM de computador a computadorrdquo ATM eacute uma tecnologia de redeRealidade usada para conectar roteadores IP de backbone ldquoIP sobre ATMrdquo ATM como uma camada de enlace comutada conectando roteadores IP

ATM camada de rede ou de enlace

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Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL) ldquoadaptardquo camadas superiores (aplicaccedilotildees IP ou nativas ATM) para a camada ATM abaixo

AAL presente apenas nos sistemas finais natildeo nos comutadores ATM (ldquoswitchesrdquo)

O segmento da camada AAL (campo de cabeccedilalhotrailer e de dados) satildeo fragmentados em muacuteltiplas ceacutelulas ATM Analogia segmento TCP em muitos pacotes IP

Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL)

Sistema final Sistema finalSwitch ATM Switch ATM

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Diferentes versotildees da camada AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM AAL1 para serviccedilo CBR (taxa de bit constante) ex emulaccedilatildeo de circuitos AAL2 para serviccedilos VBR (taxa de bit variaacutevel) ex viacutedeo MPEG AAL5 para dados (ex datagramas IP)

AAL PDU

ceacutelula ATM

Dados de usuaacuterio

subcamadade convergecircncia

subcamadaSAR

Ceacutelula ATM

Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL)

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Serviccedilo transporte de ceacutelulas atraveacutes da rede ATM Anaacuteloga agrave camada de rede IP Serviccedilos muito diferentes da camada de rede IP

Arquiteturade rede

Internet

ATM

ATM

ATM

ATM

Modelo de serviccedilo

melhoresforccediloCBR

VBR

ABR

UBR

Banda

natildeo

taxaconstantetaxagarantidamiacutenimogarantidonatildeo

Perda

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Ordem

natildeo

sim

sim

sim

sim

Tempo

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Aviso decongestatildeo

natildeo (inferidopelas perdas)natildeo haacutecongestatildeonatildeo haacutecongestatildeosim

natildeo

Garantias

Camada ATM

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Transporte em VC ceacutelulas satildeo transportadas sobre VC da fonte ao destino Estabelecimento de conexatildeo necessaacuterio para cada chamada antes que o fluxo de dados possa ser iniciado Cada pacote transporta um identificador de VC (natildeo transporta o endereccedilo do destino) Cada comutador com caminho entre a fonte e o destino manteacutem o ldquoestadordquo para cada conexatildeo passante Recursos do enlace e do comutador (banda passante buffers) podem ser alocados por VC para obter um comportamento semelhante a um circuito fiacutesico

VCs permanentes (PVCs) Conexotildees de longa duraccedilatildeo Tipicamente rota ldquopermanenterdquo entre roteadores IP

VCs comutados (SVC) Dinamicamente criados numa base por chamada

Camadas ATM circuitos virtuais

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Vantagens do uso de circuitos virtuais no ATM Iacutendices de QoS garantidos para conexotildees mapeadas em

circuitos virtuais (banda passante atraso variacircncia de atraso)

Problemas no uso de circuitos virtuais O suporte de traacutefego datagrama eacute ineficiente Um PVC entre cada par origemdestino natildeo tem boa

escalabilidade (N2 conexotildees satildeo necessaacuterias) SVC introduz latecircncia de estabelecimento de conexatildeo e

atrasos de processamento para conexotildees de curta duraccedilatildeo

ATM VCs

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Cabeccedilalho da ceacutelula ATM com 5 bytes Carga uacutetil com 48-bytes

Por quecirc carga uacutetil pequena -gt pequeno atraso de criaccedilatildeo de ceacutelula para voz digitalizada

Meio do caminho entre 32 e 64 (compromisso)

cabeccedilalhoda ceacutelula

formato daceacutelula

3o bit no campo PTvalor 1 indica uacuteltima ceacutelula (AAL-indicate bit)

Camada ATM ceacutelula ATM

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VCI identificador de canal virtual Pode mudar de enlace para enlace atraveacutes da rede

PT tipo de carga uacutetil (ex ceacutelula RM versus ceacutelula de dados) CLP bit de prioridade de perda de ceacutelula

CLP = 1 implica ceacutelula de baixa prioridade pode ser descartada em caso de congestatildeo

HEC verificaccedilatildeo de erros no cabeccedilalho Verificaccedilatildeo ciacuteclica de erros

Cabeccedilalho da ceacutelula ATM

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A camada fiacutesica se compotildee de duas partes (subcamadas ) Subcamada de convergecircncia de transmissatildeo (TCS) adapta a camada

ATM acima agrave subcamada fiacutesica abaixo (PMD) Subcamada dependente do meio depende do tipo de meio fiacutesico que

estaacute sendo empregado

Funccedilotildees da TCS Geraccedilatildeo do checksum do cabeccedilalho 8 bits CRC Delineamento de ceacutelula Com uma subcamada PMD natildeo estruturada transmite ceacutelulas vazias

(ldquoidle cellsrdquo) quando natildeo haacute ceacutelulas de dados a enviar

Camada fiacutesica ATM

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Subcamada dependente do meio fiacutesico (PMD) SONETSDH estrutura de transmissatildeo de quadros (como um

container carregando bits) Sincronizaccedilatildeo de bits Particcedilotildees da banda passante (TDM) Vaacuterias velocidades OC1 = 5184 Mbps OC3 = 15552 Mbps OC12 = 62208 Mbps

T1T3 estrutura de transmissatildeo de quadros (velha hierarquia de telefonia 15 Mbps45 Mbps No Brasil usa-se a hierarquia europeacuteia E1E3 2 34 Mbps

Natildeo estruturada apenas ceacutelulas (ocupadasvazias)

Camada fiacutesica ATM

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Apenas IP claacutessico 3 ldquoredesrdquo (ex segmentos de LAN) Endereccedilos MAC (8023) e IP

IP sobre ATM Substitui ldquorederdquo (ex segmento

de LAN) com a rede ATM Endereccedilos ATM endereccedilos IP

redeATM

EthernetLANs

EthernetLANs

IP-sobre-ATM

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No endereccedilo de origem Camada IP encontra um mapeamento entre o endereccedilo IP e o endereccedilo de destino ATM (usando ARP) Passa o datagrama para a camada de adaptaccedilatildeo AAL5 AAL5 encapsula os dados segmenta em ceacutelulas e passa para a camada ATM

Rede ATM move a ceacutelula para o destino de acordo com o seu VC (circuito virtual)

No hospedeiro de destino AAL5 remonta o datagrama original a partir das ceacutelulas recebidas Se o CRC OK datagrama eacute passado ao IP

Viagem de um datagrama numa rede IP-sobre-ATM

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Questotildees Datagramas IP em ATM AAL5 PDUs Dos endereccedilos IP aos endereccedilos ATM

Da mesma forma que de endereccedilos IP para endereccedilos MAC 8023

redeATM

EthernetLANs

IP-sobre-ATM

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Objetivo inicial aumentar a velocidade de encaminhamento IP usando labels de tamanho fixo (em vez de endereccedilo IP) Mesma ideacuteia do meacutetodo de circuito virtual (VC) Mas o datagrama IP ainda manteacutem o endereccedilo IP

Multiprotocol label switching (MPLS)

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Roteador faz a funccedilatildeo de comutador de roacutetulo Pacotes encaminhados para interface de saiacuteda com base apenas no valor

do roacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP) Tabela de encaminhamento MPLS distinta das tabelas de encaminhamento IP

Protocolo de sinalizaccedilatildeo necessaacuterio para estabelecer o encaminhamento RSVP-TE Encaminhamento eacute possiacutevel por caminhos que o IP sozinho natildeo pode usar (ex roteamento de especificado pela origem) Use MPLS para engenharia de traacutefego

Deve coexistir com roteadores unicamente IP

Roteadores MPLS

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Tabelas de encaminhamento MPLS

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Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace Detecccedilatildeo de erros correccedilatildeo Compartilhando um canal broadcast acesso muacuteltiplo Endereccedilamento da camada de enlace

Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de vaacuterias tecnologias da camada de enlace Ethernet LANS comutadas PPP Redes virtualizadas como uma camada de enlace ATM MPLS

Resumo

Page 27: Capítulo 5 Redes de computadores e a Internet A camada de enlace e redes locais

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CSMA escuta antes de transmitir Se o canal parece vazio transmite o pacote Se o canal estaacute ocupado adia a transmissatildeo Analogia humana natildeo interrompa os outros

CSMA Carrier Sense Multiple Access

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Colisotildees podem ocorrero atraso de propagaccedilatildeo implica que dois noacutes podem natildeo ouvir as transmissotildees do outro

Colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo do pacote eacute desperdiccedilado

Notepapel da distacircncia e do atraso de propagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo

arranjo espacial dos noacutes na rede

Colisotildees no CSMA

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CSMACD detecccedilatildeo de portadora deferecircncia como no CSMA Colisotildees detectadas num tempo mais curto Transmissotildees com colisotildees satildeo interrompidas reduzindo o desperdiacutecio do canal Detecccedilatildeo de colisatildeo Faacutecil em LANs cabeadas mediccedilatildeo da intensidade do sinal comparaccedilatildeo dos sinais transmitidos e recebidos Difiacutecil em LANs sem fio receptor desligado enquanto transmitindo Analogia humana o ldquobom de papordquo educado

CSMACD (detecccedilatildeo de colisatildeo)

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CSMACD detecccedilatildeo de colisatildeo

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Protocolos MAC com particionamento de canais Compartilham o canal eficientemente quando a carga eacute alta e bem distribuiacuteda Ineficiente nas cargas baixas atraso no acesso ao canal A estaccedilatildeo consegue uma banda de 1N da capacidade do canal mesmo que haja apenas 1 noacute ativo

Protocolos MAC de acesso aleatoacuterio Eficiente nas cargas baixas um uacutenico noacute pode usar todo o canal Cargas altas excesso de colisotildees

Protocolos de passagem de permissatildeoBuscam o melhor dos dois mundos

Protocolos MAC com passagem de permissatildeo

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Polling Noacute mestre ldquoconvidardquo os escravos a transmitirem um de cada vez Problemas

Polling overhead Latecircncia Ponto uacutenico de falha (mestre)

Token passing Controla um token passado de um noacute a outro sequumlencialmente Mensagem token Problemas

Token overhead Latecircncia Ponto uacutenico de falha (token)

Protocolos MAC com passagem de permissatildeo

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Como se faz com um canal compartilhado Particionamento de canal no tempo por frequumlecircncia ou por coacutedigo

Divisatildeo temporal divisatildeo por coacutedigo divisatildeo por frequumlecircncia Particionamento aleatoacuterio (dinacircmico)

ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACD Detecccedilatildeo de portadora faacutecil em alguns meios fiacutesicos (cabos) e

difiacutecil em outros (wireless) CSMACD usado na rede Ethernet CSMACA usado em 80211

Passagem de permissatildeo Polling a partir de um site central passagem de token

Sumaacuterio dos protocolos MAC

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Camada de enlace ateacute agora Serviccedilos detecccedilatildeo de erroscorreccedilatildeo acesso muacuteltiplo

A seguir tecnologias de redes locais (LAN) Endereccedilamento Ethernet hubs pontes switches PPP

Tecnologias de LAN

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A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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Endereccedilos IP de 32-bit Endereccedilos da camada de rede Usados para levar o datagrama ateacute a rede de destino (lembre-se

da definiccedilatildeo de rede IP)

Endereccedilo de LAN (ou MAC ou fiacutesico) Usado para levar o datagrama de uma interface fiacutesica a outra

fisicamente conectada com a primeira (isto eacute na mesma rede) Endereccedilos MAC com 48 bits (na maioria das LANs)

gravados na memoacuteria fixa (ROM) do adaptador de rede

Endereccedilos de LAN e ARP

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A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEE O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (para

assegurar a unicidade)

Analogia (a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG (b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal

Endereccedilamento MAC eacute ldquoflatrdquo =gt portabilidade Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra sem

reconfiguraccedilatildeo de endereccedilo MAC

Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevel Depende da rede na qual se estaacute ligado

Endereccedilos de LAN (mais)

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Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de Bdado o endereccedilo IP de B Cada noacute IP (hospedeiro roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabela ARP Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt

lt IP address MAC address TTLgt TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamento de

endereccedilos seraacute esquecido (tipicamente 20 min)

ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de resoluccedilatildeo de endereccedilos)

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A que enviar um datagrama para B e o endereccedilo MAS de B natildeo estaacute na tabela ARP de A

A faz broadcast de pacote de consulta ARB contendo o endereccedilo IP de B end MAC de destino = FF-FF-FF-FF-FF-FF todas as maacutequinas na LAN recebem a consulta ARP

B recebe o pacote ARP responde para A com seu endereccedilo MAC (de B) Quadro enviado para o end MAC de A (unicast)

A faz um cache (salva) o par de endereccedilos IP para MAC em sua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo se torne antiga (expirada) soft state informaccedilatildeo que expira (eacute descartada) sem atualizaccedilatildeo

ARP eacute ldquoplug-and-playrdquo Noacutes criam suas tabelas ARP sem intervenccedilatildeo do administrador da rede

Protocolo ARP Mesma LAN (network)

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objetivo envia datagrama de A para B via R supotildee que A conhece o endereccedilo IP de B

bull Duas tabelas ARP no roteador R um para cada rede IP (LAN)

Roteamento para outra LAN

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A cria o pacote IP com origem A destino B A usa ARP para obter o endereccedilo de camada fiacutesica de R correspondente ao

endereccedilo IP 111111111110 A cria um quadro Ethernet com o endereccedilo fiacutesico de R como destino o

quadro Ethernet conteacutem o datagrama IP de A para B A camada de enlace de A envia o quadroEthernet A camada de enlace de R recebe o quadro Ethernet R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verifica que ele se destina a

B R usa ARP para obter o endereccedilo fiacutesico de B R cria quadro contendo um datagrama de A para B e envia para B

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A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo Barato R$20 por 100Mbps Primeira tecnologia de LAN largamente usada Mais simples e mais barata que LANs com token e ATM Velocidade crescente 10Mbps ndash 10Gbps

esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf

Ethernet

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Topologia de bus popular em meados dos anos 90 Agora a topologia em estrela prevalece Opccedilotildees de conexatildeo hub ou switch (mais adiante)

Topologia em estrela

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Adaptador do transmissor encapsula o datagrama IP (ou outro pacote de protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet

Preacircmbulo bull 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte com padratildeo 10101011bull usado para sincronizar as taxas de reloacutegio do transmissor e do receptor

Estrutura do quadro Ethernet

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Endereccedilos 6 bytes Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de destino coincidente ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa o dado no quadro para o protocolo da camada de rede

Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP mas outros podem ser suportados tais como Novell IPX e AppleTalk)

CRC verificado no receptor se um erro eacute detectado o quadro eacute simplesmente descartado

Estrutura do quadro Ethernet

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Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o receptor

Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou nacks para o adaptador transmissor O fluxo de datagramas que passa para a camada de rede pode deixar

lacunas Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCP Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas

Serviccedilo natildeo confiaacutevel sem conexatildeo

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Sem slots Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador

transmitindo isto eacute carrier sense O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador

transmitindo isto eacute collision detection Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo

aleatoacuterio isto eacute random access

Ethernet usa CSMACD

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1 Adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmitir o

quadro Se ele detecta o canal ocupado espera ateacute ele ficar livre e entatildeo transmite

3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo sua missatildeo com esse quadro estaacute cumprida

4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta e envia um jam signal

5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a m-eacutesima colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2m-1 O adaptador espera K512 tempos de bit e retorna ao passo 2

Algoritmo CSMACD da Ethernet

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Jam signal garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo 48 bitsBit time 1 microseg para Ethernet de 10 Mbpspara K=1023 o tempo de espera eacute cerca de 50 mseg

Veja o applet Java no Web site da AWL altamemte recomendadoExponential backoff Objetivo adaptar tentativas de retransmissatildeo para carga atual da rede

Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longa Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacute

K x 512 tempos de transmissatildeo de bit Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3hellip Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023

Ethernet CSMACD

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Tprop = propagaccedilatildeo maacutexima entre 2 noacutes na LAN

ttrans = tempo para transmitir um quadro de tamanho maacuteximo

Eficiecircncia tende a 1 quando tprop tende a 0

Tende a 1 quando ttrans tende ao infinito Muito melhor do que o ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato

transprop tt 51

1eficiecircncia

Eficiecircncia do CSMACD

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Taxa de 10100 Mbps chamado mais tarde de ldquofast ethernetrdquo T significa ldquoTwisted Pairrdquo (par de fios tranccedilados de cobre) Noacutes se conectam a um hub ldquotopologia em estrelardquo 100 m eacute a distacircncia

maacutexima entre os noacutes e o hub

10BaseT e 100BaseT

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Hubs satildeo essencialmente repetidores de camada fiacutesica Bits que chegam de um enlace se propagam para todos os outros enlaces Com a mesma taxa Natildeo possuem armazenagem de quadros Natildeo haacute CSMACD no hub adaptadores detectam colisotildees Provecirc funcionalidade de gerenciamento de rede

Hubs

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Usada em 10BaseT Cada bit possui uma transiccedilatildeo Permite que os reloacutegios nos noacutes de transmissatildeo e de recepccedilatildeo possam

sincronizar um com o outro Natildeo eacute necessaacuterio reloacutegio global centralizado entre os noacutes

Ei isso eacute coisa de camada fiacutesica

Codificaccedilatildeo Manchester

Codificaccedilatildeo Manchester

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Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeo Permite enlaces ponto-a-ponto e canais de muacuteltiplo acesso

compartilhados No modo compartilhado o CSMACD eacute usado exige pequenas

distacircncias entre os noacutes para ser eficiente Usa hubs chamados aqui de Distribuidores com Armazenagem

ldquoBuffered Distributorsrdquo Full-Duplex a 1 Gbps para enlaces ponto-a-ponto 10 Gbps agora

Gigabit Ethernet

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A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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Hub de backbone interconecta segmentos de LAN Estende a distacircncia maacutexima entre os noacutes Mas domiacutenios de colisatildeo individuais tornam-se um uacutenico e grande

domiacutenio de colisatildeo Natildeo pode interconectar 10BaseT e 100BaseT

Interconexatildeo com hubs

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Dispositivo de camada de enlace Armazena e encaminha quadros Ethernet Examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o

quadro baseado no endereccedilo MAC de destino Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento

usa CSMACD para acessar o segmento Transparente

Hospedeiros satildeo inconscientes da presenccedila dos switches Plug-and-play self-learning (auto-aprendizado)

Switches natildeo precisam ser configurados

Switch

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Como determinar para qual segmento da LAN encaminhar o quadro Parece um problema de roteamento

Encaminhamento

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Um switch possui uma tabela de switch Entrada na tabela do switch

(endereccedilo MAC interface marca de tempo) Entradas expiradas na tabela satildeo decartadas (TTL pode ser 60 min)

Switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de suas interfaces Quando recebe um quadro o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento da LAN que chega Registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela

Self learning (auto-aprendizado)

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Quando um switch recebe um quadro

indexa a tabela do switch usando end MAC de destinoif entrada for encontrada para o destino

then if dest no segmento deste quadro chegou

then descarta o quadro else encaminha o quadro na interface indicada else flood

Encaminha para todas as interfacesexceto para a que o quadro chegou

Filtragemencaminhamento

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Suponha que C envia um quadro para D

Switch recebe o quadro de C Anota na tabela que C estaacute na interface 1 Como D natildeo estaacute na tabela o switch encaminha o quadro para as

interfaces 2 e 3 Quadro recebido por D

hub hub hub

switch

A

B CD

EF

G H

I

endereccedilo interface

ABEG

1123

12 3

Switch exemplo

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Suponha que D responde com um quadro para C

Switch recebe quadro de D Anota na tabela que D estaacute na interface 2 Como C estaacute na tabela o switch encaminha o quadro apenas para a

interface 1 Quadro recebido por C

hub hub hub

switch

A

B CD

EF

G H

I

endereccedilo interface

ABEGC

11231

Switch exemplo

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A instalaccedilatildeo do switch quebra as sub-redes em segmentos de LAN Switch filtra pacotes

Alguns quadros do mesmo segmento de LAN natildeo satildeo usualmente encaminhados para outros segmento de LAN

Segmentos se tornam separados em domiacutenios de colisatildeo

hub hub hub

switch

domiacutenio de colisatildeo domiacutenio de colisatildeo

domiacutenio de colisatildeo

Switch isolaccedilatildeo de traacutefego

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Switch com muitas interfaces Hospedeiros possuem conexatildeo direta ao switch Sem colisotildees full duplex

Switching A-para-Arsquo e B-para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees

Switches acesso dedicado

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Cut-through switching quadro encaminhado da porta de entrada ateacute a porta de saiacuteda sem ter de primeiro coletar o quadro todo Ligeira reduccedilatildeo na latecircncia

Combinaccedilotildees de interfaces 101001000 Mbps compartilhadasdedicadas

Mais sobre switches

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Redes corporativas

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Ambos satildeo dispositivos store-and-forward Roteadores dispositivos de camada de rede (examinam cabeccedilalhos

da camada de rede) Switches satildeo dispositivos da camada de enlace

Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam algoritmos de roteamento Switches mantecircm tabelas de switch implementam filtragem algoritmos de aprendizagem

Switches vs roteadores

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hubs roteadores switches

isolaccedilatildeo detraacutefego

natildeo sim sim

plug amp play sim natildeo sim

roteamentooacutetimo

natildeo sim natildeo

cutthrough

sim natildeo sim

Resumo comparaccedilatildeo

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A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace de broadcast Sem Media Access Control Natildeo necessita de endereccedilamento MAC expliacutecito Ex dialup link linha ISDN

Protocolos ponto-a-ponto DLC populares PPP (point-to-point protocol) HDLC High level data link control (camada de enlace costumava ser considerada ldquocamada altardquo na pilha de protocolos)

Controle de enlace de dados ponto-a-ponto

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Enquadramento de pacote encapsulamento do datagrama da camada de rede no quadro da camada de enlace Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolo de rede (natildeo apenas o IP) ao mesmo tempo Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo

Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo de bit no campo de dados

Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo) Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do enlace

para a camada de rede Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos terminais

do enlace podem aprender e configurar o endereccedilo de rede dos outros

PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]

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Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros Natildeo haacute controle de fluxo Aceita entregas fora de ordem Natildeo haacute necessidade de suportar enlaces multiponto (ex polling)

Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeo dos dados satildeo todos relegados para as camadas mais altas

PPP natildeo requisitos

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Flag delimitador (enquadramento) Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura) Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacuteltiplos campos de

controle Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o conteuacutedo do

quadro deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)

PPP formato do quadro

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info dados da camada superior sendo transportados CRC verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de erros

PPP formato dos dados

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Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de dados deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt01111110gt

P Se for recebido o padratildeo lt01111110gt satildeo dados ou eacute flag Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte extra com o padratildeo lt

01111101gt (escape) antes de cada byte com o padratildeo de flag lt 01111110gt nos dados

Receptor Um byte 01111101 seguido de 01111110 em seguida descarta o primeiro e continua a recepccedilatildeo de dados Uacutenico byte 01111110 entatildeo eacute um flag

Byte stuffing

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byte com o padratildeodo flag nos dados a enviar

byte com o padratildeo de escape acrescentado nos dados transmitidos seguido por um byte com padratildeo de flag

Byte stuffing

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Antes de trocar dados da camada de rede os parceiros da camada de enlace devem A configurar o enlace PPP (tamanho maacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo) Aprenderconfigurar as informaccedilotildees da camada de rede

Para o IP transportar mensagens do protocolo de controle IP (IPCP) (campo de protocolo 8021) para configuraraprender os

endereccedilos IP

PPP protocolo de controle de dados

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A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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Virtualizaccedilatildeo dos recursos uma poderosa abstraccedilatildeo em engenharia de sistemas Exemplos em computaccedilatildeo memoacuteria virtual dispositivos virtuais

Maacutequinas virtuais ex java IBM VM os dos anos 6070

Camada de abstraccedilotildees natildeo se apega a detalhes da camada mais baixa apenas trata com as camadas mais baixas abstratamente

Virtualizaccedilatildeo das redes

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1974 muacuteltiplas redes desconectadas ARPAnet redes de dados-sobre-cabo rede de pacote por sateacutelite (Aloha) rede de pacotes por raacutedio

hellip diferentes em convenccedilotildees de endereccedilamento formatos do pacote recuperaccedilatildeo de erros roteamento

Internet virtualizaccedilatildeo das redes

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Camada de rede da Internet (IP) Endereccedilamento internetwork

aparece como uma entidade uacutenica e uniforme escondendo a heterogeneidade das redes locais

Rede de redes

Gateway ldquoembute pacotes da Internet no

formato de um pacote local ou os extrairdquo

Rota (no niacutevel de internetwork) para o proacuteximo gateway

Internet virtualizaccedilatildeo das redes

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O que eacute virtualizado Duas camadas de endereccedilamento Internet e rede local Nova camada (IP) torna tudo homogecircneo na camada da Internet Tecnologia da rede local em questatildeo

Cabo Sateacutelite Modem telefocircnico de 56 K Hoje ATM MPLS

hellip ldquoinvisiacutevelrdquo na camada da Internet Parece com uma tecnologia de camada de enlace para o IP

Arquitetura da Internet de Cerf amp Kahn

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ATM MPLS redes separadas em seus proacuteprios direitos Modelos de serviccedilo endereccedilamento roteamento diferentes da Internet

Vistos pela Internet como um enlace loacutegico conectando roteadores IP Assim como o dialup link eacute realmente parte de uma rede separada

(rede telefocircnica)

ATM MPLS de interesse teacutecnico em seu proacuteprio direito

ATM e MPLS

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Padratildeo dos anos 8090 para altas taxas de transmissatildeo (155 Mbps a 622 Mbps e mais altas) arquitetura de Broadband Integrated Service Digital Network (B-ISDN)

Objetivo transporte integrado de voz dados e imagens com foco nas redes puacuteblicas de comunicaccedilatildeo Deve atender aos requisitos de tempoQoS para aplicaccedilotildees de voz

e de viacutedeo (versus o serviccedilo de melhor esforccedilo da Internet) Telefonia de ldquoproacutexima geraccedilatildeordquo fundamentos teacutecnicos no mundo da telefonia Comutaccedilatildeo de pacotes (pacotes de tamanho fixo chamados ldquoceacutelulasrdquo) usando circuitos virtuais

Modo de transferecircncia assiacutencrono ATM

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Camada de adaptaccedilatildeo apenas na borda de uma rede ATM Segmentaccedilatildeo e remontagem dos dados Grosseiramente anaacuteloga agrave camada de transporte da Internet

Camada ATM camada de ldquorederdquo Comutaccedilatildeo de ceacutelulas roteamento

Camada fiacutesica

Sistema final Sistema finalSwitch ATM Switch ATM

Arquitetura ATM

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Visatildeo transporte fim-a-fim ldquoATM de computador a computadorrdquo ATM eacute uma tecnologia de redeRealidade usada para conectar roteadores IP de backbone ldquoIP sobre ATMrdquo ATM como uma camada de enlace comutada conectando roteadores IP

ATM camada de rede ou de enlace

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Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL) ldquoadaptardquo camadas superiores (aplicaccedilotildees IP ou nativas ATM) para a camada ATM abaixo

AAL presente apenas nos sistemas finais natildeo nos comutadores ATM (ldquoswitchesrdquo)

O segmento da camada AAL (campo de cabeccedilalhotrailer e de dados) satildeo fragmentados em muacuteltiplas ceacutelulas ATM Analogia segmento TCP em muitos pacotes IP

Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL)

Sistema final Sistema finalSwitch ATM Switch ATM

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Diferentes versotildees da camada AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM AAL1 para serviccedilo CBR (taxa de bit constante) ex emulaccedilatildeo de circuitos AAL2 para serviccedilos VBR (taxa de bit variaacutevel) ex viacutedeo MPEG AAL5 para dados (ex datagramas IP)

AAL PDU

ceacutelula ATM

Dados de usuaacuterio

subcamadade convergecircncia

subcamadaSAR

Ceacutelula ATM

Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL)

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Serviccedilo transporte de ceacutelulas atraveacutes da rede ATM Anaacuteloga agrave camada de rede IP Serviccedilos muito diferentes da camada de rede IP

Arquiteturade rede

Internet

ATM

ATM

ATM

ATM

Modelo de serviccedilo

melhoresforccediloCBR

VBR

ABR

UBR

Banda

natildeo

taxaconstantetaxagarantidamiacutenimogarantidonatildeo

Perda

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Ordem

natildeo

sim

sim

sim

sim

Tempo

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Aviso decongestatildeo

natildeo (inferidopelas perdas)natildeo haacutecongestatildeonatildeo haacutecongestatildeosim

natildeo

Garantias

Camada ATM

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Transporte em VC ceacutelulas satildeo transportadas sobre VC da fonte ao destino Estabelecimento de conexatildeo necessaacuterio para cada chamada antes que o fluxo de dados possa ser iniciado Cada pacote transporta um identificador de VC (natildeo transporta o endereccedilo do destino) Cada comutador com caminho entre a fonte e o destino manteacutem o ldquoestadordquo para cada conexatildeo passante Recursos do enlace e do comutador (banda passante buffers) podem ser alocados por VC para obter um comportamento semelhante a um circuito fiacutesico

VCs permanentes (PVCs) Conexotildees de longa duraccedilatildeo Tipicamente rota ldquopermanenterdquo entre roteadores IP

VCs comutados (SVC) Dinamicamente criados numa base por chamada

Camadas ATM circuitos virtuais

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Vantagens do uso de circuitos virtuais no ATM Iacutendices de QoS garantidos para conexotildees mapeadas em

circuitos virtuais (banda passante atraso variacircncia de atraso)

Problemas no uso de circuitos virtuais O suporte de traacutefego datagrama eacute ineficiente Um PVC entre cada par origemdestino natildeo tem boa

escalabilidade (N2 conexotildees satildeo necessaacuterias) SVC introduz latecircncia de estabelecimento de conexatildeo e

atrasos de processamento para conexotildees de curta duraccedilatildeo

ATM VCs

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Cabeccedilalho da ceacutelula ATM com 5 bytes Carga uacutetil com 48-bytes

Por quecirc carga uacutetil pequena -gt pequeno atraso de criaccedilatildeo de ceacutelula para voz digitalizada

Meio do caminho entre 32 e 64 (compromisso)

cabeccedilalhoda ceacutelula

formato daceacutelula

3o bit no campo PTvalor 1 indica uacuteltima ceacutelula (AAL-indicate bit)

Camada ATM ceacutelula ATM

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VCI identificador de canal virtual Pode mudar de enlace para enlace atraveacutes da rede

PT tipo de carga uacutetil (ex ceacutelula RM versus ceacutelula de dados) CLP bit de prioridade de perda de ceacutelula

CLP = 1 implica ceacutelula de baixa prioridade pode ser descartada em caso de congestatildeo

HEC verificaccedilatildeo de erros no cabeccedilalho Verificaccedilatildeo ciacuteclica de erros

Cabeccedilalho da ceacutelula ATM

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A camada fiacutesica se compotildee de duas partes (subcamadas ) Subcamada de convergecircncia de transmissatildeo (TCS) adapta a camada

ATM acima agrave subcamada fiacutesica abaixo (PMD) Subcamada dependente do meio depende do tipo de meio fiacutesico que

estaacute sendo empregado

Funccedilotildees da TCS Geraccedilatildeo do checksum do cabeccedilalho 8 bits CRC Delineamento de ceacutelula Com uma subcamada PMD natildeo estruturada transmite ceacutelulas vazias

(ldquoidle cellsrdquo) quando natildeo haacute ceacutelulas de dados a enviar

Camada fiacutesica ATM

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Subcamada dependente do meio fiacutesico (PMD) SONETSDH estrutura de transmissatildeo de quadros (como um

container carregando bits) Sincronizaccedilatildeo de bits Particcedilotildees da banda passante (TDM) Vaacuterias velocidades OC1 = 5184 Mbps OC3 = 15552 Mbps OC12 = 62208 Mbps

T1T3 estrutura de transmissatildeo de quadros (velha hierarquia de telefonia 15 Mbps45 Mbps No Brasil usa-se a hierarquia europeacuteia E1E3 2 34 Mbps

Natildeo estruturada apenas ceacutelulas (ocupadasvazias)

Camada fiacutesica ATM

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Apenas IP claacutessico 3 ldquoredesrdquo (ex segmentos de LAN) Endereccedilos MAC (8023) e IP

IP sobre ATM Substitui ldquorederdquo (ex segmento

de LAN) com a rede ATM Endereccedilos ATM endereccedilos IP

redeATM

EthernetLANs

EthernetLANs

IP-sobre-ATM

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No endereccedilo de origem Camada IP encontra um mapeamento entre o endereccedilo IP e o endereccedilo de destino ATM (usando ARP) Passa o datagrama para a camada de adaptaccedilatildeo AAL5 AAL5 encapsula os dados segmenta em ceacutelulas e passa para a camada ATM

Rede ATM move a ceacutelula para o destino de acordo com o seu VC (circuito virtual)

No hospedeiro de destino AAL5 remonta o datagrama original a partir das ceacutelulas recebidas Se o CRC OK datagrama eacute passado ao IP

Viagem de um datagrama numa rede IP-sobre-ATM

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Questotildees Datagramas IP em ATM AAL5 PDUs Dos endereccedilos IP aos endereccedilos ATM

Da mesma forma que de endereccedilos IP para endereccedilos MAC 8023

redeATM

EthernetLANs

IP-sobre-ATM

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Objetivo inicial aumentar a velocidade de encaminhamento IP usando labels de tamanho fixo (em vez de endereccedilo IP) Mesma ideacuteia do meacutetodo de circuito virtual (VC) Mas o datagrama IP ainda manteacutem o endereccedilo IP

Multiprotocol label switching (MPLS)

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Roteador faz a funccedilatildeo de comutador de roacutetulo Pacotes encaminhados para interface de saiacuteda com base apenas no valor

do roacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP) Tabela de encaminhamento MPLS distinta das tabelas de encaminhamento IP

Protocolo de sinalizaccedilatildeo necessaacuterio para estabelecer o encaminhamento RSVP-TE Encaminhamento eacute possiacutevel por caminhos que o IP sozinho natildeo pode usar (ex roteamento de especificado pela origem) Use MPLS para engenharia de traacutefego

Deve coexistir com roteadores unicamente IP

Roteadores MPLS

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Tabelas de encaminhamento MPLS

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Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace Detecccedilatildeo de erros correccedilatildeo Compartilhando um canal broadcast acesso muacuteltiplo Endereccedilamento da camada de enlace

Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de vaacuterias tecnologias da camada de enlace Ethernet LANS comutadas PPP Redes virtualizadas como uma camada de enlace ATM MPLS

Resumo

Page 28: Capítulo 5 Redes de computadores e a Internet A camada de enlace e redes locais

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Colisotildees podem ocorrero atraso de propagaccedilatildeo implica que dois noacutes podem natildeo ouvir as transmissotildees do outro

Colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo do pacote eacute desperdiccedilado

Notepapel da distacircncia e do atraso de propagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo

arranjo espacial dos noacutes na rede

Colisotildees no CSMA

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CSMACD detecccedilatildeo de portadora deferecircncia como no CSMA Colisotildees detectadas num tempo mais curto Transmissotildees com colisotildees satildeo interrompidas reduzindo o desperdiacutecio do canal Detecccedilatildeo de colisatildeo Faacutecil em LANs cabeadas mediccedilatildeo da intensidade do sinal comparaccedilatildeo dos sinais transmitidos e recebidos Difiacutecil em LANs sem fio receptor desligado enquanto transmitindo Analogia humana o ldquobom de papordquo educado

CSMACD (detecccedilatildeo de colisatildeo)

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CSMACD detecccedilatildeo de colisatildeo

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Protocolos MAC com particionamento de canais Compartilham o canal eficientemente quando a carga eacute alta e bem distribuiacuteda Ineficiente nas cargas baixas atraso no acesso ao canal A estaccedilatildeo consegue uma banda de 1N da capacidade do canal mesmo que haja apenas 1 noacute ativo

Protocolos MAC de acesso aleatoacuterio Eficiente nas cargas baixas um uacutenico noacute pode usar todo o canal Cargas altas excesso de colisotildees

Protocolos de passagem de permissatildeoBuscam o melhor dos dois mundos

Protocolos MAC com passagem de permissatildeo

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Polling Noacute mestre ldquoconvidardquo os escravos a transmitirem um de cada vez Problemas

Polling overhead Latecircncia Ponto uacutenico de falha (mestre)

Token passing Controla um token passado de um noacute a outro sequumlencialmente Mensagem token Problemas

Token overhead Latecircncia Ponto uacutenico de falha (token)

Protocolos MAC com passagem de permissatildeo

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Como se faz com um canal compartilhado Particionamento de canal no tempo por frequumlecircncia ou por coacutedigo

Divisatildeo temporal divisatildeo por coacutedigo divisatildeo por frequumlecircncia Particionamento aleatoacuterio (dinacircmico)

ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACD Detecccedilatildeo de portadora faacutecil em alguns meios fiacutesicos (cabos) e

difiacutecil em outros (wireless) CSMACD usado na rede Ethernet CSMACA usado em 80211

Passagem de permissatildeo Polling a partir de um site central passagem de token

Sumaacuterio dos protocolos MAC

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Camada de enlace ateacute agora Serviccedilos detecccedilatildeo de erroscorreccedilatildeo acesso muacuteltiplo

A seguir tecnologias de redes locais (LAN) Endereccedilamento Ethernet hubs pontes switches PPP

Tecnologias de LAN

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A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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Endereccedilos IP de 32-bit Endereccedilos da camada de rede Usados para levar o datagrama ateacute a rede de destino (lembre-se

da definiccedilatildeo de rede IP)

Endereccedilo de LAN (ou MAC ou fiacutesico) Usado para levar o datagrama de uma interface fiacutesica a outra

fisicamente conectada com a primeira (isto eacute na mesma rede) Endereccedilos MAC com 48 bits (na maioria das LANs)

gravados na memoacuteria fixa (ROM) do adaptador de rede

Endereccedilos de LAN e ARP

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A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEE O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (para

assegurar a unicidade)

Analogia (a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG (b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal

Endereccedilamento MAC eacute ldquoflatrdquo =gt portabilidade Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra sem

reconfiguraccedilatildeo de endereccedilo MAC

Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevel Depende da rede na qual se estaacute ligado

Endereccedilos de LAN (mais)

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Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de Bdado o endereccedilo IP de B Cada noacute IP (hospedeiro roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabela ARP Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt

lt IP address MAC address TTLgt TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamento de

endereccedilos seraacute esquecido (tipicamente 20 min)

ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de resoluccedilatildeo de endereccedilos)

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A que enviar um datagrama para B e o endereccedilo MAS de B natildeo estaacute na tabela ARP de A

A faz broadcast de pacote de consulta ARB contendo o endereccedilo IP de B end MAC de destino = FF-FF-FF-FF-FF-FF todas as maacutequinas na LAN recebem a consulta ARP

B recebe o pacote ARP responde para A com seu endereccedilo MAC (de B) Quadro enviado para o end MAC de A (unicast)

A faz um cache (salva) o par de endereccedilos IP para MAC em sua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo se torne antiga (expirada) soft state informaccedilatildeo que expira (eacute descartada) sem atualizaccedilatildeo

ARP eacute ldquoplug-and-playrdquo Noacutes criam suas tabelas ARP sem intervenccedilatildeo do administrador da rede

Protocolo ARP Mesma LAN (network)

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objetivo envia datagrama de A para B via R supotildee que A conhece o endereccedilo IP de B

bull Duas tabelas ARP no roteador R um para cada rede IP (LAN)

Roteamento para outra LAN

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A cria o pacote IP com origem A destino B A usa ARP para obter o endereccedilo de camada fiacutesica de R correspondente ao

endereccedilo IP 111111111110 A cria um quadro Ethernet com o endereccedilo fiacutesico de R como destino o

quadro Ethernet conteacutem o datagrama IP de A para B A camada de enlace de A envia o quadroEthernet A camada de enlace de R recebe o quadro Ethernet R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verifica que ele se destina a

B R usa ARP para obter o endereccedilo fiacutesico de B R cria quadro contendo um datagrama de A para B e envia para B

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A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo Barato R$20 por 100Mbps Primeira tecnologia de LAN largamente usada Mais simples e mais barata que LANs com token e ATM Velocidade crescente 10Mbps ndash 10Gbps

esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf

Ethernet

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Topologia de bus popular em meados dos anos 90 Agora a topologia em estrela prevalece Opccedilotildees de conexatildeo hub ou switch (mais adiante)

Topologia em estrela

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Adaptador do transmissor encapsula o datagrama IP (ou outro pacote de protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet

Preacircmbulo bull 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte com padratildeo 10101011bull usado para sincronizar as taxas de reloacutegio do transmissor e do receptor

Estrutura do quadro Ethernet

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Endereccedilos 6 bytes Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de destino coincidente ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa o dado no quadro para o protocolo da camada de rede

Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP mas outros podem ser suportados tais como Novell IPX e AppleTalk)

CRC verificado no receptor se um erro eacute detectado o quadro eacute simplesmente descartado

Estrutura do quadro Ethernet

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Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o receptor

Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou nacks para o adaptador transmissor O fluxo de datagramas que passa para a camada de rede pode deixar

lacunas Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCP Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas

Serviccedilo natildeo confiaacutevel sem conexatildeo

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Sem slots Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador

transmitindo isto eacute carrier sense O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador

transmitindo isto eacute collision detection Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo

aleatoacuterio isto eacute random access

Ethernet usa CSMACD

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1 Adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmitir o

quadro Se ele detecta o canal ocupado espera ateacute ele ficar livre e entatildeo transmite

3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo sua missatildeo com esse quadro estaacute cumprida

4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta e envia um jam signal

5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a m-eacutesima colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2m-1 O adaptador espera K512 tempos de bit e retorna ao passo 2

Algoritmo CSMACD da Ethernet

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Jam signal garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo 48 bitsBit time 1 microseg para Ethernet de 10 Mbpspara K=1023 o tempo de espera eacute cerca de 50 mseg

Veja o applet Java no Web site da AWL altamemte recomendadoExponential backoff Objetivo adaptar tentativas de retransmissatildeo para carga atual da rede

Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longa Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacute

K x 512 tempos de transmissatildeo de bit Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3hellip Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023

Ethernet CSMACD

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Tprop = propagaccedilatildeo maacutexima entre 2 noacutes na LAN

ttrans = tempo para transmitir um quadro de tamanho maacuteximo

Eficiecircncia tende a 1 quando tprop tende a 0

Tende a 1 quando ttrans tende ao infinito Muito melhor do que o ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato

transprop tt 51

1eficiecircncia

Eficiecircncia do CSMACD

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Taxa de 10100 Mbps chamado mais tarde de ldquofast ethernetrdquo T significa ldquoTwisted Pairrdquo (par de fios tranccedilados de cobre) Noacutes se conectam a um hub ldquotopologia em estrelardquo 100 m eacute a distacircncia

maacutexima entre os noacutes e o hub

10BaseT e 100BaseT

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Hubs satildeo essencialmente repetidores de camada fiacutesica Bits que chegam de um enlace se propagam para todos os outros enlaces Com a mesma taxa Natildeo possuem armazenagem de quadros Natildeo haacute CSMACD no hub adaptadores detectam colisotildees Provecirc funcionalidade de gerenciamento de rede

Hubs

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Usada em 10BaseT Cada bit possui uma transiccedilatildeo Permite que os reloacutegios nos noacutes de transmissatildeo e de recepccedilatildeo possam

sincronizar um com o outro Natildeo eacute necessaacuterio reloacutegio global centralizado entre os noacutes

Ei isso eacute coisa de camada fiacutesica

Codificaccedilatildeo Manchester

Codificaccedilatildeo Manchester

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Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeo Permite enlaces ponto-a-ponto e canais de muacuteltiplo acesso

compartilhados No modo compartilhado o CSMACD eacute usado exige pequenas

distacircncias entre os noacutes para ser eficiente Usa hubs chamados aqui de Distribuidores com Armazenagem

ldquoBuffered Distributorsrdquo Full-Duplex a 1 Gbps para enlaces ponto-a-ponto 10 Gbps agora

Gigabit Ethernet

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A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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Hub de backbone interconecta segmentos de LAN Estende a distacircncia maacutexima entre os noacutes Mas domiacutenios de colisatildeo individuais tornam-se um uacutenico e grande

domiacutenio de colisatildeo Natildeo pode interconectar 10BaseT e 100BaseT

Interconexatildeo com hubs

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Dispositivo de camada de enlace Armazena e encaminha quadros Ethernet Examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o

quadro baseado no endereccedilo MAC de destino Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento

usa CSMACD para acessar o segmento Transparente

Hospedeiros satildeo inconscientes da presenccedila dos switches Plug-and-play self-learning (auto-aprendizado)

Switches natildeo precisam ser configurados

Switch

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Como determinar para qual segmento da LAN encaminhar o quadro Parece um problema de roteamento

Encaminhamento

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Um switch possui uma tabela de switch Entrada na tabela do switch

(endereccedilo MAC interface marca de tempo) Entradas expiradas na tabela satildeo decartadas (TTL pode ser 60 min)

Switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de suas interfaces Quando recebe um quadro o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento da LAN que chega Registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela

Self learning (auto-aprendizado)

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Quando um switch recebe um quadro

indexa a tabela do switch usando end MAC de destinoif entrada for encontrada para o destino

then if dest no segmento deste quadro chegou

then descarta o quadro else encaminha o quadro na interface indicada else flood

Encaminha para todas as interfacesexceto para a que o quadro chegou

Filtragemencaminhamento

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Suponha que C envia um quadro para D

Switch recebe o quadro de C Anota na tabela que C estaacute na interface 1 Como D natildeo estaacute na tabela o switch encaminha o quadro para as

interfaces 2 e 3 Quadro recebido por D

hub hub hub

switch

A

B CD

EF

G H

I

endereccedilo interface

ABEG

1123

12 3

Switch exemplo

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Suponha que D responde com um quadro para C

Switch recebe quadro de D Anota na tabela que D estaacute na interface 2 Como C estaacute na tabela o switch encaminha o quadro apenas para a

interface 1 Quadro recebido por C

hub hub hub

switch

A

B CD

EF

G H

I

endereccedilo interface

ABEGC

11231

Switch exemplo

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A instalaccedilatildeo do switch quebra as sub-redes em segmentos de LAN Switch filtra pacotes

Alguns quadros do mesmo segmento de LAN natildeo satildeo usualmente encaminhados para outros segmento de LAN

Segmentos se tornam separados em domiacutenios de colisatildeo

hub hub hub

switch

domiacutenio de colisatildeo domiacutenio de colisatildeo

domiacutenio de colisatildeo

Switch isolaccedilatildeo de traacutefego

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Switch com muitas interfaces Hospedeiros possuem conexatildeo direta ao switch Sem colisotildees full duplex

Switching A-para-Arsquo e B-para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees

Switches acesso dedicado

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Cut-through switching quadro encaminhado da porta de entrada ateacute a porta de saiacuteda sem ter de primeiro coletar o quadro todo Ligeira reduccedilatildeo na latecircncia

Combinaccedilotildees de interfaces 101001000 Mbps compartilhadasdedicadas

Mais sobre switches

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Redes corporativas

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Ambos satildeo dispositivos store-and-forward Roteadores dispositivos de camada de rede (examinam cabeccedilalhos

da camada de rede) Switches satildeo dispositivos da camada de enlace

Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam algoritmos de roteamento Switches mantecircm tabelas de switch implementam filtragem algoritmos de aprendizagem

Switches vs roteadores

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hubs roteadores switches

isolaccedilatildeo detraacutefego

natildeo sim sim

plug amp play sim natildeo sim

roteamentooacutetimo

natildeo sim natildeo

cutthrough

sim natildeo sim

Resumo comparaccedilatildeo

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A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace de broadcast Sem Media Access Control Natildeo necessita de endereccedilamento MAC expliacutecito Ex dialup link linha ISDN

Protocolos ponto-a-ponto DLC populares PPP (point-to-point protocol) HDLC High level data link control (camada de enlace costumava ser considerada ldquocamada altardquo na pilha de protocolos)

Controle de enlace de dados ponto-a-ponto

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Enquadramento de pacote encapsulamento do datagrama da camada de rede no quadro da camada de enlace Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolo de rede (natildeo apenas o IP) ao mesmo tempo Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo

Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo de bit no campo de dados

Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo) Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do enlace

para a camada de rede Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos terminais

do enlace podem aprender e configurar o endereccedilo de rede dos outros

PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]

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Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros Natildeo haacute controle de fluxo Aceita entregas fora de ordem Natildeo haacute necessidade de suportar enlaces multiponto (ex polling)

Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeo dos dados satildeo todos relegados para as camadas mais altas

PPP natildeo requisitos

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Flag delimitador (enquadramento) Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura) Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacuteltiplos campos de

controle Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o conteuacutedo do

quadro deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)

PPP formato do quadro

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info dados da camada superior sendo transportados CRC verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de erros

PPP formato dos dados

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Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de dados deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt01111110gt

P Se for recebido o padratildeo lt01111110gt satildeo dados ou eacute flag Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte extra com o padratildeo lt

01111101gt (escape) antes de cada byte com o padratildeo de flag lt 01111110gt nos dados

Receptor Um byte 01111101 seguido de 01111110 em seguida descarta o primeiro e continua a recepccedilatildeo de dados Uacutenico byte 01111110 entatildeo eacute um flag

Byte stuffing

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byte com o padratildeodo flag nos dados a enviar

byte com o padratildeo de escape acrescentado nos dados transmitidos seguido por um byte com padratildeo de flag

Byte stuffing

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Antes de trocar dados da camada de rede os parceiros da camada de enlace devem A configurar o enlace PPP (tamanho maacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo) Aprenderconfigurar as informaccedilotildees da camada de rede

Para o IP transportar mensagens do protocolo de controle IP (IPCP) (campo de protocolo 8021) para configuraraprender os

endereccedilos IP

PPP protocolo de controle de dados

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A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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Virtualizaccedilatildeo dos recursos uma poderosa abstraccedilatildeo em engenharia de sistemas Exemplos em computaccedilatildeo memoacuteria virtual dispositivos virtuais

Maacutequinas virtuais ex java IBM VM os dos anos 6070

Camada de abstraccedilotildees natildeo se apega a detalhes da camada mais baixa apenas trata com as camadas mais baixas abstratamente

Virtualizaccedilatildeo das redes

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1974 muacuteltiplas redes desconectadas ARPAnet redes de dados-sobre-cabo rede de pacote por sateacutelite (Aloha) rede de pacotes por raacutedio

hellip diferentes em convenccedilotildees de endereccedilamento formatos do pacote recuperaccedilatildeo de erros roteamento

Internet virtualizaccedilatildeo das redes

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Camada de rede da Internet (IP) Endereccedilamento internetwork

aparece como uma entidade uacutenica e uniforme escondendo a heterogeneidade das redes locais

Rede de redes

Gateway ldquoembute pacotes da Internet no

formato de um pacote local ou os extrairdquo

Rota (no niacutevel de internetwork) para o proacuteximo gateway

Internet virtualizaccedilatildeo das redes

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O que eacute virtualizado Duas camadas de endereccedilamento Internet e rede local Nova camada (IP) torna tudo homogecircneo na camada da Internet Tecnologia da rede local em questatildeo

Cabo Sateacutelite Modem telefocircnico de 56 K Hoje ATM MPLS

hellip ldquoinvisiacutevelrdquo na camada da Internet Parece com uma tecnologia de camada de enlace para o IP

Arquitetura da Internet de Cerf amp Kahn

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ATM MPLS redes separadas em seus proacuteprios direitos Modelos de serviccedilo endereccedilamento roteamento diferentes da Internet

Vistos pela Internet como um enlace loacutegico conectando roteadores IP Assim como o dialup link eacute realmente parte de uma rede separada

(rede telefocircnica)

ATM MPLS de interesse teacutecnico em seu proacuteprio direito

ATM e MPLS

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Padratildeo dos anos 8090 para altas taxas de transmissatildeo (155 Mbps a 622 Mbps e mais altas) arquitetura de Broadband Integrated Service Digital Network (B-ISDN)

Objetivo transporte integrado de voz dados e imagens com foco nas redes puacuteblicas de comunicaccedilatildeo Deve atender aos requisitos de tempoQoS para aplicaccedilotildees de voz

e de viacutedeo (versus o serviccedilo de melhor esforccedilo da Internet) Telefonia de ldquoproacutexima geraccedilatildeordquo fundamentos teacutecnicos no mundo da telefonia Comutaccedilatildeo de pacotes (pacotes de tamanho fixo chamados ldquoceacutelulasrdquo) usando circuitos virtuais

Modo de transferecircncia assiacutencrono ATM

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Camada de adaptaccedilatildeo apenas na borda de uma rede ATM Segmentaccedilatildeo e remontagem dos dados Grosseiramente anaacuteloga agrave camada de transporte da Internet

Camada ATM camada de ldquorederdquo Comutaccedilatildeo de ceacutelulas roteamento

Camada fiacutesica

Sistema final Sistema finalSwitch ATM Switch ATM

Arquitetura ATM

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Visatildeo transporte fim-a-fim ldquoATM de computador a computadorrdquo ATM eacute uma tecnologia de redeRealidade usada para conectar roteadores IP de backbone ldquoIP sobre ATMrdquo ATM como uma camada de enlace comutada conectando roteadores IP

ATM camada de rede ou de enlace

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Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL) ldquoadaptardquo camadas superiores (aplicaccedilotildees IP ou nativas ATM) para a camada ATM abaixo

AAL presente apenas nos sistemas finais natildeo nos comutadores ATM (ldquoswitchesrdquo)

O segmento da camada AAL (campo de cabeccedilalhotrailer e de dados) satildeo fragmentados em muacuteltiplas ceacutelulas ATM Analogia segmento TCP em muitos pacotes IP

Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL)

Sistema final Sistema finalSwitch ATM Switch ATM

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Diferentes versotildees da camada AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM AAL1 para serviccedilo CBR (taxa de bit constante) ex emulaccedilatildeo de circuitos AAL2 para serviccedilos VBR (taxa de bit variaacutevel) ex viacutedeo MPEG AAL5 para dados (ex datagramas IP)

AAL PDU

ceacutelula ATM

Dados de usuaacuterio

subcamadade convergecircncia

subcamadaSAR

Ceacutelula ATM

Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL)

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Serviccedilo transporte de ceacutelulas atraveacutes da rede ATM Anaacuteloga agrave camada de rede IP Serviccedilos muito diferentes da camada de rede IP

Arquiteturade rede

Internet

ATM

ATM

ATM

ATM

Modelo de serviccedilo

melhoresforccediloCBR

VBR

ABR

UBR

Banda

natildeo

taxaconstantetaxagarantidamiacutenimogarantidonatildeo

Perda

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Ordem

natildeo

sim

sim

sim

sim

Tempo

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Aviso decongestatildeo

natildeo (inferidopelas perdas)natildeo haacutecongestatildeonatildeo haacutecongestatildeosim

natildeo

Garantias

Camada ATM

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Transporte em VC ceacutelulas satildeo transportadas sobre VC da fonte ao destino Estabelecimento de conexatildeo necessaacuterio para cada chamada antes que o fluxo de dados possa ser iniciado Cada pacote transporta um identificador de VC (natildeo transporta o endereccedilo do destino) Cada comutador com caminho entre a fonte e o destino manteacutem o ldquoestadordquo para cada conexatildeo passante Recursos do enlace e do comutador (banda passante buffers) podem ser alocados por VC para obter um comportamento semelhante a um circuito fiacutesico

VCs permanentes (PVCs) Conexotildees de longa duraccedilatildeo Tipicamente rota ldquopermanenterdquo entre roteadores IP

VCs comutados (SVC) Dinamicamente criados numa base por chamada

Camadas ATM circuitos virtuais

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Vantagens do uso de circuitos virtuais no ATM Iacutendices de QoS garantidos para conexotildees mapeadas em

circuitos virtuais (banda passante atraso variacircncia de atraso)

Problemas no uso de circuitos virtuais O suporte de traacutefego datagrama eacute ineficiente Um PVC entre cada par origemdestino natildeo tem boa

escalabilidade (N2 conexotildees satildeo necessaacuterias) SVC introduz latecircncia de estabelecimento de conexatildeo e

atrasos de processamento para conexotildees de curta duraccedilatildeo

ATM VCs

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Cabeccedilalho da ceacutelula ATM com 5 bytes Carga uacutetil com 48-bytes

Por quecirc carga uacutetil pequena -gt pequeno atraso de criaccedilatildeo de ceacutelula para voz digitalizada

Meio do caminho entre 32 e 64 (compromisso)

cabeccedilalhoda ceacutelula

formato daceacutelula

3o bit no campo PTvalor 1 indica uacuteltima ceacutelula (AAL-indicate bit)

Camada ATM ceacutelula ATM

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VCI identificador de canal virtual Pode mudar de enlace para enlace atraveacutes da rede

PT tipo de carga uacutetil (ex ceacutelula RM versus ceacutelula de dados) CLP bit de prioridade de perda de ceacutelula

CLP = 1 implica ceacutelula de baixa prioridade pode ser descartada em caso de congestatildeo

HEC verificaccedilatildeo de erros no cabeccedilalho Verificaccedilatildeo ciacuteclica de erros

Cabeccedilalho da ceacutelula ATM

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A camada fiacutesica se compotildee de duas partes (subcamadas ) Subcamada de convergecircncia de transmissatildeo (TCS) adapta a camada

ATM acima agrave subcamada fiacutesica abaixo (PMD) Subcamada dependente do meio depende do tipo de meio fiacutesico que

estaacute sendo empregado

Funccedilotildees da TCS Geraccedilatildeo do checksum do cabeccedilalho 8 bits CRC Delineamento de ceacutelula Com uma subcamada PMD natildeo estruturada transmite ceacutelulas vazias

(ldquoidle cellsrdquo) quando natildeo haacute ceacutelulas de dados a enviar

Camada fiacutesica ATM

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Subcamada dependente do meio fiacutesico (PMD) SONETSDH estrutura de transmissatildeo de quadros (como um

container carregando bits) Sincronizaccedilatildeo de bits Particcedilotildees da banda passante (TDM) Vaacuterias velocidades OC1 = 5184 Mbps OC3 = 15552 Mbps OC12 = 62208 Mbps

T1T3 estrutura de transmissatildeo de quadros (velha hierarquia de telefonia 15 Mbps45 Mbps No Brasil usa-se a hierarquia europeacuteia E1E3 2 34 Mbps

Natildeo estruturada apenas ceacutelulas (ocupadasvazias)

Camada fiacutesica ATM

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Apenas IP claacutessico 3 ldquoredesrdquo (ex segmentos de LAN) Endereccedilos MAC (8023) e IP

IP sobre ATM Substitui ldquorederdquo (ex segmento

de LAN) com a rede ATM Endereccedilos ATM endereccedilos IP

redeATM

EthernetLANs

EthernetLANs

IP-sobre-ATM

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No endereccedilo de origem Camada IP encontra um mapeamento entre o endereccedilo IP e o endereccedilo de destino ATM (usando ARP) Passa o datagrama para a camada de adaptaccedilatildeo AAL5 AAL5 encapsula os dados segmenta em ceacutelulas e passa para a camada ATM

Rede ATM move a ceacutelula para o destino de acordo com o seu VC (circuito virtual)

No hospedeiro de destino AAL5 remonta o datagrama original a partir das ceacutelulas recebidas Se o CRC OK datagrama eacute passado ao IP

Viagem de um datagrama numa rede IP-sobre-ATM

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Questotildees Datagramas IP em ATM AAL5 PDUs Dos endereccedilos IP aos endereccedilos ATM

Da mesma forma que de endereccedilos IP para endereccedilos MAC 8023

redeATM

EthernetLANs

IP-sobre-ATM

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Objetivo inicial aumentar a velocidade de encaminhamento IP usando labels de tamanho fixo (em vez de endereccedilo IP) Mesma ideacuteia do meacutetodo de circuito virtual (VC) Mas o datagrama IP ainda manteacutem o endereccedilo IP

Multiprotocol label switching (MPLS)

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Roteador faz a funccedilatildeo de comutador de roacutetulo Pacotes encaminhados para interface de saiacuteda com base apenas no valor

do roacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP) Tabela de encaminhamento MPLS distinta das tabelas de encaminhamento IP

Protocolo de sinalizaccedilatildeo necessaacuterio para estabelecer o encaminhamento RSVP-TE Encaminhamento eacute possiacutevel por caminhos que o IP sozinho natildeo pode usar (ex roteamento de especificado pela origem) Use MPLS para engenharia de traacutefego

Deve coexistir com roteadores unicamente IP

Roteadores MPLS

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Tabelas de encaminhamento MPLS

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Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace Detecccedilatildeo de erros correccedilatildeo Compartilhando um canal broadcast acesso muacuteltiplo Endereccedilamento da camada de enlace

Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de vaacuterias tecnologias da camada de enlace Ethernet LANS comutadas PPP Redes virtualizadas como uma camada de enlace ATM MPLS

Resumo

Page 29: Capítulo 5 Redes de computadores e a Internet A camada de enlace e redes locais

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CSMACD detecccedilatildeo de portadora deferecircncia como no CSMA Colisotildees detectadas num tempo mais curto Transmissotildees com colisotildees satildeo interrompidas reduzindo o desperdiacutecio do canal Detecccedilatildeo de colisatildeo Faacutecil em LANs cabeadas mediccedilatildeo da intensidade do sinal comparaccedilatildeo dos sinais transmitidos e recebidos Difiacutecil em LANs sem fio receptor desligado enquanto transmitindo Analogia humana o ldquobom de papordquo educado

CSMACD (detecccedilatildeo de colisatildeo)

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CSMACD detecccedilatildeo de colisatildeo

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Protocolos MAC com particionamento de canais Compartilham o canal eficientemente quando a carga eacute alta e bem distribuiacuteda Ineficiente nas cargas baixas atraso no acesso ao canal A estaccedilatildeo consegue uma banda de 1N da capacidade do canal mesmo que haja apenas 1 noacute ativo

Protocolos MAC de acesso aleatoacuterio Eficiente nas cargas baixas um uacutenico noacute pode usar todo o canal Cargas altas excesso de colisotildees

Protocolos de passagem de permissatildeoBuscam o melhor dos dois mundos

Protocolos MAC com passagem de permissatildeo

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Polling Noacute mestre ldquoconvidardquo os escravos a transmitirem um de cada vez Problemas

Polling overhead Latecircncia Ponto uacutenico de falha (mestre)

Token passing Controla um token passado de um noacute a outro sequumlencialmente Mensagem token Problemas

Token overhead Latecircncia Ponto uacutenico de falha (token)

Protocolos MAC com passagem de permissatildeo

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Como se faz com um canal compartilhado Particionamento de canal no tempo por frequumlecircncia ou por coacutedigo

Divisatildeo temporal divisatildeo por coacutedigo divisatildeo por frequumlecircncia Particionamento aleatoacuterio (dinacircmico)

ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACD Detecccedilatildeo de portadora faacutecil em alguns meios fiacutesicos (cabos) e

difiacutecil em outros (wireless) CSMACD usado na rede Ethernet CSMACA usado em 80211

Passagem de permissatildeo Polling a partir de um site central passagem de token

Sumaacuterio dos protocolos MAC

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Camada de enlace ateacute agora Serviccedilos detecccedilatildeo de erroscorreccedilatildeo acesso muacuteltiplo

A seguir tecnologias de redes locais (LAN) Endereccedilamento Ethernet hubs pontes switches PPP

Tecnologias de LAN

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A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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Endereccedilos IP de 32-bit Endereccedilos da camada de rede Usados para levar o datagrama ateacute a rede de destino (lembre-se

da definiccedilatildeo de rede IP)

Endereccedilo de LAN (ou MAC ou fiacutesico) Usado para levar o datagrama de uma interface fiacutesica a outra

fisicamente conectada com a primeira (isto eacute na mesma rede) Endereccedilos MAC com 48 bits (na maioria das LANs)

gravados na memoacuteria fixa (ROM) do adaptador de rede

Endereccedilos de LAN e ARP

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A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEE O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (para

assegurar a unicidade)

Analogia (a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG (b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal

Endereccedilamento MAC eacute ldquoflatrdquo =gt portabilidade Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra sem

reconfiguraccedilatildeo de endereccedilo MAC

Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevel Depende da rede na qual se estaacute ligado

Endereccedilos de LAN (mais)

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Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de Bdado o endereccedilo IP de B Cada noacute IP (hospedeiro roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabela ARP Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt

lt IP address MAC address TTLgt TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamento de

endereccedilos seraacute esquecido (tipicamente 20 min)

ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de resoluccedilatildeo de endereccedilos)

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A que enviar um datagrama para B e o endereccedilo MAS de B natildeo estaacute na tabela ARP de A

A faz broadcast de pacote de consulta ARB contendo o endereccedilo IP de B end MAC de destino = FF-FF-FF-FF-FF-FF todas as maacutequinas na LAN recebem a consulta ARP

B recebe o pacote ARP responde para A com seu endereccedilo MAC (de B) Quadro enviado para o end MAC de A (unicast)

A faz um cache (salva) o par de endereccedilos IP para MAC em sua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo se torne antiga (expirada) soft state informaccedilatildeo que expira (eacute descartada) sem atualizaccedilatildeo

ARP eacute ldquoplug-and-playrdquo Noacutes criam suas tabelas ARP sem intervenccedilatildeo do administrador da rede

Protocolo ARP Mesma LAN (network)

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objetivo envia datagrama de A para B via R supotildee que A conhece o endereccedilo IP de B

bull Duas tabelas ARP no roteador R um para cada rede IP (LAN)

Roteamento para outra LAN

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A cria o pacote IP com origem A destino B A usa ARP para obter o endereccedilo de camada fiacutesica de R correspondente ao

endereccedilo IP 111111111110 A cria um quadro Ethernet com o endereccedilo fiacutesico de R como destino o

quadro Ethernet conteacutem o datagrama IP de A para B A camada de enlace de A envia o quadroEthernet A camada de enlace de R recebe o quadro Ethernet R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verifica que ele se destina a

B R usa ARP para obter o endereccedilo fiacutesico de B R cria quadro contendo um datagrama de A para B e envia para B

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A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo Barato R$20 por 100Mbps Primeira tecnologia de LAN largamente usada Mais simples e mais barata que LANs com token e ATM Velocidade crescente 10Mbps ndash 10Gbps

esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf

Ethernet

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Topologia de bus popular em meados dos anos 90 Agora a topologia em estrela prevalece Opccedilotildees de conexatildeo hub ou switch (mais adiante)

Topologia em estrela

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Adaptador do transmissor encapsula o datagrama IP (ou outro pacote de protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet

Preacircmbulo bull 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte com padratildeo 10101011bull usado para sincronizar as taxas de reloacutegio do transmissor e do receptor

Estrutura do quadro Ethernet

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Endereccedilos 6 bytes Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de destino coincidente ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa o dado no quadro para o protocolo da camada de rede

Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP mas outros podem ser suportados tais como Novell IPX e AppleTalk)

CRC verificado no receptor se um erro eacute detectado o quadro eacute simplesmente descartado

Estrutura do quadro Ethernet

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Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o receptor

Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou nacks para o adaptador transmissor O fluxo de datagramas que passa para a camada de rede pode deixar

lacunas Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCP Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas

Serviccedilo natildeo confiaacutevel sem conexatildeo

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Sem slots Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador

transmitindo isto eacute carrier sense O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador

transmitindo isto eacute collision detection Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo

aleatoacuterio isto eacute random access

Ethernet usa CSMACD

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1 Adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmitir o

quadro Se ele detecta o canal ocupado espera ateacute ele ficar livre e entatildeo transmite

3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo sua missatildeo com esse quadro estaacute cumprida

4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta e envia um jam signal

5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a m-eacutesima colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2m-1 O adaptador espera K512 tempos de bit e retorna ao passo 2

Algoritmo CSMACD da Ethernet

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Jam signal garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo 48 bitsBit time 1 microseg para Ethernet de 10 Mbpspara K=1023 o tempo de espera eacute cerca de 50 mseg

Veja o applet Java no Web site da AWL altamemte recomendadoExponential backoff Objetivo adaptar tentativas de retransmissatildeo para carga atual da rede

Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longa Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacute

K x 512 tempos de transmissatildeo de bit Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3hellip Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023

Ethernet CSMACD

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Tprop = propagaccedilatildeo maacutexima entre 2 noacutes na LAN

ttrans = tempo para transmitir um quadro de tamanho maacuteximo

Eficiecircncia tende a 1 quando tprop tende a 0

Tende a 1 quando ttrans tende ao infinito Muito melhor do que o ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato

transprop tt 51

1eficiecircncia

Eficiecircncia do CSMACD

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Taxa de 10100 Mbps chamado mais tarde de ldquofast ethernetrdquo T significa ldquoTwisted Pairrdquo (par de fios tranccedilados de cobre) Noacutes se conectam a um hub ldquotopologia em estrelardquo 100 m eacute a distacircncia

maacutexima entre os noacutes e o hub

10BaseT e 100BaseT

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Hubs satildeo essencialmente repetidores de camada fiacutesica Bits que chegam de um enlace se propagam para todos os outros enlaces Com a mesma taxa Natildeo possuem armazenagem de quadros Natildeo haacute CSMACD no hub adaptadores detectam colisotildees Provecirc funcionalidade de gerenciamento de rede

Hubs

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Usada em 10BaseT Cada bit possui uma transiccedilatildeo Permite que os reloacutegios nos noacutes de transmissatildeo e de recepccedilatildeo possam

sincronizar um com o outro Natildeo eacute necessaacuterio reloacutegio global centralizado entre os noacutes

Ei isso eacute coisa de camada fiacutesica

Codificaccedilatildeo Manchester

Codificaccedilatildeo Manchester

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Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeo Permite enlaces ponto-a-ponto e canais de muacuteltiplo acesso

compartilhados No modo compartilhado o CSMACD eacute usado exige pequenas

distacircncias entre os noacutes para ser eficiente Usa hubs chamados aqui de Distribuidores com Armazenagem

ldquoBuffered Distributorsrdquo Full-Duplex a 1 Gbps para enlaces ponto-a-ponto 10 Gbps agora

Gigabit Ethernet

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A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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Hub de backbone interconecta segmentos de LAN Estende a distacircncia maacutexima entre os noacutes Mas domiacutenios de colisatildeo individuais tornam-se um uacutenico e grande

domiacutenio de colisatildeo Natildeo pode interconectar 10BaseT e 100BaseT

Interconexatildeo com hubs

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Dispositivo de camada de enlace Armazena e encaminha quadros Ethernet Examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o

quadro baseado no endereccedilo MAC de destino Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento

usa CSMACD para acessar o segmento Transparente

Hospedeiros satildeo inconscientes da presenccedila dos switches Plug-and-play self-learning (auto-aprendizado)

Switches natildeo precisam ser configurados

Switch

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Como determinar para qual segmento da LAN encaminhar o quadro Parece um problema de roteamento

Encaminhamento

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Um switch possui uma tabela de switch Entrada na tabela do switch

(endereccedilo MAC interface marca de tempo) Entradas expiradas na tabela satildeo decartadas (TTL pode ser 60 min)

Switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de suas interfaces Quando recebe um quadro o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento da LAN que chega Registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela

Self learning (auto-aprendizado)

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Quando um switch recebe um quadro

indexa a tabela do switch usando end MAC de destinoif entrada for encontrada para o destino

then if dest no segmento deste quadro chegou

then descarta o quadro else encaminha o quadro na interface indicada else flood

Encaminha para todas as interfacesexceto para a que o quadro chegou

Filtragemencaminhamento

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Suponha que C envia um quadro para D

Switch recebe o quadro de C Anota na tabela que C estaacute na interface 1 Como D natildeo estaacute na tabela o switch encaminha o quadro para as

interfaces 2 e 3 Quadro recebido por D

hub hub hub

switch

A

B CD

EF

G H

I

endereccedilo interface

ABEG

1123

12 3

Switch exemplo

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Suponha que D responde com um quadro para C

Switch recebe quadro de D Anota na tabela que D estaacute na interface 2 Como C estaacute na tabela o switch encaminha o quadro apenas para a

interface 1 Quadro recebido por C

hub hub hub

switch

A

B CD

EF

G H

I

endereccedilo interface

ABEGC

11231

Switch exemplo

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A instalaccedilatildeo do switch quebra as sub-redes em segmentos de LAN Switch filtra pacotes

Alguns quadros do mesmo segmento de LAN natildeo satildeo usualmente encaminhados para outros segmento de LAN

Segmentos se tornam separados em domiacutenios de colisatildeo

hub hub hub

switch

domiacutenio de colisatildeo domiacutenio de colisatildeo

domiacutenio de colisatildeo

Switch isolaccedilatildeo de traacutefego

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Switch com muitas interfaces Hospedeiros possuem conexatildeo direta ao switch Sem colisotildees full duplex

Switching A-para-Arsquo e B-para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees

Switches acesso dedicado

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Cut-through switching quadro encaminhado da porta de entrada ateacute a porta de saiacuteda sem ter de primeiro coletar o quadro todo Ligeira reduccedilatildeo na latecircncia

Combinaccedilotildees de interfaces 101001000 Mbps compartilhadasdedicadas

Mais sobre switches

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Redes corporativas

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Ambos satildeo dispositivos store-and-forward Roteadores dispositivos de camada de rede (examinam cabeccedilalhos

da camada de rede) Switches satildeo dispositivos da camada de enlace

Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam algoritmos de roteamento Switches mantecircm tabelas de switch implementam filtragem algoritmos de aprendizagem

Switches vs roteadores

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hubs roteadores switches

isolaccedilatildeo detraacutefego

natildeo sim sim

plug amp play sim natildeo sim

roteamentooacutetimo

natildeo sim natildeo

cutthrough

sim natildeo sim

Resumo comparaccedilatildeo

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A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace de broadcast Sem Media Access Control Natildeo necessita de endereccedilamento MAC expliacutecito Ex dialup link linha ISDN

Protocolos ponto-a-ponto DLC populares PPP (point-to-point protocol) HDLC High level data link control (camada de enlace costumava ser considerada ldquocamada altardquo na pilha de protocolos)

Controle de enlace de dados ponto-a-ponto

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Enquadramento de pacote encapsulamento do datagrama da camada de rede no quadro da camada de enlace Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolo de rede (natildeo apenas o IP) ao mesmo tempo Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo

Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo de bit no campo de dados

Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo) Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do enlace

para a camada de rede Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos terminais

do enlace podem aprender e configurar o endereccedilo de rede dos outros

PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]

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Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros Natildeo haacute controle de fluxo Aceita entregas fora de ordem Natildeo haacute necessidade de suportar enlaces multiponto (ex polling)

Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeo dos dados satildeo todos relegados para as camadas mais altas

PPP natildeo requisitos

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Flag delimitador (enquadramento) Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura) Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacuteltiplos campos de

controle Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o conteuacutedo do

quadro deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)

PPP formato do quadro

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info dados da camada superior sendo transportados CRC verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de erros

PPP formato dos dados

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Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de dados deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt01111110gt

P Se for recebido o padratildeo lt01111110gt satildeo dados ou eacute flag Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte extra com o padratildeo lt

01111101gt (escape) antes de cada byte com o padratildeo de flag lt 01111110gt nos dados

Receptor Um byte 01111101 seguido de 01111110 em seguida descarta o primeiro e continua a recepccedilatildeo de dados Uacutenico byte 01111110 entatildeo eacute um flag

Byte stuffing

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byte com o padratildeodo flag nos dados a enviar

byte com o padratildeo de escape acrescentado nos dados transmitidos seguido por um byte com padratildeo de flag

Byte stuffing

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Antes de trocar dados da camada de rede os parceiros da camada de enlace devem A configurar o enlace PPP (tamanho maacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo) Aprenderconfigurar as informaccedilotildees da camada de rede

Para o IP transportar mensagens do protocolo de controle IP (IPCP) (campo de protocolo 8021) para configuraraprender os

endereccedilos IP

PPP protocolo de controle de dados

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A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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Virtualizaccedilatildeo dos recursos uma poderosa abstraccedilatildeo em engenharia de sistemas Exemplos em computaccedilatildeo memoacuteria virtual dispositivos virtuais

Maacutequinas virtuais ex java IBM VM os dos anos 6070

Camada de abstraccedilotildees natildeo se apega a detalhes da camada mais baixa apenas trata com as camadas mais baixas abstratamente

Virtualizaccedilatildeo das redes

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1974 muacuteltiplas redes desconectadas ARPAnet redes de dados-sobre-cabo rede de pacote por sateacutelite (Aloha) rede de pacotes por raacutedio

hellip diferentes em convenccedilotildees de endereccedilamento formatos do pacote recuperaccedilatildeo de erros roteamento

Internet virtualizaccedilatildeo das redes

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Camada de rede da Internet (IP) Endereccedilamento internetwork

aparece como uma entidade uacutenica e uniforme escondendo a heterogeneidade das redes locais

Rede de redes

Gateway ldquoembute pacotes da Internet no

formato de um pacote local ou os extrairdquo

Rota (no niacutevel de internetwork) para o proacuteximo gateway

Internet virtualizaccedilatildeo das redes

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O que eacute virtualizado Duas camadas de endereccedilamento Internet e rede local Nova camada (IP) torna tudo homogecircneo na camada da Internet Tecnologia da rede local em questatildeo

Cabo Sateacutelite Modem telefocircnico de 56 K Hoje ATM MPLS

hellip ldquoinvisiacutevelrdquo na camada da Internet Parece com uma tecnologia de camada de enlace para o IP

Arquitetura da Internet de Cerf amp Kahn

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ATM MPLS redes separadas em seus proacuteprios direitos Modelos de serviccedilo endereccedilamento roteamento diferentes da Internet

Vistos pela Internet como um enlace loacutegico conectando roteadores IP Assim como o dialup link eacute realmente parte de uma rede separada

(rede telefocircnica)

ATM MPLS de interesse teacutecnico em seu proacuteprio direito

ATM e MPLS

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Padratildeo dos anos 8090 para altas taxas de transmissatildeo (155 Mbps a 622 Mbps e mais altas) arquitetura de Broadband Integrated Service Digital Network (B-ISDN)

Objetivo transporte integrado de voz dados e imagens com foco nas redes puacuteblicas de comunicaccedilatildeo Deve atender aos requisitos de tempoQoS para aplicaccedilotildees de voz

e de viacutedeo (versus o serviccedilo de melhor esforccedilo da Internet) Telefonia de ldquoproacutexima geraccedilatildeordquo fundamentos teacutecnicos no mundo da telefonia Comutaccedilatildeo de pacotes (pacotes de tamanho fixo chamados ldquoceacutelulasrdquo) usando circuitos virtuais

Modo de transferecircncia assiacutencrono ATM

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Camada de adaptaccedilatildeo apenas na borda de uma rede ATM Segmentaccedilatildeo e remontagem dos dados Grosseiramente anaacuteloga agrave camada de transporte da Internet

Camada ATM camada de ldquorederdquo Comutaccedilatildeo de ceacutelulas roteamento

Camada fiacutesica

Sistema final Sistema finalSwitch ATM Switch ATM

Arquitetura ATM

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Visatildeo transporte fim-a-fim ldquoATM de computador a computadorrdquo ATM eacute uma tecnologia de redeRealidade usada para conectar roteadores IP de backbone ldquoIP sobre ATMrdquo ATM como uma camada de enlace comutada conectando roteadores IP

ATM camada de rede ou de enlace

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Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL) ldquoadaptardquo camadas superiores (aplicaccedilotildees IP ou nativas ATM) para a camada ATM abaixo

AAL presente apenas nos sistemas finais natildeo nos comutadores ATM (ldquoswitchesrdquo)

O segmento da camada AAL (campo de cabeccedilalhotrailer e de dados) satildeo fragmentados em muacuteltiplas ceacutelulas ATM Analogia segmento TCP em muitos pacotes IP

Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL)

Sistema final Sistema finalSwitch ATM Switch ATM

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Diferentes versotildees da camada AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM AAL1 para serviccedilo CBR (taxa de bit constante) ex emulaccedilatildeo de circuitos AAL2 para serviccedilos VBR (taxa de bit variaacutevel) ex viacutedeo MPEG AAL5 para dados (ex datagramas IP)

AAL PDU

ceacutelula ATM

Dados de usuaacuterio

subcamadade convergecircncia

subcamadaSAR

Ceacutelula ATM

Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL)

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Serviccedilo transporte de ceacutelulas atraveacutes da rede ATM Anaacuteloga agrave camada de rede IP Serviccedilos muito diferentes da camada de rede IP

Arquiteturade rede

Internet

ATM

ATM

ATM

ATM

Modelo de serviccedilo

melhoresforccediloCBR

VBR

ABR

UBR

Banda

natildeo

taxaconstantetaxagarantidamiacutenimogarantidonatildeo

Perda

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Ordem

natildeo

sim

sim

sim

sim

Tempo

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Aviso decongestatildeo

natildeo (inferidopelas perdas)natildeo haacutecongestatildeonatildeo haacutecongestatildeosim

natildeo

Garantias

Camada ATM

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Transporte em VC ceacutelulas satildeo transportadas sobre VC da fonte ao destino Estabelecimento de conexatildeo necessaacuterio para cada chamada antes que o fluxo de dados possa ser iniciado Cada pacote transporta um identificador de VC (natildeo transporta o endereccedilo do destino) Cada comutador com caminho entre a fonte e o destino manteacutem o ldquoestadordquo para cada conexatildeo passante Recursos do enlace e do comutador (banda passante buffers) podem ser alocados por VC para obter um comportamento semelhante a um circuito fiacutesico

VCs permanentes (PVCs) Conexotildees de longa duraccedilatildeo Tipicamente rota ldquopermanenterdquo entre roteadores IP

VCs comutados (SVC) Dinamicamente criados numa base por chamada

Camadas ATM circuitos virtuais

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Vantagens do uso de circuitos virtuais no ATM Iacutendices de QoS garantidos para conexotildees mapeadas em

circuitos virtuais (banda passante atraso variacircncia de atraso)

Problemas no uso de circuitos virtuais O suporte de traacutefego datagrama eacute ineficiente Um PVC entre cada par origemdestino natildeo tem boa

escalabilidade (N2 conexotildees satildeo necessaacuterias) SVC introduz latecircncia de estabelecimento de conexatildeo e

atrasos de processamento para conexotildees de curta duraccedilatildeo

ATM VCs

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Cabeccedilalho da ceacutelula ATM com 5 bytes Carga uacutetil com 48-bytes

Por quecirc carga uacutetil pequena -gt pequeno atraso de criaccedilatildeo de ceacutelula para voz digitalizada

Meio do caminho entre 32 e 64 (compromisso)

cabeccedilalhoda ceacutelula

formato daceacutelula

3o bit no campo PTvalor 1 indica uacuteltima ceacutelula (AAL-indicate bit)

Camada ATM ceacutelula ATM

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VCI identificador de canal virtual Pode mudar de enlace para enlace atraveacutes da rede

PT tipo de carga uacutetil (ex ceacutelula RM versus ceacutelula de dados) CLP bit de prioridade de perda de ceacutelula

CLP = 1 implica ceacutelula de baixa prioridade pode ser descartada em caso de congestatildeo

HEC verificaccedilatildeo de erros no cabeccedilalho Verificaccedilatildeo ciacuteclica de erros

Cabeccedilalho da ceacutelula ATM

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A camada fiacutesica se compotildee de duas partes (subcamadas ) Subcamada de convergecircncia de transmissatildeo (TCS) adapta a camada

ATM acima agrave subcamada fiacutesica abaixo (PMD) Subcamada dependente do meio depende do tipo de meio fiacutesico que

estaacute sendo empregado

Funccedilotildees da TCS Geraccedilatildeo do checksum do cabeccedilalho 8 bits CRC Delineamento de ceacutelula Com uma subcamada PMD natildeo estruturada transmite ceacutelulas vazias

(ldquoidle cellsrdquo) quando natildeo haacute ceacutelulas de dados a enviar

Camada fiacutesica ATM

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Subcamada dependente do meio fiacutesico (PMD) SONETSDH estrutura de transmissatildeo de quadros (como um

container carregando bits) Sincronizaccedilatildeo de bits Particcedilotildees da banda passante (TDM) Vaacuterias velocidades OC1 = 5184 Mbps OC3 = 15552 Mbps OC12 = 62208 Mbps

T1T3 estrutura de transmissatildeo de quadros (velha hierarquia de telefonia 15 Mbps45 Mbps No Brasil usa-se a hierarquia europeacuteia E1E3 2 34 Mbps

Natildeo estruturada apenas ceacutelulas (ocupadasvazias)

Camada fiacutesica ATM

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Apenas IP claacutessico 3 ldquoredesrdquo (ex segmentos de LAN) Endereccedilos MAC (8023) e IP

IP sobre ATM Substitui ldquorederdquo (ex segmento

de LAN) com a rede ATM Endereccedilos ATM endereccedilos IP

redeATM

EthernetLANs

EthernetLANs

IP-sobre-ATM

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No endereccedilo de origem Camada IP encontra um mapeamento entre o endereccedilo IP e o endereccedilo de destino ATM (usando ARP) Passa o datagrama para a camada de adaptaccedilatildeo AAL5 AAL5 encapsula os dados segmenta em ceacutelulas e passa para a camada ATM

Rede ATM move a ceacutelula para o destino de acordo com o seu VC (circuito virtual)

No hospedeiro de destino AAL5 remonta o datagrama original a partir das ceacutelulas recebidas Se o CRC OK datagrama eacute passado ao IP

Viagem de um datagrama numa rede IP-sobre-ATM

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Questotildees Datagramas IP em ATM AAL5 PDUs Dos endereccedilos IP aos endereccedilos ATM

Da mesma forma que de endereccedilos IP para endereccedilos MAC 8023

redeATM

EthernetLANs

IP-sobre-ATM

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Objetivo inicial aumentar a velocidade de encaminhamento IP usando labels de tamanho fixo (em vez de endereccedilo IP) Mesma ideacuteia do meacutetodo de circuito virtual (VC) Mas o datagrama IP ainda manteacutem o endereccedilo IP

Multiprotocol label switching (MPLS)

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Roteador faz a funccedilatildeo de comutador de roacutetulo Pacotes encaminhados para interface de saiacuteda com base apenas no valor

do roacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP) Tabela de encaminhamento MPLS distinta das tabelas de encaminhamento IP

Protocolo de sinalizaccedilatildeo necessaacuterio para estabelecer o encaminhamento RSVP-TE Encaminhamento eacute possiacutevel por caminhos que o IP sozinho natildeo pode usar (ex roteamento de especificado pela origem) Use MPLS para engenharia de traacutefego

Deve coexistir com roteadores unicamente IP

Roteadores MPLS

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Tabelas de encaminhamento MPLS

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Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace Detecccedilatildeo de erros correccedilatildeo Compartilhando um canal broadcast acesso muacuteltiplo Endereccedilamento da camada de enlace

Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de vaacuterias tecnologias da camada de enlace Ethernet LANS comutadas PPP Redes virtualizadas como uma camada de enlace ATM MPLS

Resumo

Page 30: Capítulo 5 Redes de computadores e a Internet A camada de enlace e redes locais

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CSMACD detecccedilatildeo de colisatildeo

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Protocolos MAC com particionamento de canais Compartilham o canal eficientemente quando a carga eacute alta e bem distribuiacuteda Ineficiente nas cargas baixas atraso no acesso ao canal A estaccedilatildeo consegue uma banda de 1N da capacidade do canal mesmo que haja apenas 1 noacute ativo

Protocolos MAC de acesso aleatoacuterio Eficiente nas cargas baixas um uacutenico noacute pode usar todo o canal Cargas altas excesso de colisotildees

Protocolos de passagem de permissatildeoBuscam o melhor dos dois mundos

Protocolos MAC com passagem de permissatildeo

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Polling Noacute mestre ldquoconvidardquo os escravos a transmitirem um de cada vez Problemas

Polling overhead Latecircncia Ponto uacutenico de falha (mestre)

Token passing Controla um token passado de um noacute a outro sequumlencialmente Mensagem token Problemas

Token overhead Latecircncia Ponto uacutenico de falha (token)

Protocolos MAC com passagem de permissatildeo

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Como se faz com um canal compartilhado Particionamento de canal no tempo por frequumlecircncia ou por coacutedigo

Divisatildeo temporal divisatildeo por coacutedigo divisatildeo por frequumlecircncia Particionamento aleatoacuterio (dinacircmico)

ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACD Detecccedilatildeo de portadora faacutecil em alguns meios fiacutesicos (cabos) e

difiacutecil em outros (wireless) CSMACD usado na rede Ethernet CSMACA usado em 80211

Passagem de permissatildeo Polling a partir de um site central passagem de token

Sumaacuterio dos protocolos MAC

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Camada de enlace ateacute agora Serviccedilos detecccedilatildeo de erroscorreccedilatildeo acesso muacuteltiplo

A seguir tecnologias de redes locais (LAN) Endereccedilamento Ethernet hubs pontes switches PPP

Tecnologias de LAN

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A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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Endereccedilos IP de 32-bit Endereccedilos da camada de rede Usados para levar o datagrama ateacute a rede de destino (lembre-se

da definiccedilatildeo de rede IP)

Endereccedilo de LAN (ou MAC ou fiacutesico) Usado para levar o datagrama de uma interface fiacutesica a outra

fisicamente conectada com a primeira (isto eacute na mesma rede) Endereccedilos MAC com 48 bits (na maioria das LANs)

gravados na memoacuteria fixa (ROM) do adaptador de rede

Endereccedilos de LAN e ARP

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A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEE O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (para

assegurar a unicidade)

Analogia (a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG (b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal

Endereccedilamento MAC eacute ldquoflatrdquo =gt portabilidade Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra sem

reconfiguraccedilatildeo de endereccedilo MAC

Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevel Depende da rede na qual se estaacute ligado

Endereccedilos de LAN (mais)

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Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de Bdado o endereccedilo IP de B Cada noacute IP (hospedeiro roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabela ARP Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt

lt IP address MAC address TTLgt TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamento de

endereccedilos seraacute esquecido (tipicamente 20 min)

ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de resoluccedilatildeo de endereccedilos)

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A que enviar um datagrama para B e o endereccedilo MAS de B natildeo estaacute na tabela ARP de A

A faz broadcast de pacote de consulta ARB contendo o endereccedilo IP de B end MAC de destino = FF-FF-FF-FF-FF-FF todas as maacutequinas na LAN recebem a consulta ARP

B recebe o pacote ARP responde para A com seu endereccedilo MAC (de B) Quadro enviado para o end MAC de A (unicast)

A faz um cache (salva) o par de endereccedilos IP para MAC em sua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo se torne antiga (expirada) soft state informaccedilatildeo que expira (eacute descartada) sem atualizaccedilatildeo

ARP eacute ldquoplug-and-playrdquo Noacutes criam suas tabelas ARP sem intervenccedilatildeo do administrador da rede

Protocolo ARP Mesma LAN (network)

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objetivo envia datagrama de A para B via R supotildee que A conhece o endereccedilo IP de B

bull Duas tabelas ARP no roteador R um para cada rede IP (LAN)

Roteamento para outra LAN

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A cria o pacote IP com origem A destino B A usa ARP para obter o endereccedilo de camada fiacutesica de R correspondente ao

endereccedilo IP 111111111110 A cria um quadro Ethernet com o endereccedilo fiacutesico de R como destino o

quadro Ethernet conteacutem o datagrama IP de A para B A camada de enlace de A envia o quadroEthernet A camada de enlace de R recebe o quadro Ethernet R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verifica que ele se destina a

B R usa ARP para obter o endereccedilo fiacutesico de B R cria quadro contendo um datagrama de A para B e envia para B

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A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo Barato R$20 por 100Mbps Primeira tecnologia de LAN largamente usada Mais simples e mais barata que LANs com token e ATM Velocidade crescente 10Mbps ndash 10Gbps

esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf

Ethernet

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Topologia de bus popular em meados dos anos 90 Agora a topologia em estrela prevalece Opccedilotildees de conexatildeo hub ou switch (mais adiante)

Topologia em estrela

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Adaptador do transmissor encapsula o datagrama IP (ou outro pacote de protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet

Preacircmbulo bull 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte com padratildeo 10101011bull usado para sincronizar as taxas de reloacutegio do transmissor e do receptor

Estrutura do quadro Ethernet

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Endereccedilos 6 bytes Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de destino coincidente ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa o dado no quadro para o protocolo da camada de rede

Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP mas outros podem ser suportados tais como Novell IPX e AppleTalk)

CRC verificado no receptor se um erro eacute detectado o quadro eacute simplesmente descartado

Estrutura do quadro Ethernet

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Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o receptor

Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou nacks para o adaptador transmissor O fluxo de datagramas que passa para a camada de rede pode deixar

lacunas Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCP Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas

Serviccedilo natildeo confiaacutevel sem conexatildeo

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Sem slots Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador

transmitindo isto eacute carrier sense O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador

transmitindo isto eacute collision detection Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo

aleatoacuterio isto eacute random access

Ethernet usa CSMACD

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1 Adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmitir o

quadro Se ele detecta o canal ocupado espera ateacute ele ficar livre e entatildeo transmite

3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo sua missatildeo com esse quadro estaacute cumprida

4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta e envia um jam signal

5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a m-eacutesima colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2m-1 O adaptador espera K512 tempos de bit e retorna ao passo 2

Algoritmo CSMACD da Ethernet

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Jam signal garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo 48 bitsBit time 1 microseg para Ethernet de 10 Mbpspara K=1023 o tempo de espera eacute cerca de 50 mseg

Veja o applet Java no Web site da AWL altamemte recomendadoExponential backoff Objetivo adaptar tentativas de retransmissatildeo para carga atual da rede

Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longa Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacute

K x 512 tempos de transmissatildeo de bit Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3hellip Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023

Ethernet CSMACD

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Tprop = propagaccedilatildeo maacutexima entre 2 noacutes na LAN

ttrans = tempo para transmitir um quadro de tamanho maacuteximo

Eficiecircncia tende a 1 quando tprop tende a 0

Tende a 1 quando ttrans tende ao infinito Muito melhor do que o ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato

transprop tt 51

1eficiecircncia

Eficiecircncia do CSMACD

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Taxa de 10100 Mbps chamado mais tarde de ldquofast ethernetrdquo T significa ldquoTwisted Pairrdquo (par de fios tranccedilados de cobre) Noacutes se conectam a um hub ldquotopologia em estrelardquo 100 m eacute a distacircncia

maacutexima entre os noacutes e o hub

10BaseT e 100BaseT

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Hubs satildeo essencialmente repetidores de camada fiacutesica Bits que chegam de um enlace se propagam para todos os outros enlaces Com a mesma taxa Natildeo possuem armazenagem de quadros Natildeo haacute CSMACD no hub adaptadores detectam colisotildees Provecirc funcionalidade de gerenciamento de rede

Hubs

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Usada em 10BaseT Cada bit possui uma transiccedilatildeo Permite que os reloacutegios nos noacutes de transmissatildeo e de recepccedilatildeo possam

sincronizar um com o outro Natildeo eacute necessaacuterio reloacutegio global centralizado entre os noacutes

Ei isso eacute coisa de camada fiacutesica

Codificaccedilatildeo Manchester

Codificaccedilatildeo Manchester

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Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeo Permite enlaces ponto-a-ponto e canais de muacuteltiplo acesso

compartilhados No modo compartilhado o CSMACD eacute usado exige pequenas

distacircncias entre os noacutes para ser eficiente Usa hubs chamados aqui de Distribuidores com Armazenagem

ldquoBuffered Distributorsrdquo Full-Duplex a 1 Gbps para enlaces ponto-a-ponto 10 Gbps agora

Gigabit Ethernet

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A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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Hub de backbone interconecta segmentos de LAN Estende a distacircncia maacutexima entre os noacutes Mas domiacutenios de colisatildeo individuais tornam-se um uacutenico e grande

domiacutenio de colisatildeo Natildeo pode interconectar 10BaseT e 100BaseT

Interconexatildeo com hubs

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Dispositivo de camada de enlace Armazena e encaminha quadros Ethernet Examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o

quadro baseado no endereccedilo MAC de destino Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento

usa CSMACD para acessar o segmento Transparente

Hospedeiros satildeo inconscientes da presenccedila dos switches Plug-and-play self-learning (auto-aprendizado)

Switches natildeo precisam ser configurados

Switch

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Como determinar para qual segmento da LAN encaminhar o quadro Parece um problema de roteamento

Encaminhamento

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Um switch possui uma tabela de switch Entrada na tabela do switch

(endereccedilo MAC interface marca de tempo) Entradas expiradas na tabela satildeo decartadas (TTL pode ser 60 min)

Switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de suas interfaces Quando recebe um quadro o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento da LAN que chega Registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela

Self learning (auto-aprendizado)

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Quando um switch recebe um quadro

indexa a tabela do switch usando end MAC de destinoif entrada for encontrada para o destino

then if dest no segmento deste quadro chegou

then descarta o quadro else encaminha o quadro na interface indicada else flood

Encaminha para todas as interfacesexceto para a que o quadro chegou

Filtragemencaminhamento

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Suponha que C envia um quadro para D

Switch recebe o quadro de C Anota na tabela que C estaacute na interface 1 Como D natildeo estaacute na tabela o switch encaminha o quadro para as

interfaces 2 e 3 Quadro recebido por D

hub hub hub

switch

A

B CD

EF

G H

I

endereccedilo interface

ABEG

1123

12 3

Switch exemplo

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Suponha que D responde com um quadro para C

Switch recebe quadro de D Anota na tabela que D estaacute na interface 2 Como C estaacute na tabela o switch encaminha o quadro apenas para a

interface 1 Quadro recebido por C

hub hub hub

switch

A

B CD

EF

G H

I

endereccedilo interface

ABEGC

11231

Switch exemplo

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A instalaccedilatildeo do switch quebra as sub-redes em segmentos de LAN Switch filtra pacotes

Alguns quadros do mesmo segmento de LAN natildeo satildeo usualmente encaminhados para outros segmento de LAN

Segmentos se tornam separados em domiacutenios de colisatildeo

hub hub hub

switch

domiacutenio de colisatildeo domiacutenio de colisatildeo

domiacutenio de colisatildeo

Switch isolaccedilatildeo de traacutefego

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Switch com muitas interfaces Hospedeiros possuem conexatildeo direta ao switch Sem colisotildees full duplex

Switching A-para-Arsquo e B-para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees

Switches acesso dedicado

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Cut-through switching quadro encaminhado da porta de entrada ateacute a porta de saiacuteda sem ter de primeiro coletar o quadro todo Ligeira reduccedilatildeo na latecircncia

Combinaccedilotildees de interfaces 101001000 Mbps compartilhadasdedicadas

Mais sobre switches

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Redes corporativas

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Ambos satildeo dispositivos store-and-forward Roteadores dispositivos de camada de rede (examinam cabeccedilalhos

da camada de rede) Switches satildeo dispositivos da camada de enlace

Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam algoritmos de roteamento Switches mantecircm tabelas de switch implementam filtragem algoritmos de aprendizagem

Switches vs roteadores

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hubs roteadores switches

isolaccedilatildeo detraacutefego

natildeo sim sim

plug amp play sim natildeo sim

roteamentooacutetimo

natildeo sim natildeo

cutthrough

sim natildeo sim

Resumo comparaccedilatildeo

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A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace de broadcast Sem Media Access Control Natildeo necessita de endereccedilamento MAC expliacutecito Ex dialup link linha ISDN

Protocolos ponto-a-ponto DLC populares PPP (point-to-point protocol) HDLC High level data link control (camada de enlace costumava ser considerada ldquocamada altardquo na pilha de protocolos)

Controle de enlace de dados ponto-a-ponto

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Enquadramento de pacote encapsulamento do datagrama da camada de rede no quadro da camada de enlace Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolo de rede (natildeo apenas o IP) ao mesmo tempo Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo

Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo de bit no campo de dados

Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo) Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do enlace

para a camada de rede Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos terminais

do enlace podem aprender e configurar o endereccedilo de rede dos outros

PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]

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Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros Natildeo haacute controle de fluxo Aceita entregas fora de ordem Natildeo haacute necessidade de suportar enlaces multiponto (ex polling)

Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeo dos dados satildeo todos relegados para as camadas mais altas

PPP natildeo requisitos

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Flag delimitador (enquadramento) Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura) Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacuteltiplos campos de

controle Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o conteuacutedo do

quadro deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)

PPP formato do quadro

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info dados da camada superior sendo transportados CRC verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de erros

PPP formato dos dados

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Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de dados deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt01111110gt

P Se for recebido o padratildeo lt01111110gt satildeo dados ou eacute flag Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte extra com o padratildeo lt

01111101gt (escape) antes de cada byte com o padratildeo de flag lt 01111110gt nos dados

Receptor Um byte 01111101 seguido de 01111110 em seguida descarta o primeiro e continua a recepccedilatildeo de dados Uacutenico byte 01111110 entatildeo eacute um flag

Byte stuffing

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byte com o padratildeodo flag nos dados a enviar

byte com o padratildeo de escape acrescentado nos dados transmitidos seguido por um byte com padratildeo de flag

Byte stuffing

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Antes de trocar dados da camada de rede os parceiros da camada de enlace devem A configurar o enlace PPP (tamanho maacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo) Aprenderconfigurar as informaccedilotildees da camada de rede

Para o IP transportar mensagens do protocolo de controle IP (IPCP) (campo de protocolo 8021) para configuraraprender os

endereccedilos IP

PPP protocolo de controle de dados

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A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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Virtualizaccedilatildeo dos recursos uma poderosa abstraccedilatildeo em engenharia de sistemas Exemplos em computaccedilatildeo memoacuteria virtual dispositivos virtuais

Maacutequinas virtuais ex java IBM VM os dos anos 6070

Camada de abstraccedilotildees natildeo se apega a detalhes da camada mais baixa apenas trata com as camadas mais baixas abstratamente

Virtualizaccedilatildeo das redes

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1974 muacuteltiplas redes desconectadas ARPAnet redes de dados-sobre-cabo rede de pacote por sateacutelite (Aloha) rede de pacotes por raacutedio

hellip diferentes em convenccedilotildees de endereccedilamento formatos do pacote recuperaccedilatildeo de erros roteamento

Internet virtualizaccedilatildeo das redes

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Camada de rede da Internet (IP) Endereccedilamento internetwork

aparece como uma entidade uacutenica e uniforme escondendo a heterogeneidade das redes locais

Rede de redes

Gateway ldquoembute pacotes da Internet no

formato de um pacote local ou os extrairdquo

Rota (no niacutevel de internetwork) para o proacuteximo gateway

Internet virtualizaccedilatildeo das redes

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O que eacute virtualizado Duas camadas de endereccedilamento Internet e rede local Nova camada (IP) torna tudo homogecircneo na camada da Internet Tecnologia da rede local em questatildeo

Cabo Sateacutelite Modem telefocircnico de 56 K Hoje ATM MPLS

hellip ldquoinvisiacutevelrdquo na camada da Internet Parece com uma tecnologia de camada de enlace para o IP

Arquitetura da Internet de Cerf amp Kahn

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ATM MPLS redes separadas em seus proacuteprios direitos Modelos de serviccedilo endereccedilamento roteamento diferentes da Internet

Vistos pela Internet como um enlace loacutegico conectando roteadores IP Assim como o dialup link eacute realmente parte de uma rede separada

(rede telefocircnica)

ATM MPLS de interesse teacutecnico em seu proacuteprio direito

ATM e MPLS

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Padratildeo dos anos 8090 para altas taxas de transmissatildeo (155 Mbps a 622 Mbps e mais altas) arquitetura de Broadband Integrated Service Digital Network (B-ISDN)

Objetivo transporte integrado de voz dados e imagens com foco nas redes puacuteblicas de comunicaccedilatildeo Deve atender aos requisitos de tempoQoS para aplicaccedilotildees de voz

e de viacutedeo (versus o serviccedilo de melhor esforccedilo da Internet) Telefonia de ldquoproacutexima geraccedilatildeordquo fundamentos teacutecnicos no mundo da telefonia Comutaccedilatildeo de pacotes (pacotes de tamanho fixo chamados ldquoceacutelulasrdquo) usando circuitos virtuais

Modo de transferecircncia assiacutencrono ATM

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Camada de adaptaccedilatildeo apenas na borda de uma rede ATM Segmentaccedilatildeo e remontagem dos dados Grosseiramente anaacuteloga agrave camada de transporte da Internet

Camada ATM camada de ldquorederdquo Comutaccedilatildeo de ceacutelulas roteamento

Camada fiacutesica

Sistema final Sistema finalSwitch ATM Switch ATM

Arquitetura ATM

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Visatildeo transporte fim-a-fim ldquoATM de computador a computadorrdquo ATM eacute uma tecnologia de redeRealidade usada para conectar roteadores IP de backbone ldquoIP sobre ATMrdquo ATM como uma camada de enlace comutada conectando roteadores IP

ATM camada de rede ou de enlace

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Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL) ldquoadaptardquo camadas superiores (aplicaccedilotildees IP ou nativas ATM) para a camada ATM abaixo

AAL presente apenas nos sistemas finais natildeo nos comutadores ATM (ldquoswitchesrdquo)

O segmento da camada AAL (campo de cabeccedilalhotrailer e de dados) satildeo fragmentados em muacuteltiplas ceacutelulas ATM Analogia segmento TCP em muitos pacotes IP

Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL)

Sistema final Sistema finalSwitch ATM Switch ATM

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Diferentes versotildees da camada AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM AAL1 para serviccedilo CBR (taxa de bit constante) ex emulaccedilatildeo de circuitos AAL2 para serviccedilos VBR (taxa de bit variaacutevel) ex viacutedeo MPEG AAL5 para dados (ex datagramas IP)

AAL PDU

ceacutelula ATM

Dados de usuaacuterio

subcamadade convergecircncia

subcamadaSAR

Ceacutelula ATM

Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL)

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Serviccedilo transporte de ceacutelulas atraveacutes da rede ATM Anaacuteloga agrave camada de rede IP Serviccedilos muito diferentes da camada de rede IP

Arquiteturade rede

Internet

ATM

ATM

ATM

ATM

Modelo de serviccedilo

melhoresforccediloCBR

VBR

ABR

UBR

Banda

natildeo

taxaconstantetaxagarantidamiacutenimogarantidonatildeo

Perda

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Ordem

natildeo

sim

sim

sim

sim

Tempo

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Aviso decongestatildeo

natildeo (inferidopelas perdas)natildeo haacutecongestatildeonatildeo haacutecongestatildeosim

natildeo

Garantias

Camada ATM

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Transporte em VC ceacutelulas satildeo transportadas sobre VC da fonte ao destino Estabelecimento de conexatildeo necessaacuterio para cada chamada antes que o fluxo de dados possa ser iniciado Cada pacote transporta um identificador de VC (natildeo transporta o endereccedilo do destino) Cada comutador com caminho entre a fonte e o destino manteacutem o ldquoestadordquo para cada conexatildeo passante Recursos do enlace e do comutador (banda passante buffers) podem ser alocados por VC para obter um comportamento semelhante a um circuito fiacutesico

VCs permanentes (PVCs) Conexotildees de longa duraccedilatildeo Tipicamente rota ldquopermanenterdquo entre roteadores IP

VCs comutados (SVC) Dinamicamente criados numa base por chamada

Camadas ATM circuitos virtuais

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Vantagens do uso de circuitos virtuais no ATM Iacutendices de QoS garantidos para conexotildees mapeadas em

circuitos virtuais (banda passante atraso variacircncia de atraso)

Problemas no uso de circuitos virtuais O suporte de traacutefego datagrama eacute ineficiente Um PVC entre cada par origemdestino natildeo tem boa

escalabilidade (N2 conexotildees satildeo necessaacuterias) SVC introduz latecircncia de estabelecimento de conexatildeo e

atrasos de processamento para conexotildees de curta duraccedilatildeo

ATM VCs

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Cabeccedilalho da ceacutelula ATM com 5 bytes Carga uacutetil com 48-bytes

Por quecirc carga uacutetil pequena -gt pequeno atraso de criaccedilatildeo de ceacutelula para voz digitalizada

Meio do caminho entre 32 e 64 (compromisso)

cabeccedilalhoda ceacutelula

formato daceacutelula

3o bit no campo PTvalor 1 indica uacuteltima ceacutelula (AAL-indicate bit)

Camada ATM ceacutelula ATM

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VCI identificador de canal virtual Pode mudar de enlace para enlace atraveacutes da rede

PT tipo de carga uacutetil (ex ceacutelula RM versus ceacutelula de dados) CLP bit de prioridade de perda de ceacutelula

CLP = 1 implica ceacutelula de baixa prioridade pode ser descartada em caso de congestatildeo

HEC verificaccedilatildeo de erros no cabeccedilalho Verificaccedilatildeo ciacuteclica de erros

Cabeccedilalho da ceacutelula ATM

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A camada fiacutesica se compotildee de duas partes (subcamadas ) Subcamada de convergecircncia de transmissatildeo (TCS) adapta a camada

ATM acima agrave subcamada fiacutesica abaixo (PMD) Subcamada dependente do meio depende do tipo de meio fiacutesico que

estaacute sendo empregado

Funccedilotildees da TCS Geraccedilatildeo do checksum do cabeccedilalho 8 bits CRC Delineamento de ceacutelula Com uma subcamada PMD natildeo estruturada transmite ceacutelulas vazias

(ldquoidle cellsrdquo) quando natildeo haacute ceacutelulas de dados a enviar

Camada fiacutesica ATM

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Subcamada dependente do meio fiacutesico (PMD) SONETSDH estrutura de transmissatildeo de quadros (como um

container carregando bits) Sincronizaccedilatildeo de bits Particcedilotildees da banda passante (TDM) Vaacuterias velocidades OC1 = 5184 Mbps OC3 = 15552 Mbps OC12 = 62208 Mbps

T1T3 estrutura de transmissatildeo de quadros (velha hierarquia de telefonia 15 Mbps45 Mbps No Brasil usa-se a hierarquia europeacuteia E1E3 2 34 Mbps

Natildeo estruturada apenas ceacutelulas (ocupadasvazias)

Camada fiacutesica ATM

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Apenas IP claacutessico 3 ldquoredesrdquo (ex segmentos de LAN) Endereccedilos MAC (8023) e IP

IP sobre ATM Substitui ldquorederdquo (ex segmento

de LAN) com a rede ATM Endereccedilos ATM endereccedilos IP

redeATM

EthernetLANs

EthernetLANs

IP-sobre-ATM

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No endereccedilo de origem Camada IP encontra um mapeamento entre o endereccedilo IP e o endereccedilo de destino ATM (usando ARP) Passa o datagrama para a camada de adaptaccedilatildeo AAL5 AAL5 encapsula os dados segmenta em ceacutelulas e passa para a camada ATM

Rede ATM move a ceacutelula para o destino de acordo com o seu VC (circuito virtual)

No hospedeiro de destino AAL5 remonta o datagrama original a partir das ceacutelulas recebidas Se o CRC OK datagrama eacute passado ao IP

Viagem de um datagrama numa rede IP-sobre-ATM

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Questotildees Datagramas IP em ATM AAL5 PDUs Dos endereccedilos IP aos endereccedilos ATM

Da mesma forma que de endereccedilos IP para endereccedilos MAC 8023

redeATM

EthernetLANs

IP-sobre-ATM

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Objetivo inicial aumentar a velocidade de encaminhamento IP usando labels de tamanho fixo (em vez de endereccedilo IP) Mesma ideacuteia do meacutetodo de circuito virtual (VC) Mas o datagrama IP ainda manteacutem o endereccedilo IP

Multiprotocol label switching (MPLS)

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Roteador faz a funccedilatildeo de comutador de roacutetulo Pacotes encaminhados para interface de saiacuteda com base apenas no valor

do roacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP) Tabela de encaminhamento MPLS distinta das tabelas de encaminhamento IP

Protocolo de sinalizaccedilatildeo necessaacuterio para estabelecer o encaminhamento RSVP-TE Encaminhamento eacute possiacutevel por caminhos que o IP sozinho natildeo pode usar (ex roteamento de especificado pela origem) Use MPLS para engenharia de traacutefego

Deve coexistir com roteadores unicamente IP

Roteadores MPLS

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Tabelas de encaminhamento MPLS

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Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace Detecccedilatildeo de erros correccedilatildeo Compartilhando um canal broadcast acesso muacuteltiplo Endereccedilamento da camada de enlace

Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de vaacuterias tecnologias da camada de enlace Ethernet LANS comutadas PPP Redes virtualizadas como uma camada de enlace ATM MPLS

Resumo

Page 31: Capítulo 5 Redes de computadores e a Internet A camada de enlace e redes locais

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Protocolos MAC com particionamento de canais Compartilham o canal eficientemente quando a carga eacute alta e bem distribuiacuteda Ineficiente nas cargas baixas atraso no acesso ao canal A estaccedilatildeo consegue uma banda de 1N da capacidade do canal mesmo que haja apenas 1 noacute ativo

Protocolos MAC de acesso aleatoacuterio Eficiente nas cargas baixas um uacutenico noacute pode usar todo o canal Cargas altas excesso de colisotildees

Protocolos de passagem de permissatildeoBuscam o melhor dos dois mundos

Protocolos MAC com passagem de permissatildeo

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Polling Noacute mestre ldquoconvidardquo os escravos a transmitirem um de cada vez Problemas

Polling overhead Latecircncia Ponto uacutenico de falha (mestre)

Token passing Controla um token passado de um noacute a outro sequumlencialmente Mensagem token Problemas

Token overhead Latecircncia Ponto uacutenico de falha (token)

Protocolos MAC com passagem de permissatildeo

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Como se faz com um canal compartilhado Particionamento de canal no tempo por frequumlecircncia ou por coacutedigo

Divisatildeo temporal divisatildeo por coacutedigo divisatildeo por frequumlecircncia Particionamento aleatoacuterio (dinacircmico)

ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACD Detecccedilatildeo de portadora faacutecil em alguns meios fiacutesicos (cabos) e

difiacutecil em outros (wireless) CSMACD usado na rede Ethernet CSMACA usado em 80211

Passagem de permissatildeo Polling a partir de um site central passagem de token

Sumaacuterio dos protocolos MAC

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Camada de enlace ateacute agora Serviccedilos detecccedilatildeo de erroscorreccedilatildeo acesso muacuteltiplo

A seguir tecnologias de redes locais (LAN) Endereccedilamento Ethernet hubs pontes switches PPP

Tecnologias de LAN

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A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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Endereccedilos IP de 32-bit Endereccedilos da camada de rede Usados para levar o datagrama ateacute a rede de destino (lembre-se

da definiccedilatildeo de rede IP)

Endereccedilo de LAN (ou MAC ou fiacutesico) Usado para levar o datagrama de uma interface fiacutesica a outra

fisicamente conectada com a primeira (isto eacute na mesma rede) Endereccedilos MAC com 48 bits (na maioria das LANs)

gravados na memoacuteria fixa (ROM) do adaptador de rede

Endereccedilos de LAN e ARP

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A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEE O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (para

assegurar a unicidade)

Analogia (a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG (b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal

Endereccedilamento MAC eacute ldquoflatrdquo =gt portabilidade Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra sem

reconfiguraccedilatildeo de endereccedilo MAC

Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevel Depende da rede na qual se estaacute ligado

Endereccedilos de LAN (mais)

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Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de Bdado o endereccedilo IP de B Cada noacute IP (hospedeiro roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabela ARP Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt

lt IP address MAC address TTLgt TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamento de

endereccedilos seraacute esquecido (tipicamente 20 min)

ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de resoluccedilatildeo de endereccedilos)

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A que enviar um datagrama para B e o endereccedilo MAS de B natildeo estaacute na tabela ARP de A

A faz broadcast de pacote de consulta ARB contendo o endereccedilo IP de B end MAC de destino = FF-FF-FF-FF-FF-FF todas as maacutequinas na LAN recebem a consulta ARP

B recebe o pacote ARP responde para A com seu endereccedilo MAC (de B) Quadro enviado para o end MAC de A (unicast)

A faz um cache (salva) o par de endereccedilos IP para MAC em sua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo se torne antiga (expirada) soft state informaccedilatildeo que expira (eacute descartada) sem atualizaccedilatildeo

ARP eacute ldquoplug-and-playrdquo Noacutes criam suas tabelas ARP sem intervenccedilatildeo do administrador da rede

Protocolo ARP Mesma LAN (network)

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objetivo envia datagrama de A para B via R supotildee que A conhece o endereccedilo IP de B

bull Duas tabelas ARP no roteador R um para cada rede IP (LAN)

Roteamento para outra LAN

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A cria o pacote IP com origem A destino B A usa ARP para obter o endereccedilo de camada fiacutesica de R correspondente ao

endereccedilo IP 111111111110 A cria um quadro Ethernet com o endereccedilo fiacutesico de R como destino o

quadro Ethernet conteacutem o datagrama IP de A para B A camada de enlace de A envia o quadroEthernet A camada de enlace de R recebe o quadro Ethernet R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verifica que ele se destina a

B R usa ARP para obter o endereccedilo fiacutesico de B R cria quadro contendo um datagrama de A para B e envia para B

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A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo Barato R$20 por 100Mbps Primeira tecnologia de LAN largamente usada Mais simples e mais barata que LANs com token e ATM Velocidade crescente 10Mbps ndash 10Gbps

esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf

Ethernet

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Topologia de bus popular em meados dos anos 90 Agora a topologia em estrela prevalece Opccedilotildees de conexatildeo hub ou switch (mais adiante)

Topologia em estrela

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Adaptador do transmissor encapsula o datagrama IP (ou outro pacote de protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet

Preacircmbulo bull 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte com padratildeo 10101011bull usado para sincronizar as taxas de reloacutegio do transmissor e do receptor

Estrutura do quadro Ethernet

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Endereccedilos 6 bytes Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de destino coincidente ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa o dado no quadro para o protocolo da camada de rede

Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP mas outros podem ser suportados tais como Novell IPX e AppleTalk)

CRC verificado no receptor se um erro eacute detectado o quadro eacute simplesmente descartado

Estrutura do quadro Ethernet

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Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o receptor

Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou nacks para o adaptador transmissor O fluxo de datagramas que passa para a camada de rede pode deixar

lacunas Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCP Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas

Serviccedilo natildeo confiaacutevel sem conexatildeo

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Sem slots Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador

transmitindo isto eacute carrier sense O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador

transmitindo isto eacute collision detection Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo

aleatoacuterio isto eacute random access

Ethernet usa CSMACD

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1 Adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmitir o

quadro Se ele detecta o canal ocupado espera ateacute ele ficar livre e entatildeo transmite

3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo sua missatildeo com esse quadro estaacute cumprida

4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta e envia um jam signal

5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a m-eacutesima colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2m-1 O adaptador espera K512 tempos de bit e retorna ao passo 2

Algoritmo CSMACD da Ethernet

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Jam signal garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo 48 bitsBit time 1 microseg para Ethernet de 10 Mbpspara K=1023 o tempo de espera eacute cerca de 50 mseg

Veja o applet Java no Web site da AWL altamemte recomendadoExponential backoff Objetivo adaptar tentativas de retransmissatildeo para carga atual da rede

Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longa Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacute

K x 512 tempos de transmissatildeo de bit Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3hellip Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023

Ethernet CSMACD

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Tprop = propagaccedilatildeo maacutexima entre 2 noacutes na LAN

ttrans = tempo para transmitir um quadro de tamanho maacuteximo

Eficiecircncia tende a 1 quando tprop tende a 0

Tende a 1 quando ttrans tende ao infinito Muito melhor do que o ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato

transprop tt 51

1eficiecircncia

Eficiecircncia do CSMACD

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Taxa de 10100 Mbps chamado mais tarde de ldquofast ethernetrdquo T significa ldquoTwisted Pairrdquo (par de fios tranccedilados de cobre) Noacutes se conectam a um hub ldquotopologia em estrelardquo 100 m eacute a distacircncia

maacutexima entre os noacutes e o hub

10BaseT e 100BaseT

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Hubs satildeo essencialmente repetidores de camada fiacutesica Bits que chegam de um enlace se propagam para todos os outros enlaces Com a mesma taxa Natildeo possuem armazenagem de quadros Natildeo haacute CSMACD no hub adaptadores detectam colisotildees Provecirc funcionalidade de gerenciamento de rede

Hubs

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Usada em 10BaseT Cada bit possui uma transiccedilatildeo Permite que os reloacutegios nos noacutes de transmissatildeo e de recepccedilatildeo possam

sincronizar um com o outro Natildeo eacute necessaacuterio reloacutegio global centralizado entre os noacutes

Ei isso eacute coisa de camada fiacutesica

Codificaccedilatildeo Manchester

Codificaccedilatildeo Manchester

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Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeo Permite enlaces ponto-a-ponto e canais de muacuteltiplo acesso

compartilhados No modo compartilhado o CSMACD eacute usado exige pequenas

distacircncias entre os noacutes para ser eficiente Usa hubs chamados aqui de Distribuidores com Armazenagem

ldquoBuffered Distributorsrdquo Full-Duplex a 1 Gbps para enlaces ponto-a-ponto 10 Gbps agora

Gigabit Ethernet

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A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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Hub de backbone interconecta segmentos de LAN Estende a distacircncia maacutexima entre os noacutes Mas domiacutenios de colisatildeo individuais tornam-se um uacutenico e grande

domiacutenio de colisatildeo Natildeo pode interconectar 10BaseT e 100BaseT

Interconexatildeo com hubs

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Dispositivo de camada de enlace Armazena e encaminha quadros Ethernet Examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o

quadro baseado no endereccedilo MAC de destino Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento

usa CSMACD para acessar o segmento Transparente

Hospedeiros satildeo inconscientes da presenccedila dos switches Plug-and-play self-learning (auto-aprendizado)

Switches natildeo precisam ser configurados

Switch

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Como determinar para qual segmento da LAN encaminhar o quadro Parece um problema de roteamento

Encaminhamento

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Um switch possui uma tabela de switch Entrada na tabela do switch

(endereccedilo MAC interface marca de tempo) Entradas expiradas na tabela satildeo decartadas (TTL pode ser 60 min)

Switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de suas interfaces Quando recebe um quadro o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento da LAN que chega Registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela

Self learning (auto-aprendizado)

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Quando um switch recebe um quadro

indexa a tabela do switch usando end MAC de destinoif entrada for encontrada para o destino

then if dest no segmento deste quadro chegou

then descarta o quadro else encaminha o quadro na interface indicada else flood

Encaminha para todas as interfacesexceto para a que o quadro chegou

Filtragemencaminhamento

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Suponha que C envia um quadro para D

Switch recebe o quadro de C Anota na tabela que C estaacute na interface 1 Como D natildeo estaacute na tabela o switch encaminha o quadro para as

interfaces 2 e 3 Quadro recebido por D

hub hub hub

switch

A

B CD

EF

G H

I

endereccedilo interface

ABEG

1123

12 3

Switch exemplo

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5 - 63copy 2005 by Pearson Education

Suponha que D responde com um quadro para C

Switch recebe quadro de D Anota na tabela que D estaacute na interface 2 Como C estaacute na tabela o switch encaminha o quadro apenas para a

interface 1 Quadro recebido por C

hub hub hub

switch

A

B CD

EF

G H

I

endereccedilo interface

ABEGC

11231

Switch exemplo

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A instalaccedilatildeo do switch quebra as sub-redes em segmentos de LAN Switch filtra pacotes

Alguns quadros do mesmo segmento de LAN natildeo satildeo usualmente encaminhados para outros segmento de LAN

Segmentos se tornam separados em domiacutenios de colisatildeo

hub hub hub

switch

domiacutenio de colisatildeo domiacutenio de colisatildeo

domiacutenio de colisatildeo

Switch isolaccedilatildeo de traacutefego

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Switch com muitas interfaces Hospedeiros possuem conexatildeo direta ao switch Sem colisotildees full duplex

Switching A-para-Arsquo e B-para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees

Switches acesso dedicado

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Cut-through switching quadro encaminhado da porta de entrada ateacute a porta de saiacuteda sem ter de primeiro coletar o quadro todo Ligeira reduccedilatildeo na latecircncia

Combinaccedilotildees de interfaces 101001000 Mbps compartilhadasdedicadas

Mais sobre switches

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Redes corporativas

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Ambos satildeo dispositivos store-and-forward Roteadores dispositivos de camada de rede (examinam cabeccedilalhos

da camada de rede) Switches satildeo dispositivos da camada de enlace

Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam algoritmos de roteamento Switches mantecircm tabelas de switch implementam filtragem algoritmos de aprendizagem

Switches vs roteadores

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hubs roteadores switches

isolaccedilatildeo detraacutefego

natildeo sim sim

plug amp play sim natildeo sim

roteamentooacutetimo

natildeo sim natildeo

cutthrough

sim natildeo sim

Resumo comparaccedilatildeo

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A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace de broadcast Sem Media Access Control Natildeo necessita de endereccedilamento MAC expliacutecito Ex dialup link linha ISDN

Protocolos ponto-a-ponto DLC populares PPP (point-to-point protocol) HDLC High level data link control (camada de enlace costumava ser considerada ldquocamada altardquo na pilha de protocolos)

Controle de enlace de dados ponto-a-ponto

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Enquadramento de pacote encapsulamento do datagrama da camada de rede no quadro da camada de enlace Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolo de rede (natildeo apenas o IP) ao mesmo tempo Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo

Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo de bit no campo de dados

Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo) Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do enlace

para a camada de rede Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos terminais

do enlace podem aprender e configurar o endereccedilo de rede dos outros

PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]

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Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros Natildeo haacute controle de fluxo Aceita entregas fora de ordem Natildeo haacute necessidade de suportar enlaces multiponto (ex polling)

Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeo dos dados satildeo todos relegados para as camadas mais altas

PPP natildeo requisitos

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Flag delimitador (enquadramento) Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura) Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacuteltiplos campos de

controle Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o conteuacutedo do

quadro deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)

PPP formato do quadro

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info dados da camada superior sendo transportados CRC verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de erros

PPP formato dos dados

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Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de dados deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt01111110gt

P Se for recebido o padratildeo lt01111110gt satildeo dados ou eacute flag Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte extra com o padratildeo lt

01111101gt (escape) antes de cada byte com o padratildeo de flag lt 01111110gt nos dados

Receptor Um byte 01111101 seguido de 01111110 em seguida descarta o primeiro e continua a recepccedilatildeo de dados Uacutenico byte 01111110 entatildeo eacute um flag

Byte stuffing

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byte com o padratildeodo flag nos dados a enviar

byte com o padratildeo de escape acrescentado nos dados transmitidos seguido por um byte com padratildeo de flag

Byte stuffing

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Antes de trocar dados da camada de rede os parceiros da camada de enlace devem A configurar o enlace PPP (tamanho maacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo) Aprenderconfigurar as informaccedilotildees da camada de rede

Para o IP transportar mensagens do protocolo de controle IP (IPCP) (campo de protocolo 8021) para configuraraprender os

endereccedilos IP

PPP protocolo de controle de dados

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A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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Virtualizaccedilatildeo dos recursos uma poderosa abstraccedilatildeo em engenharia de sistemas Exemplos em computaccedilatildeo memoacuteria virtual dispositivos virtuais

Maacutequinas virtuais ex java IBM VM os dos anos 6070

Camada de abstraccedilotildees natildeo se apega a detalhes da camada mais baixa apenas trata com as camadas mais baixas abstratamente

Virtualizaccedilatildeo das redes

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1974 muacuteltiplas redes desconectadas ARPAnet redes de dados-sobre-cabo rede de pacote por sateacutelite (Aloha) rede de pacotes por raacutedio

hellip diferentes em convenccedilotildees de endereccedilamento formatos do pacote recuperaccedilatildeo de erros roteamento

Internet virtualizaccedilatildeo das redes

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Camada de rede da Internet (IP) Endereccedilamento internetwork

aparece como uma entidade uacutenica e uniforme escondendo a heterogeneidade das redes locais

Rede de redes

Gateway ldquoembute pacotes da Internet no

formato de um pacote local ou os extrairdquo

Rota (no niacutevel de internetwork) para o proacuteximo gateway

Internet virtualizaccedilatildeo das redes

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O que eacute virtualizado Duas camadas de endereccedilamento Internet e rede local Nova camada (IP) torna tudo homogecircneo na camada da Internet Tecnologia da rede local em questatildeo

Cabo Sateacutelite Modem telefocircnico de 56 K Hoje ATM MPLS

hellip ldquoinvisiacutevelrdquo na camada da Internet Parece com uma tecnologia de camada de enlace para o IP

Arquitetura da Internet de Cerf amp Kahn

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ATM MPLS redes separadas em seus proacuteprios direitos Modelos de serviccedilo endereccedilamento roteamento diferentes da Internet

Vistos pela Internet como um enlace loacutegico conectando roteadores IP Assim como o dialup link eacute realmente parte de uma rede separada

(rede telefocircnica)

ATM MPLS de interesse teacutecnico em seu proacuteprio direito

ATM e MPLS

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Padratildeo dos anos 8090 para altas taxas de transmissatildeo (155 Mbps a 622 Mbps e mais altas) arquitetura de Broadband Integrated Service Digital Network (B-ISDN)

Objetivo transporte integrado de voz dados e imagens com foco nas redes puacuteblicas de comunicaccedilatildeo Deve atender aos requisitos de tempoQoS para aplicaccedilotildees de voz

e de viacutedeo (versus o serviccedilo de melhor esforccedilo da Internet) Telefonia de ldquoproacutexima geraccedilatildeordquo fundamentos teacutecnicos no mundo da telefonia Comutaccedilatildeo de pacotes (pacotes de tamanho fixo chamados ldquoceacutelulasrdquo) usando circuitos virtuais

Modo de transferecircncia assiacutencrono ATM

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Camada de adaptaccedilatildeo apenas na borda de uma rede ATM Segmentaccedilatildeo e remontagem dos dados Grosseiramente anaacuteloga agrave camada de transporte da Internet

Camada ATM camada de ldquorederdquo Comutaccedilatildeo de ceacutelulas roteamento

Camada fiacutesica

Sistema final Sistema finalSwitch ATM Switch ATM

Arquitetura ATM

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Visatildeo transporte fim-a-fim ldquoATM de computador a computadorrdquo ATM eacute uma tecnologia de redeRealidade usada para conectar roteadores IP de backbone ldquoIP sobre ATMrdquo ATM como uma camada de enlace comutada conectando roteadores IP

ATM camada de rede ou de enlace

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Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL) ldquoadaptardquo camadas superiores (aplicaccedilotildees IP ou nativas ATM) para a camada ATM abaixo

AAL presente apenas nos sistemas finais natildeo nos comutadores ATM (ldquoswitchesrdquo)

O segmento da camada AAL (campo de cabeccedilalhotrailer e de dados) satildeo fragmentados em muacuteltiplas ceacutelulas ATM Analogia segmento TCP em muitos pacotes IP

Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL)

Sistema final Sistema finalSwitch ATM Switch ATM

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Diferentes versotildees da camada AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM AAL1 para serviccedilo CBR (taxa de bit constante) ex emulaccedilatildeo de circuitos AAL2 para serviccedilos VBR (taxa de bit variaacutevel) ex viacutedeo MPEG AAL5 para dados (ex datagramas IP)

AAL PDU

ceacutelula ATM

Dados de usuaacuterio

subcamadade convergecircncia

subcamadaSAR

Ceacutelula ATM

Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL)

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Serviccedilo transporte de ceacutelulas atraveacutes da rede ATM Anaacuteloga agrave camada de rede IP Serviccedilos muito diferentes da camada de rede IP

Arquiteturade rede

Internet

ATM

ATM

ATM

ATM

Modelo de serviccedilo

melhoresforccediloCBR

VBR

ABR

UBR

Banda

natildeo

taxaconstantetaxagarantidamiacutenimogarantidonatildeo

Perda

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Ordem

natildeo

sim

sim

sim

sim

Tempo

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Aviso decongestatildeo

natildeo (inferidopelas perdas)natildeo haacutecongestatildeonatildeo haacutecongestatildeosim

natildeo

Garantias

Camada ATM

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Transporte em VC ceacutelulas satildeo transportadas sobre VC da fonte ao destino Estabelecimento de conexatildeo necessaacuterio para cada chamada antes que o fluxo de dados possa ser iniciado Cada pacote transporta um identificador de VC (natildeo transporta o endereccedilo do destino) Cada comutador com caminho entre a fonte e o destino manteacutem o ldquoestadordquo para cada conexatildeo passante Recursos do enlace e do comutador (banda passante buffers) podem ser alocados por VC para obter um comportamento semelhante a um circuito fiacutesico

VCs permanentes (PVCs) Conexotildees de longa duraccedilatildeo Tipicamente rota ldquopermanenterdquo entre roteadores IP

VCs comutados (SVC) Dinamicamente criados numa base por chamada

Camadas ATM circuitos virtuais

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Vantagens do uso de circuitos virtuais no ATM Iacutendices de QoS garantidos para conexotildees mapeadas em

circuitos virtuais (banda passante atraso variacircncia de atraso)

Problemas no uso de circuitos virtuais O suporte de traacutefego datagrama eacute ineficiente Um PVC entre cada par origemdestino natildeo tem boa

escalabilidade (N2 conexotildees satildeo necessaacuterias) SVC introduz latecircncia de estabelecimento de conexatildeo e

atrasos de processamento para conexotildees de curta duraccedilatildeo

ATM VCs

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Cabeccedilalho da ceacutelula ATM com 5 bytes Carga uacutetil com 48-bytes

Por quecirc carga uacutetil pequena -gt pequeno atraso de criaccedilatildeo de ceacutelula para voz digitalizada

Meio do caminho entre 32 e 64 (compromisso)

cabeccedilalhoda ceacutelula

formato daceacutelula

3o bit no campo PTvalor 1 indica uacuteltima ceacutelula (AAL-indicate bit)

Camada ATM ceacutelula ATM

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VCI identificador de canal virtual Pode mudar de enlace para enlace atraveacutes da rede

PT tipo de carga uacutetil (ex ceacutelula RM versus ceacutelula de dados) CLP bit de prioridade de perda de ceacutelula

CLP = 1 implica ceacutelula de baixa prioridade pode ser descartada em caso de congestatildeo

HEC verificaccedilatildeo de erros no cabeccedilalho Verificaccedilatildeo ciacuteclica de erros

Cabeccedilalho da ceacutelula ATM

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A camada fiacutesica se compotildee de duas partes (subcamadas ) Subcamada de convergecircncia de transmissatildeo (TCS) adapta a camada

ATM acima agrave subcamada fiacutesica abaixo (PMD) Subcamada dependente do meio depende do tipo de meio fiacutesico que

estaacute sendo empregado

Funccedilotildees da TCS Geraccedilatildeo do checksum do cabeccedilalho 8 bits CRC Delineamento de ceacutelula Com uma subcamada PMD natildeo estruturada transmite ceacutelulas vazias

(ldquoidle cellsrdquo) quando natildeo haacute ceacutelulas de dados a enviar

Camada fiacutesica ATM

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Subcamada dependente do meio fiacutesico (PMD) SONETSDH estrutura de transmissatildeo de quadros (como um

container carregando bits) Sincronizaccedilatildeo de bits Particcedilotildees da banda passante (TDM) Vaacuterias velocidades OC1 = 5184 Mbps OC3 = 15552 Mbps OC12 = 62208 Mbps

T1T3 estrutura de transmissatildeo de quadros (velha hierarquia de telefonia 15 Mbps45 Mbps No Brasil usa-se a hierarquia europeacuteia E1E3 2 34 Mbps

Natildeo estruturada apenas ceacutelulas (ocupadasvazias)

Camada fiacutesica ATM

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Apenas IP claacutessico 3 ldquoredesrdquo (ex segmentos de LAN) Endereccedilos MAC (8023) e IP

IP sobre ATM Substitui ldquorederdquo (ex segmento

de LAN) com a rede ATM Endereccedilos ATM endereccedilos IP

redeATM

EthernetLANs

EthernetLANs

IP-sobre-ATM

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No endereccedilo de origem Camada IP encontra um mapeamento entre o endereccedilo IP e o endereccedilo de destino ATM (usando ARP) Passa o datagrama para a camada de adaptaccedilatildeo AAL5 AAL5 encapsula os dados segmenta em ceacutelulas e passa para a camada ATM

Rede ATM move a ceacutelula para o destino de acordo com o seu VC (circuito virtual)

No hospedeiro de destino AAL5 remonta o datagrama original a partir das ceacutelulas recebidas Se o CRC OK datagrama eacute passado ao IP

Viagem de um datagrama numa rede IP-sobre-ATM

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Questotildees Datagramas IP em ATM AAL5 PDUs Dos endereccedilos IP aos endereccedilos ATM

Da mesma forma que de endereccedilos IP para endereccedilos MAC 8023

redeATM

EthernetLANs

IP-sobre-ATM

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Objetivo inicial aumentar a velocidade de encaminhamento IP usando labels de tamanho fixo (em vez de endereccedilo IP) Mesma ideacuteia do meacutetodo de circuito virtual (VC) Mas o datagrama IP ainda manteacutem o endereccedilo IP

Multiprotocol label switching (MPLS)

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Roteador faz a funccedilatildeo de comutador de roacutetulo Pacotes encaminhados para interface de saiacuteda com base apenas no valor

do roacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP) Tabela de encaminhamento MPLS distinta das tabelas de encaminhamento IP

Protocolo de sinalizaccedilatildeo necessaacuterio para estabelecer o encaminhamento RSVP-TE Encaminhamento eacute possiacutevel por caminhos que o IP sozinho natildeo pode usar (ex roteamento de especificado pela origem) Use MPLS para engenharia de traacutefego

Deve coexistir com roteadores unicamente IP

Roteadores MPLS

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Tabelas de encaminhamento MPLS

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Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace Detecccedilatildeo de erros correccedilatildeo Compartilhando um canal broadcast acesso muacuteltiplo Endereccedilamento da camada de enlace

Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de vaacuterias tecnologias da camada de enlace Ethernet LANS comutadas PPP Redes virtualizadas como uma camada de enlace ATM MPLS

Resumo

Page 32: Capítulo 5 Redes de computadores e a Internet A camada de enlace e redes locais

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Polling Noacute mestre ldquoconvidardquo os escravos a transmitirem um de cada vez Problemas

Polling overhead Latecircncia Ponto uacutenico de falha (mestre)

Token passing Controla um token passado de um noacute a outro sequumlencialmente Mensagem token Problemas

Token overhead Latecircncia Ponto uacutenico de falha (token)

Protocolos MAC com passagem de permissatildeo

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Como se faz com um canal compartilhado Particionamento de canal no tempo por frequumlecircncia ou por coacutedigo

Divisatildeo temporal divisatildeo por coacutedigo divisatildeo por frequumlecircncia Particionamento aleatoacuterio (dinacircmico)

ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACD Detecccedilatildeo de portadora faacutecil em alguns meios fiacutesicos (cabos) e

difiacutecil em outros (wireless) CSMACD usado na rede Ethernet CSMACA usado em 80211

Passagem de permissatildeo Polling a partir de um site central passagem de token

Sumaacuterio dos protocolos MAC

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Camada de enlace ateacute agora Serviccedilos detecccedilatildeo de erroscorreccedilatildeo acesso muacuteltiplo

A seguir tecnologias de redes locais (LAN) Endereccedilamento Ethernet hubs pontes switches PPP

Tecnologias de LAN

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A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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Endereccedilos IP de 32-bit Endereccedilos da camada de rede Usados para levar o datagrama ateacute a rede de destino (lembre-se

da definiccedilatildeo de rede IP)

Endereccedilo de LAN (ou MAC ou fiacutesico) Usado para levar o datagrama de uma interface fiacutesica a outra

fisicamente conectada com a primeira (isto eacute na mesma rede) Endereccedilos MAC com 48 bits (na maioria das LANs)

gravados na memoacuteria fixa (ROM) do adaptador de rede

Endereccedilos de LAN e ARP

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A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEE O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (para

assegurar a unicidade)

Analogia (a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG (b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal

Endereccedilamento MAC eacute ldquoflatrdquo =gt portabilidade Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra sem

reconfiguraccedilatildeo de endereccedilo MAC

Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevel Depende da rede na qual se estaacute ligado

Endereccedilos de LAN (mais)

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Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de Bdado o endereccedilo IP de B Cada noacute IP (hospedeiro roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabela ARP Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt

lt IP address MAC address TTLgt TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamento de

endereccedilos seraacute esquecido (tipicamente 20 min)

ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de resoluccedilatildeo de endereccedilos)

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A que enviar um datagrama para B e o endereccedilo MAS de B natildeo estaacute na tabela ARP de A

A faz broadcast de pacote de consulta ARB contendo o endereccedilo IP de B end MAC de destino = FF-FF-FF-FF-FF-FF todas as maacutequinas na LAN recebem a consulta ARP

B recebe o pacote ARP responde para A com seu endereccedilo MAC (de B) Quadro enviado para o end MAC de A (unicast)

A faz um cache (salva) o par de endereccedilos IP para MAC em sua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo se torne antiga (expirada) soft state informaccedilatildeo que expira (eacute descartada) sem atualizaccedilatildeo

ARP eacute ldquoplug-and-playrdquo Noacutes criam suas tabelas ARP sem intervenccedilatildeo do administrador da rede

Protocolo ARP Mesma LAN (network)

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objetivo envia datagrama de A para B via R supotildee que A conhece o endereccedilo IP de B

bull Duas tabelas ARP no roteador R um para cada rede IP (LAN)

Roteamento para outra LAN

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A cria o pacote IP com origem A destino B A usa ARP para obter o endereccedilo de camada fiacutesica de R correspondente ao

endereccedilo IP 111111111110 A cria um quadro Ethernet com o endereccedilo fiacutesico de R como destino o

quadro Ethernet conteacutem o datagrama IP de A para B A camada de enlace de A envia o quadroEthernet A camada de enlace de R recebe o quadro Ethernet R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verifica que ele se destina a

B R usa ARP para obter o endereccedilo fiacutesico de B R cria quadro contendo um datagrama de A para B e envia para B

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A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo Barato R$20 por 100Mbps Primeira tecnologia de LAN largamente usada Mais simples e mais barata que LANs com token e ATM Velocidade crescente 10Mbps ndash 10Gbps

esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf

Ethernet

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Topologia de bus popular em meados dos anos 90 Agora a topologia em estrela prevalece Opccedilotildees de conexatildeo hub ou switch (mais adiante)

Topologia em estrela

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Adaptador do transmissor encapsula o datagrama IP (ou outro pacote de protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet

Preacircmbulo bull 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte com padratildeo 10101011bull usado para sincronizar as taxas de reloacutegio do transmissor e do receptor

Estrutura do quadro Ethernet

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Endereccedilos 6 bytes Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de destino coincidente ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa o dado no quadro para o protocolo da camada de rede

Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP mas outros podem ser suportados tais como Novell IPX e AppleTalk)

CRC verificado no receptor se um erro eacute detectado o quadro eacute simplesmente descartado

Estrutura do quadro Ethernet

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Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o receptor

Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou nacks para o adaptador transmissor O fluxo de datagramas que passa para a camada de rede pode deixar

lacunas Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCP Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas

Serviccedilo natildeo confiaacutevel sem conexatildeo

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Sem slots Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador

transmitindo isto eacute carrier sense O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador

transmitindo isto eacute collision detection Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo

aleatoacuterio isto eacute random access

Ethernet usa CSMACD

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1 Adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmitir o

quadro Se ele detecta o canal ocupado espera ateacute ele ficar livre e entatildeo transmite

3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo sua missatildeo com esse quadro estaacute cumprida

4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta e envia um jam signal

5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a m-eacutesima colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2m-1 O adaptador espera K512 tempos de bit e retorna ao passo 2

Algoritmo CSMACD da Ethernet

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Jam signal garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo 48 bitsBit time 1 microseg para Ethernet de 10 Mbpspara K=1023 o tempo de espera eacute cerca de 50 mseg

Veja o applet Java no Web site da AWL altamemte recomendadoExponential backoff Objetivo adaptar tentativas de retransmissatildeo para carga atual da rede

Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longa Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacute

K x 512 tempos de transmissatildeo de bit Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3hellip Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023

Ethernet CSMACD

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Tprop = propagaccedilatildeo maacutexima entre 2 noacutes na LAN

ttrans = tempo para transmitir um quadro de tamanho maacuteximo

Eficiecircncia tende a 1 quando tprop tende a 0

Tende a 1 quando ttrans tende ao infinito Muito melhor do que o ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato

transprop tt 51

1eficiecircncia

Eficiecircncia do CSMACD

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Taxa de 10100 Mbps chamado mais tarde de ldquofast ethernetrdquo T significa ldquoTwisted Pairrdquo (par de fios tranccedilados de cobre) Noacutes se conectam a um hub ldquotopologia em estrelardquo 100 m eacute a distacircncia

maacutexima entre os noacutes e o hub

10BaseT e 100BaseT

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Hubs satildeo essencialmente repetidores de camada fiacutesica Bits que chegam de um enlace se propagam para todos os outros enlaces Com a mesma taxa Natildeo possuem armazenagem de quadros Natildeo haacute CSMACD no hub adaptadores detectam colisotildees Provecirc funcionalidade de gerenciamento de rede

Hubs

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Usada em 10BaseT Cada bit possui uma transiccedilatildeo Permite que os reloacutegios nos noacutes de transmissatildeo e de recepccedilatildeo possam

sincronizar um com o outro Natildeo eacute necessaacuterio reloacutegio global centralizado entre os noacutes

Ei isso eacute coisa de camada fiacutesica

Codificaccedilatildeo Manchester

Codificaccedilatildeo Manchester

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Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeo Permite enlaces ponto-a-ponto e canais de muacuteltiplo acesso

compartilhados No modo compartilhado o CSMACD eacute usado exige pequenas

distacircncias entre os noacutes para ser eficiente Usa hubs chamados aqui de Distribuidores com Armazenagem

ldquoBuffered Distributorsrdquo Full-Duplex a 1 Gbps para enlaces ponto-a-ponto 10 Gbps agora

Gigabit Ethernet

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A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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Hub de backbone interconecta segmentos de LAN Estende a distacircncia maacutexima entre os noacutes Mas domiacutenios de colisatildeo individuais tornam-se um uacutenico e grande

domiacutenio de colisatildeo Natildeo pode interconectar 10BaseT e 100BaseT

Interconexatildeo com hubs

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Dispositivo de camada de enlace Armazena e encaminha quadros Ethernet Examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o

quadro baseado no endereccedilo MAC de destino Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento

usa CSMACD para acessar o segmento Transparente

Hospedeiros satildeo inconscientes da presenccedila dos switches Plug-and-play self-learning (auto-aprendizado)

Switches natildeo precisam ser configurados

Switch

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Como determinar para qual segmento da LAN encaminhar o quadro Parece um problema de roteamento

Encaminhamento

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Um switch possui uma tabela de switch Entrada na tabela do switch

(endereccedilo MAC interface marca de tempo) Entradas expiradas na tabela satildeo decartadas (TTL pode ser 60 min)

Switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de suas interfaces Quando recebe um quadro o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento da LAN que chega Registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela

Self learning (auto-aprendizado)

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Quando um switch recebe um quadro

indexa a tabela do switch usando end MAC de destinoif entrada for encontrada para o destino

then if dest no segmento deste quadro chegou

then descarta o quadro else encaminha o quadro na interface indicada else flood

Encaminha para todas as interfacesexceto para a que o quadro chegou

Filtragemencaminhamento

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Suponha que C envia um quadro para D

Switch recebe o quadro de C Anota na tabela que C estaacute na interface 1 Como D natildeo estaacute na tabela o switch encaminha o quadro para as

interfaces 2 e 3 Quadro recebido por D

hub hub hub

switch

A

B CD

EF

G H

I

endereccedilo interface

ABEG

1123

12 3

Switch exemplo

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Suponha que D responde com um quadro para C

Switch recebe quadro de D Anota na tabela que D estaacute na interface 2 Como C estaacute na tabela o switch encaminha o quadro apenas para a

interface 1 Quadro recebido por C

hub hub hub

switch

A

B CD

EF

G H

I

endereccedilo interface

ABEGC

11231

Switch exemplo

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A instalaccedilatildeo do switch quebra as sub-redes em segmentos de LAN Switch filtra pacotes

Alguns quadros do mesmo segmento de LAN natildeo satildeo usualmente encaminhados para outros segmento de LAN

Segmentos se tornam separados em domiacutenios de colisatildeo

hub hub hub

switch

domiacutenio de colisatildeo domiacutenio de colisatildeo

domiacutenio de colisatildeo

Switch isolaccedilatildeo de traacutefego

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Switch com muitas interfaces Hospedeiros possuem conexatildeo direta ao switch Sem colisotildees full duplex

Switching A-para-Arsquo e B-para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees

Switches acesso dedicado

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Cut-through switching quadro encaminhado da porta de entrada ateacute a porta de saiacuteda sem ter de primeiro coletar o quadro todo Ligeira reduccedilatildeo na latecircncia

Combinaccedilotildees de interfaces 101001000 Mbps compartilhadasdedicadas

Mais sobre switches

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Redes corporativas

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Ambos satildeo dispositivos store-and-forward Roteadores dispositivos de camada de rede (examinam cabeccedilalhos

da camada de rede) Switches satildeo dispositivos da camada de enlace

Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam algoritmos de roteamento Switches mantecircm tabelas de switch implementam filtragem algoritmos de aprendizagem

Switches vs roteadores

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hubs roteadores switches

isolaccedilatildeo detraacutefego

natildeo sim sim

plug amp play sim natildeo sim

roteamentooacutetimo

natildeo sim natildeo

cutthrough

sim natildeo sim

Resumo comparaccedilatildeo

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A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace de broadcast Sem Media Access Control Natildeo necessita de endereccedilamento MAC expliacutecito Ex dialup link linha ISDN

Protocolos ponto-a-ponto DLC populares PPP (point-to-point protocol) HDLC High level data link control (camada de enlace costumava ser considerada ldquocamada altardquo na pilha de protocolos)

Controle de enlace de dados ponto-a-ponto

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Enquadramento de pacote encapsulamento do datagrama da camada de rede no quadro da camada de enlace Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolo de rede (natildeo apenas o IP) ao mesmo tempo Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo

Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo de bit no campo de dados

Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo) Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do enlace

para a camada de rede Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos terminais

do enlace podem aprender e configurar o endereccedilo de rede dos outros

PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]

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Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros Natildeo haacute controle de fluxo Aceita entregas fora de ordem Natildeo haacute necessidade de suportar enlaces multiponto (ex polling)

Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeo dos dados satildeo todos relegados para as camadas mais altas

PPP natildeo requisitos

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Flag delimitador (enquadramento) Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura) Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacuteltiplos campos de

controle Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o conteuacutedo do

quadro deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)

PPP formato do quadro

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info dados da camada superior sendo transportados CRC verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de erros

PPP formato dos dados

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Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de dados deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt01111110gt

P Se for recebido o padratildeo lt01111110gt satildeo dados ou eacute flag Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte extra com o padratildeo lt

01111101gt (escape) antes de cada byte com o padratildeo de flag lt 01111110gt nos dados

Receptor Um byte 01111101 seguido de 01111110 em seguida descarta o primeiro e continua a recepccedilatildeo de dados Uacutenico byte 01111110 entatildeo eacute um flag

Byte stuffing

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byte com o padratildeodo flag nos dados a enviar

byte com o padratildeo de escape acrescentado nos dados transmitidos seguido por um byte com padratildeo de flag

Byte stuffing

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Antes de trocar dados da camada de rede os parceiros da camada de enlace devem A configurar o enlace PPP (tamanho maacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo) Aprenderconfigurar as informaccedilotildees da camada de rede

Para o IP transportar mensagens do protocolo de controle IP (IPCP) (campo de protocolo 8021) para configuraraprender os

endereccedilos IP

PPP protocolo de controle de dados

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A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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Virtualizaccedilatildeo dos recursos uma poderosa abstraccedilatildeo em engenharia de sistemas Exemplos em computaccedilatildeo memoacuteria virtual dispositivos virtuais

Maacutequinas virtuais ex java IBM VM os dos anos 6070

Camada de abstraccedilotildees natildeo se apega a detalhes da camada mais baixa apenas trata com as camadas mais baixas abstratamente

Virtualizaccedilatildeo das redes

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1974 muacuteltiplas redes desconectadas ARPAnet redes de dados-sobre-cabo rede de pacote por sateacutelite (Aloha) rede de pacotes por raacutedio

hellip diferentes em convenccedilotildees de endereccedilamento formatos do pacote recuperaccedilatildeo de erros roteamento

Internet virtualizaccedilatildeo das redes

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Camada de rede da Internet (IP) Endereccedilamento internetwork

aparece como uma entidade uacutenica e uniforme escondendo a heterogeneidade das redes locais

Rede de redes

Gateway ldquoembute pacotes da Internet no

formato de um pacote local ou os extrairdquo

Rota (no niacutevel de internetwork) para o proacuteximo gateway

Internet virtualizaccedilatildeo das redes

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O que eacute virtualizado Duas camadas de endereccedilamento Internet e rede local Nova camada (IP) torna tudo homogecircneo na camada da Internet Tecnologia da rede local em questatildeo

Cabo Sateacutelite Modem telefocircnico de 56 K Hoje ATM MPLS

hellip ldquoinvisiacutevelrdquo na camada da Internet Parece com uma tecnologia de camada de enlace para o IP

Arquitetura da Internet de Cerf amp Kahn

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ATM MPLS redes separadas em seus proacuteprios direitos Modelos de serviccedilo endereccedilamento roteamento diferentes da Internet

Vistos pela Internet como um enlace loacutegico conectando roteadores IP Assim como o dialup link eacute realmente parte de uma rede separada

(rede telefocircnica)

ATM MPLS de interesse teacutecnico em seu proacuteprio direito

ATM e MPLS

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Padratildeo dos anos 8090 para altas taxas de transmissatildeo (155 Mbps a 622 Mbps e mais altas) arquitetura de Broadband Integrated Service Digital Network (B-ISDN)

Objetivo transporte integrado de voz dados e imagens com foco nas redes puacuteblicas de comunicaccedilatildeo Deve atender aos requisitos de tempoQoS para aplicaccedilotildees de voz

e de viacutedeo (versus o serviccedilo de melhor esforccedilo da Internet) Telefonia de ldquoproacutexima geraccedilatildeordquo fundamentos teacutecnicos no mundo da telefonia Comutaccedilatildeo de pacotes (pacotes de tamanho fixo chamados ldquoceacutelulasrdquo) usando circuitos virtuais

Modo de transferecircncia assiacutencrono ATM

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Camada de adaptaccedilatildeo apenas na borda de uma rede ATM Segmentaccedilatildeo e remontagem dos dados Grosseiramente anaacuteloga agrave camada de transporte da Internet

Camada ATM camada de ldquorederdquo Comutaccedilatildeo de ceacutelulas roteamento

Camada fiacutesica

Sistema final Sistema finalSwitch ATM Switch ATM

Arquitetura ATM

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Visatildeo transporte fim-a-fim ldquoATM de computador a computadorrdquo ATM eacute uma tecnologia de redeRealidade usada para conectar roteadores IP de backbone ldquoIP sobre ATMrdquo ATM como uma camada de enlace comutada conectando roteadores IP

ATM camada de rede ou de enlace

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Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL) ldquoadaptardquo camadas superiores (aplicaccedilotildees IP ou nativas ATM) para a camada ATM abaixo

AAL presente apenas nos sistemas finais natildeo nos comutadores ATM (ldquoswitchesrdquo)

O segmento da camada AAL (campo de cabeccedilalhotrailer e de dados) satildeo fragmentados em muacuteltiplas ceacutelulas ATM Analogia segmento TCP em muitos pacotes IP

Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL)

Sistema final Sistema finalSwitch ATM Switch ATM

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Diferentes versotildees da camada AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM AAL1 para serviccedilo CBR (taxa de bit constante) ex emulaccedilatildeo de circuitos AAL2 para serviccedilos VBR (taxa de bit variaacutevel) ex viacutedeo MPEG AAL5 para dados (ex datagramas IP)

AAL PDU

ceacutelula ATM

Dados de usuaacuterio

subcamadade convergecircncia

subcamadaSAR

Ceacutelula ATM

Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL)

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Serviccedilo transporte de ceacutelulas atraveacutes da rede ATM Anaacuteloga agrave camada de rede IP Serviccedilos muito diferentes da camada de rede IP

Arquiteturade rede

Internet

ATM

ATM

ATM

ATM

Modelo de serviccedilo

melhoresforccediloCBR

VBR

ABR

UBR

Banda

natildeo

taxaconstantetaxagarantidamiacutenimogarantidonatildeo

Perda

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Ordem

natildeo

sim

sim

sim

sim

Tempo

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Aviso decongestatildeo

natildeo (inferidopelas perdas)natildeo haacutecongestatildeonatildeo haacutecongestatildeosim

natildeo

Garantias

Camada ATM

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Transporte em VC ceacutelulas satildeo transportadas sobre VC da fonte ao destino Estabelecimento de conexatildeo necessaacuterio para cada chamada antes que o fluxo de dados possa ser iniciado Cada pacote transporta um identificador de VC (natildeo transporta o endereccedilo do destino) Cada comutador com caminho entre a fonte e o destino manteacutem o ldquoestadordquo para cada conexatildeo passante Recursos do enlace e do comutador (banda passante buffers) podem ser alocados por VC para obter um comportamento semelhante a um circuito fiacutesico

VCs permanentes (PVCs) Conexotildees de longa duraccedilatildeo Tipicamente rota ldquopermanenterdquo entre roteadores IP

VCs comutados (SVC) Dinamicamente criados numa base por chamada

Camadas ATM circuitos virtuais

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Vantagens do uso de circuitos virtuais no ATM Iacutendices de QoS garantidos para conexotildees mapeadas em

circuitos virtuais (banda passante atraso variacircncia de atraso)

Problemas no uso de circuitos virtuais O suporte de traacutefego datagrama eacute ineficiente Um PVC entre cada par origemdestino natildeo tem boa

escalabilidade (N2 conexotildees satildeo necessaacuterias) SVC introduz latecircncia de estabelecimento de conexatildeo e

atrasos de processamento para conexotildees de curta duraccedilatildeo

ATM VCs

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Cabeccedilalho da ceacutelula ATM com 5 bytes Carga uacutetil com 48-bytes

Por quecirc carga uacutetil pequena -gt pequeno atraso de criaccedilatildeo de ceacutelula para voz digitalizada

Meio do caminho entre 32 e 64 (compromisso)

cabeccedilalhoda ceacutelula

formato daceacutelula

3o bit no campo PTvalor 1 indica uacuteltima ceacutelula (AAL-indicate bit)

Camada ATM ceacutelula ATM

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VCI identificador de canal virtual Pode mudar de enlace para enlace atraveacutes da rede

PT tipo de carga uacutetil (ex ceacutelula RM versus ceacutelula de dados) CLP bit de prioridade de perda de ceacutelula

CLP = 1 implica ceacutelula de baixa prioridade pode ser descartada em caso de congestatildeo

HEC verificaccedilatildeo de erros no cabeccedilalho Verificaccedilatildeo ciacuteclica de erros

Cabeccedilalho da ceacutelula ATM

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A camada fiacutesica se compotildee de duas partes (subcamadas ) Subcamada de convergecircncia de transmissatildeo (TCS) adapta a camada

ATM acima agrave subcamada fiacutesica abaixo (PMD) Subcamada dependente do meio depende do tipo de meio fiacutesico que

estaacute sendo empregado

Funccedilotildees da TCS Geraccedilatildeo do checksum do cabeccedilalho 8 bits CRC Delineamento de ceacutelula Com uma subcamada PMD natildeo estruturada transmite ceacutelulas vazias

(ldquoidle cellsrdquo) quando natildeo haacute ceacutelulas de dados a enviar

Camada fiacutesica ATM

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Subcamada dependente do meio fiacutesico (PMD) SONETSDH estrutura de transmissatildeo de quadros (como um

container carregando bits) Sincronizaccedilatildeo de bits Particcedilotildees da banda passante (TDM) Vaacuterias velocidades OC1 = 5184 Mbps OC3 = 15552 Mbps OC12 = 62208 Mbps

T1T3 estrutura de transmissatildeo de quadros (velha hierarquia de telefonia 15 Mbps45 Mbps No Brasil usa-se a hierarquia europeacuteia E1E3 2 34 Mbps

Natildeo estruturada apenas ceacutelulas (ocupadasvazias)

Camada fiacutesica ATM

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Apenas IP claacutessico 3 ldquoredesrdquo (ex segmentos de LAN) Endereccedilos MAC (8023) e IP

IP sobre ATM Substitui ldquorederdquo (ex segmento

de LAN) com a rede ATM Endereccedilos ATM endereccedilos IP

redeATM

EthernetLANs

EthernetLANs

IP-sobre-ATM

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No endereccedilo de origem Camada IP encontra um mapeamento entre o endereccedilo IP e o endereccedilo de destino ATM (usando ARP) Passa o datagrama para a camada de adaptaccedilatildeo AAL5 AAL5 encapsula os dados segmenta em ceacutelulas e passa para a camada ATM

Rede ATM move a ceacutelula para o destino de acordo com o seu VC (circuito virtual)

No hospedeiro de destino AAL5 remonta o datagrama original a partir das ceacutelulas recebidas Se o CRC OK datagrama eacute passado ao IP

Viagem de um datagrama numa rede IP-sobre-ATM

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Questotildees Datagramas IP em ATM AAL5 PDUs Dos endereccedilos IP aos endereccedilos ATM

Da mesma forma que de endereccedilos IP para endereccedilos MAC 8023

redeATM

EthernetLANs

IP-sobre-ATM

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Objetivo inicial aumentar a velocidade de encaminhamento IP usando labels de tamanho fixo (em vez de endereccedilo IP) Mesma ideacuteia do meacutetodo de circuito virtual (VC) Mas o datagrama IP ainda manteacutem o endereccedilo IP

Multiprotocol label switching (MPLS)

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Roteador faz a funccedilatildeo de comutador de roacutetulo Pacotes encaminhados para interface de saiacuteda com base apenas no valor

do roacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP) Tabela de encaminhamento MPLS distinta das tabelas de encaminhamento IP

Protocolo de sinalizaccedilatildeo necessaacuterio para estabelecer o encaminhamento RSVP-TE Encaminhamento eacute possiacutevel por caminhos que o IP sozinho natildeo pode usar (ex roteamento de especificado pela origem) Use MPLS para engenharia de traacutefego

Deve coexistir com roteadores unicamente IP

Roteadores MPLS

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Tabelas de encaminhamento MPLS

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Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace Detecccedilatildeo de erros correccedilatildeo Compartilhando um canal broadcast acesso muacuteltiplo Endereccedilamento da camada de enlace

Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de vaacuterias tecnologias da camada de enlace Ethernet LANS comutadas PPP Redes virtualizadas como uma camada de enlace ATM MPLS

Resumo

Page 33: Capítulo 5 Redes de computadores e a Internet A camada de enlace e redes locais

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Como se faz com um canal compartilhado Particionamento de canal no tempo por frequumlecircncia ou por coacutedigo

Divisatildeo temporal divisatildeo por coacutedigo divisatildeo por frequumlecircncia Particionamento aleatoacuterio (dinacircmico)

ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACD Detecccedilatildeo de portadora faacutecil em alguns meios fiacutesicos (cabos) e

difiacutecil em outros (wireless) CSMACD usado na rede Ethernet CSMACA usado em 80211

Passagem de permissatildeo Polling a partir de um site central passagem de token

Sumaacuterio dos protocolos MAC

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Camada de enlace ateacute agora Serviccedilos detecccedilatildeo de erroscorreccedilatildeo acesso muacuteltiplo

A seguir tecnologias de redes locais (LAN) Endereccedilamento Ethernet hubs pontes switches PPP

Tecnologias de LAN

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A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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Endereccedilos IP de 32-bit Endereccedilos da camada de rede Usados para levar o datagrama ateacute a rede de destino (lembre-se

da definiccedilatildeo de rede IP)

Endereccedilo de LAN (ou MAC ou fiacutesico) Usado para levar o datagrama de uma interface fiacutesica a outra

fisicamente conectada com a primeira (isto eacute na mesma rede) Endereccedilos MAC com 48 bits (na maioria das LANs)

gravados na memoacuteria fixa (ROM) do adaptador de rede

Endereccedilos de LAN e ARP

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A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEE O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (para

assegurar a unicidade)

Analogia (a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG (b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal

Endereccedilamento MAC eacute ldquoflatrdquo =gt portabilidade Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra sem

reconfiguraccedilatildeo de endereccedilo MAC

Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevel Depende da rede na qual se estaacute ligado

Endereccedilos de LAN (mais)

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Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de Bdado o endereccedilo IP de B Cada noacute IP (hospedeiro roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabela ARP Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt

lt IP address MAC address TTLgt TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamento de

endereccedilos seraacute esquecido (tipicamente 20 min)

ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de resoluccedilatildeo de endereccedilos)

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A que enviar um datagrama para B e o endereccedilo MAS de B natildeo estaacute na tabela ARP de A

A faz broadcast de pacote de consulta ARB contendo o endereccedilo IP de B end MAC de destino = FF-FF-FF-FF-FF-FF todas as maacutequinas na LAN recebem a consulta ARP

B recebe o pacote ARP responde para A com seu endereccedilo MAC (de B) Quadro enviado para o end MAC de A (unicast)

A faz um cache (salva) o par de endereccedilos IP para MAC em sua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo se torne antiga (expirada) soft state informaccedilatildeo que expira (eacute descartada) sem atualizaccedilatildeo

ARP eacute ldquoplug-and-playrdquo Noacutes criam suas tabelas ARP sem intervenccedilatildeo do administrador da rede

Protocolo ARP Mesma LAN (network)

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objetivo envia datagrama de A para B via R supotildee que A conhece o endereccedilo IP de B

bull Duas tabelas ARP no roteador R um para cada rede IP (LAN)

Roteamento para outra LAN

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A cria o pacote IP com origem A destino B A usa ARP para obter o endereccedilo de camada fiacutesica de R correspondente ao

endereccedilo IP 111111111110 A cria um quadro Ethernet com o endereccedilo fiacutesico de R como destino o

quadro Ethernet conteacutem o datagrama IP de A para B A camada de enlace de A envia o quadroEthernet A camada de enlace de R recebe o quadro Ethernet R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verifica que ele se destina a

B R usa ARP para obter o endereccedilo fiacutesico de B R cria quadro contendo um datagrama de A para B e envia para B

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A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo Barato R$20 por 100Mbps Primeira tecnologia de LAN largamente usada Mais simples e mais barata que LANs com token e ATM Velocidade crescente 10Mbps ndash 10Gbps

esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf

Ethernet

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Topologia de bus popular em meados dos anos 90 Agora a topologia em estrela prevalece Opccedilotildees de conexatildeo hub ou switch (mais adiante)

Topologia em estrela

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Adaptador do transmissor encapsula o datagrama IP (ou outro pacote de protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet

Preacircmbulo bull 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte com padratildeo 10101011bull usado para sincronizar as taxas de reloacutegio do transmissor e do receptor

Estrutura do quadro Ethernet

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Endereccedilos 6 bytes Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de destino coincidente ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa o dado no quadro para o protocolo da camada de rede

Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP mas outros podem ser suportados tais como Novell IPX e AppleTalk)

CRC verificado no receptor se um erro eacute detectado o quadro eacute simplesmente descartado

Estrutura do quadro Ethernet

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Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o receptor

Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou nacks para o adaptador transmissor O fluxo de datagramas que passa para a camada de rede pode deixar

lacunas Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCP Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas

Serviccedilo natildeo confiaacutevel sem conexatildeo

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Sem slots Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador

transmitindo isto eacute carrier sense O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador

transmitindo isto eacute collision detection Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo

aleatoacuterio isto eacute random access

Ethernet usa CSMACD

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1 Adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmitir o

quadro Se ele detecta o canal ocupado espera ateacute ele ficar livre e entatildeo transmite

3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo sua missatildeo com esse quadro estaacute cumprida

4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta e envia um jam signal

5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a m-eacutesima colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2m-1 O adaptador espera K512 tempos de bit e retorna ao passo 2

Algoritmo CSMACD da Ethernet

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Jam signal garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo 48 bitsBit time 1 microseg para Ethernet de 10 Mbpspara K=1023 o tempo de espera eacute cerca de 50 mseg

Veja o applet Java no Web site da AWL altamemte recomendadoExponential backoff Objetivo adaptar tentativas de retransmissatildeo para carga atual da rede

Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longa Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacute

K x 512 tempos de transmissatildeo de bit Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3hellip Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023

Ethernet CSMACD

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Tprop = propagaccedilatildeo maacutexima entre 2 noacutes na LAN

ttrans = tempo para transmitir um quadro de tamanho maacuteximo

Eficiecircncia tende a 1 quando tprop tende a 0

Tende a 1 quando ttrans tende ao infinito Muito melhor do que o ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato

transprop tt 51

1eficiecircncia

Eficiecircncia do CSMACD

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Taxa de 10100 Mbps chamado mais tarde de ldquofast ethernetrdquo T significa ldquoTwisted Pairrdquo (par de fios tranccedilados de cobre) Noacutes se conectam a um hub ldquotopologia em estrelardquo 100 m eacute a distacircncia

maacutexima entre os noacutes e o hub

10BaseT e 100BaseT

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Hubs satildeo essencialmente repetidores de camada fiacutesica Bits que chegam de um enlace se propagam para todos os outros enlaces Com a mesma taxa Natildeo possuem armazenagem de quadros Natildeo haacute CSMACD no hub adaptadores detectam colisotildees Provecirc funcionalidade de gerenciamento de rede

Hubs

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Usada em 10BaseT Cada bit possui uma transiccedilatildeo Permite que os reloacutegios nos noacutes de transmissatildeo e de recepccedilatildeo possam

sincronizar um com o outro Natildeo eacute necessaacuterio reloacutegio global centralizado entre os noacutes

Ei isso eacute coisa de camada fiacutesica

Codificaccedilatildeo Manchester

Codificaccedilatildeo Manchester

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Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeo Permite enlaces ponto-a-ponto e canais de muacuteltiplo acesso

compartilhados No modo compartilhado o CSMACD eacute usado exige pequenas

distacircncias entre os noacutes para ser eficiente Usa hubs chamados aqui de Distribuidores com Armazenagem

ldquoBuffered Distributorsrdquo Full-Duplex a 1 Gbps para enlaces ponto-a-ponto 10 Gbps agora

Gigabit Ethernet

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A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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Hub de backbone interconecta segmentos de LAN Estende a distacircncia maacutexima entre os noacutes Mas domiacutenios de colisatildeo individuais tornam-se um uacutenico e grande

domiacutenio de colisatildeo Natildeo pode interconectar 10BaseT e 100BaseT

Interconexatildeo com hubs

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Dispositivo de camada de enlace Armazena e encaminha quadros Ethernet Examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o

quadro baseado no endereccedilo MAC de destino Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento

usa CSMACD para acessar o segmento Transparente

Hospedeiros satildeo inconscientes da presenccedila dos switches Plug-and-play self-learning (auto-aprendizado)

Switches natildeo precisam ser configurados

Switch

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Como determinar para qual segmento da LAN encaminhar o quadro Parece um problema de roteamento

Encaminhamento

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Um switch possui uma tabela de switch Entrada na tabela do switch

(endereccedilo MAC interface marca de tempo) Entradas expiradas na tabela satildeo decartadas (TTL pode ser 60 min)

Switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de suas interfaces Quando recebe um quadro o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento da LAN que chega Registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela

Self learning (auto-aprendizado)

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Quando um switch recebe um quadro

indexa a tabela do switch usando end MAC de destinoif entrada for encontrada para o destino

then if dest no segmento deste quadro chegou

then descarta o quadro else encaminha o quadro na interface indicada else flood

Encaminha para todas as interfacesexceto para a que o quadro chegou

Filtragemencaminhamento

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Suponha que C envia um quadro para D

Switch recebe o quadro de C Anota na tabela que C estaacute na interface 1 Como D natildeo estaacute na tabela o switch encaminha o quadro para as

interfaces 2 e 3 Quadro recebido por D

hub hub hub

switch

A

B CD

EF

G H

I

endereccedilo interface

ABEG

1123

12 3

Switch exemplo

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Suponha que D responde com um quadro para C

Switch recebe quadro de D Anota na tabela que D estaacute na interface 2 Como C estaacute na tabela o switch encaminha o quadro apenas para a

interface 1 Quadro recebido por C

hub hub hub

switch

A

B CD

EF

G H

I

endereccedilo interface

ABEGC

11231

Switch exemplo

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A instalaccedilatildeo do switch quebra as sub-redes em segmentos de LAN Switch filtra pacotes

Alguns quadros do mesmo segmento de LAN natildeo satildeo usualmente encaminhados para outros segmento de LAN

Segmentos se tornam separados em domiacutenios de colisatildeo

hub hub hub

switch

domiacutenio de colisatildeo domiacutenio de colisatildeo

domiacutenio de colisatildeo

Switch isolaccedilatildeo de traacutefego

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Switch com muitas interfaces Hospedeiros possuem conexatildeo direta ao switch Sem colisotildees full duplex

Switching A-para-Arsquo e B-para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees

Switches acesso dedicado

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Cut-through switching quadro encaminhado da porta de entrada ateacute a porta de saiacuteda sem ter de primeiro coletar o quadro todo Ligeira reduccedilatildeo na latecircncia

Combinaccedilotildees de interfaces 101001000 Mbps compartilhadasdedicadas

Mais sobre switches

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Redes corporativas

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Ambos satildeo dispositivos store-and-forward Roteadores dispositivos de camada de rede (examinam cabeccedilalhos

da camada de rede) Switches satildeo dispositivos da camada de enlace

Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam algoritmos de roteamento Switches mantecircm tabelas de switch implementam filtragem algoritmos de aprendizagem

Switches vs roteadores

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hubs roteadores switches

isolaccedilatildeo detraacutefego

natildeo sim sim

plug amp play sim natildeo sim

roteamentooacutetimo

natildeo sim natildeo

cutthrough

sim natildeo sim

Resumo comparaccedilatildeo

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A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace de broadcast Sem Media Access Control Natildeo necessita de endereccedilamento MAC expliacutecito Ex dialup link linha ISDN

Protocolos ponto-a-ponto DLC populares PPP (point-to-point protocol) HDLC High level data link control (camada de enlace costumava ser considerada ldquocamada altardquo na pilha de protocolos)

Controle de enlace de dados ponto-a-ponto

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Enquadramento de pacote encapsulamento do datagrama da camada de rede no quadro da camada de enlace Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolo de rede (natildeo apenas o IP) ao mesmo tempo Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo

Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo de bit no campo de dados

Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo) Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do enlace

para a camada de rede Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos terminais

do enlace podem aprender e configurar o endereccedilo de rede dos outros

PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]

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Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros Natildeo haacute controle de fluxo Aceita entregas fora de ordem Natildeo haacute necessidade de suportar enlaces multiponto (ex polling)

Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeo dos dados satildeo todos relegados para as camadas mais altas

PPP natildeo requisitos

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Flag delimitador (enquadramento) Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura) Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacuteltiplos campos de

controle Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o conteuacutedo do

quadro deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)

PPP formato do quadro

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info dados da camada superior sendo transportados CRC verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de erros

PPP formato dos dados

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Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de dados deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt01111110gt

P Se for recebido o padratildeo lt01111110gt satildeo dados ou eacute flag Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte extra com o padratildeo lt

01111101gt (escape) antes de cada byte com o padratildeo de flag lt 01111110gt nos dados

Receptor Um byte 01111101 seguido de 01111110 em seguida descarta o primeiro e continua a recepccedilatildeo de dados Uacutenico byte 01111110 entatildeo eacute um flag

Byte stuffing

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byte com o padratildeodo flag nos dados a enviar

byte com o padratildeo de escape acrescentado nos dados transmitidos seguido por um byte com padratildeo de flag

Byte stuffing

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Antes de trocar dados da camada de rede os parceiros da camada de enlace devem A configurar o enlace PPP (tamanho maacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo) Aprenderconfigurar as informaccedilotildees da camada de rede

Para o IP transportar mensagens do protocolo de controle IP (IPCP) (campo de protocolo 8021) para configuraraprender os

endereccedilos IP

PPP protocolo de controle de dados

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A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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Virtualizaccedilatildeo dos recursos uma poderosa abstraccedilatildeo em engenharia de sistemas Exemplos em computaccedilatildeo memoacuteria virtual dispositivos virtuais

Maacutequinas virtuais ex java IBM VM os dos anos 6070

Camada de abstraccedilotildees natildeo se apega a detalhes da camada mais baixa apenas trata com as camadas mais baixas abstratamente

Virtualizaccedilatildeo das redes

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1974 muacuteltiplas redes desconectadas ARPAnet redes de dados-sobre-cabo rede de pacote por sateacutelite (Aloha) rede de pacotes por raacutedio

hellip diferentes em convenccedilotildees de endereccedilamento formatos do pacote recuperaccedilatildeo de erros roteamento

Internet virtualizaccedilatildeo das redes

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Camada de rede da Internet (IP) Endereccedilamento internetwork

aparece como uma entidade uacutenica e uniforme escondendo a heterogeneidade das redes locais

Rede de redes

Gateway ldquoembute pacotes da Internet no

formato de um pacote local ou os extrairdquo

Rota (no niacutevel de internetwork) para o proacuteximo gateway

Internet virtualizaccedilatildeo das redes

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O que eacute virtualizado Duas camadas de endereccedilamento Internet e rede local Nova camada (IP) torna tudo homogecircneo na camada da Internet Tecnologia da rede local em questatildeo

Cabo Sateacutelite Modem telefocircnico de 56 K Hoje ATM MPLS

hellip ldquoinvisiacutevelrdquo na camada da Internet Parece com uma tecnologia de camada de enlace para o IP

Arquitetura da Internet de Cerf amp Kahn

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ATM MPLS redes separadas em seus proacuteprios direitos Modelos de serviccedilo endereccedilamento roteamento diferentes da Internet

Vistos pela Internet como um enlace loacutegico conectando roteadores IP Assim como o dialup link eacute realmente parte de uma rede separada

(rede telefocircnica)

ATM MPLS de interesse teacutecnico em seu proacuteprio direito

ATM e MPLS

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Padratildeo dos anos 8090 para altas taxas de transmissatildeo (155 Mbps a 622 Mbps e mais altas) arquitetura de Broadband Integrated Service Digital Network (B-ISDN)

Objetivo transporte integrado de voz dados e imagens com foco nas redes puacuteblicas de comunicaccedilatildeo Deve atender aos requisitos de tempoQoS para aplicaccedilotildees de voz

e de viacutedeo (versus o serviccedilo de melhor esforccedilo da Internet) Telefonia de ldquoproacutexima geraccedilatildeordquo fundamentos teacutecnicos no mundo da telefonia Comutaccedilatildeo de pacotes (pacotes de tamanho fixo chamados ldquoceacutelulasrdquo) usando circuitos virtuais

Modo de transferecircncia assiacutencrono ATM

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Camada de adaptaccedilatildeo apenas na borda de uma rede ATM Segmentaccedilatildeo e remontagem dos dados Grosseiramente anaacuteloga agrave camada de transporte da Internet

Camada ATM camada de ldquorederdquo Comutaccedilatildeo de ceacutelulas roteamento

Camada fiacutesica

Sistema final Sistema finalSwitch ATM Switch ATM

Arquitetura ATM

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Visatildeo transporte fim-a-fim ldquoATM de computador a computadorrdquo ATM eacute uma tecnologia de redeRealidade usada para conectar roteadores IP de backbone ldquoIP sobre ATMrdquo ATM como uma camada de enlace comutada conectando roteadores IP

ATM camada de rede ou de enlace

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Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL) ldquoadaptardquo camadas superiores (aplicaccedilotildees IP ou nativas ATM) para a camada ATM abaixo

AAL presente apenas nos sistemas finais natildeo nos comutadores ATM (ldquoswitchesrdquo)

O segmento da camada AAL (campo de cabeccedilalhotrailer e de dados) satildeo fragmentados em muacuteltiplas ceacutelulas ATM Analogia segmento TCP em muitos pacotes IP

Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL)

Sistema final Sistema finalSwitch ATM Switch ATM

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Diferentes versotildees da camada AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM AAL1 para serviccedilo CBR (taxa de bit constante) ex emulaccedilatildeo de circuitos AAL2 para serviccedilos VBR (taxa de bit variaacutevel) ex viacutedeo MPEG AAL5 para dados (ex datagramas IP)

AAL PDU

ceacutelula ATM

Dados de usuaacuterio

subcamadade convergecircncia

subcamadaSAR

Ceacutelula ATM

Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL)

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Serviccedilo transporte de ceacutelulas atraveacutes da rede ATM Anaacuteloga agrave camada de rede IP Serviccedilos muito diferentes da camada de rede IP

Arquiteturade rede

Internet

ATM

ATM

ATM

ATM

Modelo de serviccedilo

melhoresforccediloCBR

VBR

ABR

UBR

Banda

natildeo

taxaconstantetaxagarantidamiacutenimogarantidonatildeo

Perda

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Ordem

natildeo

sim

sim

sim

sim

Tempo

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Aviso decongestatildeo

natildeo (inferidopelas perdas)natildeo haacutecongestatildeonatildeo haacutecongestatildeosim

natildeo

Garantias

Camada ATM

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Transporte em VC ceacutelulas satildeo transportadas sobre VC da fonte ao destino Estabelecimento de conexatildeo necessaacuterio para cada chamada antes que o fluxo de dados possa ser iniciado Cada pacote transporta um identificador de VC (natildeo transporta o endereccedilo do destino) Cada comutador com caminho entre a fonte e o destino manteacutem o ldquoestadordquo para cada conexatildeo passante Recursos do enlace e do comutador (banda passante buffers) podem ser alocados por VC para obter um comportamento semelhante a um circuito fiacutesico

VCs permanentes (PVCs) Conexotildees de longa duraccedilatildeo Tipicamente rota ldquopermanenterdquo entre roteadores IP

VCs comutados (SVC) Dinamicamente criados numa base por chamada

Camadas ATM circuitos virtuais

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Vantagens do uso de circuitos virtuais no ATM Iacutendices de QoS garantidos para conexotildees mapeadas em

circuitos virtuais (banda passante atraso variacircncia de atraso)

Problemas no uso de circuitos virtuais O suporte de traacutefego datagrama eacute ineficiente Um PVC entre cada par origemdestino natildeo tem boa

escalabilidade (N2 conexotildees satildeo necessaacuterias) SVC introduz latecircncia de estabelecimento de conexatildeo e

atrasos de processamento para conexotildees de curta duraccedilatildeo

ATM VCs

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Cabeccedilalho da ceacutelula ATM com 5 bytes Carga uacutetil com 48-bytes

Por quecirc carga uacutetil pequena -gt pequeno atraso de criaccedilatildeo de ceacutelula para voz digitalizada

Meio do caminho entre 32 e 64 (compromisso)

cabeccedilalhoda ceacutelula

formato daceacutelula

3o bit no campo PTvalor 1 indica uacuteltima ceacutelula (AAL-indicate bit)

Camada ATM ceacutelula ATM

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VCI identificador de canal virtual Pode mudar de enlace para enlace atraveacutes da rede

PT tipo de carga uacutetil (ex ceacutelula RM versus ceacutelula de dados) CLP bit de prioridade de perda de ceacutelula

CLP = 1 implica ceacutelula de baixa prioridade pode ser descartada em caso de congestatildeo

HEC verificaccedilatildeo de erros no cabeccedilalho Verificaccedilatildeo ciacuteclica de erros

Cabeccedilalho da ceacutelula ATM

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A camada fiacutesica se compotildee de duas partes (subcamadas ) Subcamada de convergecircncia de transmissatildeo (TCS) adapta a camada

ATM acima agrave subcamada fiacutesica abaixo (PMD) Subcamada dependente do meio depende do tipo de meio fiacutesico que

estaacute sendo empregado

Funccedilotildees da TCS Geraccedilatildeo do checksum do cabeccedilalho 8 bits CRC Delineamento de ceacutelula Com uma subcamada PMD natildeo estruturada transmite ceacutelulas vazias

(ldquoidle cellsrdquo) quando natildeo haacute ceacutelulas de dados a enviar

Camada fiacutesica ATM

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Subcamada dependente do meio fiacutesico (PMD) SONETSDH estrutura de transmissatildeo de quadros (como um

container carregando bits) Sincronizaccedilatildeo de bits Particcedilotildees da banda passante (TDM) Vaacuterias velocidades OC1 = 5184 Mbps OC3 = 15552 Mbps OC12 = 62208 Mbps

T1T3 estrutura de transmissatildeo de quadros (velha hierarquia de telefonia 15 Mbps45 Mbps No Brasil usa-se a hierarquia europeacuteia E1E3 2 34 Mbps

Natildeo estruturada apenas ceacutelulas (ocupadasvazias)

Camada fiacutesica ATM

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Apenas IP claacutessico 3 ldquoredesrdquo (ex segmentos de LAN) Endereccedilos MAC (8023) e IP

IP sobre ATM Substitui ldquorederdquo (ex segmento

de LAN) com a rede ATM Endereccedilos ATM endereccedilos IP

redeATM

EthernetLANs

EthernetLANs

IP-sobre-ATM

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No endereccedilo de origem Camada IP encontra um mapeamento entre o endereccedilo IP e o endereccedilo de destino ATM (usando ARP) Passa o datagrama para a camada de adaptaccedilatildeo AAL5 AAL5 encapsula os dados segmenta em ceacutelulas e passa para a camada ATM

Rede ATM move a ceacutelula para o destino de acordo com o seu VC (circuito virtual)

No hospedeiro de destino AAL5 remonta o datagrama original a partir das ceacutelulas recebidas Se o CRC OK datagrama eacute passado ao IP

Viagem de um datagrama numa rede IP-sobre-ATM

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Questotildees Datagramas IP em ATM AAL5 PDUs Dos endereccedilos IP aos endereccedilos ATM

Da mesma forma que de endereccedilos IP para endereccedilos MAC 8023

redeATM

EthernetLANs

IP-sobre-ATM

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Objetivo inicial aumentar a velocidade de encaminhamento IP usando labels de tamanho fixo (em vez de endereccedilo IP) Mesma ideacuteia do meacutetodo de circuito virtual (VC) Mas o datagrama IP ainda manteacutem o endereccedilo IP

Multiprotocol label switching (MPLS)

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Roteador faz a funccedilatildeo de comutador de roacutetulo Pacotes encaminhados para interface de saiacuteda com base apenas no valor

do roacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP) Tabela de encaminhamento MPLS distinta das tabelas de encaminhamento IP

Protocolo de sinalizaccedilatildeo necessaacuterio para estabelecer o encaminhamento RSVP-TE Encaminhamento eacute possiacutevel por caminhos que o IP sozinho natildeo pode usar (ex roteamento de especificado pela origem) Use MPLS para engenharia de traacutefego

Deve coexistir com roteadores unicamente IP

Roteadores MPLS

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Tabelas de encaminhamento MPLS

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Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace Detecccedilatildeo de erros correccedilatildeo Compartilhando um canal broadcast acesso muacuteltiplo Endereccedilamento da camada de enlace

Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de vaacuterias tecnologias da camada de enlace Ethernet LANS comutadas PPP Redes virtualizadas como uma camada de enlace ATM MPLS

Resumo

Page 34: Capítulo 5 Redes de computadores e a Internet A camada de enlace e redes locais

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Camada de enlace ateacute agora Serviccedilos detecccedilatildeo de erroscorreccedilatildeo acesso muacuteltiplo

A seguir tecnologias de redes locais (LAN) Endereccedilamento Ethernet hubs pontes switches PPP

Tecnologias de LAN

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A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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Endereccedilos IP de 32-bit Endereccedilos da camada de rede Usados para levar o datagrama ateacute a rede de destino (lembre-se

da definiccedilatildeo de rede IP)

Endereccedilo de LAN (ou MAC ou fiacutesico) Usado para levar o datagrama de uma interface fiacutesica a outra

fisicamente conectada com a primeira (isto eacute na mesma rede) Endereccedilos MAC com 48 bits (na maioria das LANs)

gravados na memoacuteria fixa (ROM) do adaptador de rede

Endereccedilos de LAN e ARP

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A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEE O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (para

assegurar a unicidade)

Analogia (a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG (b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal

Endereccedilamento MAC eacute ldquoflatrdquo =gt portabilidade Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra sem

reconfiguraccedilatildeo de endereccedilo MAC

Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevel Depende da rede na qual se estaacute ligado

Endereccedilos de LAN (mais)

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Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de Bdado o endereccedilo IP de B Cada noacute IP (hospedeiro roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabela ARP Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt

lt IP address MAC address TTLgt TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamento de

endereccedilos seraacute esquecido (tipicamente 20 min)

ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de resoluccedilatildeo de endereccedilos)

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A que enviar um datagrama para B e o endereccedilo MAS de B natildeo estaacute na tabela ARP de A

A faz broadcast de pacote de consulta ARB contendo o endereccedilo IP de B end MAC de destino = FF-FF-FF-FF-FF-FF todas as maacutequinas na LAN recebem a consulta ARP

B recebe o pacote ARP responde para A com seu endereccedilo MAC (de B) Quadro enviado para o end MAC de A (unicast)

A faz um cache (salva) o par de endereccedilos IP para MAC em sua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo se torne antiga (expirada) soft state informaccedilatildeo que expira (eacute descartada) sem atualizaccedilatildeo

ARP eacute ldquoplug-and-playrdquo Noacutes criam suas tabelas ARP sem intervenccedilatildeo do administrador da rede

Protocolo ARP Mesma LAN (network)

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objetivo envia datagrama de A para B via R supotildee que A conhece o endereccedilo IP de B

bull Duas tabelas ARP no roteador R um para cada rede IP (LAN)

Roteamento para outra LAN

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A cria o pacote IP com origem A destino B A usa ARP para obter o endereccedilo de camada fiacutesica de R correspondente ao

endereccedilo IP 111111111110 A cria um quadro Ethernet com o endereccedilo fiacutesico de R como destino o

quadro Ethernet conteacutem o datagrama IP de A para B A camada de enlace de A envia o quadroEthernet A camada de enlace de R recebe o quadro Ethernet R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verifica que ele se destina a

B R usa ARP para obter o endereccedilo fiacutesico de B R cria quadro contendo um datagrama de A para B e envia para B

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A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo Barato R$20 por 100Mbps Primeira tecnologia de LAN largamente usada Mais simples e mais barata que LANs com token e ATM Velocidade crescente 10Mbps ndash 10Gbps

esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf

Ethernet

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Topologia de bus popular em meados dos anos 90 Agora a topologia em estrela prevalece Opccedilotildees de conexatildeo hub ou switch (mais adiante)

Topologia em estrela

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Adaptador do transmissor encapsula o datagrama IP (ou outro pacote de protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet

Preacircmbulo bull 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte com padratildeo 10101011bull usado para sincronizar as taxas de reloacutegio do transmissor e do receptor

Estrutura do quadro Ethernet

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Endereccedilos 6 bytes Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de destino coincidente ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa o dado no quadro para o protocolo da camada de rede

Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP mas outros podem ser suportados tais como Novell IPX e AppleTalk)

CRC verificado no receptor se um erro eacute detectado o quadro eacute simplesmente descartado

Estrutura do quadro Ethernet

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Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o receptor

Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou nacks para o adaptador transmissor O fluxo de datagramas que passa para a camada de rede pode deixar

lacunas Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCP Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas

Serviccedilo natildeo confiaacutevel sem conexatildeo

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Sem slots Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador

transmitindo isto eacute carrier sense O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador

transmitindo isto eacute collision detection Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo

aleatoacuterio isto eacute random access

Ethernet usa CSMACD

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1 Adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmitir o

quadro Se ele detecta o canal ocupado espera ateacute ele ficar livre e entatildeo transmite

3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo sua missatildeo com esse quadro estaacute cumprida

4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta e envia um jam signal

5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a m-eacutesima colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2m-1 O adaptador espera K512 tempos de bit e retorna ao passo 2

Algoritmo CSMACD da Ethernet

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Jam signal garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo 48 bitsBit time 1 microseg para Ethernet de 10 Mbpspara K=1023 o tempo de espera eacute cerca de 50 mseg

Veja o applet Java no Web site da AWL altamemte recomendadoExponential backoff Objetivo adaptar tentativas de retransmissatildeo para carga atual da rede

Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longa Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacute

K x 512 tempos de transmissatildeo de bit Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3hellip Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023

Ethernet CSMACD

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Tprop = propagaccedilatildeo maacutexima entre 2 noacutes na LAN

ttrans = tempo para transmitir um quadro de tamanho maacuteximo

Eficiecircncia tende a 1 quando tprop tende a 0

Tende a 1 quando ttrans tende ao infinito Muito melhor do que o ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato

transprop tt 51

1eficiecircncia

Eficiecircncia do CSMACD

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Taxa de 10100 Mbps chamado mais tarde de ldquofast ethernetrdquo T significa ldquoTwisted Pairrdquo (par de fios tranccedilados de cobre) Noacutes se conectam a um hub ldquotopologia em estrelardquo 100 m eacute a distacircncia

maacutexima entre os noacutes e o hub

10BaseT e 100BaseT

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Hubs satildeo essencialmente repetidores de camada fiacutesica Bits que chegam de um enlace se propagam para todos os outros enlaces Com a mesma taxa Natildeo possuem armazenagem de quadros Natildeo haacute CSMACD no hub adaptadores detectam colisotildees Provecirc funcionalidade de gerenciamento de rede

Hubs

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Usada em 10BaseT Cada bit possui uma transiccedilatildeo Permite que os reloacutegios nos noacutes de transmissatildeo e de recepccedilatildeo possam

sincronizar um com o outro Natildeo eacute necessaacuterio reloacutegio global centralizado entre os noacutes

Ei isso eacute coisa de camada fiacutesica

Codificaccedilatildeo Manchester

Codificaccedilatildeo Manchester

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Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeo Permite enlaces ponto-a-ponto e canais de muacuteltiplo acesso

compartilhados No modo compartilhado o CSMACD eacute usado exige pequenas

distacircncias entre os noacutes para ser eficiente Usa hubs chamados aqui de Distribuidores com Armazenagem

ldquoBuffered Distributorsrdquo Full-Duplex a 1 Gbps para enlaces ponto-a-ponto 10 Gbps agora

Gigabit Ethernet

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A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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Hub de backbone interconecta segmentos de LAN Estende a distacircncia maacutexima entre os noacutes Mas domiacutenios de colisatildeo individuais tornam-se um uacutenico e grande

domiacutenio de colisatildeo Natildeo pode interconectar 10BaseT e 100BaseT

Interconexatildeo com hubs

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Dispositivo de camada de enlace Armazena e encaminha quadros Ethernet Examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o

quadro baseado no endereccedilo MAC de destino Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento

usa CSMACD para acessar o segmento Transparente

Hospedeiros satildeo inconscientes da presenccedila dos switches Plug-and-play self-learning (auto-aprendizado)

Switches natildeo precisam ser configurados

Switch

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Como determinar para qual segmento da LAN encaminhar o quadro Parece um problema de roteamento

Encaminhamento

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Um switch possui uma tabela de switch Entrada na tabela do switch

(endereccedilo MAC interface marca de tempo) Entradas expiradas na tabela satildeo decartadas (TTL pode ser 60 min)

Switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de suas interfaces Quando recebe um quadro o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento da LAN que chega Registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela

Self learning (auto-aprendizado)

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Quando um switch recebe um quadro

indexa a tabela do switch usando end MAC de destinoif entrada for encontrada para o destino

then if dest no segmento deste quadro chegou

then descarta o quadro else encaminha o quadro na interface indicada else flood

Encaminha para todas as interfacesexceto para a que o quadro chegou

Filtragemencaminhamento

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Suponha que C envia um quadro para D

Switch recebe o quadro de C Anota na tabela que C estaacute na interface 1 Como D natildeo estaacute na tabela o switch encaminha o quadro para as

interfaces 2 e 3 Quadro recebido por D

hub hub hub

switch

A

B CD

EF

G H

I

endereccedilo interface

ABEG

1123

12 3

Switch exemplo

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Suponha que D responde com um quadro para C

Switch recebe quadro de D Anota na tabela que D estaacute na interface 2 Como C estaacute na tabela o switch encaminha o quadro apenas para a

interface 1 Quadro recebido por C

hub hub hub

switch

A

B CD

EF

G H

I

endereccedilo interface

ABEGC

11231

Switch exemplo

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A instalaccedilatildeo do switch quebra as sub-redes em segmentos de LAN Switch filtra pacotes

Alguns quadros do mesmo segmento de LAN natildeo satildeo usualmente encaminhados para outros segmento de LAN

Segmentos se tornam separados em domiacutenios de colisatildeo

hub hub hub

switch

domiacutenio de colisatildeo domiacutenio de colisatildeo

domiacutenio de colisatildeo

Switch isolaccedilatildeo de traacutefego

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Switch com muitas interfaces Hospedeiros possuem conexatildeo direta ao switch Sem colisotildees full duplex

Switching A-para-Arsquo e B-para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees

Switches acesso dedicado

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Cut-through switching quadro encaminhado da porta de entrada ateacute a porta de saiacuteda sem ter de primeiro coletar o quadro todo Ligeira reduccedilatildeo na latecircncia

Combinaccedilotildees de interfaces 101001000 Mbps compartilhadasdedicadas

Mais sobre switches

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Redes corporativas

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Ambos satildeo dispositivos store-and-forward Roteadores dispositivos de camada de rede (examinam cabeccedilalhos

da camada de rede) Switches satildeo dispositivos da camada de enlace

Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam algoritmos de roteamento Switches mantecircm tabelas de switch implementam filtragem algoritmos de aprendizagem

Switches vs roteadores

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hubs roteadores switches

isolaccedilatildeo detraacutefego

natildeo sim sim

plug amp play sim natildeo sim

roteamentooacutetimo

natildeo sim natildeo

cutthrough

sim natildeo sim

Resumo comparaccedilatildeo

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A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace de broadcast Sem Media Access Control Natildeo necessita de endereccedilamento MAC expliacutecito Ex dialup link linha ISDN

Protocolos ponto-a-ponto DLC populares PPP (point-to-point protocol) HDLC High level data link control (camada de enlace costumava ser considerada ldquocamada altardquo na pilha de protocolos)

Controle de enlace de dados ponto-a-ponto

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Enquadramento de pacote encapsulamento do datagrama da camada de rede no quadro da camada de enlace Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolo de rede (natildeo apenas o IP) ao mesmo tempo Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo

Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo de bit no campo de dados

Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo) Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do enlace

para a camada de rede Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos terminais

do enlace podem aprender e configurar o endereccedilo de rede dos outros

PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]

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Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros Natildeo haacute controle de fluxo Aceita entregas fora de ordem Natildeo haacute necessidade de suportar enlaces multiponto (ex polling)

Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeo dos dados satildeo todos relegados para as camadas mais altas

PPP natildeo requisitos

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Flag delimitador (enquadramento) Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura) Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacuteltiplos campos de

controle Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o conteuacutedo do

quadro deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)

PPP formato do quadro

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info dados da camada superior sendo transportados CRC verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de erros

PPP formato dos dados

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Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de dados deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt01111110gt

P Se for recebido o padratildeo lt01111110gt satildeo dados ou eacute flag Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte extra com o padratildeo lt

01111101gt (escape) antes de cada byte com o padratildeo de flag lt 01111110gt nos dados

Receptor Um byte 01111101 seguido de 01111110 em seguida descarta o primeiro e continua a recepccedilatildeo de dados Uacutenico byte 01111110 entatildeo eacute um flag

Byte stuffing

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byte com o padratildeodo flag nos dados a enviar

byte com o padratildeo de escape acrescentado nos dados transmitidos seguido por um byte com padratildeo de flag

Byte stuffing

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Antes de trocar dados da camada de rede os parceiros da camada de enlace devem A configurar o enlace PPP (tamanho maacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo) Aprenderconfigurar as informaccedilotildees da camada de rede

Para o IP transportar mensagens do protocolo de controle IP (IPCP) (campo de protocolo 8021) para configuraraprender os

endereccedilos IP

PPP protocolo de controle de dados

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A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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Virtualizaccedilatildeo dos recursos uma poderosa abstraccedilatildeo em engenharia de sistemas Exemplos em computaccedilatildeo memoacuteria virtual dispositivos virtuais

Maacutequinas virtuais ex java IBM VM os dos anos 6070

Camada de abstraccedilotildees natildeo se apega a detalhes da camada mais baixa apenas trata com as camadas mais baixas abstratamente

Virtualizaccedilatildeo das redes

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1974 muacuteltiplas redes desconectadas ARPAnet redes de dados-sobre-cabo rede de pacote por sateacutelite (Aloha) rede de pacotes por raacutedio

hellip diferentes em convenccedilotildees de endereccedilamento formatos do pacote recuperaccedilatildeo de erros roteamento

Internet virtualizaccedilatildeo das redes

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Camada de rede da Internet (IP) Endereccedilamento internetwork

aparece como uma entidade uacutenica e uniforme escondendo a heterogeneidade das redes locais

Rede de redes

Gateway ldquoembute pacotes da Internet no

formato de um pacote local ou os extrairdquo

Rota (no niacutevel de internetwork) para o proacuteximo gateway

Internet virtualizaccedilatildeo das redes

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O que eacute virtualizado Duas camadas de endereccedilamento Internet e rede local Nova camada (IP) torna tudo homogecircneo na camada da Internet Tecnologia da rede local em questatildeo

Cabo Sateacutelite Modem telefocircnico de 56 K Hoje ATM MPLS

hellip ldquoinvisiacutevelrdquo na camada da Internet Parece com uma tecnologia de camada de enlace para o IP

Arquitetura da Internet de Cerf amp Kahn

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ATM MPLS redes separadas em seus proacuteprios direitos Modelos de serviccedilo endereccedilamento roteamento diferentes da Internet

Vistos pela Internet como um enlace loacutegico conectando roteadores IP Assim como o dialup link eacute realmente parte de uma rede separada

(rede telefocircnica)

ATM MPLS de interesse teacutecnico em seu proacuteprio direito

ATM e MPLS

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Padratildeo dos anos 8090 para altas taxas de transmissatildeo (155 Mbps a 622 Mbps e mais altas) arquitetura de Broadband Integrated Service Digital Network (B-ISDN)

Objetivo transporte integrado de voz dados e imagens com foco nas redes puacuteblicas de comunicaccedilatildeo Deve atender aos requisitos de tempoQoS para aplicaccedilotildees de voz

e de viacutedeo (versus o serviccedilo de melhor esforccedilo da Internet) Telefonia de ldquoproacutexima geraccedilatildeordquo fundamentos teacutecnicos no mundo da telefonia Comutaccedilatildeo de pacotes (pacotes de tamanho fixo chamados ldquoceacutelulasrdquo) usando circuitos virtuais

Modo de transferecircncia assiacutencrono ATM

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Camada de adaptaccedilatildeo apenas na borda de uma rede ATM Segmentaccedilatildeo e remontagem dos dados Grosseiramente anaacuteloga agrave camada de transporte da Internet

Camada ATM camada de ldquorederdquo Comutaccedilatildeo de ceacutelulas roteamento

Camada fiacutesica

Sistema final Sistema finalSwitch ATM Switch ATM

Arquitetura ATM

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Visatildeo transporte fim-a-fim ldquoATM de computador a computadorrdquo ATM eacute uma tecnologia de redeRealidade usada para conectar roteadores IP de backbone ldquoIP sobre ATMrdquo ATM como uma camada de enlace comutada conectando roteadores IP

ATM camada de rede ou de enlace

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Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL) ldquoadaptardquo camadas superiores (aplicaccedilotildees IP ou nativas ATM) para a camada ATM abaixo

AAL presente apenas nos sistemas finais natildeo nos comutadores ATM (ldquoswitchesrdquo)

O segmento da camada AAL (campo de cabeccedilalhotrailer e de dados) satildeo fragmentados em muacuteltiplas ceacutelulas ATM Analogia segmento TCP em muitos pacotes IP

Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL)

Sistema final Sistema finalSwitch ATM Switch ATM

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Diferentes versotildees da camada AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM AAL1 para serviccedilo CBR (taxa de bit constante) ex emulaccedilatildeo de circuitos AAL2 para serviccedilos VBR (taxa de bit variaacutevel) ex viacutedeo MPEG AAL5 para dados (ex datagramas IP)

AAL PDU

ceacutelula ATM

Dados de usuaacuterio

subcamadade convergecircncia

subcamadaSAR

Ceacutelula ATM

Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL)

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Serviccedilo transporte de ceacutelulas atraveacutes da rede ATM Anaacuteloga agrave camada de rede IP Serviccedilos muito diferentes da camada de rede IP

Arquiteturade rede

Internet

ATM

ATM

ATM

ATM

Modelo de serviccedilo

melhoresforccediloCBR

VBR

ABR

UBR

Banda

natildeo

taxaconstantetaxagarantidamiacutenimogarantidonatildeo

Perda

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Ordem

natildeo

sim

sim

sim

sim

Tempo

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Aviso decongestatildeo

natildeo (inferidopelas perdas)natildeo haacutecongestatildeonatildeo haacutecongestatildeosim

natildeo

Garantias

Camada ATM

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Transporte em VC ceacutelulas satildeo transportadas sobre VC da fonte ao destino Estabelecimento de conexatildeo necessaacuterio para cada chamada antes que o fluxo de dados possa ser iniciado Cada pacote transporta um identificador de VC (natildeo transporta o endereccedilo do destino) Cada comutador com caminho entre a fonte e o destino manteacutem o ldquoestadordquo para cada conexatildeo passante Recursos do enlace e do comutador (banda passante buffers) podem ser alocados por VC para obter um comportamento semelhante a um circuito fiacutesico

VCs permanentes (PVCs) Conexotildees de longa duraccedilatildeo Tipicamente rota ldquopermanenterdquo entre roteadores IP

VCs comutados (SVC) Dinamicamente criados numa base por chamada

Camadas ATM circuitos virtuais

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Vantagens do uso de circuitos virtuais no ATM Iacutendices de QoS garantidos para conexotildees mapeadas em

circuitos virtuais (banda passante atraso variacircncia de atraso)

Problemas no uso de circuitos virtuais O suporte de traacutefego datagrama eacute ineficiente Um PVC entre cada par origemdestino natildeo tem boa

escalabilidade (N2 conexotildees satildeo necessaacuterias) SVC introduz latecircncia de estabelecimento de conexatildeo e

atrasos de processamento para conexotildees de curta duraccedilatildeo

ATM VCs

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Cabeccedilalho da ceacutelula ATM com 5 bytes Carga uacutetil com 48-bytes

Por quecirc carga uacutetil pequena -gt pequeno atraso de criaccedilatildeo de ceacutelula para voz digitalizada

Meio do caminho entre 32 e 64 (compromisso)

cabeccedilalhoda ceacutelula

formato daceacutelula

3o bit no campo PTvalor 1 indica uacuteltima ceacutelula (AAL-indicate bit)

Camada ATM ceacutelula ATM

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VCI identificador de canal virtual Pode mudar de enlace para enlace atraveacutes da rede

PT tipo de carga uacutetil (ex ceacutelula RM versus ceacutelula de dados) CLP bit de prioridade de perda de ceacutelula

CLP = 1 implica ceacutelula de baixa prioridade pode ser descartada em caso de congestatildeo

HEC verificaccedilatildeo de erros no cabeccedilalho Verificaccedilatildeo ciacuteclica de erros

Cabeccedilalho da ceacutelula ATM

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A camada fiacutesica se compotildee de duas partes (subcamadas ) Subcamada de convergecircncia de transmissatildeo (TCS) adapta a camada

ATM acima agrave subcamada fiacutesica abaixo (PMD) Subcamada dependente do meio depende do tipo de meio fiacutesico que

estaacute sendo empregado

Funccedilotildees da TCS Geraccedilatildeo do checksum do cabeccedilalho 8 bits CRC Delineamento de ceacutelula Com uma subcamada PMD natildeo estruturada transmite ceacutelulas vazias

(ldquoidle cellsrdquo) quando natildeo haacute ceacutelulas de dados a enviar

Camada fiacutesica ATM

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Subcamada dependente do meio fiacutesico (PMD) SONETSDH estrutura de transmissatildeo de quadros (como um

container carregando bits) Sincronizaccedilatildeo de bits Particcedilotildees da banda passante (TDM) Vaacuterias velocidades OC1 = 5184 Mbps OC3 = 15552 Mbps OC12 = 62208 Mbps

T1T3 estrutura de transmissatildeo de quadros (velha hierarquia de telefonia 15 Mbps45 Mbps No Brasil usa-se a hierarquia europeacuteia E1E3 2 34 Mbps

Natildeo estruturada apenas ceacutelulas (ocupadasvazias)

Camada fiacutesica ATM

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Apenas IP claacutessico 3 ldquoredesrdquo (ex segmentos de LAN) Endereccedilos MAC (8023) e IP

IP sobre ATM Substitui ldquorederdquo (ex segmento

de LAN) com a rede ATM Endereccedilos ATM endereccedilos IP

redeATM

EthernetLANs

EthernetLANs

IP-sobre-ATM

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No endereccedilo de origem Camada IP encontra um mapeamento entre o endereccedilo IP e o endereccedilo de destino ATM (usando ARP) Passa o datagrama para a camada de adaptaccedilatildeo AAL5 AAL5 encapsula os dados segmenta em ceacutelulas e passa para a camada ATM

Rede ATM move a ceacutelula para o destino de acordo com o seu VC (circuito virtual)

No hospedeiro de destino AAL5 remonta o datagrama original a partir das ceacutelulas recebidas Se o CRC OK datagrama eacute passado ao IP

Viagem de um datagrama numa rede IP-sobre-ATM

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Questotildees Datagramas IP em ATM AAL5 PDUs Dos endereccedilos IP aos endereccedilos ATM

Da mesma forma que de endereccedilos IP para endereccedilos MAC 8023

redeATM

EthernetLANs

IP-sobre-ATM

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Objetivo inicial aumentar a velocidade de encaminhamento IP usando labels de tamanho fixo (em vez de endereccedilo IP) Mesma ideacuteia do meacutetodo de circuito virtual (VC) Mas o datagrama IP ainda manteacutem o endereccedilo IP

Multiprotocol label switching (MPLS)

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Roteador faz a funccedilatildeo de comutador de roacutetulo Pacotes encaminhados para interface de saiacuteda com base apenas no valor

do roacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP) Tabela de encaminhamento MPLS distinta das tabelas de encaminhamento IP

Protocolo de sinalizaccedilatildeo necessaacuterio para estabelecer o encaminhamento RSVP-TE Encaminhamento eacute possiacutevel por caminhos que o IP sozinho natildeo pode usar (ex roteamento de especificado pela origem) Use MPLS para engenharia de traacutefego

Deve coexistir com roteadores unicamente IP

Roteadores MPLS

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Tabelas de encaminhamento MPLS

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Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace Detecccedilatildeo de erros correccedilatildeo Compartilhando um canal broadcast acesso muacuteltiplo Endereccedilamento da camada de enlace

Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de vaacuterias tecnologias da camada de enlace Ethernet LANS comutadas PPP Redes virtualizadas como uma camada de enlace ATM MPLS

Resumo

Page 35: Capítulo 5 Redes de computadores e a Internet A camada de enlace e redes locais

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A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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Endereccedilos IP de 32-bit Endereccedilos da camada de rede Usados para levar o datagrama ateacute a rede de destino (lembre-se

da definiccedilatildeo de rede IP)

Endereccedilo de LAN (ou MAC ou fiacutesico) Usado para levar o datagrama de uma interface fiacutesica a outra

fisicamente conectada com a primeira (isto eacute na mesma rede) Endereccedilos MAC com 48 bits (na maioria das LANs)

gravados na memoacuteria fixa (ROM) do adaptador de rede

Endereccedilos de LAN e ARP

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A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEE O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (para

assegurar a unicidade)

Analogia (a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG (b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal

Endereccedilamento MAC eacute ldquoflatrdquo =gt portabilidade Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra sem

reconfiguraccedilatildeo de endereccedilo MAC

Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevel Depende da rede na qual se estaacute ligado

Endereccedilos de LAN (mais)

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Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de Bdado o endereccedilo IP de B Cada noacute IP (hospedeiro roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabela ARP Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt

lt IP address MAC address TTLgt TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamento de

endereccedilos seraacute esquecido (tipicamente 20 min)

ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de resoluccedilatildeo de endereccedilos)

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A que enviar um datagrama para B e o endereccedilo MAS de B natildeo estaacute na tabela ARP de A

A faz broadcast de pacote de consulta ARB contendo o endereccedilo IP de B end MAC de destino = FF-FF-FF-FF-FF-FF todas as maacutequinas na LAN recebem a consulta ARP

B recebe o pacote ARP responde para A com seu endereccedilo MAC (de B) Quadro enviado para o end MAC de A (unicast)

A faz um cache (salva) o par de endereccedilos IP para MAC em sua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo se torne antiga (expirada) soft state informaccedilatildeo que expira (eacute descartada) sem atualizaccedilatildeo

ARP eacute ldquoplug-and-playrdquo Noacutes criam suas tabelas ARP sem intervenccedilatildeo do administrador da rede

Protocolo ARP Mesma LAN (network)

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objetivo envia datagrama de A para B via R supotildee que A conhece o endereccedilo IP de B

bull Duas tabelas ARP no roteador R um para cada rede IP (LAN)

Roteamento para outra LAN

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A cria o pacote IP com origem A destino B A usa ARP para obter o endereccedilo de camada fiacutesica de R correspondente ao

endereccedilo IP 111111111110 A cria um quadro Ethernet com o endereccedilo fiacutesico de R como destino o

quadro Ethernet conteacutem o datagrama IP de A para B A camada de enlace de A envia o quadroEthernet A camada de enlace de R recebe o quadro Ethernet R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verifica que ele se destina a

B R usa ARP para obter o endereccedilo fiacutesico de B R cria quadro contendo um datagrama de A para B e envia para B

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A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo Barato R$20 por 100Mbps Primeira tecnologia de LAN largamente usada Mais simples e mais barata que LANs com token e ATM Velocidade crescente 10Mbps ndash 10Gbps

esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf

Ethernet

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Topologia de bus popular em meados dos anos 90 Agora a topologia em estrela prevalece Opccedilotildees de conexatildeo hub ou switch (mais adiante)

Topologia em estrela

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Adaptador do transmissor encapsula o datagrama IP (ou outro pacote de protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet

Preacircmbulo bull 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte com padratildeo 10101011bull usado para sincronizar as taxas de reloacutegio do transmissor e do receptor

Estrutura do quadro Ethernet

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Endereccedilos 6 bytes Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de destino coincidente ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa o dado no quadro para o protocolo da camada de rede

Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP mas outros podem ser suportados tais como Novell IPX e AppleTalk)

CRC verificado no receptor se um erro eacute detectado o quadro eacute simplesmente descartado

Estrutura do quadro Ethernet

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Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o receptor

Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou nacks para o adaptador transmissor O fluxo de datagramas que passa para a camada de rede pode deixar

lacunas Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCP Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas

Serviccedilo natildeo confiaacutevel sem conexatildeo

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Sem slots Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador

transmitindo isto eacute carrier sense O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador

transmitindo isto eacute collision detection Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo

aleatoacuterio isto eacute random access

Ethernet usa CSMACD

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1 Adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmitir o

quadro Se ele detecta o canal ocupado espera ateacute ele ficar livre e entatildeo transmite

3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo sua missatildeo com esse quadro estaacute cumprida

4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta e envia um jam signal

5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a m-eacutesima colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2m-1 O adaptador espera K512 tempos de bit e retorna ao passo 2

Algoritmo CSMACD da Ethernet

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Jam signal garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo 48 bitsBit time 1 microseg para Ethernet de 10 Mbpspara K=1023 o tempo de espera eacute cerca de 50 mseg

Veja o applet Java no Web site da AWL altamemte recomendadoExponential backoff Objetivo adaptar tentativas de retransmissatildeo para carga atual da rede

Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longa Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacute

K x 512 tempos de transmissatildeo de bit Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3hellip Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023

Ethernet CSMACD

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Tprop = propagaccedilatildeo maacutexima entre 2 noacutes na LAN

ttrans = tempo para transmitir um quadro de tamanho maacuteximo

Eficiecircncia tende a 1 quando tprop tende a 0

Tende a 1 quando ttrans tende ao infinito Muito melhor do que o ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato

transprop tt 51

1eficiecircncia

Eficiecircncia do CSMACD

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Taxa de 10100 Mbps chamado mais tarde de ldquofast ethernetrdquo T significa ldquoTwisted Pairrdquo (par de fios tranccedilados de cobre) Noacutes se conectam a um hub ldquotopologia em estrelardquo 100 m eacute a distacircncia

maacutexima entre os noacutes e o hub

10BaseT e 100BaseT

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Hubs satildeo essencialmente repetidores de camada fiacutesica Bits que chegam de um enlace se propagam para todos os outros enlaces Com a mesma taxa Natildeo possuem armazenagem de quadros Natildeo haacute CSMACD no hub adaptadores detectam colisotildees Provecirc funcionalidade de gerenciamento de rede

Hubs

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Usada em 10BaseT Cada bit possui uma transiccedilatildeo Permite que os reloacutegios nos noacutes de transmissatildeo e de recepccedilatildeo possam

sincronizar um com o outro Natildeo eacute necessaacuterio reloacutegio global centralizado entre os noacutes

Ei isso eacute coisa de camada fiacutesica

Codificaccedilatildeo Manchester

Codificaccedilatildeo Manchester

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Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeo Permite enlaces ponto-a-ponto e canais de muacuteltiplo acesso

compartilhados No modo compartilhado o CSMACD eacute usado exige pequenas

distacircncias entre os noacutes para ser eficiente Usa hubs chamados aqui de Distribuidores com Armazenagem

ldquoBuffered Distributorsrdquo Full-Duplex a 1 Gbps para enlaces ponto-a-ponto 10 Gbps agora

Gigabit Ethernet

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A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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Hub de backbone interconecta segmentos de LAN Estende a distacircncia maacutexima entre os noacutes Mas domiacutenios de colisatildeo individuais tornam-se um uacutenico e grande

domiacutenio de colisatildeo Natildeo pode interconectar 10BaseT e 100BaseT

Interconexatildeo com hubs

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Dispositivo de camada de enlace Armazena e encaminha quadros Ethernet Examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o

quadro baseado no endereccedilo MAC de destino Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento

usa CSMACD para acessar o segmento Transparente

Hospedeiros satildeo inconscientes da presenccedila dos switches Plug-and-play self-learning (auto-aprendizado)

Switches natildeo precisam ser configurados

Switch

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Como determinar para qual segmento da LAN encaminhar o quadro Parece um problema de roteamento

Encaminhamento

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Um switch possui uma tabela de switch Entrada na tabela do switch

(endereccedilo MAC interface marca de tempo) Entradas expiradas na tabela satildeo decartadas (TTL pode ser 60 min)

Switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de suas interfaces Quando recebe um quadro o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento da LAN que chega Registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela

Self learning (auto-aprendizado)

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Quando um switch recebe um quadro

indexa a tabela do switch usando end MAC de destinoif entrada for encontrada para o destino

then if dest no segmento deste quadro chegou

then descarta o quadro else encaminha o quadro na interface indicada else flood

Encaminha para todas as interfacesexceto para a que o quadro chegou

Filtragemencaminhamento

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Suponha que C envia um quadro para D

Switch recebe o quadro de C Anota na tabela que C estaacute na interface 1 Como D natildeo estaacute na tabela o switch encaminha o quadro para as

interfaces 2 e 3 Quadro recebido por D

hub hub hub

switch

A

B CD

EF

G H

I

endereccedilo interface

ABEG

1123

12 3

Switch exemplo

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Suponha que D responde com um quadro para C

Switch recebe quadro de D Anota na tabela que D estaacute na interface 2 Como C estaacute na tabela o switch encaminha o quadro apenas para a

interface 1 Quadro recebido por C

hub hub hub

switch

A

B CD

EF

G H

I

endereccedilo interface

ABEGC

11231

Switch exemplo

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A instalaccedilatildeo do switch quebra as sub-redes em segmentos de LAN Switch filtra pacotes

Alguns quadros do mesmo segmento de LAN natildeo satildeo usualmente encaminhados para outros segmento de LAN

Segmentos se tornam separados em domiacutenios de colisatildeo

hub hub hub

switch

domiacutenio de colisatildeo domiacutenio de colisatildeo

domiacutenio de colisatildeo

Switch isolaccedilatildeo de traacutefego

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Switch com muitas interfaces Hospedeiros possuem conexatildeo direta ao switch Sem colisotildees full duplex

Switching A-para-Arsquo e B-para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees

Switches acesso dedicado

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Cut-through switching quadro encaminhado da porta de entrada ateacute a porta de saiacuteda sem ter de primeiro coletar o quadro todo Ligeira reduccedilatildeo na latecircncia

Combinaccedilotildees de interfaces 101001000 Mbps compartilhadasdedicadas

Mais sobre switches

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Redes corporativas

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Ambos satildeo dispositivos store-and-forward Roteadores dispositivos de camada de rede (examinam cabeccedilalhos

da camada de rede) Switches satildeo dispositivos da camada de enlace

Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam algoritmos de roteamento Switches mantecircm tabelas de switch implementam filtragem algoritmos de aprendizagem

Switches vs roteadores

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hubs roteadores switches

isolaccedilatildeo detraacutefego

natildeo sim sim

plug amp play sim natildeo sim

roteamentooacutetimo

natildeo sim natildeo

cutthrough

sim natildeo sim

Resumo comparaccedilatildeo

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A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace de broadcast Sem Media Access Control Natildeo necessita de endereccedilamento MAC expliacutecito Ex dialup link linha ISDN

Protocolos ponto-a-ponto DLC populares PPP (point-to-point protocol) HDLC High level data link control (camada de enlace costumava ser considerada ldquocamada altardquo na pilha de protocolos)

Controle de enlace de dados ponto-a-ponto

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Enquadramento de pacote encapsulamento do datagrama da camada de rede no quadro da camada de enlace Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolo de rede (natildeo apenas o IP) ao mesmo tempo Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo

Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo de bit no campo de dados

Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo) Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do enlace

para a camada de rede Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos terminais

do enlace podem aprender e configurar o endereccedilo de rede dos outros

PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]

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Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros Natildeo haacute controle de fluxo Aceita entregas fora de ordem Natildeo haacute necessidade de suportar enlaces multiponto (ex polling)

Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeo dos dados satildeo todos relegados para as camadas mais altas

PPP natildeo requisitos

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Flag delimitador (enquadramento) Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura) Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacuteltiplos campos de

controle Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o conteuacutedo do

quadro deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)

PPP formato do quadro

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info dados da camada superior sendo transportados CRC verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de erros

PPP formato dos dados

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Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de dados deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt01111110gt

P Se for recebido o padratildeo lt01111110gt satildeo dados ou eacute flag Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte extra com o padratildeo lt

01111101gt (escape) antes de cada byte com o padratildeo de flag lt 01111110gt nos dados

Receptor Um byte 01111101 seguido de 01111110 em seguida descarta o primeiro e continua a recepccedilatildeo de dados Uacutenico byte 01111110 entatildeo eacute um flag

Byte stuffing

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byte com o padratildeodo flag nos dados a enviar

byte com o padratildeo de escape acrescentado nos dados transmitidos seguido por um byte com padratildeo de flag

Byte stuffing

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Antes de trocar dados da camada de rede os parceiros da camada de enlace devem A configurar o enlace PPP (tamanho maacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo) Aprenderconfigurar as informaccedilotildees da camada de rede

Para o IP transportar mensagens do protocolo de controle IP (IPCP) (campo de protocolo 8021) para configuraraprender os

endereccedilos IP

PPP protocolo de controle de dados

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A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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Virtualizaccedilatildeo dos recursos uma poderosa abstraccedilatildeo em engenharia de sistemas Exemplos em computaccedilatildeo memoacuteria virtual dispositivos virtuais

Maacutequinas virtuais ex java IBM VM os dos anos 6070

Camada de abstraccedilotildees natildeo se apega a detalhes da camada mais baixa apenas trata com as camadas mais baixas abstratamente

Virtualizaccedilatildeo das redes

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1974 muacuteltiplas redes desconectadas ARPAnet redes de dados-sobre-cabo rede de pacote por sateacutelite (Aloha) rede de pacotes por raacutedio

hellip diferentes em convenccedilotildees de endereccedilamento formatos do pacote recuperaccedilatildeo de erros roteamento

Internet virtualizaccedilatildeo das redes

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Camada de rede da Internet (IP) Endereccedilamento internetwork

aparece como uma entidade uacutenica e uniforme escondendo a heterogeneidade das redes locais

Rede de redes

Gateway ldquoembute pacotes da Internet no

formato de um pacote local ou os extrairdquo

Rota (no niacutevel de internetwork) para o proacuteximo gateway

Internet virtualizaccedilatildeo das redes

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O que eacute virtualizado Duas camadas de endereccedilamento Internet e rede local Nova camada (IP) torna tudo homogecircneo na camada da Internet Tecnologia da rede local em questatildeo

Cabo Sateacutelite Modem telefocircnico de 56 K Hoje ATM MPLS

hellip ldquoinvisiacutevelrdquo na camada da Internet Parece com uma tecnologia de camada de enlace para o IP

Arquitetura da Internet de Cerf amp Kahn

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ATM MPLS redes separadas em seus proacuteprios direitos Modelos de serviccedilo endereccedilamento roteamento diferentes da Internet

Vistos pela Internet como um enlace loacutegico conectando roteadores IP Assim como o dialup link eacute realmente parte de uma rede separada

(rede telefocircnica)

ATM MPLS de interesse teacutecnico em seu proacuteprio direito

ATM e MPLS

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Padratildeo dos anos 8090 para altas taxas de transmissatildeo (155 Mbps a 622 Mbps e mais altas) arquitetura de Broadband Integrated Service Digital Network (B-ISDN)

Objetivo transporte integrado de voz dados e imagens com foco nas redes puacuteblicas de comunicaccedilatildeo Deve atender aos requisitos de tempoQoS para aplicaccedilotildees de voz

e de viacutedeo (versus o serviccedilo de melhor esforccedilo da Internet) Telefonia de ldquoproacutexima geraccedilatildeordquo fundamentos teacutecnicos no mundo da telefonia Comutaccedilatildeo de pacotes (pacotes de tamanho fixo chamados ldquoceacutelulasrdquo) usando circuitos virtuais

Modo de transferecircncia assiacutencrono ATM

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Camada de adaptaccedilatildeo apenas na borda de uma rede ATM Segmentaccedilatildeo e remontagem dos dados Grosseiramente anaacuteloga agrave camada de transporte da Internet

Camada ATM camada de ldquorederdquo Comutaccedilatildeo de ceacutelulas roteamento

Camada fiacutesica

Sistema final Sistema finalSwitch ATM Switch ATM

Arquitetura ATM

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Visatildeo transporte fim-a-fim ldquoATM de computador a computadorrdquo ATM eacute uma tecnologia de redeRealidade usada para conectar roteadores IP de backbone ldquoIP sobre ATMrdquo ATM como uma camada de enlace comutada conectando roteadores IP

ATM camada de rede ou de enlace

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Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL) ldquoadaptardquo camadas superiores (aplicaccedilotildees IP ou nativas ATM) para a camada ATM abaixo

AAL presente apenas nos sistemas finais natildeo nos comutadores ATM (ldquoswitchesrdquo)

O segmento da camada AAL (campo de cabeccedilalhotrailer e de dados) satildeo fragmentados em muacuteltiplas ceacutelulas ATM Analogia segmento TCP em muitos pacotes IP

Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL)

Sistema final Sistema finalSwitch ATM Switch ATM

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Diferentes versotildees da camada AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM AAL1 para serviccedilo CBR (taxa de bit constante) ex emulaccedilatildeo de circuitos AAL2 para serviccedilos VBR (taxa de bit variaacutevel) ex viacutedeo MPEG AAL5 para dados (ex datagramas IP)

AAL PDU

ceacutelula ATM

Dados de usuaacuterio

subcamadade convergecircncia

subcamadaSAR

Ceacutelula ATM

Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL)

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Serviccedilo transporte de ceacutelulas atraveacutes da rede ATM Anaacuteloga agrave camada de rede IP Serviccedilos muito diferentes da camada de rede IP

Arquiteturade rede

Internet

ATM

ATM

ATM

ATM

Modelo de serviccedilo

melhoresforccediloCBR

VBR

ABR

UBR

Banda

natildeo

taxaconstantetaxagarantidamiacutenimogarantidonatildeo

Perda

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Ordem

natildeo

sim

sim

sim

sim

Tempo

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Aviso decongestatildeo

natildeo (inferidopelas perdas)natildeo haacutecongestatildeonatildeo haacutecongestatildeosim

natildeo

Garantias

Camada ATM

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Transporte em VC ceacutelulas satildeo transportadas sobre VC da fonte ao destino Estabelecimento de conexatildeo necessaacuterio para cada chamada antes que o fluxo de dados possa ser iniciado Cada pacote transporta um identificador de VC (natildeo transporta o endereccedilo do destino) Cada comutador com caminho entre a fonte e o destino manteacutem o ldquoestadordquo para cada conexatildeo passante Recursos do enlace e do comutador (banda passante buffers) podem ser alocados por VC para obter um comportamento semelhante a um circuito fiacutesico

VCs permanentes (PVCs) Conexotildees de longa duraccedilatildeo Tipicamente rota ldquopermanenterdquo entre roteadores IP

VCs comutados (SVC) Dinamicamente criados numa base por chamada

Camadas ATM circuitos virtuais

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Vantagens do uso de circuitos virtuais no ATM Iacutendices de QoS garantidos para conexotildees mapeadas em

circuitos virtuais (banda passante atraso variacircncia de atraso)

Problemas no uso de circuitos virtuais O suporte de traacutefego datagrama eacute ineficiente Um PVC entre cada par origemdestino natildeo tem boa

escalabilidade (N2 conexotildees satildeo necessaacuterias) SVC introduz latecircncia de estabelecimento de conexatildeo e

atrasos de processamento para conexotildees de curta duraccedilatildeo

ATM VCs

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Cabeccedilalho da ceacutelula ATM com 5 bytes Carga uacutetil com 48-bytes

Por quecirc carga uacutetil pequena -gt pequeno atraso de criaccedilatildeo de ceacutelula para voz digitalizada

Meio do caminho entre 32 e 64 (compromisso)

cabeccedilalhoda ceacutelula

formato daceacutelula

3o bit no campo PTvalor 1 indica uacuteltima ceacutelula (AAL-indicate bit)

Camada ATM ceacutelula ATM

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VCI identificador de canal virtual Pode mudar de enlace para enlace atraveacutes da rede

PT tipo de carga uacutetil (ex ceacutelula RM versus ceacutelula de dados) CLP bit de prioridade de perda de ceacutelula

CLP = 1 implica ceacutelula de baixa prioridade pode ser descartada em caso de congestatildeo

HEC verificaccedilatildeo de erros no cabeccedilalho Verificaccedilatildeo ciacuteclica de erros

Cabeccedilalho da ceacutelula ATM

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A camada fiacutesica se compotildee de duas partes (subcamadas ) Subcamada de convergecircncia de transmissatildeo (TCS) adapta a camada

ATM acima agrave subcamada fiacutesica abaixo (PMD) Subcamada dependente do meio depende do tipo de meio fiacutesico que

estaacute sendo empregado

Funccedilotildees da TCS Geraccedilatildeo do checksum do cabeccedilalho 8 bits CRC Delineamento de ceacutelula Com uma subcamada PMD natildeo estruturada transmite ceacutelulas vazias

(ldquoidle cellsrdquo) quando natildeo haacute ceacutelulas de dados a enviar

Camada fiacutesica ATM

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Subcamada dependente do meio fiacutesico (PMD) SONETSDH estrutura de transmissatildeo de quadros (como um

container carregando bits) Sincronizaccedilatildeo de bits Particcedilotildees da banda passante (TDM) Vaacuterias velocidades OC1 = 5184 Mbps OC3 = 15552 Mbps OC12 = 62208 Mbps

T1T3 estrutura de transmissatildeo de quadros (velha hierarquia de telefonia 15 Mbps45 Mbps No Brasil usa-se a hierarquia europeacuteia E1E3 2 34 Mbps

Natildeo estruturada apenas ceacutelulas (ocupadasvazias)

Camada fiacutesica ATM

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Apenas IP claacutessico 3 ldquoredesrdquo (ex segmentos de LAN) Endereccedilos MAC (8023) e IP

IP sobre ATM Substitui ldquorederdquo (ex segmento

de LAN) com a rede ATM Endereccedilos ATM endereccedilos IP

redeATM

EthernetLANs

EthernetLANs

IP-sobre-ATM

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No endereccedilo de origem Camada IP encontra um mapeamento entre o endereccedilo IP e o endereccedilo de destino ATM (usando ARP) Passa o datagrama para a camada de adaptaccedilatildeo AAL5 AAL5 encapsula os dados segmenta em ceacutelulas e passa para a camada ATM

Rede ATM move a ceacutelula para o destino de acordo com o seu VC (circuito virtual)

No hospedeiro de destino AAL5 remonta o datagrama original a partir das ceacutelulas recebidas Se o CRC OK datagrama eacute passado ao IP

Viagem de um datagrama numa rede IP-sobre-ATM

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Questotildees Datagramas IP em ATM AAL5 PDUs Dos endereccedilos IP aos endereccedilos ATM

Da mesma forma que de endereccedilos IP para endereccedilos MAC 8023

redeATM

EthernetLANs

IP-sobre-ATM

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Objetivo inicial aumentar a velocidade de encaminhamento IP usando labels de tamanho fixo (em vez de endereccedilo IP) Mesma ideacuteia do meacutetodo de circuito virtual (VC) Mas o datagrama IP ainda manteacutem o endereccedilo IP

Multiprotocol label switching (MPLS)

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Roteador faz a funccedilatildeo de comutador de roacutetulo Pacotes encaminhados para interface de saiacuteda com base apenas no valor

do roacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP) Tabela de encaminhamento MPLS distinta das tabelas de encaminhamento IP

Protocolo de sinalizaccedilatildeo necessaacuterio para estabelecer o encaminhamento RSVP-TE Encaminhamento eacute possiacutevel por caminhos que o IP sozinho natildeo pode usar (ex roteamento de especificado pela origem) Use MPLS para engenharia de traacutefego

Deve coexistir com roteadores unicamente IP

Roteadores MPLS

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Tabelas de encaminhamento MPLS

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Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace Detecccedilatildeo de erros correccedilatildeo Compartilhando um canal broadcast acesso muacuteltiplo Endereccedilamento da camada de enlace

Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de vaacuterias tecnologias da camada de enlace Ethernet LANS comutadas PPP Redes virtualizadas como uma camada de enlace ATM MPLS

Resumo

Page 36: Capítulo 5 Redes de computadores e a Internet A camada de enlace e redes locais

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Endereccedilos IP de 32-bit Endereccedilos da camada de rede Usados para levar o datagrama ateacute a rede de destino (lembre-se

da definiccedilatildeo de rede IP)

Endereccedilo de LAN (ou MAC ou fiacutesico) Usado para levar o datagrama de uma interface fiacutesica a outra

fisicamente conectada com a primeira (isto eacute na mesma rede) Endereccedilos MAC com 48 bits (na maioria das LANs)

gravados na memoacuteria fixa (ROM) do adaptador de rede

Endereccedilos de LAN e ARP

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A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEE O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (para

assegurar a unicidade)

Analogia (a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG (b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal

Endereccedilamento MAC eacute ldquoflatrdquo =gt portabilidade Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra sem

reconfiguraccedilatildeo de endereccedilo MAC

Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevel Depende da rede na qual se estaacute ligado

Endereccedilos de LAN (mais)

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Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de Bdado o endereccedilo IP de B Cada noacute IP (hospedeiro roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabela ARP Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt

lt IP address MAC address TTLgt TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamento de

endereccedilos seraacute esquecido (tipicamente 20 min)

ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de resoluccedilatildeo de endereccedilos)

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A que enviar um datagrama para B e o endereccedilo MAS de B natildeo estaacute na tabela ARP de A

A faz broadcast de pacote de consulta ARB contendo o endereccedilo IP de B end MAC de destino = FF-FF-FF-FF-FF-FF todas as maacutequinas na LAN recebem a consulta ARP

B recebe o pacote ARP responde para A com seu endereccedilo MAC (de B) Quadro enviado para o end MAC de A (unicast)

A faz um cache (salva) o par de endereccedilos IP para MAC em sua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo se torne antiga (expirada) soft state informaccedilatildeo que expira (eacute descartada) sem atualizaccedilatildeo

ARP eacute ldquoplug-and-playrdquo Noacutes criam suas tabelas ARP sem intervenccedilatildeo do administrador da rede

Protocolo ARP Mesma LAN (network)

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objetivo envia datagrama de A para B via R supotildee que A conhece o endereccedilo IP de B

bull Duas tabelas ARP no roteador R um para cada rede IP (LAN)

Roteamento para outra LAN

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A cria o pacote IP com origem A destino B A usa ARP para obter o endereccedilo de camada fiacutesica de R correspondente ao

endereccedilo IP 111111111110 A cria um quadro Ethernet com o endereccedilo fiacutesico de R como destino o

quadro Ethernet conteacutem o datagrama IP de A para B A camada de enlace de A envia o quadroEthernet A camada de enlace de R recebe o quadro Ethernet R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verifica que ele se destina a

B R usa ARP para obter o endereccedilo fiacutesico de B R cria quadro contendo um datagrama de A para B e envia para B

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A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo Barato R$20 por 100Mbps Primeira tecnologia de LAN largamente usada Mais simples e mais barata que LANs com token e ATM Velocidade crescente 10Mbps ndash 10Gbps

esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf

Ethernet

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Topologia de bus popular em meados dos anos 90 Agora a topologia em estrela prevalece Opccedilotildees de conexatildeo hub ou switch (mais adiante)

Topologia em estrela

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Adaptador do transmissor encapsula o datagrama IP (ou outro pacote de protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet

Preacircmbulo bull 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte com padratildeo 10101011bull usado para sincronizar as taxas de reloacutegio do transmissor e do receptor

Estrutura do quadro Ethernet

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Endereccedilos 6 bytes Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de destino coincidente ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa o dado no quadro para o protocolo da camada de rede

Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP mas outros podem ser suportados tais como Novell IPX e AppleTalk)

CRC verificado no receptor se um erro eacute detectado o quadro eacute simplesmente descartado

Estrutura do quadro Ethernet

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Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o receptor

Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou nacks para o adaptador transmissor O fluxo de datagramas que passa para a camada de rede pode deixar

lacunas Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCP Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas

Serviccedilo natildeo confiaacutevel sem conexatildeo

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Sem slots Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador

transmitindo isto eacute carrier sense O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador

transmitindo isto eacute collision detection Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo

aleatoacuterio isto eacute random access

Ethernet usa CSMACD

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1 Adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmitir o

quadro Se ele detecta o canal ocupado espera ateacute ele ficar livre e entatildeo transmite

3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo sua missatildeo com esse quadro estaacute cumprida

4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta e envia um jam signal

5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a m-eacutesima colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2m-1 O adaptador espera K512 tempos de bit e retorna ao passo 2

Algoritmo CSMACD da Ethernet

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Jam signal garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo 48 bitsBit time 1 microseg para Ethernet de 10 Mbpspara K=1023 o tempo de espera eacute cerca de 50 mseg

Veja o applet Java no Web site da AWL altamemte recomendadoExponential backoff Objetivo adaptar tentativas de retransmissatildeo para carga atual da rede

Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longa Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacute

K x 512 tempos de transmissatildeo de bit Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3hellip Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023

Ethernet CSMACD

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Tprop = propagaccedilatildeo maacutexima entre 2 noacutes na LAN

ttrans = tempo para transmitir um quadro de tamanho maacuteximo

Eficiecircncia tende a 1 quando tprop tende a 0

Tende a 1 quando ttrans tende ao infinito Muito melhor do que o ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato

transprop tt 51

1eficiecircncia

Eficiecircncia do CSMACD

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Taxa de 10100 Mbps chamado mais tarde de ldquofast ethernetrdquo T significa ldquoTwisted Pairrdquo (par de fios tranccedilados de cobre) Noacutes se conectam a um hub ldquotopologia em estrelardquo 100 m eacute a distacircncia

maacutexima entre os noacutes e o hub

10BaseT e 100BaseT

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Hubs satildeo essencialmente repetidores de camada fiacutesica Bits que chegam de um enlace se propagam para todos os outros enlaces Com a mesma taxa Natildeo possuem armazenagem de quadros Natildeo haacute CSMACD no hub adaptadores detectam colisotildees Provecirc funcionalidade de gerenciamento de rede

Hubs

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Usada em 10BaseT Cada bit possui uma transiccedilatildeo Permite que os reloacutegios nos noacutes de transmissatildeo e de recepccedilatildeo possam

sincronizar um com o outro Natildeo eacute necessaacuterio reloacutegio global centralizado entre os noacutes

Ei isso eacute coisa de camada fiacutesica

Codificaccedilatildeo Manchester

Codificaccedilatildeo Manchester

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Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeo Permite enlaces ponto-a-ponto e canais de muacuteltiplo acesso

compartilhados No modo compartilhado o CSMACD eacute usado exige pequenas

distacircncias entre os noacutes para ser eficiente Usa hubs chamados aqui de Distribuidores com Armazenagem

ldquoBuffered Distributorsrdquo Full-Duplex a 1 Gbps para enlaces ponto-a-ponto 10 Gbps agora

Gigabit Ethernet

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A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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Hub de backbone interconecta segmentos de LAN Estende a distacircncia maacutexima entre os noacutes Mas domiacutenios de colisatildeo individuais tornam-se um uacutenico e grande

domiacutenio de colisatildeo Natildeo pode interconectar 10BaseT e 100BaseT

Interconexatildeo com hubs

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Dispositivo de camada de enlace Armazena e encaminha quadros Ethernet Examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o

quadro baseado no endereccedilo MAC de destino Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento

usa CSMACD para acessar o segmento Transparente

Hospedeiros satildeo inconscientes da presenccedila dos switches Plug-and-play self-learning (auto-aprendizado)

Switches natildeo precisam ser configurados

Switch

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Como determinar para qual segmento da LAN encaminhar o quadro Parece um problema de roteamento

Encaminhamento

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Um switch possui uma tabela de switch Entrada na tabela do switch

(endereccedilo MAC interface marca de tempo) Entradas expiradas na tabela satildeo decartadas (TTL pode ser 60 min)

Switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de suas interfaces Quando recebe um quadro o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento da LAN que chega Registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela

Self learning (auto-aprendizado)

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Quando um switch recebe um quadro

indexa a tabela do switch usando end MAC de destinoif entrada for encontrada para o destino

then if dest no segmento deste quadro chegou

then descarta o quadro else encaminha o quadro na interface indicada else flood

Encaminha para todas as interfacesexceto para a que o quadro chegou

Filtragemencaminhamento

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Suponha que C envia um quadro para D

Switch recebe o quadro de C Anota na tabela que C estaacute na interface 1 Como D natildeo estaacute na tabela o switch encaminha o quadro para as

interfaces 2 e 3 Quadro recebido por D

hub hub hub

switch

A

B CD

EF

G H

I

endereccedilo interface

ABEG

1123

12 3

Switch exemplo

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Suponha que D responde com um quadro para C

Switch recebe quadro de D Anota na tabela que D estaacute na interface 2 Como C estaacute na tabela o switch encaminha o quadro apenas para a

interface 1 Quadro recebido por C

hub hub hub

switch

A

B CD

EF

G H

I

endereccedilo interface

ABEGC

11231

Switch exemplo

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A instalaccedilatildeo do switch quebra as sub-redes em segmentos de LAN Switch filtra pacotes

Alguns quadros do mesmo segmento de LAN natildeo satildeo usualmente encaminhados para outros segmento de LAN

Segmentos se tornam separados em domiacutenios de colisatildeo

hub hub hub

switch

domiacutenio de colisatildeo domiacutenio de colisatildeo

domiacutenio de colisatildeo

Switch isolaccedilatildeo de traacutefego

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Switch com muitas interfaces Hospedeiros possuem conexatildeo direta ao switch Sem colisotildees full duplex

Switching A-para-Arsquo e B-para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees

Switches acesso dedicado

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Cut-through switching quadro encaminhado da porta de entrada ateacute a porta de saiacuteda sem ter de primeiro coletar o quadro todo Ligeira reduccedilatildeo na latecircncia

Combinaccedilotildees de interfaces 101001000 Mbps compartilhadasdedicadas

Mais sobre switches

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Redes corporativas

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Ambos satildeo dispositivos store-and-forward Roteadores dispositivos de camada de rede (examinam cabeccedilalhos

da camada de rede) Switches satildeo dispositivos da camada de enlace

Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam algoritmos de roteamento Switches mantecircm tabelas de switch implementam filtragem algoritmos de aprendizagem

Switches vs roteadores

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hubs roteadores switches

isolaccedilatildeo detraacutefego

natildeo sim sim

plug amp play sim natildeo sim

roteamentooacutetimo

natildeo sim natildeo

cutthrough

sim natildeo sim

Resumo comparaccedilatildeo

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A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace de broadcast Sem Media Access Control Natildeo necessita de endereccedilamento MAC expliacutecito Ex dialup link linha ISDN

Protocolos ponto-a-ponto DLC populares PPP (point-to-point protocol) HDLC High level data link control (camada de enlace costumava ser considerada ldquocamada altardquo na pilha de protocolos)

Controle de enlace de dados ponto-a-ponto

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Enquadramento de pacote encapsulamento do datagrama da camada de rede no quadro da camada de enlace Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolo de rede (natildeo apenas o IP) ao mesmo tempo Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo

Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo de bit no campo de dados

Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo) Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do enlace

para a camada de rede Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos terminais

do enlace podem aprender e configurar o endereccedilo de rede dos outros

PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]

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Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros Natildeo haacute controle de fluxo Aceita entregas fora de ordem Natildeo haacute necessidade de suportar enlaces multiponto (ex polling)

Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeo dos dados satildeo todos relegados para as camadas mais altas

PPP natildeo requisitos

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Flag delimitador (enquadramento) Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura) Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacuteltiplos campos de

controle Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o conteuacutedo do

quadro deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)

PPP formato do quadro

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info dados da camada superior sendo transportados CRC verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de erros

PPP formato dos dados

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Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de dados deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt01111110gt

P Se for recebido o padratildeo lt01111110gt satildeo dados ou eacute flag Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte extra com o padratildeo lt

01111101gt (escape) antes de cada byte com o padratildeo de flag lt 01111110gt nos dados

Receptor Um byte 01111101 seguido de 01111110 em seguida descarta o primeiro e continua a recepccedilatildeo de dados Uacutenico byte 01111110 entatildeo eacute um flag

Byte stuffing

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byte com o padratildeodo flag nos dados a enviar

byte com o padratildeo de escape acrescentado nos dados transmitidos seguido por um byte com padratildeo de flag

Byte stuffing

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Antes de trocar dados da camada de rede os parceiros da camada de enlace devem A configurar o enlace PPP (tamanho maacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo) Aprenderconfigurar as informaccedilotildees da camada de rede

Para o IP transportar mensagens do protocolo de controle IP (IPCP) (campo de protocolo 8021) para configuraraprender os

endereccedilos IP

PPP protocolo de controle de dados

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A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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Virtualizaccedilatildeo dos recursos uma poderosa abstraccedilatildeo em engenharia de sistemas Exemplos em computaccedilatildeo memoacuteria virtual dispositivos virtuais

Maacutequinas virtuais ex java IBM VM os dos anos 6070

Camada de abstraccedilotildees natildeo se apega a detalhes da camada mais baixa apenas trata com as camadas mais baixas abstratamente

Virtualizaccedilatildeo das redes

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1974 muacuteltiplas redes desconectadas ARPAnet redes de dados-sobre-cabo rede de pacote por sateacutelite (Aloha) rede de pacotes por raacutedio

hellip diferentes em convenccedilotildees de endereccedilamento formatos do pacote recuperaccedilatildeo de erros roteamento

Internet virtualizaccedilatildeo das redes

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Camada de rede da Internet (IP) Endereccedilamento internetwork

aparece como uma entidade uacutenica e uniforme escondendo a heterogeneidade das redes locais

Rede de redes

Gateway ldquoembute pacotes da Internet no

formato de um pacote local ou os extrairdquo

Rota (no niacutevel de internetwork) para o proacuteximo gateway

Internet virtualizaccedilatildeo das redes

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O que eacute virtualizado Duas camadas de endereccedilamento Internet e rede local Nova camada (IP) torna tudo homogecircneo na camada da Internet Tecnologia da rede local em questatildeo

Cabo Sateacutelite Modem telefocircnico de 56 K Hoje ATM MPLS

hellip ldquoinvisiacutevelrdquo na camada da Internet Parece com uma tecnologia de camada de enlace para o IP

Arquitetura da Internet de Cerf amp Kahn

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ATM MPLS redes separadas em seus proacuteprios direitos Modelos de serviccedilo endereccedilamento roteamento diferentes da Internet

Vistos pela Internet como um enlace loacutegico conectando roteadores IP Assim como o dialup link eacute realmente parte de uma rede separada

(rede telefocircnica)

ATM MPLS de interesse teacutecnico em seu proacuteprio direito

ATM e MPLS

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Padratildeo dos anos 8090 para altas taxas de transmissatildeo (155 Mbps a 622 Mbps e mais altas) arquitetura de Broadband Integrated Service Digital Network (B-ISDN)

Objetivo transporte integrado de voz dados e imagens com foco nas redes puacuteblicas de comunicaccedilatildeo Deve atender aos requisitos de tempoQoS para aplicaccedilotildees de voz

e de viacutedeo (versus o serviccedilo de melhor esforccedilo da Internet) Telefonia de ldquoproacutexima geraccedilatildeordquo fundamentos teacutecnicos no mundo da telefonia Comutaccedilatildeo de pacotes (pacotes de tamanho fixo chamados ldquoceacutelulasrdquo) usando circuitos virtuais

Modo de transferecircncia assiacutencrono ATM

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Camada de adaptaccedilatildeo apenas na borda de uma rede ATM Segmentaccedilatildeo e remontagem dos dados Grosseiramente anaacuteloga agrave camada de transporte da Internet

Camada ATM camada de ldquorederdquo Comutaccedilatildeo de ceacutelulas roteamento

Camada fiacutesica

Sistema final Sistema finalSwitch ATM Switch ATM

Arquitetura ATM

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Visatildeo transporte fim-a-fim ldquoATM de computador a computadorrdquo ATM eacute uma tecnologia de redeRealidade usada para conectar roteadores IP de backbone ldquoIP sobre ATMrdquo ATM como uma camada de enlace comutada conectando roteadores IP

ATM camada de rede ou de enlace

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Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL) ldquoadaptardquo camadas superiores (aplicaccedilotildees IP ou nativas ATM) para a camada ATM abaixo

AAL presente apenas nos sistemas finais natildeo nos comutadores ATM (ldquoswitchesrdquo)

O segmento da camada AAL (campo de cabeccedilalhotrailer e de dados) satildeo fragmentados em muacuteltiplas ceacutelulas ATM Analogia segmento TCP em muitos pacotes IP

Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL)

Sistema final Sistema finalSwitch ATM Switch ATM

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Diferentes versotildees da camada AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM AAL1 para serviccedilo CBR (taxa de bit constante) ex emulaccedilatildeo de circuitos AAL2 para serviccedilos VBR (taxa de bit variaacutevel) ex viacutedeo MPEG AAL5 para dados (ex datagramas IP)

AAL PDU

ceacutelula ATM

Dados de usuaacuterio

subcamadade convergecircncia

subcamadaSAR

Ceacutelula ATM

Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL)

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Serviccedilo transporte de ceacutelulas atraveacutes da rede ATM Anaacuteloga agrave camada de rede IP Serviccedilos muito diferentes da camada de rede IP

Arquiteturade rede

Internet

ATM

ATM

ATM

ATM

Modelo de serviccedilo

melhoresforccediloCBR

VBR

ABR

UBR

Banda

natildeo

taxaconstantetaxagarantidamiacutenimogarantidonatildeo

Perda

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Ordem

natildeo

sim

sim

sim

sim

Tempo

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Aviso decongestatildeo

natildeo (inferidopelas perdas)natildeo haacutecongestatildeonatildeo haacutecongestatildeosim

natildeo

Garantias

Camada ATM

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Transporte em VC ceacutelulas satildeo transportadas sobre VC da fonte ao destino Estabelecimento de conexatildeo necessaacuterio para cada chamada antes que o fluxo de dados possa ser iniciado Cada pacote transporta um identificador de VC (natildeo transporta o endereccedilo do destino) Cada comutador com caminho entre a fonte e o destino manteacutem o ldquoestadordquo para cada conexatildeo passante Recursos do enlace e do comutador (banda passante buffers) podem ser alocados por VC para obter um comportamento semelhante a um circuito fiacutesico

VCs permanentes (PVCs) Conexotildees de longa duraccedilatildeo Tipicamente rota ldquopermanenterdquo entre roteadores IP

VCs comutados (SVC) Dinamicamente criados numa base por chamada

Camadas ATM circuitos virtuais

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Vantagens do uso de circuitos virtuais no ATM Iacutendices de QoS garantidos para conexotildees mapeadas em

circuitos virtuais (banda passante atraso variacircncia de atraso)

Problemas no uso de circuitos virtuais O suporte de traacutefego datagrama eacute ineficiente Um PVC entre cada par origemdestino natildeo tem boa

escalabilidade (N2 conexotildees satildeo necessaacuterias) SVC introduz latecircncia de estabelecimento de conexatildeo e

atrasos de processamento para conexotildees de curta duraccedilatildeo

ATM VCs

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Cabeccedilalho da ceacutelula ATM com 5 bytes Carga uacutetil com 48-bytes

Por quecirc carga uacutetil pequena -gt pequeno atraso de criaccedilatildeo de ceacutelula para voz digitalizada

Meio do caminho entre 32 e 64 (compromisso)

cabeccedilalhoda ceacutelula

formato daceacutelula

3o bit no campo PTvalor 1 indica uacuteltima ceacutelula (AAL-indicate bit)

Camada ATM ceacutelula ATM

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VCI identificador de canal virtual Pode mudar de enlace para enlace atraveacutes da rede

PT tipo de carga uacutetil (ex ceacutelula RM versus ceacutelula de dados) CLP bit de prioridade de perda de ceacutelula

CLP = 1 implica ceacutelula de baixa prioridade pode ser descartada em caso de congestatildeo

HEC verificaccedilatildeo de erros no cabeccedilalho Verificaccedilatildeo ciacuteclica de erros

Cabeccedilalho da ceacutelula ATM

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A camada fiacutesica se compotildee de duas partes (subcamadas ) Subcamada de convergecircncia de transmissatildeo (TCS) adapta a camada

ATM acima agrave subcamada fiacutesica abaixo (PMD) Subcamada dependente do meio depende do tipo de meio fiacutesico que

estaacute sendo empregado

Funccedilotildees da TCS Geraccedilatildeo do checksum do cabeccedilalho 8 bits CRC Delineamento de ceacutelula Com uma subcamada PMD natildeo estruturada transmite ceacutelulas vazias

(ldquoidle cellsrdquo) quando natildeo haacute ceacutelulas de dados a enviar

Camada fiacutesica ATM

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Subcamada dependente do meio fiacutesico (PMD) SONETSDH estrutura de transmissatildeo de quadros (como um

container carregando bits) Sincronizaccedilatildeo de bits Particcedilotildees da banda passante (TDM) Vaacuterias velocidades OC1 = 5184 Mbps OC3 = 15552 Mbps OC12 = 62208 Mbps

T1T3 estrutura de transmissatildeo de quadros (velha hierarquia de telefonia 15 Mbps45 Mbps No Brasil usa-se a hierarquia europeacuteia E1E3 2 34 Mbps

Natildeo estruturada apenas ceacutelulas (ocupadasvazias)

Camada fiacutesica ATM

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Apenas IP claacutessico 3 ldquoredesrdquo (ex segmentos de LAN) Endereccedilos MAC (8023) e IP

IP sobre ATM Substitui ldquorederdquo (ex segmento

de LAN) com a rede ATM Endereccedilos ATM endereccedilos IP

redeATM

EthernetLANs

EthernetLANs

IP-sobre-ATM

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No endereccedilo de origem Camada IP encontra um mapeamento entre o endereccedilo IP e o endereccedilo de destino ATM (usando ARP) Passa o datagrama para a camada de adaptaccedilatildeo AAL5 AAL5 encapsula os dados segmenta em ceacutelulas e passa para a camada ATM

Rede ATM move a ceacutelula para o destino de acordo com o seu VC (circuito virtual)

No hospedeiro de destino AAL5 remonta o datagrama original a partir das ceacutelulas recebidas Se o CRC OK datagrama eacute passado ao IP

Viagem de um datagrama numa rede IP-sobre-ATM

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Questotildees Datagramas IP em ATM AAL5 PDUs Dos endereccedilos IP aos endereccedilos ATM

Da mesma forma que de endereccedilos IP para endereccedilos MAC 8023

redeATM

EthernetLANs

IP-sobre-ATM

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Objetivo inicial aumentar a velocidade de encaminhamento IP usando labels de tamanho fixo (em vez de endereccedilo IP) Mesma ideacuteia do meacutetodo de circuito virtual (VC) Mas o datagrama IP ainda manteacutem o endereccedilo IP

Multiprotocol label switching (MPLS)

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Roteador faz a funccedilatildeo de comutador de roacutetulo Pacotes encaminhados para interface de saiacuteda com base apenas no valor

do roacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP) Tabela de encaminhamento MPLS distinta das tabelas de encaminhamento IP

Protocolo de sinalizaccedilatildeo necessaacuterio para estabelecer o encaminhamento RSVP-TE Encaminhamento eacute possiacutevel por caminhos que o IP sozinho natildeo pode usar (ex roteamento de especificado pela origem) Use MPLS para engenharia de traacutefego

Deve coexistir com roteadores unicamente IP

Roteadores MPLS

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Tabelas de encaminhamento MPLS

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Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace Detecccedilatildeo de erros correccedilatildeo Compartilhando um canal broadcast acesso muacuteltiplo Endereccedilamento da camada de enlace

Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de vaacuterias tecnologias da camada de enlace Ethernet LANS comutadas PPP Redes virtualizadas como uma camada de enlace ATM MPLS

Resumo

Page 37: Capítulo 5 Redes de computadores e a Internet A camada de enlace e redes locais

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A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEE O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (para

assegurar a unicidade)

Analogia (a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do RG (b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal

Endereccedilamento MAC eacute ldquoflatrdquo =gt portabilidade Eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra sem

reconfiguraccedilatildeo de endereccedilo MAC

Endereccedilamento IP ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevel Depende da rede na qual se estaacute ligado

Endereccedilos de LAN (mais)

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Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de Bdado o endereccedilo IP de B Cada noacute IP (hospedeiro roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabela ARP Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt

lt IP address MAC address TTLgt TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamento de

endereccedilos seraacute esquecido (tipicamente 20 min)

ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de resoluccedilatildeo de endereccedilos)

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A que enviar um datagrama para B e o endereccedilo MAS de B natildeo estaacute na tabela ARP de A

A faz broadcast de pacote de consulta ARB contendo o endereccedilo IP de B end MAC de destino = FF-FF-FF-FF-FF-FF todas as maacutequinas na LAN recebem a consulta ARP

B recebe o pacote ARP responde para A com seu endereccedilo MAC (de B) Quadro enviado para o end MAC de A (unicast)

A faz um cache (salva) o par de endereccedilos IP para MAC em sua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo se torne antiga (expirada) soft state informaccedilatildeo que expira (eacute descartada) sem atualizaccedilatildeo

ARP eacute ldquoplug-and-playrdquo Noacutes criam suas tabelas ARP sem intervenccedilatildeo do administrador da rede

Protocolo ARP Mesma LAN (network)

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objetivo envia datagrama de A para B via R supotildee que A conhece o endereccedilo IP de B

bull Duas tabelas ARP no roteador R um para cada rede IP (LAN)

Roteamento para outra LAN

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A cria o pacote IP com origem A destino B A usa ARP para obter o endereccedilo de camada fiacutesica de R correspondente ao

endereccedilo IP 111111111110 A cria um quadro Ethernet com o endereccedilo fiacutesico de R como destino o

quadro Ethernet conteacutem o datagrama IP de A para B A camada de enlace de A envia o quadroEthernet A camada de enlace de R recebe o quadro Ethernet R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verifica que ele se destina a

B R usa ARP para obter o endereccedilo fiacutesico de B R cria quadro contendo um datagrama de A para B e envia para B

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A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo Barato R$20 por 100Mbps Primeira tecnologia de LAN largamente usada Mais simples e mais barata que LANs com token e ATM Velocidade crescente 10Mbps ndash 10Gbps

esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf

Ethernet

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Topologia de bus popular em meados dos anos 90 Agora a topologia em estrela prevalece Opccedilotildees de conexatildeo hub ou switch (mais adiante)

Topologia em estrela

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Adaptador do transmissor encapsula o datagrama IP (ou outro pacote de protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet

Preacircmbulo bull 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte com padratildeo 10101011bull usado para sincronizar as taxas de reloacutegio do transmissor e do receptor

Estrutura do quadro Ethernet

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Endereccedilos 6 bytes Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de destino coincidente ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa o dado no quadro para o protocolo da camada de rede

Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP mas outros podem ser suportados tais como Novell IPX e AppleTalk)

CRC verificado no receptor se um erro eacute detectado o quadro eacute simplesmente descartado

Estrutura do quadro Ethernet

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Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o receptor

Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou nacks para o adaptador transmissor O fluxo de datagramas que passa para a camada de rede pode deixar

lacunas Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCP Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas

Serviccedilo natildeo confiaacutevel sem conexatildeo

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Sem slots Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador

transmitindo isto eacute carrier sense O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador

transmitindo isto eacute collision detection Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo

aleatoacuterio isto eacute random access

Ethernet usa CSMACD

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1 Adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmitir o

quadro Se ele detecta o canal ocupado espera ateacute ele ficar livre e entatildeo transmite

3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo sua missatildeo com esse quadro estaacute cumprida

4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta e envia um jam signal

5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a m-eacutesima colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2m-1 O adaptador espera K512 tempos de bit e retorna ao passo 2

Algoritmo CSMACD da Ethernet

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Jam signal garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo 48 bitsBit time 1 microseg para Ethernet de 10 Mbpspara K=1023 o tempo de espera eacute cerca de 50 mseg

Veja o applet Java no Web site da AWL altamemte recomendadoExponential backoff Objetivo adaptar tentativas de retransmissatildeo para carga atual da rede

Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longa Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacute

K x 512 tempos de transmissatildeo de bit Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3hellip Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023

Ethernet CSMACD

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Tprop = propagaccedilatildeo maacutexima entre 2 noacutes na LAN

ttrans = tempo para transmitir um quadro de tamanho maacuteximo

Eficiecircncia tende a 1 quando tprop tende a 0

Tende a 1 quando ttrans tende ao infinito Muito melhor do que o ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato

transprop tt 51

1eficiecircncia

Eficiecircncia do CSMACD

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Taxa de 10100 Mbps chamado mais tarde de ldquofast ethernetrdquo T significa ldquoTwisted Pairrdquo (par de fios tranccedilados de cobre) Noacutes se conectam a um hub ldquotopologia em estrelardquo 100 m eacute a distacircncia

maacutexima entre os noacutes e o hub

10BaseT e 100BaseT

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Hubs satildeo essencialmente repetidores de camada fiacutesica Bits que chegam de um enlace se propagam para todos os outros enlaces Com a mesma taxa Natildeo possuem armazenagem de quadros Natildeo haacute CSMACD no hub adaptadores detectam colisotildees Provecirc funcionalidade de gerenciamento de rede

Hubs

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Usada em 10BaseT Cada bit possui uma transiccedilatildeo Permite que os reloacutegios nos noacutes de transmissatildeo e de recepccedilatildeo possam

sincronizar um com o outro Natildeo eacute necessaacuterio reloacutegio global centralizado entre os noacutes

Ei isso eacute coisa de camada fiacutesica

Codificaccedilatildeo Manchester

Codificaccedilatildeo Manchester

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Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeo Permite enlaces ponto-a-ponto e canais de muacuteltiplo acesso

compartilhados No modo compartilhado o CSMACD eacute usado exige pequenas

distacircncias entre os noacutes para ser eficiente Usa hubs chamados aqui de Distribuidores com Armazenagem

ldquoBuffered Distributorsrdquo Full-Duplex a 1 Gbps para enlaces ponto-a-ponto 10 Gbps agora

Gigabit Ethernet

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A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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Hub de backbone interconecta segmentos de LAN Estende a distacircncia maacutexima entre os noacutes Mas domiacutenios de colisatildeo individuais tornam-se um uacutenico e grande

domiacutenio de colisatildeo Natildeo pode interconectar 10BaseT e 100BaseT

Interconexatildeo com hubs

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Dispositivo de camada de enlace Armazena e encaminha quadros Ethernet Examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o

quadro baseado no endereccedilo MAC de destino Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento

usa CSMACD para acessar o segmento Transparente

Hospedeiros satildeo inconscientes da presenccedila dos switches Plug-and-play self-learning (auto-aprendizado)

Switches natildeo precisam ser configurados

Switch

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Como determinar para qual segmento da LAN encaminhar o quadro Parece um problema de roteamento

Encaminhamento

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Um switch possui uma tabela de switch Entrada na tabela do switch

(endereccedilo MAC interface marca de tempo) Entradas expiradas na tabela satildeo decartadas (TTL pode ser 60 min)

Switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de suas interfaces Quando recebe um quadro o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento da LAN que chega Registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela

Self learning (auto-aprendizado)

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Quando um switch recebe um quadro

indexa a tabela do switch usando end MAC de destinoif entrada for encontrada para o destino

then if dest no segmento deste quadro chegou

then descarta o quadro else encaminha o quadro na interface indicada else flood

Encaminha para todas as interfacesexceto para a que o quadro chegou

Filtragemencaminhamento

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Suponha que C envia um quadro para D

Switch recebe o quadro de C Anota na tabela que C estaacute na interface 1 Como D natildeo estaacute na tabela o switch encaminha o quadro para as

interfaces 2 e 3 Quadro recebido por D

hub hub hub

switch

A

B CD

EF

G H

I

endereccedilo interface

ABEG

1123

12 3

Switch exemplo

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Suponha que D responde com um quadro para C

Switch recebe quadro de D Anota na tabela que D estaacute na interface 2 Como C estaacute na tabela o switch encaminha o quadro apenas para a

interface 1 Quadro recebido por C

hub hub hub

switch

A

B CD

EF

G H

I

endereccedilo interface

ABEGC

11231

Switch exemplo

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A instalaccedilatildeo do switch quebra as sub-redes em segmentos de LAN Switch filtra pacotes

Alguns quadros do mesmo segmento de LAN natildeo satildeo usualmente encaminhados para outros segmento de LAN

Segmentos se tornam separados em domiacutenios de colisatildeo

hub hub hub

switch

domiacutenio de colisatildeo domiacutenio de colisatildeo

domiacutenio de colisatildeo

Switch isolaccedilatildeo de traacutefego

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Switch com muitas interfaces Hospedeiros possuem conexatildeo direta ao switch Sem colisotildees full duplex

Switching A-para-Arsquo e B-para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees

Switches acesso dedicado

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Cut-through switching quadro encaminhado da porta de entrada ateacute a porta de saiacuteda sem ter de primeiro coletar o quadro todo Ligeira reduccedilatildeo na latecircncia

Combinaccedilotildees de interfaces 101001000 Mbps compartilhadasdedicadas

Mais sobre switches

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Redes corporativas

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Ambos satildeo dispositivos store-and-forward Roteadores dispositivos de camada de rede (examinam cabeccedilalhos

da camada de rede) Switches satildeo dispositivos da camada de enlace

Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam algoritmos de roteamento Switches mantecircm tabelas de switch implementam filtragem algoritmos de aprendizagem

Switches vs roteadores

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hubs roteadores switches

isolaccedilatildeo detraacutefego

natildeo sim sim

plug amp play sim natildeo sim

roteamentooacutetimo

natildeo sim natildeo

cutthrough

sim natildeo sim

Resumo comparaccedilatildeo

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A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace de broadcast Sem Media Access Control Natildeo necessita de endereccedilamento MAC expliacutecito Ex dialup link linha ISDN

Protocolos ponto-a-ponto DLC populares PPP (point-to-point protocol) HDLC High level data link control (camada de enlace costumava ser considerada ldquocamada altardquo na pilha de protocolos)

Controle de enlace de dados ponto-a-ponto

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Enquadramento de pacote encapsulamento do datagrama da camada de rede no quadro da camada de enlace Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolo de rede (natildeo apenas o IP) ao mesmo tempo Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo

Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo de bit no campo de dados

Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo) Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do enlace

para a camada de rede Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos terminais

do enlace podem aprender e configurar o endereccedilo de rede dos outros

PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]

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Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros Natildeo haacute controle de fluxo Aceita entregas fora de ordem Natildeo haacute necessidade de suportar enlaces multiponto (ex polling)

Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeo dos dados satildeo todos relegados para as camadas mais altas

PPP natildeo requisitos

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Flag delimitador (enquadramento) Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura) Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacuteltiplos campos de

controle Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o conteuacutedo do

quadro deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)

PPP formato do quadro

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info dados da camada superior sendo transportados CRC verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de erros

PPP formato dos dados

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Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de dados deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt01111110gt

P Se for recebido o padratildeo lt01111110gt satildeo dados ou eacute flag Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte extra com o padratildeo lt

01111101gt (escape) antes de cada byte com o padratildeo de flag lt 01111110gt nos dados

Receptor Um byte 01111101 seguido de 01111110 em seguida descarta o primeiro e continua a recepccedilatildeo de dados Uacutenico byte 01111110 entatildeo eacute um flag

Byte stuffing

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byte com o padratildeodo flag nos dados a enviar

byte com o padratildeo de escape acrescentado nos dados transmitidos seguido por um byte com padratildeo de flag

Byte stuffing

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Antes de trocar dados da camada de rede os parceiros da camada de enlace devem A configurar o enlace PPP (tamanho maacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo) Aprenderconfigurar as informaccedilotildees da camada de rede

Para o IP transportar mensagens do protocolo de controle IP (IPCP) (campo de protocolo 8021) para configuraraprender os

endereccedilos IP

PPP protocolo de controle de dados

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A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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Virtualizaccedilatildeo dos recursos uma poderosa abstraccedilatildeo em engenharia de sistemas Exemplos em computaccedilatildeo memoacuteria virtual dispositivos virtuais

Maacutequinas virtuais ex java IBM VM os dos anos 6070

Camada de abstraccedilotildees natildeo se apega a detalhes da camada mais baixa apenas trata com as camadas mais baixas abstratamente

Virtualizaccedilatildeo das redes

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1974 muacuteltiplas redes desconectadas ARPAnet redes de dados-sobre-cabo rede de pacote por sateacutelite (Aloha) rede de pacotes por raacutedio

hellip diferentes em convenccedilotildees de endereccedilamento formatos do pacote recuperaccedilatildeo de erros roteamento

Internet virtualizaccedilatildeo das redes

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Camada de rede da Internet (IP) Endereccedilamento internetwork

aparece como uma entidade uacutenica e uniforme escondendo a heterogeneidade das redes locais

Rede de redes

Gateway ldquoembute pacotes da Internet no

formato de um pacote local ou os extrairdquo

Rota (no niacutevel de internetwork) para o proacuteximo gateway

Internet virtualizaccedilatildeo das redes

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O que eacute virtualizado Duas camadas de endereccedilamento Internet e rede local Nova camada (IP) torna tudo homogecircneo na camada da Internet Tecnologia da rede local em questatildeo

Cabo Sateacutelite Modem telefocircnico de 56 K Hoje ATM MPLS

hellip ldquoinvisiacutevelrdquo na camada da Internet Parece com uma tecnologia de camada de enlace para o IP

Arquitetura da Internet de Cerf amp Kahn

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ATM MPLS redes separadas em seus proacuteprios direitos Modelos de serviccedilo endereccedilamento roteamento diferentes da Internet

Vistos pela Internet como um enlace loacutegico conectando roteadores IP Assim como o dialup link eacute realmente parte de uma rede separada

(rede telefocircnica)

ATM MPLS de interesse teacutecnico em seu proacuteprio direito

ATM e MPLS

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Padratildeo dos anos 8090 para altas taxas de transmissatildeo (155 Mbps a 622 Mbps e mais altas) arquitetura de Broadband Integrated Service Digital Network (B-ISDN)

Objetivo transporte integrado de voz dados e imagens com foco nas redes puacuteblicas de comunicaccedilatildeo Deve atender aos requisitos de tempoQoS para aplicaccedilotildees de voz

e de viacutedeo (versus o serviccedilo de melhor esforccedilo da Internet) Telefonia de ldquoproacutexima geraccedilatildeordquo fundamentos teacutecnicos no mundo da telefonia Comutaccedilatildeo de pacotes (pacotes de tamanho fixo chamados ldquoceacutelulasrdquo) usando circuitos virtuais

Modo de transferecircncia assiacutencrono ATM

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Camada de adaptaccedilatildeo apenas na borda de uma rede ATM Segmentaccedilatildeo e remontagem dos dados Grosseiramente anaacuteloga agrave camada de transporte da Internet

Camada ATM camada de ldquorederdquo Comutaccedilatildeo de ceacutelulas roteamento

Camada fiacutesica

Sistema final Sistema finalSwitch ATM Switch ATM

Arquitetura ATM

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Visatildeo transporte fim-a-fim ldquoATM de computador a computadorrdquo ATM eacute uma tecnologia de redeRealidade usada para conectar roteadores IP de backbone ldquoIP sobre ATMrdquo ATM como uma camada de enlace comutada conectando roteadores IP

ATM camada de rede ou de enlace

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Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL) ldquoadaptardquo camadas superiores (aplicaccedilotildees IP ou nativas ATM) para a camada ATM abaixo

AAL presente apenas nos sistemas finais natildeo nos comutadores ATM (ldquoswitchesrdquo)

O segmento da camada AAL (campo de cabeccedilalhotrailer e de dados) satildeo fragmentados em muacuteltiplas ceacutelulas ATM Analogia segmento TCP em muitos pacotes IP

Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL)

Sistema final Sistema finalSwitch ATM Switch ATM

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Diferentes versotildees da camada AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM AAL1 para serviccedilo CBR (taxa de bit constante) ex emulaccedilatildeo de circuitos AAL2 para serviccedilos VBR (taxa de bit variaacutevel) ex viacutedeo MPEG AAL5 para dados (ex datagramas IP)

AAL PDU

ceacutelula ATM

Dados de usuaacuterio

subcamadade convergecircncia

subcamadaSAR

Ceacutelula ATM

Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL)

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Serviccedilo transporte de ceacutelulas atraveacutes da rede ATM Anaacuteloga agrave camada de rede IP Serviccedilos muito diferentes da camada de rede IP

Arquiteturade rede

Internet

ATM

ATM

ATM

ATM

Modelo de serviccedilo

melhoresforccediloCBR

VBR

ABR

UBR

Banda

natildeo

taxaconstantetaxagarantidamiacutenimogarantidonatildeo

Perda

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Ordem

natildeo

sim

sim

sim

sim

Tempo

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Aviso decongestatildeo

natildeo (inferidopelas perdas)natildeo haacutecongestatildeonatildeo haacutecongestatildeosim

natildeo

Garantias

Camada ATM

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Transporte em VC ceacutelulas satildeo transportadas sobre VC da fonte ao destino Estabelecimento de conexatildeo necessaacuterio para cada chamada antes que o fluxo de dados possa ser iniciado Cada pacote transporta um identificador de VC (natildeo transporta o endereccedilo do destino) Cada comutador com caminho entre a fonte e o destino manteacutem o ldquoestadordquo para cada conexatildeo passante Recursos do enlace e do comutador (banda passante buffers) podem ser alocados por VC para obter um comportamento semelhante a um circuito fiacutesico

VCs permanentes (PVCs) Conexotildees de longa duraccedilatildeo Tipicamente rota ldquopermanenterdquo entre roteadores IP

VCs comutados (SVC) Dinamicamente criados numa base por chamada

Camadas ATM circuitos virtuais

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Vantagens do uso de circuitos virtuais no ATM Iacutendices de QoS garantidos para conexotildees mapeadas em

circuitos virtuais (banda passante atraso variacircncia de atraso)

Problemas no uso de circuitos virtuais O suporte de traacutefego datagrama eacute ineficiente Um PVC entre cada par origemdestino natildeo tem boa

escalabilidade (N2 conexotildees satildeo necessaacuterias) SVC introduz latecircncia de estabelecimento de conexatildeo e

atrasos de processamento para conexotildees de curta duraccedilatildeo

ATM VCs

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Cabeccedilalho da ceacutelula ATM com 5 bytes Carga uacutetil com 48-bytes

Por quecirc carga uacutetil pequena -gt pequeno atraso de criaccedilatildeo de ceacutelula para voz digitalizada

Meio do caminho entre 32 e 64 (compromisso)

cabeccedilalhoda ceacutelula

formato daceacutelula

3o bit no campo PTvalor 1 indica uacuteltima ceacutelula (AAL-indicate bit)

Camada ATM ceacutelula ATM

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VCI identificador de canal virtual Pode mudar de enlace para enlace atraveacutes da rede

PT tipo de carga uacutetil (ex ceacutelula RM versus ceacutelula de dados) CLP bit de prioridade de perda de ceacutelula

CLP = 1 implica ceacutelula de baixa prioridade pode ser descartada em caso de congestatildeo

HEC verificaccedilatildeo de erros no cabeccedilalho Verificaccedilatildeo ciacuteclica de erros

Cabeccedilalho da ceacutelula ATM

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A camada fiacutesica se compotildee de duas partes (subcamadas ) Subcamada de convergecircncia de transmissatildeo (TCS) adapta a camada

ATM acima agrave subcamada fiacutesica abaixo (PMD) Subcamada dependente do meio depende do tipo de meio fiacutesico que

estaacute sendo empregado

Funccedilotildees da TCS Geraccedilatildeo do checksum do cabeccedilalho 8 bits CRC Delineamento de ceacutelula Com uma subcamada PMD natildeo estruturada transmite ceacutelulas vazias

(ldquoidle cellsrdquo) quando natildeo haacute ceacutelulas de dados a enviar

Camada fiacutesica ATM

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Subcamada dependente do meio fiacutesico (PMD) SONETSDH estrutura de transmissatildeo de quadros (como um

container carregando bits) Sincronizaccedilatildeo de bits Particcedilotildees da banda passante (TDM) Vaacuterias velocidades OC1 = 5184 Mbps OC3 = 15552 Mbps OC12 = 62208 Mbps

T1T3 estrutura de transmissatildeo de quadros (velha hierarquia de telefonia 15 Mbps45 Mbps No Brasil usa-se a hierarquia europeacuteia E1E3 2 34 Mbps

Natildeo estruturada apenas ceacutelulas (ocupadasvazias)

Camada fiacutesica ATM

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Apenas IP claacutessico 3 ldquoredesrdquo (ex segmentos de LAN) Endereccedilos MAC (8023) e IP

IP sobre ATM Substitui ldquorederdquo (ex segmento

de LAN) com a rede ATM Endereccedilos ATM endereccedilos IP

redeATM

EthernetLANs

EthernetLANs

IP-sobre-ATM

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No endereccedilo de origem Camada IP encontra um mapeamento entre o endereccedilo IP e o endereccedilo de destino ATM (usando ARP) Passa o datagrama para a camada de adaptaccedilatildeo AAL5 AAL5 encapsula os dados segmenta em ceacutelulas e passa para a camada ATM

Rede ATM move a ceacutelula para o destino de acordo com o seu VC (circuito virtual)

No hospedeiro de destino AAL5 remonta o datagrama original a partir das ceacutelulas recebidas Se o CRC OK datagrama eacute passado ao IP

Viagem de um datagrama numa rede IP-sobre-ATM

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Questotildees Datagramas IP em ATM AAL5 PDUs Dos endereccedilos IP aos endereccedilos ATM

Da mesma forma que de endereccedilos IP para endereccedilos MAC 8023

redeATM

EthernetLANs

IP-sobre-ATM

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Objetivo inicial aumentar a velocidade de encaminhamento IP usando labels de tamanho fixo (em vez de endereccedilo IP) Mesma ideacuteia do meacutetodo de circuito virtual (VC) Mas o datagrama IP ainda manteacutem o endereccedilo IP

Multiprotocol label switching (MPLS)

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Roteador faz a funccedilatildeo de comutador de roacutetulo Pacotes encaminhados para interface de saiacuteda com base apenas no valor

do roacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP) Tabela de encaminhamento MPLS distinta das tabelas de encaminhamento IP

Protocolo de sinalizaccedilatildeo necessaacuterio para estabelecer o encaminhamento RSVP-TE Encaminhamento eacute possiacutevel por caminhos que o IP sozinho natildeo pode usar (ex roteamento de especificado pela origem) Use MPLS para engenharia de traacutefego

Deve coexistir com roteadores unicamente IP

Roteadores MPLS

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Tabelas de encaminhamento MPLS

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Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace Detecccedilatildeo de erros correccedilatildeo Compartilhando um canal broadcast acesso muacuteltiplo Endereccedilamento da camada de enlace

Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de vaacuterias tecnologias da camada de enlace Ethernet LANS comutadas PPP Redes virtualizadas como uma camada de enlace ATM MPLS

Resumo

Page 38: Capítulo 5 Redes de computadores e a Internet A camada de enlace e redes locais

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Questatildeo como determinar o endereccedilo MAC de Bdado o endereccedilo IP de B Cada noacute IP (hospedeiro roteador) numa LAN tem um moacutedulo e uma tabela ARP Tabela ARP mapeamento de endereccedilos IPMAC para alguns noacutes da LAN lt endereccedilo IP endereccedilo MAC TTLgt

lt IP address MAC address TTLgt TTL (Time To Live) tempo depois do qual o mapeamento de

endereccedilos seraacute esquecido (tipicamente 20 min)

ARP Address Resolution Protocol (Protocolo de resoluccedilatildeo de endereccedilos)

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A que enviar um datagrama para B e o endereccedilo MAS de B natildeo estaacute na tabela ARP de A

A faz broadcast de pacote de consulta ARB contendo o endereccedilo IP de B end MAC de destino = FF-FF-FF-FF-FF-FF todas as maacutequinas na LAN recebem a consulta ARP

B recebe o pacote ARP responde para A com seu endereccedilo MAC (de B) Quadro enviado para o end MAC de A (unicast)

A faz um cache (salva) o par de endereccedilos IP para MAC em sua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo se torne antiga (expirada) soft state informaccedilatildeo que expira (eacute descartada) sem atualizaccedilatildeo

ARP eacute ldquoplug-and-playrdquo Noacutes criam suas tabelas ARP sem intervenccedilatildeo do administrador da rede

Protocolo ARP Mesma LAN (network)

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objetivo envia datagrama de A para B via R supotildee que A conhece o endereccedilo IP de B

bull Duas tabelas ARP no roteador R um para cada rede IP (LAN)

Roteamento para outra LAN

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A cria o pacote IP com origem A destino B A usa ARP para obter o endereccedilo de camada fiacutesica de R correspondente ao

endereccedilo IP 111111111110 A cria um quadro Ethernet com o endereccedilo fiacutesico de R como destino o

quadro Ethernet conteacutem o datagrama IP de A para B A camada de enlace de A envia o quadroEthernet A camada de enlace de R recebe o quadro Ethernet R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verifica que ele se destina a

B R usa ARP para obter o endereccedilo fiacutesico de B R cria quadro contendo um datagrama de A para B e envia para B

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A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo Barato R$20 por 100Mbps Primeira tecnologia de LAN largamente usada Mais simples e mais barata que LANs com token e ATM Velocidade crescente 10Mbps ndash 10Gbps

esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf

Ethernet

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Topologia de bus popular em meados dos anos 90 Agora a topologia em estrela prevalece Opccedilotildees de conexatildeo hub ou switch (mais adiante)

Topologia em estrela

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Adaptador do transmissor encapsula o datagrama IP (ou outro pacote de protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet

Preacircmbulo bull 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte com padratildeo 10101011bull usado para sincronizar as taxas de reloacutegio do transmissor e do receptor

Estrutura do quadro Ethernet

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Endereccedilos 6 bytes Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de destino coincidente ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa o dado no quadro para o protocolo da camada de rede

Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP mas outros podem ser suportados tais como Novell IPX e AppleTalk)

CRC verificado no receptor se um erro eacute detectado o quadro eacute simplesmente descartado

Estrutura do quadro Ethernet

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Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o receptor

Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou nacks para o adaptador transmissor O fluxo de datagramas que passa para a camada de rede pode deixar

lacunas Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCP Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas

Serviccedilo natildeo confiaacutevel sem conexatildeo

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Sem slots Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador

transmitindo isto eacute carrier sense O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador

transmitindo isto eacute collision detection Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo

aleatoacuterio isto eacute random access

Ethernet usa CSMACD

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1 Adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmitir o

quadro Se ele detecta o canal ocupado espera ateacute ele ficar livre e entatildeo transmite

3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo sua missatildeo com esse quadro estaacute cumprida

4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta e envia um jam signal

5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a m-eacutesima colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2m-1 O adaptador espera K512 tempos de bit e retorna ao passo 2

Algoritmo CSMACD da Ethernet

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Jam signal garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo 48 bitsBit time 1 microseg para Ethernet de 10 Mbpspara K=1023 o tempo de espera eacute cerca de 50 mseg

Veja o applet Java no Web site da AWL altamemte recomendadoExponential backoff Objetivo adaptar tentativas de retransmissatildeo para carga atual da rede

Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longa Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacute

K x 512 tempos de transmissatildeo de bit Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3hellip Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023

Ethernet CSMACD

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Tprop = propagaccedilatildeo maacutexima entre 2 noacutes na LAN

ttrans = tempo para transmitir um quadro de tamanho maacuteximo

Eficiecircncia tende a 1 quando tprop tende a 0

Tende a 1 quando ttrans tende ao infinito Muito melhor do que o ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato

transprop tt 51

1eficiecircncia

Eficiecircncia do CSMACD

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Taxa de 10100 Mbps chamado mais tarde de ldquofast ethernetrdquo T significa ldquoTwisted Pairrdquo (par de fios tranccedilados de cobre) Noacutes se conectam a um hub ldquotopologia em estrelardquo 100 m eacute a distacircncia

maacutexima entre os noacutes e o hub

10BaseT e 100BaseT

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Hubs satildeo essencialmente repetidores de camada fiacutesica Bits que chegam de um enlace se propagam para todos os outros enlaces Com a mesma taxa Natildeo possuem armazenagem de quadros Natildeo haacute CSMACD no hub adaptadores detectam colisotildees Provecirc funcionalidade de gerenciamento de rede

Hubs

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Usada em 10BaseT Cada bit possui uma transiccedilatildeo Permite que os reloacutegios nos noacutes de transmissatildeo e de recepccedilatildeo possam

sincronizar um com o outro Natildeo eacute necessaacuterio reloacutegio global centralizado entre os noacutes

Ei isso eacute coisa de camada fiacutesica

Codificaccedilatildeo Manchester

Codificaccedilatildeo Manchester

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Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeo Permite enlaces ponto-a-ponto e canais de muacuteltiplo acesso

compartilhados No modo compartilhado o CSMACD eacute usado exige pequenas

distacircncias entre os noacutes para ser eficiente Usa hubs chamados aqui de Distribuidores com Armazenagem

ldquoBuffered Distributorsrdquo Full-Duplex a 1 Gbps para enlaces ponto-a-ponto 10 Gbps agora

Gigabit Ethernet

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A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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Hub de backbone interconecta segmentos de LAN Estende a distacircncia maacutexima entre os noacutes Mas domiacutenios de colisatildeo individuais tornam-se um uacutenico e grande

domiacutenio de colisatildeo Natildeo pode interconectar 10BaseT e 100BaseT

Interconexatildeo com hubs

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Dispositivo de camada de enlace Armazena e encaminha quadros Ethernet Examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o

quadro baseado no endereccedilo MAC de destino Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento

usa CSMACD para acessar o segmento Transparente

Hospedeiros satildeo inconscientes da presenccedila dos switches Plug-and-play self-learning (auto-aprendizado)

Switches natildeo precisam ser configurados

Switch

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Como determinar para qual segmento da LAN encaminhar o quadro Parece um problema de roteamento

Encaminhamento

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Um switch possui uma tabela de switch Entrada na tabela do switch

(endereccedilo MAC interface marca de tempo) Entradas expiradas na tabela satildeo decartadas (TTL pode ser 60 min)

Switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de suas interfaces Quando recebe um quadro o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento da LAN que chega Registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela

Self learning (auto-aprendizado)

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Quando um switch recebe um quadro

indexa a tabela do switch usando end MAC de destinoif entrada for encontrada para o destino

then if dest no segmento deste quadro chegou

then descarta o quadro else encaminha o quadro na interface indicada else flood

Encaminha para todas as interfacesexceto para a que o quadro chegou

Filtragemencaminhamento

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Suponha que C envia um quadro para D

Switch recebe o quadro de C Anota na tabela que C estaacute na interface 1 Como D natildeo estaacute na tabela o switch encaminha o quadro para as

interfaces 2 e 3 Quadro recebido por D

hub hub hub

switch

A

B CD

EF

G H

I

endereccedilo interface

ABEG

1123

12 3

Switch exemplo

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Suponha que D responde com um quadro para C

Switch recebe quadro de D Anota na tabela que D estaacute na interface 2 Como C estaacute na tabela o switch encaminha o quadro apenas para a

interface 1 Quadro recebido por C

hub hub hub

switch

A

B CD

EF

G H

I

endereccedilo interface

ABEGC

11231

Switch exemplo

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A instalaccedilatildeo do switch quebra as sub-redes em segmentos de LAN Switch filtra pacotes

Alguns quadros do mesmo segmento de LAN natildeo satildeo usualmente encaminhados para outros segmento de LAN

Segmentos se tornam separados em domiacutenios de colisatildeo

hub hub hub

switch

domiacutenio de colisatildeo domiacutenio de colisatildeo

domiacutenio de colisatildeo

Switch isolaccedilatildeo de traacutefego

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Switch com muitas interfaces Hospedeiros possuem conexatildeo direta ao switch Sem colisotildees full duplex

Switching A-para-Arsquo e B-para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees

Switches acesso dedicado

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Cut-through switching quadro encaminhado da porta de entrada ateacute a porta de saiacuteda sem ter de primeiro coletar o quadro todo Ligeira reduccedilatildeo na latecircncia

Combinaccedilotildees de interfaces 101001000 Mbps compartilhadasdedicadas

Mais sobre switches

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Redes corporativas

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Ambos satildeo dispositivos store-and-forward Roteadores dispositivos de camada de rede (examinam cabeccedilalhos

da camada de rede) Switches satildeo dispositivos da camada de enlace

Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam algoritmos de roteamento Switches mantecircm tabelas de switch implementam filtragem algoritmos de aprendizagem

Switches vs roteadores

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hubs roteadores switches

isolaccedilatildeo detraacutefego

natildeo sim sim

plug amp play sim natildeo sim

roteamentooacutetimo

natildeo sim natildeo

cutthrough

sim natildeo sim

Resumo comparaccedilatildeo

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A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace de broadcast Sem Media Access Control Natildeo necessita de endereccedilamento MAC expliacutecito Ex dialup link linha ISDN

Protocolos ponto-a-ponto DLC populares PPP (point-to-point protocol) HDLC High level data link control (camada de enlace costumava ser considerada ldquocamada altardquo na pilha de protocolos)

Controle de enlace de dados ponto-a-ponto

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Enquadramento de pacote encapsulamento do datagrama da camada de rede no quadro da camada de enlace Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolo de rede (natildeo apenas o IP) ao mesmo tempo Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo

Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo de bit no campo de dados

Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo) Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do enlace

para a camada de rede Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos terminais

do enlace podem aprender e configurar o endereccedilo de rede dos outros

PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]

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Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros Natildeo haacute controle de fluxo Aceita entregas fora de ordem Natildeo haacute necessidade de suportar enlaces multiponto (ex polling)

Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeo dos dados satildeo todos relegados para as camadas mais altas

PPP natildeo requisitos

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Flag delimitador (enquadramento) Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura) Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacuteltiplos campos de

controle Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o conteuacutedo do

quadro deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)

PPP formato do quadro

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info dados da camada superior sendo transportados CRC verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de erros

PPP formato dos dados

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Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de dados deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt01111110gt

P Se for recebido o padratildeo lt01111110gt satildeo dados ou eacute flag Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte extra com o padratildeo lt

01111101gt (escape) antes de cada byte com o padratildeo de flag lt 01111110gt nos dados

Receptor Um byte 01111101 seguido de 01111110 em seguida descarta o primeiro e continua a recepccedilatildeo de dados Uacutenico byte 01111110 entatildeo eacute um flag

Byte stuffing

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byte com o padratildeodo flag nos dados a enviar

byte com o padratildeo de escape acrescentado nos dados transmitidos seguido por um byte com padratildeo de flag

Byte stuffing

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Antes de trocar dados da camada de rede os parceiros da camada de enlace devem A configurar o enlace PPP (tamanho maacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo) Aprenderconfigurar as informaccedilotildees da camada de rede

Para o IP transportar mensagens do protocolo de controle IP (IPCP) (campo de protocolo 8021) para configuraraprender os

endereccedilos IP

PPP protocolo de controle de dados

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A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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Virtualizaccedilatildeo dos recursos uma poderosa abstraccedilatildeo em engenharia de sistemas Exemplos em computaccedilatildeo memoacuteria virtual dispositivos virtuais

Maacutequinas virtuais ex java IBM VM os dos anos 6070

Camada de abstraccedilotildees natildeo se apega a detalhes da camada mais baixa apenas trata com as camadas mais baixas abstratamente

Virtualizaccedilatildeo das redes

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1974 muacuteltiplas redes desconectadas ARPAnet redes de dados-sobre-cabo rede de pacote por sateacutelite (Aloha) rede de pacotes por raacutedio

hellip diferentes em convenccedilotildees de endereccedilamento formatos do pacote recuperaccedilatildeo de erros roteamento

Internet virtualizaccedilatildeo das redes

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Camada de rede da Internet (IP) Endereccedilamento internetwork

aparece como uma entidade uacutenica e uniforme escondendo a heterogeneidade das redes locais

Rede de redes

Gateway ldquoembute pacotes da Internet no

formato de um pacote local ou os extrairdquo

Rota (no niacutevel de internetwork) para o proacuteximo gateway

Internet virtualizaccedilatildeo das redes

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O que eacute virtualizado Duas camadas de endereccedilamento Internet e rede local Nova camada (IP) torna tudo homogecircneo na camada da Internet Tecnologia da rede local em questatildeo

Cabo Sateacutelite Modem telefocircnico de 56 K Hoje ATM MPLS

hellip ldquoinvisiacutevelrdquo na camada da Internet Parece com uma tecnologia de camada de enlace para o IP

Arquitetura da Internet de Cerf amp Kahn

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ATM MPLS redes separadas em seus proacuteprios direitos Modelos de serviccedilo endereccedilamento roteamento diferentes da Internet

Vistos pela Internet como um enlace loacutegico conectando roteadores IP Assim como o dialup link eacute realmente parte de uma rede separada

(rede telefocircnica)

ATM MPLS de interesse teacutecnico em seu proacuteprio direito

ATM e MPLS

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Padratildeo dos anos 8090 para altas taxas de transmissatildeo (155 Mbps a 622 Mbps e mais altas) arquitetura de Broadband Integrated Service Digital Network (B-ISDN)

Objetivo transporte integrado de voz dados e imagens com foco nas redes puacuteblicas de comunicaccedilatildeo Deve atender aos requisitos de tempoQoS para aplicaccedilotildees de voz

e de viacutedeo (versus o serviccedilo de melhor esforccedilo da Internet) Telefonia de ldquoproacutexima geraccedilatildeordquo fundamentos teacutecnicos no mundo da telefonia Comutaccedilatildeo de pacotes (pacotes de tamanho fixo chamados ldquoceacutelulasrdquo) usando circuitos virtuais

Modo de transferecircncia assiacutencrono ATM

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Camada de adaptaccedilatildeo apenas na borda de uma rede ATM Segmentaccedilatildeo e remontagem dos dados Grosseiramente anaacuteloga agrave camada de transporte da Internet

Camada ATM camada de ldquorederdquo Comutaccedilatildeo de ceacutelulas roteamento

Camada fiacutesica

Sistema final Sistema finalSwitch ATM Switch ATM

Arquitetura ATM

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Visatildeo transporte fim-a-fim ldquoATM de computador a computadorrdquo ATM eacute uma tecnologia de redeRealidade usada para conectar roteadores IP de backbone ldquoIP sobre ATMrdquo ATM como uma camada de enlace comutada conectando roteadores IP

ATM camada de rede ou de enlace

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Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL) ldquoadaptardquo camadas superiores (aplicaccedilotildees IP ou nativas ATM) para a camada ATM abaixo

AAL presente apenas nos sistemas finais natildeo nos comutadores ATM (ldquoswitchesrdquo)

O segmento da camada AAL (campo de cabeccedilalhotrailer e de dados) satildeo fragmentados em muacuteltiplas ceacutelulas ATM Analogia segmento TCP em muitos pacotes IP

Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL)

Sistema final Sistema finalSwitch ATM Switch ATM

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Diferentes versotildees da camada AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM AAL1 para serviccedilo CBR (taxa de bit constante) ex emulaccedilatildeo de circuitos AAL2 para serviccedilos VBR (taxa de bit variaacutevel) ex viacutedeo MPEG AAL5 para dados (ex datagramas IP)

AAL PDU

ceacutelula ATM

Dados de usuaacuterio

subcamadade convergecircncia

subcamadaSAR

Ceacutelula ATM

Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL)

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Serviccedilo transporte de ceacutelulas atraveacutes da rede ATM Anaacuteloga agrave camada de rede IP Serviccedilos muito diferentes da camada de rede IP

Arquiteturade rede

Internet

ATM

ATM

ATM

ATM

Modelo de serviccedilo

melhoresforccediloCBR

VBR

ABR

UBR

Banda

natildeo

taxaconstantetaxagarantidamiacutenimogarantidonatildeo

Perda

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Ordem

natildeo

sim

sim

sim

sim

Tempo

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Aviso decongestatildeo

natildeo (inferidopelas perdas)natildeo haacutecongestatildeonatildeo haacutecongestatildeosim

natildeo

Garantias

Camada ATM

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Transporte em VC ceacutelulas satildeo transportadas sobre VC da fonte ao destino Estabelecimento de conexatildeo necessaacuterio para cada chamada antes que o fluxo de dados possa ser iniciado Cada pacote transporta um identificador de VC (natildeo transporta o endereccedilo do destino) Cada comutador com caminho entre a fonte e o destino manteacutem o ldquoestadordquo para cada conexatildeo passante Recursos do enlace e do comutador (banda passante buffers) podem ser alocados por VC para obter um comportamento semelhante a um circuito fiacutesico

VCs permanentes (PVCs) Conexotildees de longa duraccedilatildeo Tipicamente rota ldquopermanenterdquo entre roteadores IP

VCs comutados (SVC) Dinamicamente criados numa base por chamada

Camadas ATM circuitos virtuais

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Vantagens do uso de circuitos virtuais no ATM Iacutendices de QoS garantidos para conexotildees mapeadas em

circuitos virtuais (banda passante atraso variacircncia de atraso)

Problemas no uso de circuitos virtuais O suporte de traacutefego datagrama eacute ineficiente Um PVC entre cada par origemdestino natildeo tem boa

escalabilidade (N2 conexotildees satildeo necessaacuterias) SVC introduz latecircncia de estabelecimento de conexatildeo e

atrasos de processamento para conexotildees de curta duraccedilatildeo

ATM VCs

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Cabeccedilalho da ceacutelula ATM com 5 bytes Carga uacutetil com 48-bytes

Por quecirc carga uacutetil pequena -gt pequeno atraso de criaccedilatildeo de ceacutelula para voz digitalizada

Meio do caminho entre 32 e 64 (compromisso)

cabeccedilalhoda ceacutelula

formato daceacutelula

3o bit no campo PTvalor 1 indica uacuteltima ceacutelula (AAL-indicate bit)

Camada ATM ceacutelula ATM

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VCI identificador de canal virtual Pode mudar de enlace para enlace atraveacutes da rede

PT tipo de carga uacutetil (ex ceacutelula RM versus ceacutelula de dados) CLP bit de prioridade de perda de ceacutelula

CLP = 1 implica ceacutelula de baixa prioridade pode ser descartada em caso de congestatildeo

HEC verificaccedilatildeo de erros no cabeccedilalho Verificaccedilatildeo ciacuteclica de erros

Cabeccedilalho da ceacutelula ATM

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A camada fiacutesica se compotildee de duas partes (subcamadas ) Subcamada de convergecircncia de transmissatildeo (TCS) adapta a camada

ATM acima agrave subcamada fiacutesica abaixo (PMD) Subcamada dependente do meio depende do tipo de meio fiacutesico que

estaacute sendo empregado

Funccedilotildees da TCS Geraccedilatildeo do checksum do cabeccedilalho 8 bits CRC Delineamento de ceacutelula Com uma subcamada PMD natildeo estruturada transmite ceacutelulas vazias

(ldquoidle cellsrdquo) quando natildeo haacute ceacutelulas de dados a enviar

Camada fiacutesica ATM

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Subcamada dependente do meio fiacutesico (PMD) SONETSDH estrutura de transmissatildeo de quadros (como um

container carregando bits) Sincronizaccedilatildeo de bits Particcedilotildees da banda passante (TDM) Vaacuterias velocidades OC1 = 5184 Mbps OC3 = 15552 Mbps OC12 = 62208 Mbps

T1T3 estrutura de transmissatildeo de quadros (velha hierarquia de telefonia 15 Mbps45 Mbps No Brasil usa-se a hierarquia europeacuteia E1E3 2 34 Mbps

Natildeo estruturada apenas ceacutelulas (ocupadasvazias)

Camada fiacutesica ATM

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Apenas IP claacutessico 3 ldquoredesrdquo (ex segmentos de LAN) Endereccedilos MAC (8023) e IP

IP sobre ATM Substitui ldquorederdquo (ex segmento

de LAN) com a rede ATM Endereccedilos ATM endereccedilos IP

redeATM

EthernetLANs

EthernetLANs

IP-sobre-ATM

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No endereccedilo de origem Camada IP encontra um mapeamento entre o endereccedilo IP e o endereccedilo de destino ATM (usando ARP) Passa o datagrama para a camada de adaptaccedilatildeo AAL5 AAL5 encapsula os dados segmenta em ceacutelulas e passa para a camada ATM

Rede ATM move a ceacutelula para o destino de acordo com o seu VC (circuito virtual)

No hospedeiro de destino AAL5 remonta o datagrama original a partir das ceacutelulas recebidas Se o CRC OK datagrama eacute passado ao IP

Viagem de um datagrama numa rede IP-sobre-ATM

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Questotildees Datagramas IP em ATM AAL5 PDUs Dos endereccedilos IP aos endereccedilos ATM

Da mesma forma que de endereccedilos IP para endereccedilos MAC 8023

redeATM

EthernetLANs

IP-sobre-ATM

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Objetivo inicial aumentar a velocidade de encaminhamento IP usando labels de tamanho fixo (em vez de endereccedilo IP) Mesma ideacuteia do meacutetodo de circuito virtual (VC) Mas o datagrama IP ainda manteacutem o endereccedilo IP

Multiprotocol label switching (MPLS)

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Roteador faz a funccedilatildeo de comutador de roacutetulo Pacotes encaminhados para interface de saiacuteda com base apenas no valor

do roacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP) Tabela de encaminhamento MPLS distinta das tabelas de encaminhamento IP

Protocolo de sinalizaccedilatildeo necessaacuterio para estabelecer o encaminhamento RSVP-TE Encaminhamento eacute possiacutevel por caminhos que o IP sozinho natildeo pode usar (ex roteamento de especificado pela origem) Use MPLS para engenharia de traacutefego

Deve coexistir com roteadores unicamente IP

Roteadores MPLS

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Tabelas de encaminhamento MPLS

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Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace Detecccedilatildeo de erros correccedilatildeo Compartilhando um canal broadcast acesso muacuteltiplo Endereccedilamento da camada de enlace

Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de vaacuterias tecnologias da camada de enlace Ethernet LANS comutadas PPP Redes virtualizadas como uma camada de enlace ATM MPLS

Resumo

Page 39: Capítulo 5 Redes de computadores e a Internet A camada de enlace e redes locais

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A que enviar um datagrama para B e o endereccedilo MAS de B natildeo estaacute na tabela ARP de A

A faz broadcast de pacote de consulta ARB contendo o endereccedilo IP de B end MAC de destino = FF-FF-FF-FF-FF-FF todas as maacutequinas na LAN recebem a consulta ARP

B recebe o pacote ARP responde para A com seu endereccedilo MAC (de B) Quadro enviado para o end MAC de A (unicast)

A faz um cache (salva) o par de endereccedilos IP para MAC em sua tabela ARP ateacute que a informaccedilatildeo se torne antiga (expirada) soft state informaccedilatildeo que expira (eacute descartada) sem atualizaccedilatildeo

ARP eacute ldquoplug-and-playrdquo Noacutes criam suas tabelas ARP sem intervenccedilatildeo do administrador da rede

Protocolo ARP Mesma LAN (network)

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objetivo envia datagrama de A para B via R supotildee que A conhece o endereccedilo IP de B

bull Duas tabelas ARP no roteador R um para cada rede IP (LAN)

Roteamento para outra LAN

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A cria o pacote IP com origem A destino B A usa ARP para obter o endereccedilo de camada fiacutesica de R correspondente ao

endereccedilo IP 111111111110 A cria um quadro Ethernet com o endereccedilo fiacutesico de R como destino o

quadro Ethernet conteacutem o datagrama IP de A para B A camada de enlace de A envia o quadroEthernet A camada de enlace de R recebe o quadro Ethernet R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verifica que ele se destina a

B R usa ARP para obter o endereccedilo fiacutesico de B R cria quadro contendo um datagrama de A para B e envia para B

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A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo Barato R$20 por 100Mbps Primeira tecnologia de LAN largamente usada Mais simples e mais barata que LANs com token e ATM Velocidade crescente 10Mbps ndash 10Gbps

esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf

Ethernet

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Topologia de bus popular em meados dos anos 90 Agora a topologia em estrela prevalece Opccedilotildees de conexatildeo hub ou switch (mais adiante)

Topologia em estrela

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Adaptador do transmissor encapsula o datagrama IP (ou outro pacote de protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet

Preacircmbulo bull 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte com padratildeo 10101011bull usado para sincronizar as taxas de reloacutegio do transmissor e do receptor

Estrutura do quadro Ethernet

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Endereccedilos 6 bytes Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de destino coincidente ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa o dado no quadro para o protocolo da camada de rede

Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP mas outros podem ser suportados tais como Novell IPX e AppleTalk)

CRC verificado no receptor se um erro eacute detectado o quadro eacute simplesmente descartado

Estrutura do quadro Ethernet

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Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o receptor

Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou nacks para o adaptador transmissor O fluxo de datagramas que passa para a camada de rede pode deixar

lacunas Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCP Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas

Serviccedilo natildeo confiaacutevel sem conexatildeo

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Sem slots Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador

transmitindo isto eacute carrier sense O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador

transmitindo isto eacute collision detection Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo

aleatoacuterio isto eacute random access

Ethernet usa CSMACD

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1 Adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmitir o

quadro Se ele detecta o canal ocupado espera ateacute ele ficar livre e entatildeo transmite

3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo sua missatildeo com esse quadro estaacute cumprida

4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta e envia um jam signal

5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a m-eacutesima colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2m-1 O adaptador espera K512 tempos de bit e retorna ao passo 2

Algoritmo CSMACD da Ethernet

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Jam signal garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo 48 bitsBit time 1 microseg para Ethernet de 10 Mbpspara K=1023 o tempo de espera eacute cerca de 50 mseg

Veja o applet Java no Web site da AWL altamemte recomendadoExponential backoff Objetivo adaptar tentativas de retransmissatildeo para carga atual da rede

Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longa Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacute

K x 512 tempos de transmissatildeo de bit Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3hellip Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023

Ethernet CSMACD

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Tprop = propagaccedilatildeo maacutexima entre 2 noacutes na LAN

ttrans = tempo para transmitir um quadro de tamanho maacuteximo

Eficiecircncia tende a 1 quando tprop tende a 0

Tende a 1 quando ttrans tende ao infinito Muito melhor do que o ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato

transprop tt 51

1eficiecircncia

Eficiecircncia do CSMACD

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Taxa de 10100 Mbps chamado mais tarde de ldquofast ethernetrdquo T significa ldquoTwisted Pairrdquo (par de fios tranccedilados de cobre) Noacutes se conectam a um hub ldquotopologia em estrelardquo 100 m eacute a distacircncia

maacutexima entre os noacutes e o hub

10BaseT e 100BaseT

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Hubs satildeo essencialmente repetidores de camada fiacutesica Bits que chegam de um enlace se propagam para todos os outros enlaces Com a mesma taxa Natildeo possuem armazenagem de quadros Natildeo haacute CSMACD no hub adaptadores detectam colisotildees Provecirc funcionalidade de gerenciamento de rede

Hubs

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Usada em 10BaseT Cada bit possui uma transiccedilatildeo Permite que os reloacutegios nos noacutes de transmissatildeo e de recepccedilatildeo possam

sincronizar um com o outro Natildeo eacute necessaacuterio reloacutegio global centralizado entre os noacutes

Ei isso eacute coisa de camada fiacutesica

Codificaccedilatildeo Manchester

Codificaccedilatildeo Manchester

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Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeo Permite enlaces ponto-a-ponto e canais de muacuteltiplo acesso

compartilhados No modo compartilhado o CSMACD eacute usado exige pequenas

distacircncias entre os noacutes para ser eficiente Usa hubs chamados aqui de Distribuidores com Armazenagem

ldquoBuffered Distributorsrdquo Full-Duplex a 1 Gbps para enlaces ponto-a-ponto 10 Gbps agora

Gigabit Ethernet

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A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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Hub de backbone interconecta segmentos de LAN Estende a distacircncia maacutexima entre os noacutes Mas domiacutenios de colisatildeo individuais tornam-se um uacutenico e grande

domiacutenio de colisatildeo Natildeo pode interconectar 10BaseT e 100BaseT

Interconexatildeo com hubs

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Dispositivo de camada de enlace Armazena e encaminha quadros Ethernet Examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o

quadro baseado no endereccedilo MAC de destino Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento

usa CSMACD para acessar o segmento Transparente

Hospedeiros satildeo inconscientes da presenccedila dos switches Plug-and-play self-learning (auto-aprendizado)

Switches natildeo precisam ser configurados

Switch

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Como determinar para qual segmento da LAN encaminhar o quadro Parece um problema de roteamento

Encaminhamento

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Um switch possui uma tabela de switch Entrada na tabela do switch

(endereccedilo MAC interface marca de tempo) Entradas expiradas na tabela satildeo decartadas (TTL pode ser 60 min)

Switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de suas interfaces Quando recebe um quadro o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento da LAN que chega Registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela

Self learning (auto-aprendizado)

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Quando um switch recebe um quadro

indexa a tabela do switch usando end MAC de destinoif entrada for encontrada para o destino

then if dest no segmento deste quadro chegou

then descarta o quadro else encaminha o quadro na interface indicada else flood

Encaminha para todas as interfacesexceto para a que o quadro chegou

Filtragemencaminhamento

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Suponha que C envia um quadro para D

Switch recebe o quadro de C Anota na tabela que C estaacute na interface 1 Como D natildeo estaacute na tabela o switch encaminha o quadro para as

interfaces 2 e 3 Quadro recebido por D

hub hub hub

switch

A

B CD

EF

G H

I

endereccedilo interface

ABEG

1123

12 3

Switch exemplo

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Suponha que D responde com um quadro para C

Switch recebe quadro de D Anota na tabela que D estaacute na interface 2 Como C estaacute na tabela o switch encaminha o quadro apenas para a

interface 1 Quadro recebido por C

hub hub hub

switch

A

B CD

EF

G H

I

endereccedilo interface

ABEGC

11231

Switch exemplo

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A instalaccedilatildeo do switch quebra as sub-redes em segmentos de LAN Switch filtra pacotes

Alguns quadros do mesmo segmento de LAN natildeo satildeo usualmente encaminhados para outros segmento de LAN

Segmentos se tornam separados em domiacutenios de colisatildeo

hub hub hub

switch

domiacutenio de colisatildeo domiacutenio de colisatildeo

domiacutenio de colisatildeo

Switch isolaccedilatildeo de traacutefego

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Switch com muitas interfaces Hospedeiros possuem conexatildeo direta ao switch Sem colisotildees full duplex

Switching A-para-Arsquo e B-para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees

Switches acesso dedicado

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Cut-through switching quadro encaminhado da porta de entrada ateacute a porta de saiacuteda sem ter de primeiro coletar o quadro todo Ligeira reduccedilatildeo na latecircncia

Combinaccedilotildees de interfaces 101001000 Mbps compartilhadasdedicadas

Mais sobre switches

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Redes corporativas

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Ambos satildeo dispositivos store-and-forward Roteadores dispositivos de camada de rede (examinam cabeccedilalhos

da camada de rede) Switches satildeo dispositivos da camada de enlace

Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam algoritmos de roteamento Switches mantecircm tabelas de switch implementam filtragem algoritmos de aprendizagem

Switches vs roteadores

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hubs roteadores switches

isolaccedilatildeo detraacutefego

natildeo sim sim

plug amp play sim natildeo sim

roteamentooacutetimo

natildeo sim natildeo

cutthrough

sim natildeo sim

Resumo comparaccedilatildeo

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A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace de broadcast Sem Media Access Control Natildeo necessita de endereccedilamento MAC expliacutecito Ex dialup link linha ISDN

Protocolos ponto-a-ponto DLC populares PPP (point-to-point protocol) HDLC High level data link control (camada de enlace costumava ser considerada ldquocamada altardquo na pilha de protocolos)

Controle de enlace de dados ponto-a-ponto

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Enquadramento de pacote encapsulamento do datagrama da camada de rede no quadro da camada de enlace Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolo de rede (natildeo apenas o IP) ao mesmo tempo Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo

Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo de bit no campo de dados

Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo) Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do enlace

para a camada de rede Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos terminais

do enlace podem aprender e configurar o endereccedilo de rede dos outros

PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]

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Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros Natildeo haacute controle de fluxo Aceita entregas fora de ordem Natildeo haacute necessidade de suportar enlaces multiponto (ex polling)

Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeo dos dados satildeo todos relegados para as camadas mais altas

PPP natildeo requisitos

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Flag delimitador (enquadramento) Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura) Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacuteltiplos campos de

controle Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o conteuacutedo do

quadro deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)

PPP formato do quadro

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info dados da camada superior sendo transportados CRC verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de erros

PPP formato dos dados

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Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de dados deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt01111110gt

P Se for recebido o padratildeo lt01111110gt satildeo dados ou eacute flag Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte extra com o padratildeo lt

01111101gt (escape) antes de cada byte com o padratildeo de flag lt 01111110gt nos dados

Receptor Um byte 01111101 seguido de 01111110 em seguida descarta o primeiro e continua a recepccedilatildeo de dados Uacutenico byte 01111110 entatildeo eacute um flag

Byte stuffing

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byte com o padratildeodo flag nos dados a enviar

byte com o padratildeo de escape acrescentado nos dados transmitidos seguido por um byte com padratildeo de flag

Byte stuffing

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Antes de trocar dados da camada de rede os parceiros da camada de enlace devem A configurar o enlace PPP (tamanho maacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo) Aprenderconfigurar as informaccedilotildees da camada de rede

Para o IP transportar mensagens do protocolo de controle IP (IPCP) (campo de protocolo 8021) para configuraraprender os

endereccedilos IP

PPP protocolo de controle de dados

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A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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Virtualizaccedilatildeo dos recursos uma poderosa abstraccedilatildeo em engenharia de sistemas Exemplos em computaccedilatildeo memoacuteria virtual dispositivos virtuais

Maacutequinas virtuais ex java IBM VM os dos anos 6070

Camada de abstraccedilotildees natildeo se apega a detalhes da camada mais baixa apenas trata com as camadas mais baixas abstratamente

Virtualizaccedilatildeo das redes

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1974 muacuteltiplas redes desconectadas ARPAnet redes de dados-sobre-cabo rede de pacote por sateacutelite (Aloha) rede de pacotes por raacutedio

hellip diferentes em convenccedilotildees de endereccedilamento formatos do pacote recuperaccedilatildeo de erros roteamento

Internet virtualizaccedilatildeo das redes

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Camada de rede da Internet (IP) Endereccedilamento internetwork

aparece como uma entidade uacutenica e uniforme escondendo a heterogeneidade das redes locais

Rede de redes

Gateway ldquoembute pacotes da Internet no

formato de um pacote local ou os extrairdquo

Rota (no niacutevel de internetwork) para o proacuteximo gateway

Internet virtualizaccedilatildeo das redes

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O que eacute virtualizado Duas camadas de endereccedilamento Internet e rede local Nova camada (IP) torna tudo homogecircneo na camada da Internet Tecnologia da rede local em questatildeo

Cabo Sateacutelite Modem telefocircnico de 56 K Hoje ATM MPLS

hellip ldquoinvisiacutevelrdquo na camada da Internet Parece com uma tecnologia de camada de enlace para o IP

Arquitetura da Internet de Cerf amp Kahn

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ATM MPLS redes separadas em seus proacuteprios direitos Modelos de serviccedilo endereccedilamento roteamento diferentes da Internet

Vistos pela Internet como um enlace loacutegico conectando roteadores IP Assim como o dialup link eacute realmente parte de uma rede separada

(rede telefocircnica)

ATM MPLS de interesse teacutecnico em seu proacuteprio direito

ATM e MPLS

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Padratildeo dos anos 8090 para altas taxas de transmissatildeo (155 Mbps a 622 Mbps e mais altas) arquitetura de Broadband Integrated Service Digital Network (B-ISDN)

Objetivo transporte integrado de voz dados e imagens com foco nas redes puacuteblicas de comunicaccedilatildeo Deve atender aos requisitos de tempoQoS para aplicaccedilotildees de voz

e de viacutedeo (versus o serviccedilo de melhor esforccedilo da Internet) Telefonia de ldquoproacutexima geraccedilatildeordquo fundamentos teacutecnicos no mundo da telefonia Comutaccedilatildeo de pacotes (pacotes de tamanho fixo chamados ldquoceacutelulasrdquo) usando circuitos virtuais

Modo de transferecircncia assiacutencrono ATM

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Camada de adaptaccedilatildeo apenas na borda de uma rede ATM Segmentaccedilatildeo e remontagem dos dados Grosseiramente anaacuteloga agrave camada de transporte da Internet

Camada ATM camada de ldquorederdquo Comutaccedilatildeo de ceacutelulas roteamento

Camada fiacutesica

Sistema final Sistema finalSwitch ATM Switch ATM

Arquitetura ATM

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Visatildeo transporte fim-a-fim ldquoATM de computador a computadorrdquo ATM eacute uma tecnologia de redeRealidade usada para conectar roteadores IP de backbone ldquoIP sobre ATMrdquo ATM como uma camada de enlace comutada conectando roteadores IP

ATM camada de rede ou de enlace

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Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL) ldquoadaptardquo camadas superiores (aplicaccedilotildees IP ou nativas ATM) para a camada ATM abaixo

AAL presente apenas nos sistemas finais natildeo nos comutadores ATM (ldquoswitchesrdquo)

O segmento da camada AAL (campo de cabeccedilalhotrailer e de dados) satildeo fragmentados em muacuteltiplas ceacutelulas ATM Analogia segmento TCP em muitos pacotes IP

Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL)

Sistema final Sistema finalSwitch ATM Switch ATM

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Diferentes versotildees da camada AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM AAL1 para serviccedilo CBR (taxa de bit constante) ex emulaccedilatildeo de circuitos AAL2 para serviccedilos VBR (taxa de bit variaacutevel) ex viacutedeo MPEG AAL5 para dados (ex datagramas IP)

AAL PDU

ceacutelula ATM

Dados de usuaacuterio

subcamadade convergecircncia

subcamadaSAR

Ceacutelula ATM

Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL)

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Serviccedilo transporte de ceacutelulas atraveacutes da rede ATM Anaacuteloga agrave camada de rede IP Serviccedilos muito diferentes da camada de rede IP

Arquiteturade rede

Internet

ATM

ATM

ATM

ATM

Modelo de serviccedilo

melhoresforccediloCBR

VBR

ABR

UBR

Banda

natildeo

taxaconstantetaxagarantidamiacutenimogarantidonatildeo

Perda

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Ordem

natildeo

sim

sim

sim

sim

Tempo

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Aviso decongestatildeo

natildeo (inferidopelas perdas)natildeo haacutecongestatildeonatildeo haacutecongestatildeosim

natildeo

Garantias

Camada ATM

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Transporte em VC ceacutelulas satildeo transportadas sobre VC da fonte ao destino Estabelecimento de conexatildeo necessaacuterio para cada chamada antes que o fluxo de dados possa ser iniciado Cada pacote transporta um identificador de VC (natildeo transporta o endereccedilo do destino) Cada comutador com caminho entre a fonte e o destino manteacutem o ldquoestadordquo para cada conexatildeo passante Recursos do enlace e do comutador (banda passante buffers) podem ser alocados por VC para obter um comportamento semelhante a um circuito fiacutesico

VCs permanentes (PVCs) Conexotildees de longa duraccedilatildeo Tipicamente rota ldquopermanenterdquo entre roteadores IP

VCs comutados (SVC) Dinamicamente criados numa base por chamada

Camadas ATM circuitos virtuais

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Vantagens do uso de circuitos virtuais no ATM Iacutendices de QoS garantidos para conexotildees mapeadas em

circuitos virtuais (banda passante atraso variacircncia de atraso)

Problemas no uso de circuitos virtuais O suporte de traacutefego datagrama eacute ineficiente Um PVC entre cada par origemdestino natildeo tem boa

escalabilidade (N2 conexotildees satildeo necessaacuterias) SVC introduz latecircncia de estabelecimento de conexatildeo e

atrasos de processamento para conexotildees de curta duraccedilatildeo

ATM VCs

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Cabeccedilalho da ceacutelula ATM com 5 bytes Carga uacutetil com 48-bytes

Por quecirc carga uacutetil pequena -gt pequeno atraso de criaccedilatildeo de ceacutelula para voz digitalizada

Meio do caminho entre 32 e 64 (compromisso)

cabeccedilalhoda ceacutelula

formato daceacutelula

3o bit no campo PTvalor 1 indica uacuteltima ceacutelula (AAL-indicate bit)

Camada ATM ceacutelula ATM

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VCI identificador de canal virtual Pode mudar de enlace para enlace atraveacutes da rede

PT tipo de carga uacutetil (ex ceacutelula RM versus ceacutelula de dados) CLP bit de prioridade de perda de ceacutelula

CLP = 1 implica ceacutelula de baixa prioridade pode ser descartada em caso de congestatildeo

HEC verificaccedilatildeo de erros no cabeccedilalho Verificaccedilatildeo ciacuteclica de erros

Cabeccedilalho da ceacutelula ATM

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A camada fiacutesica se compotildee de duas partes (subcamadas ) Subcamada de convergecircncia de transmissatildeo (TCS) adapta a camada

ATM acima agrave subcamada fiacutesica abaixo (PMD) Subcamada dependente do meio depende do tipo de meio fiacutesico que

estaacute sendo empregado

Funccedilotildees da TCS Geraccedilatildeo do checksum do cabeccedilalho 8 bits CRC Delineamento de ceacutelula Com uma subcamada PMD natildeo estruturada transmite ceacutelulas vazias

(ldquoidle cellsrdquo) quando natildeo haacute ceacutelulas de dados a enviar

Camada fiacutesica ATM

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Subcamada dependente do meio fiacutesico (PMD) SONETSDH estrutura de transmissatildeo de quadros (como um

container carregando bits) Sincronizaccedilatildeo de bits Particcedilotildees da banda passante (TDM) Vaacuterias velocidades OC1 = 5184 Mbps OC3 = 15552 Mbps OC12 = 62208 Mbps

T1T3 estrutura de transmissatildeo de quadros (velha hierarquia de telefonia 15 Mbps45 Mbps No Brasil usa-se a hierarquia europeacuteia E1E3 2 34 Mbps

Natildeo estruturada apenas ceacutelulas (ocupadasvazias)

Camada fiacutesica ATM

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Apenas IP claacutessico 3 ldquoredesrdquo (ex segmentos de LAN) Endereccedilos MAC (8023) e IP

IP sobre ATM Substitui ldquorederdquo (ex segmento

de LAN) com a rede ATM Endereccedilos ATM endereccedilos IP

redeATM

EthernetLANs

EthernetLANs

IP-sobre-ATM

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No endereccedilo de origem Camada IP encontra um mapeamento entre o endereccedilo IP e o endereccedilo de destino ATM (usando ARP) Passa o datagrama para a camada de adaptaccedilatildeo AAL5 AAL5 encapsula os dados segmenta em ceacutelulas e passa para a camada ATM

Rede ATM move a ceacutelula para o destino de acordo com o seu VC (circuito virtual)

No hospedeiro de destino AAL5 remonta o datagrama original a partir das ceacutelulas recebidas Se o CRC OK datagrama eacute passado ao IP

Viagem de um datagrama numa rede IP-sobre-ATM

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Questotildees Datagramas IP em ATM AAL5 PDUs Dos endereccedilos IP aos endereccedilos ATM

Da mesma forma que de endereccedilos IP para endereccedilos MAC 8023

redeATM

EthernetLANs

IP-sobre-ATM

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Objetivo inicial aumentar a velocidade de encaminhamento IP usando labels de tamanho fixo (em vez de endereccedilo IP) Mesma ideacuteia do meacutetodo de circuito virtual (VC) Mas o datagrama IP ainda manteacutem o endereccedilo IP

Multiprotocol label switching (MPLS)

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Roteador faz a funccedilatildeo de comutador de roacutetulo Pacotes encaminhados para interface de saiacuteda com base apenas no valor

do roacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP) Tabela de encaminhamento MPLS distinta das tabelas de encaminhamento IP

Protocolo de sinalizaccedilatildeo necessaacuterio para estabelecer o encaminhamento RSVP-TE Encaminhamento eacute possiacutevel por caminhos que o IP sozinho natildeo pode usar (ex roteamento de especificado pela origem) Use MPLS para engenharia de traacutefego

Deve coexistir com roteadores unicamente IP

Roteadores MPLS

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Tabelas de encaminhamento MPLS

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Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace Detecccedilatildeo de erros correccedilatildeo Compartilhando um canal broadcast acesso muacuteltiplo Endereccedilamento da camada de enlace

Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de vaacuterias tecnologias da camada de enlace Ethernet LANS comutadas PPP Redes virtualizadas como uma camada de enlace ATM MPLS

Resumo

Page 40: Capítulo 5 Redes de computadores e a Internet A camada de enlace e redes locais

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objetivo envia datagrama de A para B via R supotildee que A conhece o endereccedilo IP de B

bull Duas tabelas ARP no roteador R um para cada rede IP (LAN)

Roteamento para outra LAN

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A cria o pacote IP com origem A destino B A usa ARP para obter o endereccedilo de camada fiacutesica de R correspondente ao

endereccedilo IP 111111111110 A cria um quadro Ethernet com o endereccedilo fiacutesico de R como destino o

quadro Ethernet conteacutem o datagrama IP de A para B A camada de enlace de A envia o quadroEthernet A camada de enlace de R recebe o quadro Ethernet R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verifica que ele se destina a

B R usa ARP para obter o endereccedilo fiacutesico de B R cria quadro contendo um datagrama de A para B e envia para B

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A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo Barato R$20 por 100Mbps Primeira tecnologia de LAN largamente usada Mais simples e mais barata que LANs com token e ATM Velocidade crescente 10Mbps ndash 10Gbps

esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf

Ethernet

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Topologia de bus popular em meados dos anos 90 Agora a topologia em estrela prevalece Opccedilotildees de conexatildeo hub ou switch (mais adiante)

Topologia em estrela

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Adaptador do transmissor encapsula o datagrama IP (ou outro pacote de protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet

Preacircmbulo bull 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte com padratildeo 10101011bull usado para sincronizar as taxas de reloacutegio do transmissor e do receptor

Estrutura do quadro Ethernet

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Endereccedilos 6 bytes Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de destino coincidente ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa o dado no quadro para o protocolo da camada de rede

Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP mas outros podem ser suportados tais como Novell IPX e AppleTalk)

CRC verificado no receptor se um erro eacute detectado o quadro eacute simplesmente descartado

Estrutura do quadro Ethernet

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Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o receptor

Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou nacks para o adaptador transmissor O fluxo de datagramas que passa para a camada de rede pode deixar

lacunas Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCP Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas

Serviccedilo natildeo confiaacutevel sem conexatildeo

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Sem slots Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador

transmitindo isto eacute carrier sense O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador

transmitindo isto eacute collision detection Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo

aleatoacuterio isto eacute random access

Ethernet usa CSMACD

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1 Adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmitir o

quadro Se ele detecta o canal ocupado espera ateacute ele ficar livre e entatildeo transmite

3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo sua missatildeo com esse quadro estaacute cumprida

4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta e envia um jam signal

5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a m-eacutesima colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2m-1 O adaptador espera K512 tempos de bit e retorna ao passo 2

Algoritmo CSMACD da Ethernet

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Jam signal garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo 48 bitsBit time 1 microseg para Ethernet de 10 Mbpspara K=1023 o tempo de espera eacute cerca de 50 mseg

Veja o applet Java no Web site da AWL altamemte recomendadoExponential backoff Objetivo adaptar tentativas de retransmissatildeo para carga atual da rede

Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longa Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacute

K x 512 tempos de transmissatildeo de bit Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3hellip Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023

Ethernet CSMACD

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Tprop = propagaccedilatildeo maacutexima entre 2 noacutes na LAN

ttrans = tempo para transmitir um quadro de tamanho maacuteximo

Eficiecircncia tende a 1 quando tprop tende a 0

Tende a 1 quando ttrans tende ao infinito Muito melhor do que o ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato

transprop tt 51

1eficiecircncia

Eficiecircncia do CSMACD

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Taxa de 10100 Mbps chamado mais tarde de ldquofast ethernetrdquo T significa ldquoTwisted Pairrdquo (par de fios tranccedilados de cobre) Noacutes se conectam a um hub ldquotopologia em estrelardquo 100 m eacute a distacircncia

maacutexima entre os noacutes e o hub

10BaseT e 100BaseT

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Hubs satildeo essencialmente repetidores de camada fiacutesica Bits que chegam de um enlace se propagam para todos os outros enlaces Com a mesma taxa Natildeo possuem armazenagem de quadros Natildeo haacute CSMACD no hub adaptadores detectam colisotildees Provecirc funcionalidade de gerenciamento de rede

Hubs

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Usada em 10BaseT Cada bit possui uma transiccedilatildeo Permite que os reloacutegios nos noacutes de transmissatildeo e de recepccedilatildeo possam

sincronizar um com o outro Natildeo eacute necessaacuterio reloacutegio global centralizado entre os noacutes

Ei isso eacute coisa de camada fiacutesica

Codificaccedilatildeo Manchester

Codificaccedilatildeo Manchester

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Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeo Permite enlaces ponto-a-ponto e canais de muacuteltiplo acesso

compartilhados No modo compartilhado o CSMACD eacute usado exige pequenas

distacircncias entre os noacutes para ser eficiente Usa hubs chamados aqui de Distribuidores com Armazenagem

ldquoBuffered Distributorsrdquo Full-Duplex a 1 Gbps para enlaces ponto-a-ponto 10 Gbps agora

Gigabit Ethernet

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5 - 56copy 2005 by Pearson Education

A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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Hub de backbone interconecta segmentos de LAN Estende a distacircncia maacutexima entre os noacutes Mas domiacutenios de colisatildeo individuais tornam-se um uacutenico e grande

domiacutenio de colisatildeo Natildeo pode interconectar 10BaseT e 100BaseT

Interconexatildeo com hubs

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Dispositivo de camada de enlace Armazena e encaminha quadros Ethernet Examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o

quadro baseado no endereccedilo MAC de destino Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento

usa CSMACD para acessar o segmento Transparente

Hospedeiros satildeo inconscientes da presenccedila dos switches Plug-and-play self-learning (auto-aprendizado)

Switches natildeo precisam ser configurados

Switch

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Como determinar para qual segmento da LAN encaminhar o quadro Parece um problema de roteamento

Encaminhamento

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Um switch possui uma tabela de switch Entrada na tabela do switch

(endereccedilo MAC interface marca de tempo) Entradas expiradas na tabela satildeo decartadas (TTL pode ser 60 min)

Switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de suas interfaces Quando recebe um quadro o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento da LAN que chega Registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela

Self learning (auto-aprendizado)

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Quando um switch recebe um quadro

indexa a tabela do switch usando end MAC de destinoif entrada for encontrada para o destino

then if dest no segmento deste quadro chegou

then descarta o quadro else encaminha o quadro na interface indicada else flood

Encaminha para todas as interfacesexceto para a que o quadro chegou

Filtragemencaminhamento

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Suponha que C envia um quadro para D

Switch recebe o quadro de C Anota na tabela que C estaacute na interface 1 Como D natildeo estaacute na tabela o switch encaminha o quadro para as

interfaces 2 e 3 Quadro recebido por D

hub hub hub

switch

A

B CD

EF

G H

I

endereccedilo interface

ABEG

1123

12 3

Switch exemplo

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Suponha que D responde com um quadro para C

Switch recebe quadro de D Anota na tabela que D estaacute na interface 2 Como C estaacute na tabela o switch encaminha o quadro apenas para a

interface 1 Quadro recebido por C

hub hub hub

switch

A

B CD

EF

G H

I

endereccedilo interface

ABEGC

11231

Switch exemplo

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A instalaccedilatildeo do switch quebra as sub-redes em segmentos de LAN Switch filtra pacotes

Alguns quadros do mesmo segmento de LAN natildeo satildeo usualmente encaminhados para outros segmento de LAN

Segmentos se tornam separados em domiacutenios de colisatildeo

hub hub hub

switch

domiacutenio de colisatildeo domiacutenio de colisatildeo

domiacutenio de colisatildeo

Switch isolaccedilatildeo de traacutefego

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Switch com muitas interfaces Hospedeiros possuem conexatildeo direta ao switch Sem colisotildees full duplex

Switching A-para-Arsquo e B-para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees

Switches acesso dedicado

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Cut-through switching quadro encaminhado da porta de entrada ateacute a porta de saiacuteda sem ter de primeiro coletar o quadro todo Ligeira reduccedilatildeo na latecircncia

Combinaccedilotildees de interfaces 101001000 Mbps compartilhadasdedicadas

Mais sobre switches

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Redes corporativas

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Ambos satildeo dispositivos store-and-forward Roteadores dispositivos de camada de rede (examinam cabeccedilalhos

da camada de rede) Switches satildeo dispositivos da camada de enlace

Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam algoritmos de roteamento Switches mantecircm tabelas de switch implementam filtragem algoritmos de aprendizagem

Switches vs roteadores

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hubs roteadores switches

isolaccedilatildeo detraacutefego

natildeo sim sim

plug amp play sim natildeo sim

roteamentooacutetimo

natildeo sim natildeo

cutthrough

sim natildeo sim

Resumo comparaccedilatildeo

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A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace de broadcast Sem Media Access Control Natildeo necessita de endereccedilamento MAC expliacutecito Ex dialup link linha ISDN

Protocolos ponto-a-ponto DLC populares PPP (point-to-point protocol) HDLC High level data link control (camada de enlace costumava ser considerada ldquocamada altardquo na pilha de protocolos)

Controle de enlace de dados ponto-a-ponto

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Enquadramento de pacote encapsulamento do datagrama da camada de rede no quadro da camada de enlace Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolo de rede (natildeo apenas o IP) ao mesmo tempo Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo

Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo de bit no campo de dados

Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo) Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do enlace

para a camada de rede Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos terminais

do enlace podem aprender e configurar o endereccedilo de rede dos outros

PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]

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Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros Natildeo haacute controle de fluxo Aceita entregas fora de ordem Natildeo haacute necessidade de suportar enlaces multiponto (ex polling)

Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeo dos dados satildeo todos relegados para as camadas mais altas

PPP natildeo requisitos

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Flag delimitador (enquadramento) Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura) Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacuteltiplos campos de

controle Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o conteuacutedo do

quadro deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)

PPP formato do quadro

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info dados da camada superior sendo transportados CRC verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de erros

PPP formato dos dados

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Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de dados deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt01111110gt

P Se for recebido o padratildeo lt01111110gt satildeo dados ou eacute flag Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte extra com o padratildeo lt

01111101gt (escape) antes de cada byte com o padratildeo de flag lt 01111110gt nos dados

Receptor Um byte 01111101 seguido de 01111110 em seguida descarta o primeiro e continua a recepccedilatildeo de dados Uacutenico byte 01111110 entatildeo eacute um flag

Byte stuffing

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byte com o padratildeodo flag nos dados a enviar

byte com o padratildeo de escape acrescentado nos dados transmitidos seguido por um byte com padratildeo de flag

Byte stuffing

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Antes de trocar dados da camada de rede os parceiros da camada de enlace devem A configurar o enlace PPP (tamanho maacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo) Aprenderconfigurar as informaccedilotildees da camada de rede

Para o IP transportar mensagens do protocolo de controle IP (IPCP) (campo de protocolo 8021) para configuraraprender os

endereccedilos IP

PPP protocolo de controle de dados

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A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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Virtualizaccedilatildeo dos recursos uma poderosa abstraccedilatildeo em engenharia de sistemas Exemplos em computaccedilatildeo memoacuteria virtual dispositivos virtuais

Maacutequinas virtuais ex java IBM VM os dos anos 6070

Camada de abstraccedilotildees natildeo se apega a detalhes da camada mais baixa apenas trata com as camadas mais baixas abstratamente

Virtualizaccedilatildeo das redes

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1974 muacuteltiplas redes desconectadas ARPAnet redes de dados-sobre-cabo rede de pacote por sateacutelite (Aloha) rede de pacotes por raacutedio

hellip diferentes em convenccedilotildees de endereccedilamento formatos do pacote recuperaccedilatildeo de erros roteamento

Internet virtualizaccedilatildeo das redes

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Camada de rede da Internet (IP) Endereccedilamento internetwork

aparece como uma entidade uacutenica e uniforme escondendo a heterogeneidade das redes locais

Rede de redes

Gateway ldquoembute pacotes da Internet no

formato de um pacote local ou os extrairdquo

Rota (no niacutevel de internetwork) para o proacuteximo gateway

Internet virtualizaccedilatildeo das redes

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O que eacute virtualizado Duas camadas de endereccedilamento Internet e rede local Nova camada (IP) torna tudo homogecircneo na camada da Internet Tecnologia da rede local em questatildeo

Cabo Sateacutelite Modem telefocircnico de 56 K Hoje ATM MPLS

hellip ldquoinvisiacutevelrdquo na camada da Internet Parece com uma tecnologia de camada de enlace para o IP

Arquitetura da Internet de Cerf amp Kahn

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ATM MPLS redes separadas em seus proacuteprios direitos Modelos de serviccedilo endereccedilamento roteamento diferentes da Internet

Vistos pela Internet como um enlace loacutegico conectando roteadores IP Assim como o dialup link eacute realmente parte de uma rede separada

(rede telefocircnica)

ATM MPLS de interesse teacutecnico em seu proacuteprio direito

ATM e MPLS

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Padratildeo dos anos 8090 para altas taxas de transmissatildeo (155 Mbps a 622 Mbps e mais altas) arquitetura de Broadband Integrated Service Digital Network (B-ISDN)

Objetivo transporte integrado de voz dados e imagens com foco nas redes puacuteblicas de comunicaccedilatildeo Deve atender aos requisitos de tempoQoS para aplicaccedilotildees de voz

e de viacutedeo (versus o serviccedilo de melhor esforccedilo da Internet) Telefonia de ldquoproacutexima geraccedilatildeordquo fundamentos teacutecnicos no mundo da telefonia Comutaccedilatildeo de pacotes (pacotes de tamanho fixo chamados ldquoceacutelulasrdquo) usando circuitos virtuais

Modo de transferecircncia assiacutencrono ATM

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Camada de adaptaccedilatildeo apenas na borda de uma rede ATM Segmentaccedilatildeo e remontagem dos dados Grosseiramente anaacuteloga agrave camada de transporte da Internet

Camada ATM camada de ldquorederdquo Comutaccedilatildeo de ceacutelulas roteamento

Camada fiacutesica

Sistema final Sistema finalSwitch ATM Switch ATM

Arquitetura ATM

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Visatildeo transporte fim-a-fim ldquoATM de computador a computadorrdquo ATM eacute uma tecnologia de redeRealidade usada para conectar roteadores IP de backbone ldquoIP sobre ATMrdquo ATM como uma camada de enlace comutada conectando roteadores IP

ATM camada de rede ou de enlace

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Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL) ldquoadaptardquo camadas superiores (aplicaccedilotildees IP ou nativas ATM) para a camada ATM abaixo

AAL presente apenas nos sistemas finais natildeo nos comutadores ATM (ldquoswitchesrdquo)

O segmento da camada AAL (campo de cabeccedilalhotrailer e de dados) satildeo fragmentados em muacuteltiplas ceacutelulas ATM Analogia segmento TCP em muitos pacotes IP

Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL)

Sistema final Sistema finalSwitch ATM Switch ATM

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Diferentes versotildees da camada AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM AAL1 para serviccedilo CBR (taxa de bit constante) ex emulaccedilatildeo de circuitos AAL2 para serviccedilos VBR (taxa de bit variaacutevel) ex viacutedeo MPEG AAL5 para dados (ex datagramas IP)

AAL PDU

ceacutelula ATM

Dados de usuaacuterio

subcamadade convergecircncia

subcamadaSAR

Ceacutelula ATM

Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL)

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Serviccedilo transporte de ceacutelulas atraveacutes da rede ATM Anaacuteloga agrave camada de rede IP Serviccedilos muito diferentes da camada de rede IP

Arquiteturade rede

Internet

ATM

ATM

ATM

ATM

Modelo de serviccedilo

melhoresforccediloCBR

VBR

ABR

UBR

Banda

natildeo

taxaconstantetaxagarantidamiacutenimogarantidonatildeo

Perda

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Ordem

natildeo

sim

sim

sim

sim

Tempo

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Aviso decongestatildeo

natildeo (inferidopelas perdas)natildeo haacutecongestatildeonatildeo haacutecongestatildeosim

natildeo

Garantias

Camada ATM

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Transporte em VC ceacutelulas satildeo transportadas sobre VC da fonte ao destino Estabelecimento de conexatildeo necessaacuterio para cada chamada antes que o fluxo de dados possa ser iniciado Cada pacote transporta um identificador de VC (natildeo transporta o endereccedilo do destino) Cada comutador com caminho entre a fonte e o destino manteacutem o ldquoestadordquo para cada conexatildeo passante Recursos do enlace e do comutador (banda passante buffers) podem ser alocados por VC para obter um comportamento semelhante a um circuito fiacutesico

VCs permanentes (PVCs) Conexotildees de longa duraccedilatildeo Tipicamente rota ldquopermanenterdquo entre roteadores IP

VCs comutados (SVC) Dinamicamente criados numa base por chamada

Camadas ATM circuitos virtuais

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Vantagens do uso de circuitos virtuais no ATM Iacutendices de QoS garantidos para conexotildees mapeadas em

circuitos virtuais (banda passante atraso variacircncia de atraso)

Problemas no uso de circuitos virtuais O suporte de traacutefego datagrama eacute ineficiente Um PVC entre cada par origemdestino natildeo tem boa

escalabilidade (N2 conexotildees satildeo necessaacuterias) SVC introduz latecircncia de estabelecimento de conexatildeo e

atrasos de processamento para conexotildees de curta duraccedilatildeo

ATM VCs

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Cabeccedilalho da ceacutelula ATM com 5 bytes Carga uacutetil com 48-bytes

Por quecirc carga uacutetil pequena -gt pequeno atraso de criaccedilatildeo de ceacutelula para voz digitalizada

Meio do caminho entre 32 e 64 (compromisso)

cabeccedilalhoda ceacutelula

formato daceacutelula

3o bit no campo PTvalor 1 indica uacuteltima ceacutelula (AAL-indicate bit)

Camada ATM ceacutelula ATM

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VCI identificador de canal virtual Pode mudar de enlace para enlace atraveacutes da rede

PT tipo de carga uacutetil (ex ceacutelula RM versus ceacutelula de dados) CLP bit de prioridade de perda de ceacutelula

CLP = 1 implica ceacutelula de baixa prioridade pode ser descartada em caso de congestatildeo

HEC verificaccedilatildeo de erros no cabeccedilalho Verificaccedilatildeo ciacuteclica de erros

Cabeccedilalho da ceacutelula ATM

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A camada fiacutesica se compotildee de duas partes (subcamadas ) Subcamada de convergecircncia de transmissatildeo (TCS) adapta a camada

ATM acima agrave subcamada fiacutesica abaixo (PMD) Subcamada dependente do meio depende do tipo de meio fiacutesico que

estaacute sendo empregado

Funccedilotildees da TCS Geraccedilatildeo do checksum do cabeccedilalho 8 bits CRC Delineamento de ceacutelula Com uma subcamada PMD natildeo estruturada transmite ceacutelulas vazias

(ldquoidle cellsrdquo) quando natildeo haacute ceacutelulas de dados a enviar

Camada fiacutesica ATM

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Subcamada dependente do meio fiacutesico (PMD) SONETSDH estrutura de transmissatildeo de quadros (como um

container carregando bits) Sincronizaccedilatildeo de bits Particcedilotildees da banda passante (TDM) Vaacuterias velocidades OC1 = 5184 Mbps OC3 = 15552 Mbps OC12 = 62208 Mbps

T1T3 estrutura de transmissatildeo de quadros (velha hierarquia de telefonia 15 Mbps45 Mbps No Brasil usa-se a hierarquia europeacuteia E1E3 2 34 Mbps

Natildeo estruturada apenas ceacutelulas (ocupadasvazias)

Camada fiacutesica ATM

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Apenas IP claacutessico 3 ldquoredesrdquo (ex segmentos de LAN) Endereccedilos MAC (8023) e IP

IP sobre ATM Substitui ldquorederdquo (ex segmento

de LAN) com a rede ATM Endereccedilos ATM endereccedilos IP

redeATM

EthernetLANs

EthernetLANs

IP-sobre-ATM

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No endereccedilo de origem Camada IP encontra um mapeamento entre o endereccedilo IP e o endereccedilo de destino ATM (usando ARP) Passa o datagrama para a camada de adaptaccedilatildeo AAL5 AAL5 encapsula os dados segmenta em ceacutelulas e passa para a camada ATM

Rede ATM move a ceacutelula para o destino de acordo com o seu VC (circuito virtual)

No hospedeiro de destino AAL5 remonta o datagrama original a partir das ceacutelulas recebidas Se o CRC OK datagrama eacute passado ao IP

Viagem de um datagrama numa rede IP-sobre-ATM

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Questotildees Datagramas IP em ATM AAL5 PDUs Dos endereccedilos IP aos endereccedilos ATM

Da mesma forma que de endereccedilos IP para endereccedilos MAC 8023

redeATM

EthernetLANs

IP-sobre-ATM

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Objetivo inicial aumentar a velocidade de encaminhamento IP usando labels de tamanho fixo (em vez de endereccedilo IP) Mesma ideacuteia do meacutetodo de circuito virtual (VC) Mas o datagrama IP ainda manteacutem o endereccedilo IP

Multiprotocol label switching (MPLS)

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Roteador faz a funccedilatildeo de comutador de roacutetulo Pacotes encaminhados para interface de saiacuteda com base apenas no valor

do roacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP) Tabela de encaminhamento MPLS distinta das tabelas de encaminhamento IP

Protocolo de sinalizaccedilatildeo necessaacuterio para estabelecer o encaminhamento RSVP-TE Encaminhamento eacute possiacutevel por caminhos que o IP sozinho natildeo pode usar (ex roteamento de especificado pela origem) Use MPLS para engenharia de traacutefego

Deve coexistir com roteadores unicamente IP

Roteadores MPLS

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Tabelas de encaminhamento MPLS

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Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace Detecccedilatildeo de erros correccedilatildeo Compartilhando um canal broadcast acesso muacuteltiplo Endereccedilamento da camada de enlace

Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de vaacuterias tecnologias da camada de enlace Ethernet LANS comutadas PPP Redes virtualizadas como uma camada de enlace ATM MPLS

Resumo

Page 41: Capítulo 5 Redes de computadores e a Internet A camada de enlace e redes locais

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A cria o pacote IP com origem A destino B A usa ARP para obter o endereccedilo de camada fiacutesica de R correspondente ao

endereccedilo IP 111111111110 A cria um quadro Ethernet com o endereccedilo fiacutesico de R como destino o

quadro Ethernet conteacutem o datagrama IP de A para B A camada de enlace de A envia o quadroEthernet A camada de enlace de R recebe o quadro Ethernet R remove o datagrama IP do quadro Ethernet verifica que ele se destina a

B R usa ARP para obter o endereccedilo fiacutesico de B R cria quadro contendo um datagrama de A para B e envia para B

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A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo Barato R$20 por 100Mbps Primeira tecnologia de LAN largamente usada Mais simples e mais barata que LANs com token e ATM Velocidade crescente 10Mbps ndash 10Gbps

esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf

Ethernet

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Topologia de bus popular em meados dos anos 90 Agora a topologia em estrela prevalece Opccedilotildees de conexatildeo hub ou switch (mais adiante)

Topologia em estrela

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Adaptador do transmissor encapsula o datagrama IP (ou outro pacote de protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet

Preacircmbulo bull 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte com padratildeo 10101011bull usado para sincronizar as taxas de reloacutegio do transmissor e do receptor

Estrutura do quadro Ethernet

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Endereccedilos 6 bytes Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de destino coincidente ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa o dado no quadro para o protocolo da camada de rede

Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP mas outros podem ser suportados tais como Novell IPX e AppleTalk)

CRC verificado no receptor se um erro eacute detectado o quadro eacute simplesmente descartado

Estrutura do quadro Ethernet

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Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o receptor

Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou nacks para o adaptador transmissor O fluxo de datagramas que passa para a camada de rede pode deixar

lacunas Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCP Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas

Serviccedilo natildeo confiaacutevel sem conexatildeo

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Sem slots Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador

transmitindo isto eacute carrier sense O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador

transmitindo isto eacute collision detection Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo

aleatoacuterio isto eacute random access

Ethernet usa CSMACD

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1 Adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmitir o

quadro Se ele detecta o canal ocupado espera ateacute ele ficar livre e entatildeo transmite

3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo sua missatildeo com esse quadro estaacute cumprida

4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta e envia um jam signal

5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a m-eacutesima colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2m-1 O adaptador espera K512 tempos de bit e retorna ao passo 2

Algoritmo CSMACD da Ethernet

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Jam signal garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo 48 bitsBit time 1 microseg para Ethernet de 10 Mbpspara K=1023 o tempo de espera eacute cerca de 50 mseg

Veja o applet Java no Web site da AWL altamemte recomendadoExponential backoff Objetivo adaptar tentativas de retransmissatildeo para carga atual da rede

Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longa Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacute

K x 512 tempos de transmissatildeo de bit Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3hellip Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023

Ethernet CSMACD

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Tprop = propagaccedilatildeo maacutexima entre 2 noacutes na LAN

ttrans = tempo para transmitir um quadro de tamanho maacuteximo

Eficiecircncia tende a 1 quando tprop tende a 0

Tende a 1 quando ttrans tende ao infinito Muito melhor do que o ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato

transprop tt 51

1eficiecircncia

Eficiecircncia do CSMACD

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Taxa de 10100 Mbps chamado mais tarde de ldquofast ethernetrdquo T significa ldquoTwisted Pairrdquo (par de fios tranccedilados de cobre) Noacutes se conectam a um hub ldquotopologia em estrelardquo 100 m eacute a distacircncia

maacutexima entre os noacutes e o hub

10BaseT e 100BaseT

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Hubs satildeo essencialmente repetidores de camada fiacutesica Bits que chegam de um enlace se propagam para todos os outros enlaces Com a mesma taxa Natildeo possuem armazenagem de quadros Natildeo haacute CSMACD no hub adaptadores detectam colisotildees Provecirc funcionalidade de gerenciamento de rede

Hubs

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Usada em 10BaseT Cada bit possui uma transiccedilatildeo Permite que os reloacutegios nos noacutes de transmissatildeo e de recepccedilatildeo possam

sincronizar um com o outro Natildeo eacute necessaacuterio reloacutegio global centralizado entre os noacutes

Ei isso eacute coisa de camada fiacutesica

Codificaccedilatildeo Manchester

Codificaccedilatildeo Manchester

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Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeo Permite enlaces ponto-a-ponto e canais de muacuteltiplo acesso

compartilhados No modo compartilhado o CSMACD eacute usado exige pequenas

distacircncias entre os noacutes para ser eficiente Usa hubs chamados aqui de Distribuidores com Armazenagem

ldquoBuffered Distributorsrdquo Full-Duplex a 1 Gbps para enlaces ponto-a-ponto 10 Gbps agora

Gigabit Ethernet

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5 - 56copy 2005 by Pearson Education

A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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Hub de backbone interconecta segmentos de LAN Estende a distacircncia maacutexima entre os noacutes Mas domiacutenios de colisatildeo individuais tornam-se um uacutenico e grande

domiacutenio de colisatildeo Natildeo pode interconectar 10BaseT e 100BaseT

Interconexatildeo com hubs

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Dispositivo de camada de enlace Armazena e encaminha quadros Ethernet Examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o

quadro baseado no endereccedilo MAC de destino Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento

usa CSMACD para acessar o segmento Transparente

Hospedeiros satildeo inconscientes da presenccedila dos switches Plug-and-play self-learning (auto-aprendizado)

Switches natildeo precisam ser configurados

Switch

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Como determinar para qual segmento da LAN encaminhar o quadro Parece um problema de roteamento

Encaminhamento

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Um switch possui uma tabela de switch Entrada na tabela do switch

(endereccedilo MAC interface marca de tempo) Entradas expiradas na tabela satildeo decartadas (TTL pode ser 60 min)

Switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de suas interfaces Quando recebe um quadro o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento da LAN que chega Registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela

Self learning (auto-aprendizado)

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Quando um switch recebe um quadro

indexa a tabela do switch usando end MAC de destinoif entrada for encontrada para o destino

then if dest no segmento deste quadro chegou

then descarta o quadro else encaminha o quadro na interface indicada else flood

Encaminha para todas as interfacesexceto para a que o quadro chegou

Filtragemencaminhamento

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Suponha que C envia um quadro para D

Switch recebe o quadro de C Anota na tabela que C estaacute na interface 1 Como D natildeo estaacute na tabela o switch encaminha o quadro para as

interfaces 2 e 3 Quadro recebido por D

hub hub hub

switch

A

B CD

EF

G H

I

endereccedilo interface

ABEG

1123

12 3

Switch exemplo

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Suponha que D responde com um quadro para C

Switch recebe quadro de D Anota na tabela que D estaacute na interface 2 Como C estaacute na tabela o switch encaminha o quadro apenas para a

interface 1 Quadro recebido por C

hub hub hub

switch

A

B CD

EF

G H

I

endereccedilo interface

ABEGC

11231

Switch exemplo

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A instalaccedilatildeo do switch quebra as sub-redes em segmentos de LAN Switch filtra pacotes

Alguns quadros do mesmo segmento de LAN natildeo satildeo usualmente encaminhados para outros segmento de LAN

Segmentos se tornam separados em domiacutenios de colisatildeo

hub hub hub

switch

domiacutenio de colisatildeo domiacutenio de colisatildeo

domiacutenio de colisatildeo

Switch isolaccedilatildeo de traacutefego

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Switch com muitas interfaces Hospedeiros possuem conexatildeo direta ao switch Sem colisotildees full duplex

Switching A-para-Arsquo e B-para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees

Switches acesso dedicado

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Cut-through switching quadro encaminhado da porta de entrada ateacute a porta de saiacuteda sem ter de primeiro coletar o quadro todo Ligeira reduccedilatildeo na latecircncia

Combinaccedilotildees de interfaces 101001000 Mbps compartilhadasdedicadas

Mais sobre switches

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Redes corporativas

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Ambos satildeo dispositivos store-and-forward Roteadores dispositivos de camada de rede (examinam cabeccedilalhos

da camada de rede) Switches satildeo dispositivos da camada de enlace

Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam algoritmos de roteamento Switches mantecircm tabelas de switch implementam filtragem algoritmos de aprendizagem

Switches vs roteadores

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hubs roteadores switches

isolaccedilatildeo detraacutefego

natildeo sim sim

plug amp play sim natildeo sim

roteamentooacutetimo

natildeo sim natildeo

cutthrough

sim natildeo sim

Resumo comparaccedilatildeo

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A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace de broadcast Sem Media Access Control Natildeo necessita de endereccedilamento MAC expliacutecito Ex dialup link linha ISDN

Protocolos ponto-a-ponto DLC populares PPP (point-to-point protocol) HDLC High level data link control (camada de enlace costumava ser considerada ldquocamada altardquo na pilha de protocolos)

Controle de enlace de dados ponto-a-ponto

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Enquadramento de pacote encapsulamento do datagrama da camada de rede no quadro da camada de enlace Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolo de rede (natildeo apenas o IP) ao mesmo tempo Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo

Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo de bit no campo de dados

Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo) Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do enlace

para a camada de rede Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos terminais

do enlace podem aprender e configurar o endereccedilo de rede dos outros

PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]

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Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros Natildeo haacute controle de fluxo Aceita entregas fora de ordem Natildeo haacute necessidade de suportar enlaces multiponto (ex polling)

Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeo dos dados satildeo todos relegados para as camadas mais altas

PPP natildeo requisitos

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Flag delimitador (enquadramento) Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura) Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacuteltiplos campos de

controle Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o conteuacutedo do

quadro deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)

PPP formato do quadro

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info dados da camada superior sendo transportados CRC verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de erros

PPP formato dos dados

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Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de dados deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt01111110gt

P Se for recebido o padratildeo lt01111110gt satildeo dados ou eacute flag Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte extra com o padratildeo lt

01111101gt (escape) antes de cada byte com o padratildeo de flag lt 01111110gt nos dados

Receptor Um byte 01111101 seguido de 01111110 em seguida descarta o primeiro e continua a recepccedilatildeo de dados Uacutenico byte 01111110 entatildeo eacute um flag

Byte stuffing

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byte com o padratildeodo flag nos dados a enviar

byte com o padratildeo de escape acrescentado nos dados transmitidos seguido por um byte com padratildeo de flag

Byte stuffing

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Antes de trocar dados da camada de rede os parceiros da camada de enlace devem A configurar o enlace PPP (tamanho maacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo) Aprenderconfigurar as informaccedilotildees da camada de rede

Para o IP transportar mensagens do protocolo de controle IP (IPCP) (campo de protocolo 8021) para configuraraprender os

endereccedilos IP

PPP protocolo de controle de dados

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A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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Virtualizaccedilatildeo dos recursos uma poderosa abstraccedilatildeo em engenharia de sistemas Exemplos em computaccedilatildeo memoacuteria virtual dispositivos virtuais

Maacutequinas virtuais ex java IBM VM os dos anos 6070

Camada de abstraccedilotildees natildeo se apega a detalhes da camada mais baixa apenas trata com as camadas mais baixas abstratamente

Virtualizaccedilatildeo das redes

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1974 muacuteltiplas redes desconectadas ARPAnet redes de dados-sobre-cabo rede de pacote por sateacutelite (Aloha) rede de pacotes por raacutedio

hellip diferentes em convenccedilotildees de endereccedilamento formatos do pacote recuperaccedilatildeo de erros roteamento

Internet virtualizaccedilatildeo das redes

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Camada de rede da Internet (IP) Endereccedilamento internetwork

aparece como uma entidade uacutenica e uniforme escondendo a heterogeneidade das redes locais

Rede de redes

Gateway ldquoembute pacotes da Internet no

formato de um pacote local ou os extrairdquo

Rota (no niacutevel de internetwork) para o proacuteximo gateway

Internet virtualizaccedilatildeo das redes

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O que eacute virtualizado Duas camadas de endereccedilamento Internet e rede local Nova camada (IP) torna tudo homogecircneo na camada da Internet Tecnologia da rede local em questatildeo

Cabo Sateacutelite Modem telefocircnico de 56 K Hoje ATM MPLS

hellip ldquoinvisiacutevelrdquo na camada da Internet Parece com uma tecnologia de camada de enlace para o IP

Arquitetura da Internet de Cerf amp Kahn

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ATM MPLS redes separadas em seus proacuteprios direitos Modelos de serviccedilo endereccedilamento roteamento diferentes da Internet

Vistos pela Internet como um enlace loacutegico conectando roteadores IP Assim como o dialup link eacute realmente parte de uma rede separada

(rede telefocircnica)

ATM MPLS de interesse teacutecnico em seu proacuteprio direito

ATM e MPLS

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Padratildeo dos anos 8090 para altas taxas de transmissatildeo (155 Mbps a 622 Mbps e mais altas) arquitetura de Broadband Integrated Service Digital Network (B-ISDN)

Objetivo transporte integrado de voz dados e imagens com foco nas redes puacuteblicas de comunicaccedilatildeo Deve atender aos requisitos de tempoQoS para aplicaccedilotildees de voz

e de viacutedeo (versus o serviccedilo de melhor esforccedilo da Internet) Telefonia de ldquoproacutexima geraccedilatildeordquo fundamentos teacutecnicos no mundo da telefonia Comutaccedilatildeo de pacotes (pacotes de tamanho fixo chamados ldquoceacutelulasrdquo) usando circuitos virtuais

Modo de transferecircncia assiacutencrono ATM

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Camada de adaptaccedilatildeo apenas na borda de uma rede ATM Segmentaccedilatildeo e remontagem dos dados Grosseiramente anaacuteloga agrave camada de transporte da Internet

Camada ATM camada de ldquorederdquo Comutaccedilatildeo de ceacutelulas roteamento

Camada fiacutesica

Sistema final Sistema finalSwitch ATM Switch ATM

Arquitetura ATM

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Visatildeo transporte fim-a-fim ldquoATM de computador a computadorrdquo ATM eacute uma tecnologia de redeRealidade usada para conectar roteadores IP de backbone ldquoIP sobre ATMrdquo ATM como uma camada de enlace comutada conectando roteadores IP

ATM camada de rede ou de enlace

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Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL) ldquoadaptardquo camadas superiores (aplicaccedilotildees IP ou nativas ATM) para a camada ATM abaixo

AAL presente apenas nos sistemas finais natildeo nos comutadores ATM (ldquoswitchesrdquo)

O segmento da camada AAL (campo de cabeccedilalhotrailer e de dados) satildeo fragmentados em muacuteltiplas ceacutelulas ATM Analogia segmento TCP em muitos pacotes IP

Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL)

Sistema final Sistema finalSwitch ATM Switch ATM

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Diferentes versotildees da camada AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM AAL1 para serviccedilo CBR (taxa de bit constante) ex emulaccedilatildeo de circuitos AAL2 para serviccedilos VBR (taxa de bit variaacutevel) ex viacutedeo MPEG AAL5 para dados (ex datagramas IP)

AAL PDU

ceacutelula ATM

Dados de usuaacuterio

subcamadade convergecircncia

subcamadaSAR

Ceacutelula ATM

Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL)

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Serviccedilo transporte de ceacutelulas atraveacutes da rede ATM Anaacuteloga agrave camada de rede IP Serviccedilos muito diferentes da camada de rede IP

Arquiteturade rede

Internet

ATM

ATM

ATM

ATM

Modelo de serviccedilo

melhoresforccediloCBR

VBR

ABR

UBR

Banda

natildeo

taxaconstantetaxagarantidamiacutenimogarantidonatildeo

Perda

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Ordem

natildeo

sim

sim

sim

sim

Tempo

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Aviso decongestatildeo

natildeo (inferidopelas perdas)natildeo haacutecongestatildeonatildeo haacutecongestatildeosim

natildeo

Garantias

Camada ATM

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Transporte em VC ceacutelulas satildeo transportadas sobre VC da fonte ao destino Estabelecimento de conexatildeo necessaacuterio para cada chamada antes que o fluxo de dados possa ser iniciado Cada pacote transporta um identificador de VC (natildeo transporta o endereccedilo do destino) Cada comutador com caminho entre a fonte e o destino manteacutem o ldquoestadordquo para cada conexatildeo passante Recursos do enlace e do comutador (banda passante buffers) podem ser alocados por VC para obter um comportamento semelhante a um circuito fiacutesico

VCs permanentes (PVCs) Conexotildees de longa duraccedilatildeo Tipicamente rota ldquopermanenterdquo entre roteadores IP

VCs comutados (SVC) Dinamicamente criados numa base por chamada

Camadas ATM circuitos virtuais

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Vantagens do uso de circuitos virtuais no ATM Iacutendices de QoS garantidos para conexotildees mapeadas em

circuitos virtuais (banda passante atraso variacircncia de atraso)

Problemas no uso de circuitos virtuais O suporte de traacutefego datagrama eacute ineficiente Um PVC entre cada par origemdestino natildeo tem boa

escalabilidade (N2 conexotildees satildeo necessaacuterias) SVC introduz latecircncia de estabelecimento de conexatildeo e

atrasos de processamento para conexotildees de curta duraccedilatildeo

ATM VCs

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Cabeccedilalho da ceacutelula ATM com 5 bytes Carga uacutetil com 48-bytes

Por quecirc carga uacutetil pequena -gt pequeno atraso de criaccedilatildeo de ceacutelula para voz digitalizada

Meio do caminho entre 32 e 64 (compromisso)

cabeccedilalhoda ceacutelula

formato daceacutelula

3o bit no campo PTvalor 1 indica uacuteltima ceacutelula (AAL-indicate bit)

Camada ATM ceacutelula ATM

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VCI identificador de canal virtual Pode mudar de enlace para enlace atraveacutes da rede

PT tipo de carga uacutetil (ex ceacutelula RM versus ceacutelula de dados) CLP bit de prioridade de perda de ceacutelula

CLP = 1 implica ceacutelula de baixa prioridade pode ser descartada em caso de congestatildeo

HEC verificaccedilatildeo de erros no cabeccedilalho Verificaccedilatildeo ciacuteclica de erros

Cabeccedilalho da ceacutelula ATM

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A camada fiacutesica se compotildee de duas partes (subcamadas ) Subcamada de convergecircncia de transmissatildeo (TCS) adapta a camada

ATM acima agrave subcamada fiacutesica abaixo (PMD) Subcamada dependente do meio depende do tipo de meio fiacutesico que

estaacute sendo empregado

Funccedilotildees da TCS Geraccedilatildeo do checksum do cabeccedilalho 8 bits CRC Delineamento de ceacutelula Com uma subcamada PMD natildeo estruturada transmite ceacutelulas vazias

(ldquoidle cellsrdquo) quando natildeo haacute ceacutelulas de dados a enviar

Camada fiacutesica ATM

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Subcamada dependente do meio fiacutesico (PMD) SONETSDH estrutura de transmissatildeo de quadros (como um

container carregando bits) Sincronizaccedilatildeo de bits Particcedilotildees da banda passante (TDM) Vaacuterias velocidades OC1 = 5184 Mbps OC3 = 15552 Mbps OC12 = 62208 Mbps

T1T3 estrutura de transmissatildeo de quadros (velha hierarquia de telefonia 15 Mbps45 Mbps No Brasil usa-se a hierarquia europeacuteia E1E3 2 34 Mbps

Natildeo estruturada apenas ceacutelulas (ocupadasvazias)

Camada fiacutesica ATM

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Apenas IP claacutessico 3 ldquoredesrdquo (ex segmentos de LAN) Endereccedilos MAC (8023) e IP

IP sobre ATM Substitui ldquorederdquo (ex segmento

de LAN) com a rede ATM Endereccedilos ATM endereccedilos IP

redeATM

EthernetLANs

EthernetLANs

IP-sobre-ATM

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No endereccedilo de origem Camada IP encontra um mapeamento entre o endereccedilo IP e o endereccedilo de destino ATM (usando ARP) Passa o datagrama para a camada de adaptaccedilatildeo AAL5 AAL5 encapsula os dados segmenta em ceacutelulas e passa para a camada ATM

Rede ATM move a ceacutelula para o destino de acordo com o seu VC (circuito virtual)

No hospedeiro de destino AAL5 remonta o datagrama original a partir das ceacutelulas recebidas Se o CRC OK datagrama eacute passado ao IP

Viagem de um datagrama numa rede IP-sobre-ATM

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Questotildees Datagramas IP em ATM AAL5 PDUs Dos endereccedilos IP aos endereccedilos ATM

Da mesma forma que de endereccedilos IP para endereccedilos MAC 8023

redeATM

EthernetLANs

IP-sobre-ATM

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Objetivo inicial aumentar a velocidade de encaminhamento IP usando labels de tamanho fixo (em vez de endereccedilo IP) Mesma ideacuteia do meacutetodo de circuito virtual (VC) Mas o datagrama IP ainda manteacutem o endereccedilo IP

Multiprotocol label switching (MPLS)

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Roteador faz a funccedilatildeo de comutador de roacutetulo Pacotes encaminhados para interface de saiacuteda com base apenas no valor

do roacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP) Tabela de encaminhamento MPLS distinta das tabelas de encaminhamento IP

Protocolo de sinalizaccedilatildeo necessaacuterio para estabelecer o encaminhamento RSVP-TE Encaminhamento eacute possiacutevel por caminhos que o IP sozinho natildeo pode usar (ex roteamento de especificado pela origem) Use MPLS para engenharia de traacutefego

Deve coexistir com roteadores unicamente IP

Roteadores MPLS

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Tabelas de encaminhamento MPLS

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Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace Detecccedilatildeo de erros correccedilatildeo Compartilhando um canal broadcast acesso muacuteltiplo Endereccedilamento da camada de enlace

Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de vaacuterias tecnologias da camada de enlace Ethernet LANS comutadas PPP Redes virtualizadas como uma camada de enlace ATM MPLS

Resumo

Page 42: Capítulo 5 Redes de computadores e a Internet A camada de enlace e redes locais

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A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo Barato R$20 por 100Mbps Primeira tecnologia de LAN largamente usada Mais simples e mais barata que LANs com token e ATM Velocidade crescente 10Mbps ndash 10Gbps

esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf

Ethernet

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Topologia de bus popular em meados dos anos 90 Agora a topologia em estrela prevalece Opccedilotildees de conexatildeo hub ou switch (mais adiante)

Topologia em estrela

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Adaptador do transmissor encapsula o datagrama IP (ou outro pacote de protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet

Preacircmbulo bull 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte com padratildeo 10101011bull usado para sincronizar as taxas de reloacutegio do transmissor e do receptor

Estrutura do quadro Ethernet

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Endereccedilos 6 bytes Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de destino coincidente ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa o dado no quadro para o protocolo da camada de rede

Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP mas outros podem ser suportados tais como Novell IPX e AppleTalk)

CRC verificado no receptor se um erro eacute detectado o quadro eacute simplesmente descartado

Estrutura do quadro Ethernet

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Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o receptor

Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou nacks para o adaptador transmissor O fluxo de datagramas que passa para a camada de rede pode deixar

lacunas Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCP Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas

Serviccedilo natildeo confiaacutevel sem conexatildeo

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Sem slots Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador

transmitindo isto eacute carrier sense O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador

transmitindo isto eacute collision detection Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo

aleatoacuterio isto eacute random access

Ethernet usa CSMACD

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1 Adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmitir o

quadro Se ele detecta o canal ocupado espera ateacute ele ficar livre e entatildeo transmite

3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo sua missatildeo com esse quadro estaacute cumprida

4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta e envia um jam signal

5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a m-eacutesima colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2m-1 O adaptador espera K512 tempos de bit e retorna ao passo 2

Algoritmo CSMACD da Ethernet

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Jam signal garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo 48 bitsBit time 1 microseg para Ethernet de 10 Mbpspara K=1023 o tempo de espera eacute cerca de 50 mseg

Veja o applet Java no Web site da AWL altamemte recomendadoExponential backoff Objetivo adaptar tentativas de retransmissatildeo para carga atual da rede

Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longa Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacute

K x 512 tempos de transmissatildeo de bit Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3hellip Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023

Ethernet CSMACD

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Tprop = propagaccedilatildeo maacutexima entre 2 noacutes na LAN

ttrans = tempo para transmitir um quadro de tamanho maacuteximo

Eficiecircncia tende a 1 quando tprop tende a 0

Tende a 1 quando ttrans tende ao infinito Muito melhor do que o ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato

transprop tt 51

1eficiecircncia

Eficiecircncia do CSMACD

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Taxa de 10100 Mbps chamado mais tarde de ldquofast ethernetrdquo T significa ldquoTwisted Pairrdquo (par de fios tranccedilados de cobre) Noacutes se conectam a um hub ldquotopologia em estrelardquo 100 m eacute a distacircncia

maacutexima entre os noacutes e o hub

10BaseT e 100BaseT

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Hubs satildeo essencialmente repetidores de camada fiacutesica Bits que chegam de um enlace se propagam para todos os outros enlaces Com a mesma taxa Natildeo possuem armazenagem de quadros Natildeo haacute CSMACD no hub adaptadores detectam colisotildees Provecirc funcionalidade de gerenciamento de rede

Hubs

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Usada em 10BaseT Cada bit possui uma transiccedilatildeo Permite que os reloacutegios nos noacutes de transmissatildeo e de recepccedilatildeo possam

sincronizar um com o outro Natildeo eacute necessaacuterio reloacutegio global centralizado entre os noacutes

Ei isso eacute coisa de camada fiacutesica

Codificaccedilatildeo Manchester

Codificaccedilatildeo Manchester

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Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeo Permite enlaces ponto-a-ponto e canais de muacuteltiplo acesso

compartilhados No modo compartilhado o CSMACD eacute usado exige pequenas

distacircncias entre os noacutes para ser eficiente Usa hubs chamados aqui de Distribuidores com Armazenagem

ldquoBuffered Distributorsrdquo Full-Duplex a 1 Gbps para enlaces ponto-a-ponto 10 Gbps agora

Gigabit Ethernet

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A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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Hub de backbone interconecta segmentos de LAN Estende a distacircncia maacutexima entre os noacutes Mas domiacutenios de colisatildeo individuais tornam-se um uacutenico e grande

domiacutenio de colisatildeo Natildeo pode interconectar 10BaseT e 100BaseT

Interconexatildeo com hubs

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Dispositivo de camada de enlace Armazena e encaminha quadros Ethernet Examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o

quadro baseado no endereccedilo MAC de destino Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento

usa CSMACD para acessar o segmento Transparente

Hospedeiros satildeo inconscientes da presenccedila dos switches Plug-and-play self-learning (auto-aprendizado)

Switches natildeo precisam ser configurados

Switch

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Como determinar para qual segmento da LAN encaminhar o quadro Parece um problema de roteamento

Encaminhamento

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Um switch possui uma tabela de switch Entrada na tabela do switch

(endereccedilo MAC interface marca de tempo) Entradas expiradas na tabela satildeo decartadas (TTL pode ser 60 min)

Switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de suas interfaces Quando recebe um quadro o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento da LAN que chega Registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela

Self learning (auto-aprendizado)

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Quando um switch recebe um quadro

indexa a tabela do switch usando end MAC de destinoif entrada for encontrada para o destino

then if dest no segmento deste quadro chegou

then descarta o quadro else encaminha o quadro na interface indicada else flood

Encaminha para todas as interfacesexceto para a que o quadro chegou

Filtragemencaminhamento

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Suponha que C envia um quadro para D

Switch recebe o quadro de C Anota na tabela que C estaacute na interface 1 Como D natildeo estaacute na tabela o switch encaminha o quadro para as

interfaces 2 e 3 Quadro recebido por D

hub hub hub

switch

A

B CD

EF

G H

I

endereccedilo interface

ABEG

1123

12 3

Switch exemplo

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Suponha que D responde com um quadro para C

Switch recebe quadro de D Anota na tabela que D estaacute na interface 2 Como C estaacute na tabela o switch encaminha o quadro apenas para a

interface 1 Quadro recebido por C

hub hub hub

switch

A

B CD

EF

G H

I

endereccedilo interface

ABEGC

11231

Switch exemplo

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A instalaccedilatildeo do switch quebra as sub-redes em segmentos de LAN Switch filtra pacotes

Alguns quadros do mesmo segmento de LAN natildeo satildeo usualmente encaminhados para outros segmento de LAN

Segmentos se tornam separados em domiacutenios de colisatildeo

hub hub hub

switch

domiacutenio de colisatildeo domiacutenio de colisatildeo

domiacutenio de colisatildeo

Switch isolaccedilatildeo de traacutefego

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Switch com muitas interfaces Hospedeiros possuem conexatildeo direta ao switch Sem colisotildees full duplex

Switching A-para-Arsquo e B-para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees

Switches acesso dedicado

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Cut-through switching quadro encaminhado da porta de entrada ateacute a porta de saiacuteda sem ter de primeiro coletar o quadro todo Ligeira reduccedilatildeo na latecircncia

Combinaccedilotildees de interfaces 101001000 Mbps compartilhadasdedicadas

Mais sobre switches

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Redes corporativas

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Ambos satildeo dispositivos store-and-forward Roteadores dispositivos de camada de rede (examinam cabeccedilalhos

da camada de rede) Switches satildeo dispositivos da camada de enlace

Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam algoritmos de roteamento Switches mantecircm tabelas de switch implementam filtragem algoritmos de aprendizagem

Switches vs roteadores

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hubs roteadores switches

isolaccedilatildeo detraacutefego

natildeo sim sim

plug amp play sim natildeo sim

roteamentooacutetimo

natildeo sim natildeo

cutthrough

sim natildeo sim

Resumo comparaccedilatildeo

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A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace de broadcast Sem Media Access Control Natildeo necessita de endereccedilamento MAC expliacutecito Ex dialup link linha ISDN

Protocolos ponto-a-ponto DLC populares PPP (point-to-point protocol) HDLC High level data link control (camada de enlace costumava ser considerada ldquocamada altardquo na pilha de protocolos)

Controle de enlace de dados ponto-a-ponto

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Enquadramento de pacote encapsulamento do datagrama da camada de rede no quadro da camada de enlace Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolo de rede (natildeo apenas o IP) ao mesmo tempo Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo

Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo de bit no campo de dados

Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo) Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do enlace

para a camada de rede Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos terminais

do enlace podem aprender e configurar o endereccedilo de rede dos outros

PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]

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Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros Natildeo haacute controle de fluxo Aceita entregas fora de ordem Natildeo haacute necessidade de suportar enlaces multiponto (ex polling)

Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeo dos dados satildeo todos relegados para as camadas mais altas

PPP natildeo requisitos

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Flag delimitador (enquadramento) Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura) Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacuteltiplos campos de

controle Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o conteuacutedo do

quadro deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)

PPP formato do quadro

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info dados da camada superior sendo transportados CRC verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de erros

PPP formato dos dados

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Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de dados deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt01111110gt

P Se for recebido o padratildeo lt01111110gt satildeo dados ou eacute flag Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte extra com o padratildeo lt

01111101gt (escape) antes de cada byte com o padratildeo de flag lt 01111110gt nos dados

Receptor Um byte 01111101 seguido de 01111110 em seguida descarta o primeiro e continua a recepccedilatildeo de dados Uacutenico byte 01111110 entatildeo eacute um flag

Byte stuffing

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byte com o padratildeodo flag nos dados a enviar

byte com o padratildeo de escape acrescentado nos dados transmitidos seguido por um byte com padratildeo de flag

Byte stuffing

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Antes de trocar dados da camada de rede os parceiros da camada de enlace devem A configurar o enlace PPP (tamanho maacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo) Aprenderconfigurar as informaccedilotildees da camada de rede

Para o IP transportar mensagens do protocolo de controle IP (IPCP) (campo de protocolo 8021) para configuraraprender os

endereccedilos IP

PPP protocolo de controle de dados

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A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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Virtualizaccedilatildeo dos recursos uma poderosa abstraccedilatildeo em engenharia de sistemas Exemplos em computaccedilatildeo memoacuteria virtual dispositivos virtuais

Maacutequinas virtuais ex java IBM VM os dos anos 6070

Camada de abstraccedilotildees natildeo se apega a detalhes da camada mais baixa apenas trata com as camadas mais baixas abstratamente

Virtualizaccedilatildeo das redes

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1974 muacuteltiplas redes desconectadas ARPAnet redes de dados-sobre-cabo rede de pacote por sateacutelite (Aloha) rede de pacotes por raacutedio

hellip diferentes em convenccedilotildees de endereccedilamento formatos do pacote recuperaccedilatildeo de erros roteamento

Internet virtualizaccedilatildeo das redes

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Camada de rede da Internet (IP) Endereccedilamento internetwork

aparece como uma entidade uacutenica e uniforme escondendo a heterogeneidade das redes locais

Rede de redes

Gateway ldquoembute pacotes da Internet no

formato de um pacote local ou os extrairdquo

Rota (no niacutevel de internetwork) para o proacuteximo gateway

Internet virtualizaccedilatildeo das redes

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O que eacute virtualizado Duas camadas de endereccedilamento Internet e rede local Nova camada (IP) torna tudo homogecircneo na camada da Internet Tecnologia da rede local em questatildeo

Cabo Sateacutelite Modem telefocircnico de 56 K Hoje ATM MPLS

hellip ldquoinvisiacutevelrdquo na camada da Internet Parece com uma tecnologia de camada de enlace para o IP

Arquitetura da Internet de Cerf amp Kahn

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ATM MPLS redes separadas em seus proacuteprios direitos Modelos de serviccedilo endereccedilamento roteamento diferentes da Internet

Vistos pela Internet como um enlace loacutegico conectando roteadores IP Assim como o dialup link eacute realmente parte de uma rede separada

(rede telefocircnica)

ATM MPLS de interesse teacutecnico em seu proacuteprio direito

ATM e MPLS

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Padratildeo dos anos 8090 para altas taxas de transmissatildeo (155 Mbps a 622 Mbps e mais altas) arquitetura de Broadband Integrated Service Digital Network (B-ISDN)

Objetivo transporte integrado de voz dados e imagens com foco nas redes puacuteblicas de comunicaccedilatildeo Deve atender aos requisitos de tempoQoS para aplicaccedilotildees de voz

e de viacutedeo (versus o serviccedilo de melhor esforccedilo da Internet) Telefonia de ldquoproacutexima geraccedilatildeordquo fundamentos teacutecnicos no mundo da telefonia Comutaccedilatildeo de pacotes (pacotes de tamanho fixo chamados ldquoceacutelulasrdquo) usando circuitos virtuais

Modo de transferecircncia assiacutencrono ATM

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Camada de adaptaccedilatildeo apenas na borda de uma rede ATM Segmentaccedilatildeo e remontagem dos dados Grosseiramente anaacuteloga agrave camada de transporte da Internet

Camada ATM camada de ldquorederdquo Comutaccedilatildeo de ceacutelulas roteamento

Camada fiacutesica

Sistema final Sistema finalSwitch ATM Switch ATM

Arquitetura ATM

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Visatildeo transporte fim-a-fim ldquoATM de computador a computadorrdquo ATM eacute uma tecnologia de redeRealidade usada para conectar roteadores IP de backbone ldquoIP sobre ATMrdquo ATM como uma camada de enlace comutada conectando roteadores IP

ATM camada de rede ou de enlace

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Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL) ldquoadaptardquo camadas superiores (aplicaccedilotildees IP ou nativas ATM) para a camada ATM abaixo

AAL presente apenas nos sistemas finais natildeo nos comutadores ATM (ldquoswitchesrdquo)

O segmento da camada AAL (campo de cabeccedilalhotrailer e de dados) satildeo fragmentados em muacuteltiplas ceacutelulas ATM Analogia segmento TCP em muitos pacotes IP

Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL)

Sistema final Sistema finalSwitch ATM Switch ATM

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Diferentes versotildees da camada AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM AAL1 para serviccedilo CBR (taxa de bit constante) ex emulaccedilatildeo de circuitos AAL2 para serviccedilos VBR (taxa de bit variaacutevel) ex viacutedeo MPEG AAL5 para dados (ex datagramas IP)

AAL PDU

ceacutelula ATM

Dados de usuaacuterio

subcamadade convergecircncia

subcamadaSAR

Ceacutelula ATM

Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL)

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Serviccedilo transporte de ceacutelulas atraveacutes da rede ATM Anaacuteloga agrave camada de rede IP Serviccedilos muito diferentes da camada de rede IP

Arquiteturade rede

Internet

ATM

ATM

ATM

ATM

Modelo de serviccedilo

melhoresforccediloCBR

VBR

ABR

UBR

Banda

natildeo

taxaconstantetaxagarantidamiacutenimogarantidonatildeo

Perda

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Ordem

natildeo

sim

sim

sim

sim

Tempo

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Aviso decongestatildeo

natildeo (inferidopelas perdas)natildeo haacutecongestatildeonatildeo haacutecongestatildeosim

natildeo

Garantias

Camada ATM

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Transporte em VC ceacutelulas satildeo transportadas sobre VC da fonte ao destino Estabelecimento de conexatildeo necessaacuterio para cada chamada antes que o fluxo de dados possa ser iniciado Cada pacote transporta um identificador de VC (natildeo transporta o endereccedilo do destino) Cada comutador com caminho entre a fonte e o destino manteacutem o ldquoestadordquo para cada conexatildeo passante Recursos do enlace e do comutador (banda passante buffers) podem ser alocados por VC para obter um comportamento semelhante a um circuito fiacutesico

VCs permanentes (PVCs) Conexotildees de longa duraccedilatildeo Tipicamente rota ldquopermanenterdquo entre roteadores IP

VCs comutados (SVC) Dinamicamente criados numa base por chamada

Camadas ATM circuitos virtuais

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Vantagens do uso de circuitos virtuais no ATM Iacutendices de QoS garantidos para conexotildees mapeadas em

circuitos virtuais (banda passante atraso variacircncia de atraso)

Problemas no uso de circuitos virtuais O suporte de traacutefego datagrama eacute ineficiente Um PVC entre cada par origemdestino natildeo tem boa

escalabilidade (N2 conexotildees satildeo necessaacuterias) SVC introduz latecircncia de estabelecimento de conexatildeo e

atrasos de processamento para conexotildees de curta duraccedilatildeo

ATM VCs

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Cabeccedilalho da ceacutelula ATM com 5 bytes Carga uacutetil com 48-bytes

Por quecirc carga uacutetil pequena -gt pequeno atraso de criaccedilatildeo de ceacutelula para voz digitalizada

Meio do caminho entre 32 e 64 (compromisso)

cabeccedilalhoda ceacutelula

formato daceacutelula

3o bit no campo PTvalor 1 indica uacuteltima ceacutelula (AAL-indicate bit)

Camada ATM ceacutelula ATM

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VCI identificador de canal virtual Pode mudar de enlace para enlace atraveacutes da rede

PT tipo de carga uacutetil (ex ceacutelula RM versus ceacutelula de dados) CLP bit de prioridade de perda de ceacutelula

CLP = 1 implica ceacutelula de baixa prioridade pode ser descartada em caso de congestatildeo

HEC verificaccedilatildeo de erros no cabeccedilalho Verificaccedilatildeo ciacuteclica de erros

Cabeccedilalho da ceacutelula ATM

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A camada fiacutesica se compotildee de duas partes (subcamadas ) Subcamada de convergecircncia de transmissatildeo (TCS) adapta a camada

ATM acima agrave subcamada fiacutesica abaixo (PMD) Subcamada dependente do meio depende do tipo de meio fiacutesico que

estaacute sendo empregado

Funccedilotildees da TCS Geraccedilatildeo do checksum do cabeccedilalho 8 bits CRC Delineamento de ceacutelula Com uma subcamada PMD natildeo estruturada transmite ceacutelulas vazias

(ldquoidle cellsrdquo) quando natildeo haacute ceacutelulas de dados a enviar

Camada fiacutesica ATM

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Subcamada dependente do meio fiacutesico (PMD) SONETSDH estrutura de transmissatildeo de quadros (como um

container carregando bits) Sincronizaccedilatildeo de bits Particcedilotildees da banda passante (TDM) Vaacuterias velocidades OC1 = 5184 Mbps OC3 = 15552 Mbps OC12 = 62208 Mbps

T1T3 estrutura de transmissatildeo de quadros (velha hierarquia de telefonia 15 Mbps45 Mbps No Brasil usa-se a hierarquia europeacuteia E1E3 2 34 Mbps

Natildeo estruturada apenas ceacutelulas (ocupadasvazias)

Camada fiacutesica ATM

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Apenas IP claacutessico 3 ldquoredesrdquo (ex segmentos de LAN) Endereccedilos MAC (8023) e IP

IP sobre ATM Substitui ldquorederdquo (ex segmento

de LAN) com a rede ATM Endereccedilos ATM endereccedilos IP

redeATM

EthernetLANs

EthernetLANs

IP-sobre-ATM

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No endereccedilo de origem Camada IP encontra um mapeamento entre o endereccedilo IP e o endereccedilo de destino ATM (usando ARP) Passa o datagrama para a camada de adaptaccedilatildeo AAL5 AAL5 encapsula os dados segmenta em ceacutelulas e passa para a camada ATM

Rede ATM move a ceacutelula para o destino de acordo com o seu VC (circuito virtual)

No hospedeiro de destino AAL5 remonta o datagrama original a partir das ceacutelulas recebidas Se o CRC OK datagrama eacute passado ao IP

Viagem de um datagrama numa rede IP-sobre-ATM

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Questotildees Datagramas IP em ATM AAL5 PDUs Dos endereccedilos IP aos endereccedilos ATM

Da mesma forma que de endereccedilos IP para endereccedilos MAC 8023

redeATM

EthernetLANs

IP-sobre-ATM

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Objetivo inicial aumentar a velocidade de encaminhamento IP usando labels de tamanho fixo (em vez de endereccedilo IP) Mesma ideacuteia do meacutetodo de circuito virtual (VC) Mas o datagrama IP ainda manteacutem o endereccedilo IP

Multiprotocol label switching (MPLS)

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Roteador faz a funccedilatildeo de comutador de roacutetulo Pacotes encaminhados para interface de saiacuteda com base apenas no valor

do roacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP) Tabela de encaminhamento MPLS distinta das tabelas de encaminhamento IP

Protocolo de sinalizaccedilatildeo necessaacuterio para estabelecer o encaminhamento RSVP-TE Encaminhamento eacute possiacutevel por caminhos que o IP sozinho natildeo pode usar (ex roteamento de especificado pela origem) Use MPLS para engenharia de traacutefego

Deve coexistir com roteadores unicamente IP

Roteadores MPLS

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Tabelas de encaminhamento MPLS

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Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace Detecccedilatildeo de erros correccedilatildeo Compartilhando um canal broadcast acesso muacuteltiplo Endereccedilamento da camada de enlace

Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de vaacuterias tecnologias da camada de enlace Ethernet LANS comutadas PPP Redes virtualizadas como uma camada de enlace ATM MPLS

Resumo

Page 43: Capítulo 5 Redes de computadores e a Internet A camada de enlace e redes locais

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Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo Barato R$20 por 100Mbps Primeira tecnologia de LAN largamente usada Mais simples e mais barata que LANs com token e ATM Velocidade crescente 10Mbps ndash 10Gbps

esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf

Ethernet

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Topologia de bus popular em meados dos anos 90 Agora a topologia em estrela prevalece Opccedilotildees de conexatildeo hub ou switch (mais adiante)

Topologia em estrela

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Adaptador do transmissor encapsula o datagrama IP (ou outro pacote de protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet

Preacircmbulo bull 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte com padratildeo 10101011bull usado para sincronizar as taxas de reloacutegio do transmissor e do receptor

Estrutura do quadro Ethernet

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Endereccedilos 6 bytes Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de destino coincidente ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa o dado no quadro para o protocolo da camada de rede

Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP mas outros podem ser suportados tais como Novell IPX e AppleTalk)

CRC verificado no receptor se um erro eacute detectado o quadro eacute simplesmente descartado

Estrutura do quadro Ethernet

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Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o receptor

Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou nacks para o adaptador transmissor O fluxo de datagramas que passa para a camada de rede pode deixar

lacunas Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCP Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas

Serviccedilo natildeo confiaacutevel sem conexatildeo

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Sem slots Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador

transmitindo isto eacute carrier sense O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador

transmitindo isto eacute collision detection Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo

aleatoacuterio isto eacute random access

Ethernet usa CSMACD

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1 Adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmitir o

quadro Se ele detecta o canal ocupado espera ateacute ele ficar livre e entatildeo transmite

3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo sua missatildeo com esse quadro estaacute cumprida

4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta e envia um jam signal

5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a m-eacutesima colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2m-1 O adaptador espera K512 tempos de bit e retorna ao passo 2

Algoritmo CSMACD da Ethernet

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Jam signal garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo 48 bitsBit time 1 microseg para Ethernet de 10 Mbpspara K=1023 o tempo de espera eacute cerca de 50 mseg

Veja o applet Java no Web site da AWL altamemte recomendadoExponential backoff Objetivo adaptar tentativas de retransmissatildeo para carga atual da rede

Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longa Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacute

K x 512 tempos de transmissatildeo de bit Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3hellip Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023

Ethernet CSMACD

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Tprop = propagaccedilatildeo maacutexima entre 2 noacutes na LAN

ttrans = tempo para transmitir um quadro de tamanho maacuteximo

Eficiecircncia tende a 1 quando tprop tende a 0

Tende a 1 quando ttrans tende ao infinito Muito melhor do que o ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato

transprop tt 51

1eficiecircncia

Eficiecircncia do CSMACD

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Taxa de 10100 Mbps chamado mais tarde de ldquofast ethernetrdquo T significa ldquoTwisted Pairrdquo (par de fios tranccedilados de cobre) Noacutes se conectam a um hub ldquotopologia em estrelardquo 100 m eacute a distacircncia

maacutexima entre os noacutes e o hub

10BaseT e 100BaseT

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Hubs satildeo essencialmente repetidores de camada fiacutesica Bits que chegam de um enlace se propagam para todos os outros enlaces Com a mesma taxa Natildeo possuem armazenagem de quadros Natildeo haacute CSMACD no hub adaptadores detectam colisotildees Provecirc funcionalidade de gerenciamento de rede

Hubs

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Usada em 10BaseT Cada bit possui uma transiccedilatildeo Permite que os reloacutegios nos noacutes de transmissatildeo e de recepccedilatildeo possam

sincronizar um com o outro Natildeo eacute necessaacuterio reloacutegio global centralizado entre os noacutes

Ei isso eacute coisa de camada fiacutesica

Codificaccedilatildeo Manchester

Codificaccedilatildeo Manchester

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Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeo Permite enlaces ponto-a-ponto e canais de muacuteltiplo acesso

compartilhados No modo compartilhado o CSMACD eacute usado exige pequenas

distacircncias entre os noacutes para ser eficiente Usa hubs chamados aqui de Distribuidores com Armazenagem

ldquoBuffered Distributorsrdquo Full-Duplex a 1 Gbps para enlaces ponto-a-ponto 10 Gbps agora

Gigabit Ethernet

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A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

5

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Hub de backbone interconecta segmentos de LAN Estende a distacircncia maacutexima entre os noacutes Mas domiacutenios de colisatildeo individuais tornam-se um uacutenico e grande

domiacutenio de colisatildeo Natildeo pode interconectar 10BaseT e 100BaseT

Interconexatildeo com hubs

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Dispositivo de camada de enlace Armazena e encaminha quadros Ethernet Examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o

quadro baseado no endereccedilo MAC de destino Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento

usa CSMACD para acessar o segmento Transparente

Hospedeiros satildeo inconscientes da presenccedila dos switches Plug-and-play self-learning (auto-aprendizado)

Switches natildeo precisam ser configurados

Switch

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Como determinar para qual segmento da LAN encaminhar o quadro Parece um problema de roteamento

Encaminhamento

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Um switch possui uma tabela de switch Entrada na tabela do switch

(endereccedilo MAC interface marca de tempo) Entradas expiradas na tabela satildeo decartadas (TTL pode ser 60 min)

Switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de suas interfaces Quando recebe um quadro o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento da LAN que chega Registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela

Self learning (auto-aprendizado)

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Quando um switch recebe um quadro

indexa a tabela do switch usando end MAC de destinoif entrada for encontrada para o destino

then if dest no segmento deste quadro chegou

then descarta o quadro else encaminha o quadro na interface indicada else flood

Encaminha para todas as interfacesexceto para a que o quadro chegou

Filtragemencaminhamento

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Suponha que C envia um quadro para D

Switch recebe o quadro de C Anota na tabela que C estaacute na interface 1 Como D natildeo estaacute na tabela o switch encaminha o quadro para as

interfaces 2 e 3 Quadro recebido por D

hub hub hub

switch

A

B CD

EF

G H

I

endereccedilo interface

ABEG

1123

12 3

Switch exemplo

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Suponha que D responde com um quadro para C

Switch recebe quadro de D Anota na tabela que D estaacute na interface 2 Como C estaacute na tabela o switch encaminha o quadro apenas para a

interface 1 Quadro recebido por C

hub hub hub

switch

A

B CD

EF

G H

I

endereccedilo interface

ABEGC

11231

Switch exemplo

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A instalaccedilatildeo do switch quebra as sub-redes em segmentos de LAN Switch filtra pacotes

Alguns quadros do mesmo segmento de LAN natildeo satildeo usualmente encaminhados para outros segmento de LAN

Segmentos se tornam separados em domiacutenios de colisatildeo

hub hub hub

switch

domiacutenio de colisatildeo domiacutenio de colisatildeo

domiacutenio de colisatildeo

Switch isolaccedilatildeo de traacutefego

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Switch com muitas interfaces Hospedeiros possuem conexatildeo direta ao switch Sem colisotildees full duplex

Switching A-para-Arsquo e B-para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees

Switches acesso dedicado

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Cut-through switching quadro encaminhado da porta de entrada ateacute a porta de saiacuteda sem ter de primeiro coletar o quadro todo Ligeira reduccedilatildeo na latecircncia

Combinaccedilotildees de interfaces 101001000 Mbps compartilhadasdedicadas

Mais sobre switches

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Redes corporativas

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Ambos satildeo dispositivos store-and-forward Roteadores dispositivos de camada de rede (examinam cabeccedilalhos

da camada de rede) Switches satildeo dispositivos da camada de enlace

Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam algoritmos de roteamento Switches mantecircm tabelas de switch implementam filtragem algoritmos de aprendizagem

Switches vs roteadores

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hubs roteadores switches

isolaccedilatildeo detraacutefego

natildeo sim sim

plug amp play sim natildeo sim

roteamentooacutetimo

natildeo sim natildeo

cutthrough

sim natildeo sim

Resumo comparaccedilatildeo

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A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace de broadcast Sem Media Access Control Natildeo necessita de endereccedilamento MAC expliacutecito Ex dialup link linha ISDN

Protocolos ponto-a-ponto DLC populares PPP (point-to-point protocol) HDLC High level data link control (camada de enlace costumava ser considerada ldquocamada altardquo na pilha de protocolos)

Controle de enlace de dados ponto-a-ponto

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Enquadramento de pacote encapsulamento do datagrama da camada de rede no quadro da camada de enlace Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolo de rede (natildeo apenas o IP) ao mesmo tempo Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo

Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo de bit no campo de dados

Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo) Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do enlace

para a camada de rede Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos terminais

do enlace podem aprender e configurar o endereccedilo de rede dos outros

PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]

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Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros Natildeo haacute controle de fluxo Aceita entregas fora de ordem Natildeo haacute necessidade de suportar enlaces multiponto (ex polling)

Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeo dos dados satildeo todos relegados para as camadas mais altas

PPP natildeo requisitos

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Flag delimitador (enquadramento) Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura) Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacuteltiplos campos de

controle Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o conteuacutedo do

quadro deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)

PPP formato do quadro

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info dados da camada superior sendo transportados CRC verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de erros

PPP formato dos dados

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Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de dados deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt01111110gt

P Se for recebido o padratildeo lt01111110gt satildeo dados ou eacute flag Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte extra com o padratildeo lt

01111101gt (escape) antes de cada byte com o padratildeo de flag lt 01111110gt nos dados

Receptor Um byte 01111101 seguido de 01111110 em seguida descarta o primeiro e continua a recepccedilatildeo de dados Uacutenico byte 01111110 entatildeo eacute um flag

Byte stuffing

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byte com o padratildeodo flag nos dados a enviar

byte com o padratildeo de escape acrescentado nos dados transmitidos seguido por um byte com padratildeo de flag

Byte stuffing

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Antes de trocar dados da camada de rede os parceiros da camada de enlace devem A configurar o enlace PPP (tamanho maacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo) Aprenderconfigurar as informaccedilotildees da camada de rede

Para o IP transportar mensagens do protocolo de controle IP (IPCP) (campo de protocolo 8021) para configuraraprender os

endereccedilos IP

PPP protocolo de controle de dados

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A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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Virtualizaccedilatildeo dos recursos uma poderosa abstraccedilatildeo em engenharia de sistemas Exemplos em computaccedilatildeo memoacuteria virtual dispositivos virtuais

Maacutequinas virtuais ex java IBM VM os dos anos 6070

Camada de abstraccedilotildees natildeo se apega a detalhes da camada mais baixa apenas trata com as camadas mais baixas abstratamente

Virtualizaccedilatildeo das redes

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1974 muacuteltiplas redes desconectadas ARPAnet redes de dados-sobre-cabo rede de pacote por sateacutelite (Aloha) rede de pacotes por raacutedio

hellip diferentes em convenccedilotildees de endereccedilamento formatos do pacote recuperaccedilatildeo de erros roteamento

Internet virtualizaccedilatildeo das redes

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Camada de rede da Internet (IP) Endereccedilamento internetwork

aparece como uma entidade uacutenica e uniforme escondendo a heterogeneidade das redes locais

Rede de redes

Gateway ldquoembute pacotes da Internet no

formato de um pacote local ou os extrairdquo

Rota (no niacutevel de internetwork) para o proacuteximo gateway

Internet virtualizaccedilatildeo das redes

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O que eacute virtualizado Duas camadas de endereccedilamento Internet e rede local Nova camada (IP) torna tudo homogecircneo na camada da Internet Tecnologia da rede local em questatildeo

Cabo Sateacutelite Modem telefocircnico de 56 K Hoje ATM MPLS

hellip ldquoinvisiacutevelrdquo na camada da Internet Parece com uma tecnologia de camada de enlace para o IP

Arquitetura da Internet de Cerf amp Kahn

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ATM MPLS redes separadas em seus proacuteprios direitos Modelos de serviccedilo endereccedilamento roteamento diferentes da Internet

Vistos pela Internet como um enlace loacutegico conectando roteadores IP Assim como o dialup link eacute realmente parte de uma rede separada

(rede telefocircnica)

ATM MPLS de interesse teacutecnico em seu proacuteprio direito

ATM e MPLS

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Padratildeo dos anos 8090 para altas taxas de transmissatildeo (155 Mbps a 622 Mbps e mais altas) arquitetura de Broadband Integrated Service Digital Network (B-ISDN)

Objetivo transporte integrado de voz dados e imagens com foco nas redes puacuteblicas de comunicaccedilatildeo Deve atender aos requisitos de tempoQoS para aplicaccedilotildees de voz

e de viacutedeo (versus o serviccedilo de melhor esforccedilo da Internet) Telefonia de ldquoproacutexima geraccedilatildeordquo fundamentos teacutecnicos no mundo da telefonia Comutaccedilatildeo de pacotes (pacotes de tamanho fixo chamados ldquoceacutelulasrdquo) usando circuitos virtuais

Modo de transferecircncia assiacutencrono ATM

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Camada de adaptaccedilatildeo apenas na borda de uma rede ATM Segmentaccedilatildeo e remontagem dos dados Grosseiramente anaacuteloga agrave camada de transporte da Internet

Camada ATM camada de ldquorederdquo Comutaccedilatildeo de ceacutelulas roteamento

Camada fiacutesica

Sistema final Sistema finalSwitch ATM Switch ATM

Arquitetura ATM

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Visatildeo transporte fim-a-fim ldquoATM de computador a computadorrdquo ATM eacute uma tecnologia de redeRealidade usada para conectar roteadores IP de backbone ldquoIP sobre ATMrdquo ATM como uma camada de enlace comutada conectando roteadores IP

ATM camada de rede ou de enlace

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Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL) ldquoadaptardquo camadas superiores (aplicaccedilotildees IP ou nativas ATM) para a camada ATM abaixo

AAL presente apenas nos sistemas finais natildeo nos comutadores ATM (ldquoswitchesrdquo)

O segmento da camada AAL (campo de cabeccedilalhotrailer e de dados) satildeo fragmentados em muacuteltiplas ceacutelulas ATM Analogia segmento TCP em muitos pacotes IP

Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL)

Sistema final Sistema finalSwitch ATM Switch ATM

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Diferentes versotildees da camada AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM AAL1 para serviccedilo CBR (taxa de bit constante) ex emulaccedilatildeo de circuitos AAL2 para serviccedilos VBR (taxa de bit variaacutevel) ex viacutedeo MPEG AAL5 para dados (ex datagramas IP)

AAL PDU

ceacutelula ATM

Dados de usuaacuterio

subcamadade convergecircncia

subcamadaSAR

Ceacutelula ATM

Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL)

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Serviccedilo transporte de ceacutelulas atraveacutes da rede ATM Anaacuteloga agrave camada de rede IP Serviccedilos muito diferentes da camada de rede IP

Arquiteturade rede

Internet

ATM

ATM

ATM

ATM

Modelo de serviccedilo

melhoresforccediloCBR

VBR

ABR

UBR

Banda

natildeo

taxaconstantetaxagarantidamiacutenimogarantidonatildeo

Perda

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Ordem

natildeo

sim

sim

sim

sim

Tempo

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Aviso decongestatildeo

natildeo (inferidopelas perdas)natildeo haacutecongestatildeonatildeo haacutecongestatildeosim

natildeo

Garantias

Camada ATM

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Transporte em VC ceacutelulas satildeo transportadas sobre VC da fonte ao destino Estabelecimento de conexatildeo necessaacuterio para cada chamada antes que o fluxo de dados possa ser iniciado Cada pacote transporta um identificador de VC (natildeo transporta o endereccedilo do destino) Cada comutador com caminho entre a fonte e o destino manteacutem o ldquoestadordquo para cada conexatildeo passante Recursos do enlace e do comutador (banda passante buffers) podem ser alocados por VC para obter um comportamento semelhante a um circuito fiacutesico

VCs permanentes (PVCs) Conexotildees de longa duraccedilatildeo Tipicamente rota ldquopermanenterdquo entre roteadores IP

VCs comutados (SVC) Dinamicamente criados numa base por chamada

Camadas ATM circuitos virtuais

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Vantagens do uso de circuitos virtuais no ATM Iacutendices de QoS garantidos para conexotildees mapeadas em

circuitos virtuais (banda passante atraso variacircncia de atraso)

Problemas no uso de circuitos virtuais O suporte de traacutefego datagrama eacute ineficiente Um PVC entre cada par origemdestino natildeo tem boa

escalabilidade (N2 conexotildees satildeo necessaacuterias) SVC introduz latecircncia de estabelecimento de conexatildeo e

atrasos de processamento para conexotildees de curta duraccedilatildeo

ATM VCs

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Cabeccedilalho da ceacutelula ATM com 5 bytes Carga uacutetil com 48-bytes

Por quecirc carga uacutetil pequena -gt pequeno atraso de criaccedilatildeo de ceacutelula para voz digitalizada

Meio do caminho entre 32 e 64 (compromisso)

cabeccedilalhoda ceacutelula

formato daceacutelula

3o bit no campo PTvalor 1 indica uacuteltima ceacutelula (AAL-indicate bit)

Camada ATM ceacutelula ATM

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VCI identificador de canal virtual Pode mudar de enlace para enlace atraveacutes da rede

PT tipo de carga uacutetil (ex ceacutelula RM versus ceacutelula de dados) CLP bit de prioridade de perda de ceacutelula

CLP = 1 implica ceacutelula de baixa prioridade pode ser descartada em caso de congestatildeo

HEC verificaccedilatildeo de erros no cabeccedilalho Verificaccedilatildeo ciacuteclica de erros

Cabeccedilalho da ceacutelula ATM

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A camada fiacutesica se compotildee de duas partes (subcamadas ) Subcamada de convergecircncia de transmissatildeo (TCS) adapta a camada

ATM acima agrave subcamada fiacutesica abaixo (PMD) Subcamada dependente do meio depende do tipo de meio fiacutesico que

estaacute sendo empregado

Funccedilotildees da TCS Geraccedilatildeo do checksum do cabeccedilalho 8 bits CRC Delineamento de ceacutelula Com uma subcamada PMD natildeo estruturada transmite ceacutelulas vazias

(ldquoidle cellsrdquo) quando natildeo haacute ceacutelulas de dados a enviar

Camada fiacutesica ATM

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Subcamada dependente do meio fiacutesico (PMD) SONETSDH estrutura de transmissatildeo de quadros (como um

container carregando bits) Sincronizaccedilatildeo de bits Particcedilotildees da banda passante (TDM) Vaacuterias velocidades OC1 = 5184 Mbps OC3 = 15552 Mbps OC12 = 62208 Mbps

T1T3 estrutura de transmissatildeo de quadros (velha hierarquia de telefonia 15 Mbps45 Mbps No Brasil usa-se a hierarquia europeacuteia E1E3 2 34 Mbps

Natildeo estruturada apenas ceacutelulas (ocupadasvazias)

Camada fiacutesica ATM

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Apenas IP claacutessico 3 ldquoredesrdquo (ex segmentos de LAN) Endereccedilos MAC (8023) e IP

IP sobre ATM Substitui ldquorederdquo (ex segmento

de LAN) com a rede ATM Endereccedilos ATM endereccedilos IP

redeATM

EthernetLANs

EthernetLANs

IP-sobre-ATM

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No endereccedilo de origem Camada IP encontra um mapeamento entre o endereccedilo IP e o endereccedilo de destino ATM (usando ARP) Passa o datagrama para a camada de adaptaccedilatildeo AAL5 AAL5 encapsula os dados segmenta em ceacutelulas e passa para a camada ATM

Rede ATM move a ceacutelula para o destino de acordo com o seu VC (circuito virtual)

No hospedeiro de destino AAL5 remonta o datagrama original a partir das ceacutelulas recebidas Se o CRC OK datagrama eacute passado ao IP

Viagem de um datagrama numa rede IP-sobre-ATM

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Questotildees Datagramas IP em ATM AAL5 PDUs Dos endereccedilos IP aos endereccedilos ATM

Da mesma forma que de endereccedilos IP para endereccedilos MAC 8023

redeATM

EthernetLANs

IP-sobre-ATM

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Objetivo inicial aumentar a velocidade de encaminhamento IP usando labels de tamanho fixo (em vez de endereccedilo IP) Mesma ideacuteia do meacutetodo de circuito virtual (VC) Mas o datagrama IP ainda manteacutem o endereccedilo IP

Multiprotocol label switching (MPLS)

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Roteador faz a funccedilatildeo de comutador de roacutetulo Pacotes encaminhados para interface de saiacuteda com base apenas no valor

do roacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP) Tabela de encaminhamento MPLS distinta das tabelas de encaminhamento IP

Protocolo de sinalizaccedilatildeo necessaacuterio para estabelecer o encaminhamento RSVP-TE Encaminhamento eacute possiacutevel por caminhos que o IP sozinho natildeo pode usar (ex roteamento de especificado pela origem) Use MPLS para engenharia de traacutefego

Deve coexistir com roteadores unicamente IP

Roteadores MPLS

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Tabelas de encaminhamento MPLS

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Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace Detecccedilatildeo de erros correccedilatildeo Compartilhando um canal broadcast acesso muacuteltiplo Endereccedilamento da camada de enlace

Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de vaacuterias tecnologias da camada de enlace Ethernet LANS comutadas PPP Redes virtualizadas como uma camada de enlace ATM MPLS

Resumo

Page 44: Capítulo 5 Redes de computadores e a Internet A camada de enlace e redes locais

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Topologia de bus popular em meados dos anos 90 Agora a topologia em estrela prevalece Opccedilotildees de conexatildeo hub ou switch (mais adiante)

Topologia em estrela

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Adaptador do transmissor encapsula o datagrama IP (ou outro pacote de protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet

Preacircmbulo bull 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte com padratildeo 10101011bull usado para sincronizar as taxas de reloacutegio do transmissor e do receptor

Estrutura do quadro Ethernet

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Endereccedilos 6 bytes Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de destino coincidente ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa o dado no quadro para o protocolo da camada de rede

Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP mas outros podem ser suportados tais como Novell IPX e AppleTalk)

CRC verificado no receptor se um erro eacute detectado o quadro eacute simplesmente descartado

Estrutura do quadro Ethernet

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Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o receptor

Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou nacks para o adaptador transmissor O fluxo de datagramas que passa para a camada de rede pode deixar

lacunas Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCP Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas

Serviccedilo natildeo confiaacutevel sem conexatildeo

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Sem slots Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador

transmitindo isto eacute carrier sense O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador

transmitindo isto eacute collision detection Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo

aleatoacuterio isto eacute random access

Ethernet usa CSMACD

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1 Adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmitir o

quadro Se ele detecta o canal ocupado espera ateacute ele ficar livre e entatildeo transmite

3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo sua missatildeo com esse quadro estaacute cumprida

4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta e envia um jam signal

5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a m-eacutesima colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2m-1 O adaptador espera K512 tempos de bit e retorna ao passo 2

Algoritmo CSMACD da Ethernet

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Jam signal garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo 48 bitsBit time 1 microseg para Ethernet de 10 Mbpspara K=1023 o tempo de espera eacute cerca de 50 mseg

Veja o applet Java no Web site da AWL altamemte recomendadoExponential backoff Objetivo adaptar tentativas de retransmissatildeo para carga atual da rede

Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longa Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacute

K x 512 tempos de transmissatildeo de bit Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3hellip Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023

Ethernet CSMACD

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Tprop = propagaccedilatildeo maacutexima entre 2 noacutes na LAN

ttrans = tempo para transmitir um quadro de tamanho maacuteximo

Eficiecircncia tende a 1 quando tprop tende a 0

Tende a 1 quando ttrans tende ao infinito Muito melhor do que o ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato

transprop tt 51

1eficiecircncia

Eficiecircncia do CSMACD

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Taxa de 10100 Mbps chamado mais tarde de ldquofast ethernetrdquo T significa ldquoTwisted Pairrdquo (par de fios tranccedilados de cobre) Noacutes se conectam a um hub ldquotopologia em estrelardquo 100 m eacute a distacircncia

maacutexima entre os noacutes e o hub

10BaseT e 100BaseT

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Hubs satildeo essencialmente repetidores de camada fiacutesica Bits que chegam de um enlace se propagam para todos os outros enlaces Com a mesma taxa Natildeo possuem armazenagem de quadros Natildeo haacute CSMACD no hub adaptadores detectam colisotildees Provecirc funcionalidade de gerenciamento de rede

Hubs

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Usada em 10BaseT Cada bit possui uma transiccedilatildeo Permite que os reloacutegios nos noacutes de transmissatildeo e de recepccedilatildeo possam

sincronizar um com o outro Natildeo eacute necessaacuterio reloacutegio global centralizado entre os noacutes

Ei isso eacute coisa de camada fiacutesica

Codificaccedilatildeo Manchester

Codificaccedilatildeo Manchester

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Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeo Permite enlaces ponto-a-ponto e canais de muacuteltiplo acesso

compartilhados No modo compartilhado o CSMACD eacute usado exige pequenas

distacircncias entre os noacutes para ser eficiente Usa hubs chamados aqui de Distribuidores com Armazenagem

ldquoBuffered Distributorsrdquo Full-Duplex a 1 Gbps para enlaces ponto-a-ponto 10 Gbps agora

Gigabit Ethernet

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5 - 56copy 2005 by Pearson Education

A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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Hub de backbone interconecta segmentos de LAN Estende a distacircncia maacutexima entre os noacutes Mas domiacutenios de colisatildeo individuais tornam-se um uacutenico e grande

domiacutenio de colisatildeo Natildeo pode interconectar 10BaseT e 100BaseT

Interconexatildeo com hubs

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Dispositivo de camada de enlace Armazena e encaminha quadros Ethernet Examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o

quadro baseado no endereccedilo MAC de destino Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento

usa CSMACD para acessar o segmento Transparente

Hospedeiros satildeo inconscientes da presenccedila dos switches Plug-and-play self-learning (auto-aprendizado)

Switches natildeo precisam ser configurados

Switch

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Como determinar para qual segmento da LAN encaminhar o quadro Parece um problema de roteamento

Encaminhamento

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Um switch possui uma tabela de switch Entrada na tabela do switch

(endereccedilo MAC interface marca de tempo) Entradas expiradas na tabela satildeo decartadas (TTL pode ser 60 min)

Switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de suas interfaces Quando recebe um quadro o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento da LAN que chega Registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela

Self learning (auto-aprendizado)

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Quando um switch recebe um quadro

indexa a tabela do switch usando end MAC de destinoif entrada for encontrada para o destino

then if dest no segmento deste quadro chegou

then descarta o quadro else encaminha o quadro na interface indicada else flood

Encaminha para todas as interfacesexceto para a que o quadro chegou

Filtragemencaminhamento

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Suponha que C envia um quadro para D

Switch recebe o quadro de C Anota na tabela que C estaacute na interface 1 Como D natildeo estaacute na tabela o switch encaminha o quadro para as

interfaces 2 e 3 Quadro recebido por D

hub hub hub

switch

A

B CD

EF

G H

I

endereccedilo interface

ABEG

1123

12 3

Switch exemplo

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Suponha que D responde com um quadro para C

Switch recebe quadro de D Anota na tabela que D estaacute na interface 2 Como C estaacute na tabela o switch encaminha o quadro apenas para a

interface 1 Quadro recebido por C

hub hub hub

switch

A

B CD

EF

G H

I

endereccedilo interface

ABEGC

11231

Switch exemplo

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A instalaccedilatildeo do switch quebra as sub-redes em segmentos de LAN Switch filtra pacotes

Alguns quadros do mesmo segmento de LAN natildeo satildeo usualmente encaminhados para outros segmento de LAN

Segmentos se tornam separados em domiacutenios de colisatildeo

hub hub hub

switch

domiacutenio de colisatildeo domiacutenio de colisatildeo

domiacutenio de colisatildeo

Switch isolaccedilatildeo de traacutefego

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Switch com muitas interfaces Hospedeiros possuem conexatildeo direta ao switch Sem colisotildees full duplex

Switching A-para-Arsquo e B-para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees

Switches acesso dedicado

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Cut-through switching quadro encaminhado da porta de entrada ateacute a porta de saiacuteda sem ter de primeiro coletar o quadro todo Ligeira reduccedilatildeo na latecircncia

Combinaccedilotildees de interfaces 101001000 Mbps compartilhadasdedicadas

Mais sobre switches

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Redes corporativas

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Ambos satildeo dispositivos store-and-forward Roteadores dispositivos de camada de rede (examinam cabeccedilalhos

da camada de rede) Switches satildeo dispositivos da camada de enlace

Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam algoritmos de roteamento Switches mantecircm tabelas de switch implementam filtragem algoritmos de aprendizagem

Switches vs roteadores

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hubs roteadores switches

isolaccedilatildeo detraacutefego

natildeo sim sim

plug amp play sim natildeo sim

roteamentooacutetimo

natildeo sim natildeo

cutthrough

sim natildeo sim

Resumo comparaccedilatildeo

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A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace de broadcast Sem Media Access Control Natildeo necessita de endereccedilamento MAC expliacutecito Ex dialup link linha ISDN

Protocolos ponto-a-ponto DLC populares PPP (point-to-point protocol) HDLC High level data link control (camada de enlace costumava ser considerada ldquocamada altardquo na pilha de protocolos)

Controle de enlace de dados ponto-a-ponto

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Enquadramento de pacote encapsulamento do datagrama da camada de rede no quadro da camada de enlace Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolo de rede (natildeo apenas o IP) ao mesmo tempo Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo

Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo de bit no campo de dados

Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo) Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do enlace

para a camada de rede Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos terminais

do enlace podem aprender e configurar o endereccedilo de rede dos outros

PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]

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Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros Natildeo haacute controle de fluxo Aceita entregas fora de ordem Natildeo haacute necessidade de suportar enlaces multiponto (ex polling)

Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeo dos dados satildeo todos relegados para as camadas mais altas

PPP natildeo requisitos

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Flag delimitador (enquadramento) Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura) Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacuteltiplos campos de

controle Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o conteuacutedo do

quadro deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)

PPP formato do quadro

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info dados da camada superior sendo transportados CRC verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de erros

PPP formato dos dados

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Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de dados deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt01111110gt

P Se for recebido o padratildeo lt01111110gt satildeo dados ou eacute flag Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte extra com o padratildeo lt

01111101gt (escape) antes de cada byte com o padratildeo de flag lt 01111110gt nos dados

Receptor Um byte 01111101 seguido de 01111110 em seguida descarta o primeiro e continua a recepccedilatildeo de dados Uacutenico byte 01111110 entatildeo eacute um flag

Byte stuffing

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byte com o padratildeodo flag nos dados a enviar

byte com o padratildeo de escape acrescentado nos dados transmitidos seguido por um byte com padratildeo de flag

Byte stuffing

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Antes de trocar dados da camada de rede os parceiros da camada de enlace devem A configurar o enlace PPP (tamanho maacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo) Aprenderconfigurar as informaccedilotildees da camada de rede

Para o IP transportar mensagens do protocolo de controle IP (IPCP) (campo de protocolo 8021) para configuraraprender os

endereccedilos IP

PPP protocolo de controle de dados

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A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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Virtualizaccedilatildeo dos recursos uma poderosa abstraccedilatildeo em engenharia de sistemas Exemplos em computaccedilatildeo memoacuteria virtual dispositivos virtuais

Maacutequinas virtuais ex java IBM VM os dos anos 6070

Camada de abstraccedilotildees natildeo se apega a detalhes da camada mais baixa apenas trata com as camadas mais baixas abstratamente

Virtualizaccedilatildeo das redes

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1974 muacuteltiplas redes desconectadas ARPAnet redes de dados-sobre-cabo rede de pacote por sateacutelite (Aloha) rede de pacotes por raacutedio

hellip diferentes em convenccedilotildees de endereccedilamento formatos do pacote recuperaccedilatildeo de erros roteamento

Internet virtualizaccedilatildeo das redes

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Camada de rede da Internet (IP) Endereccedilamento internetwork

aparece como uma entidade uacutenica e uniforme escondendo a heterogeneidade das redes locais

Rede de redes

Gateway ldquoembute pacotes da Internet no

formato de um pacote local ou os extrairdquo

Rota (no niacutevel de internetwork) para o proacuteximo gateway

Internet virtualizaccedilatildeo das redes

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O que eacute virtualizado Duas camadas de endereccedilamento Internet e rede local Nova camada (IP) torna tudo homogecircneo na camada da Internet Tecnologia da rede local em questatildeo

Cabo Sateacutelite Modem telefocircnico de 56 K Hoje ATM MPLS

hellip ldquoinvisiacutevelrdquo na camada da Internet Parece com uma tecnologia de camada de enlace para o IP

Arquitetura da Internet de Cerf amp Kahn

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ATM MPLS redes separadas em seus proacuteprios direitos Modelos de serviccedilo endereccedilamento roteamento diferentes da Internet

Vistos pela Internet como um enlace loacutegico conectando roteadores IP Assim como o dialup link eacute realmente parte de uma rede separada

(rede telefocircnica)

ATM MPLS de interesse teacutecnico em seu proacuteprio direito

ATM e MPLS

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Padratildeo dos anos 8090 para altas taxas de transmissatildeo (155 Mbps a 622 Mbps e mais altas) arquitetura de Broadband Integrated Service Digital Network (B-ISDN)

Objetivo transporte integrado de voz dados e imagens com foco nas redes puacuteblicas de comunicaccedilatildeo Deve atender aos requisitos de tempoQoS para aplicaccedilotildees de voz

e de viacutedeo (versus o serviccedilo de melhor esforccedilo da Internet) Telefonia de ldquoproacutexima geraccedilatildeordquo fundamentos teacutecnicos no mundo da telefonia Comutaccedilatildeo de pacotes (pacotes de tamanho fixo chamados ldquoceacutelulasrdquo) usando circuitos virtuais

Modo de transferecircncia assiacutencrono ATM

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Camada de adaptaccedilatildeo apenas na borda de uma rede ATM Segmentaccedilatildeo e remontagem dos dados Grosseiramente anaacuteloga agrave camada de transporte da Internet

Camada ATM camada de ldquorederdquo Comutaccedilatildeo de ceacutelulas roteamento

Camada fiacutesica

Sistema final Sistema finalSwitch ATM Switch ATM

Arquitetura ATM

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Visatildeo transporte fim-a-fim ldquoATM de computador a computadorrdquo ATM eacute uma tecnologia de redeRealidade usada para conectar roteadores IP de backbone ldquoIP sobre ATMrdquo ATM como uma camada de enlace comutada conectando roteadores IP

ATM camada de rede ou de enlace

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Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL) ldquoadaptardquo camadas superiores (aplicaccedilotildees IP ou nativas ATM) para a camada ATM abaixo

AAL presente apenas nos sistemas finais natildeo nos comutadores ATM (ldquoswitchesrdquo)

O segmento da camada AAL (campo de cabeccedilalhotrailer e de dados) satildeo fragmentados em muacuteltiplas ceacutelulas ATM Analogia segmento TCP em muitos pacotes IP

Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL)

Sistema final Sistema finalSwitch ATM Switch ATM

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Diferentes versotildees da camada AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM AAL1 para serviccedilo CBR (taxa de bit constante) ex emulaccedilatildeo de circuitos AAL2 para serviccedilos VBR (taxa de bit variaacutevel) ex viacutedeo MPEG AAL5 para dados (ex datagramas IP)

AAL PDU

ceacutelula ATM

Dados de usuaacuterio

subcamadade convergecircncia

subcamadaSAR

Ceacutelula ATM

Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL)

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Serviccedilo transporte de ceacutelulas atraveacutes da rede ATM Anaacuteloga agrave camada de rede IP Serviccedilos muito diferentes da camada de rede IP

Arquiteturade rede

Internet

ATM

ATM

ATM

ATM

Modelo de serviccedilo

melhoresforccediloCBR

VBR

ABR

UBR

Banda

natildeo

taxaconstantetaxagarantidamiacutenimogarantidonatildeo

Perda

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Ordem

natildeo

sim

sim

sim

sim

Tempo

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Aviso decongestatildeo

natildeo (inferidopelas perdas)natildeo haacutecongestatildeonatildeo haacutecongestatildeosim

natildeo

Garantias

Camada ATM

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Transporte em VC ceacutelulas satildeo transportadas sobre VC da fonte ao destino Estabelecimento de conexatildeo necessaacuterio para cada chamada antes que o fluxo de dados possa ser iniciado Cada pacote transporta um identificador de VC (natildeo transporta o endereccedilo do destino) Cada comutador com caminho entre a fonte e o destino manteacutem o ldquoestadordquo para cada conexatildeo passante Recursos do enlace e do comutador (banda passante buffers) podem ser alocados por VC para obter um comportamento semelhante a um circuito fiacutesico

VCs permanentes (PVCs) Conexotildees de longa duraccedilatildeo Tipicamente rota ldquopermanenterdquo entre roteadores IP

VCs comutados (SVC) Dinamicamente criados numa base por chamada

Camadas ATM circuitos virtuais

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Vantagens do uso de circuitos virtuais no ATM Iacutendices de QoS garantidos para conexotildees mapeadas em

circuitos virtuais (banda passante atraso variacircncia de atraso)

Problemas no uso de circuitos virtuais O suporte de traacutefego datagrama eacute ineficiente Um PVC entre cada par origemdestino natildeo tem boa

escalabilidade (N2 conexotildees satildeo necessaacuterias) SVC introduz latecircncia de estabelecimento de conexatildeo e

atrasos de processamento para conexotildees de curta duraccedilatildeo

ATM VCs

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Cabeccedilalho da ceacutelula ATM com 5 bytes Carga uacutetil com 48-bytes

Por quecirc carga uacutetil pequena -gt pequeno atraso de criaccedilatildeo de ceacutelula para voz digitalizada

Meio do caminho entre 32 e 64 (compromisso)

cabeccedilalhoda ceacutelula

formato daceacutelula

3o bit no campo PTvalor 1 indica uacuteltima ceacutelula (AAL-indicate bit)

Camada ATM ceacutelula ATM

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VCI identificador de canal virtual Pode mudar de enlace para enlace atraveacutes da rede

PT tipo de carga uacutetil (ex ceacutelula RM versus ceacutelula de dados) CLP bit de prioridade de perda de ceacutelula

CLP = 1 implica ceacutelula de baixa prioridade pode ser descartada em caso de congestatildeo

HEC verificaccedilatildeo de erros no cabeccedilalho Verificaccedilatildeo ciacuteclica de erros

Cabeccedilalho da ceacutelula ATM

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A camada fiacutesica se compotildee de duas partes (subcamadas ) Subcamada de convergecircncia de transmissatildeo (TCS) adapta a camada

ATM acima agrave subcamada fiacutesica abaixo (PMD) Subcamada dependente do meio depende do tipo de meio fiacutesico que

estaacute sendo empregado

Funccedilotildees da TCS Geraccedilatildeo do checksum do cabeccedilalho 8 bits CRC Delineamento de ceacutelula Com uma subcamada PMD natildeo estruturada transmite ceacutelulas vazias

(ldquoidle cellsrdquo) quando natildeo haacute ceacutelulas de dados a enviar

Camada fiacutesica ATM

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Subcamada dependente do meio fiacutesico (PMD) SONETSDH estrutura de transmissatildeo de quadros (como um

container carregando bits) Sincronizaccedilatildeo de bits Particcedilotildees da banda passante (TDM) Vaacuterias velocidades OC1 = 5184 Mbps OC3 = 15552 Mbps OC12 = 62208 Mbps

T1T3 estrutura de transmissatildeo de quadros (velha hierarquia de telefonia 15 Mbps45 Mbps No Brasil usa-se a hierarquia europeacuteia E1E3 2 34 Mbps

Natildeo estruturada apenas ceacutelulas (ocupadasvazias)

Camada fiacutesica ATM

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Apenas IP claacutessico 3 ldquoredesrdquo (ex segmentos de LAN) Endereccedilos MAC (8023) e IP

IP sobre ATM Substitui ldquorederdquo (ex segmento

de LAN) com a rede ATM Endereccedilos ATM endereccedilos IP

redeATM

EthernetLANs

EthernetLANs

IP-sobre-ATM

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No endereccedilo de origem Camada IP encontra um mapeamento entre o endereccedilo IP e o endereccedilo de destino ATM (usando ARP) Passa o datagrama para a camada de adaptaccedilatildeo AAL5 AAL5 encapsula os dados segmenta em ceacutelulas e passa para a camada ATM

Rede ATM move a ceacutelula para o destino de acordo com o seu VC (circuito virtual)

No hospedeiro de destino AAL5 remonta o datagrama original a partir das ceacutelulas recebidas Se o CRC OK datagrama eacute passado ao IP

Viagem de um datagrama numa rede IP-sobre-ATM

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Questotildees Datagramas IP em ATM AAL5 PDUs Dos endereccedilos IP aos endereccedilos ATM

Da mesma forma que de endereccedilos IP para endereccedilos MAC 8023

redeATM

EthernetLANs

IP-sobre-ATM

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Objetivo inicial aumentar a velocidade de encaminhamento IP usando labels de tamanho fixo (em vez de endereccedilo IP) Mesma ideacuteia do meacutetodo de circuito virtual (VC) Mas o datagrama IP ainda manteacutem o endereccedilo IP

Multiprotocol label switching (MPLS)

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Roteador faz a funccedilatildeo de comutador de roacutetulo Pacotes encaminhados para interface de saiacuteda com base apenas no valor

do roacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP) Tabela de encaminhamento MPLS distinta das tabelas de encaminhamento IP

Protocolo de sinalizaccedilatildeo necessaacuterio para estabelecer o encaminhamento RSVP-TE Encaminhamento eacute possiacutevel por caminhos que o IP sozinho natildeo pode usar (ex roteamento de especificado pela origem) Use MPLS para engenharia de traacutefego

Deve coexistir com roteadores unicamente IP

Roteadores MPLS

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Tabelas de encaminhamento MPLS

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Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace Detecccedilatildeo de erros correccedilatildeo Compartilhando um canal broadcast acesso muacuteltiplo Endereccedilamento da camada de enlace

Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de vaacuterias tecnologias da camada de enlace Ethernet LANS comutadas PPP Redes virtualizadas como uma camada de enlace ATM MPLS

Resumo

Page 45: Capítulo 5 Redes de computadores e a Internet A camada de enlace e redes locais

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Adaptador do transmissor encapsula o datagrama IP (ou outro pacote de protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet

Preacircmbulo bull 7 bytes com padratildeo 10101010 seguido por um byte com padratildeo 10101011bull usado para sincronizar as taxas de reloacutegio do transmissor e do receptor

Estrutura do quadro Ethernet

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Endereccedilos 6 bytes Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de destino coincidente ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa o dado no quadro para o protocolo da camada de rede

Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP mas outros podem ser suportados tais como Novell IPX e AppleTalk)

CRC verificado no receptor se um erro eacute detectado o quadro eacute simplesmente descartado

Estrutura do quadro Ethernet

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Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o receptor

Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou nacks para o adaptador transmissor O fluxo de datagramas que passa para a camada de rede pode deixar

lacunas Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCP Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas

Serviccedilo natildeo confiaacutevel sem conexatildeo

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Sem slots Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador

transmitindo isto eacute carrier sense O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador

transmitindo isto eacute collision detection Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo

aleatoacuterio isto eacute random access

Ethernet usa CSMACD

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1 Adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmitir o

quadro Se ele detecta o canal ocupado espera ateacute ele ficar livre e entatildeo transmite

3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo sua missatildeo com esse quadro estaacute cumprida

4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta e envia um jam signal

5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a m-eacutesima colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2m-1 O adaptador espera K512 tempos de bit e retorna ao passo 2

Algoritmo CSMACD da Ethernet

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Jam signal garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo 48 bitsBit time 1 microseg para Ethernet de 10 Mbpspara K=1023 o tempo de espera eacute cerca de 50 mseg

Veja o applet Java no Web site da AWL altamemte recomendadoExponential backoff Objetivo adaptar tentativas de retransmissatildeo para carga atual da rede

Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longa Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacute

K x 512 tempos de transmissatildeo de bit Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3hellip Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023

Ethernet CSMACD

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Tprop = propagaccedilatildeo maacutexima entre 2 noacutes na LAN

ttrans = tempo para transmitir um quadro de tamanho maacuteximo

Eficiecircncia tende a 1 quando tprop tende a 0

Tende a 1 quando ttrans tende ao infinito Muito melhor do que o ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato

transprop tt 51

1eficiecircncia

Eficiecircncia do CSMACD

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Taxa de 10100 Mbps chamado mais tarde de ldquofast ethernetrdquo T significa ldquoTwisted Pairrdquo (par de fios tranccedilados de cobre) Noacutes se conectam a um hub ldquotopologia em estrelardquo 100 m eacute a distacircncia

maacutexima entre os noacutes e o hub

10BaseT e 100BaseT

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Hubs satildeo essencialmente repetidores de camada fiacutesica Bits que chegam de um enlace se propagam para todos os outros enlaces Com a mesma taxa Natildeo possuem armazenagem de quadros Natildeo haacute CSMACD no hub adaptadores detectam colisotildees Provecirc funcionalidade de gerenciamento de rede

Hubs

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Usada em 10BaseT Cada bit possui uma transiccedilatildeo Permite que os reloacutegios nos noacutes de transmissatildeo e de recepccedilatildeo possam

sincronizar um com o outro Natildeo eacute necessaacuterio reloacutegio global centralizado entre os noacutes

Ei isso eacute coisa de camada fiacutesica

Codificaccedilatildeo Manchester

Codificaccedilatildeo Manchester

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Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeo Permite enlaces ponto-a-ponto e canais de muacuteltiplo acesso

compartilhados No modo compartilhado o CSMACD eacute usado exige pequenas

distacircncias entre os noacutes para ser eficiente Usa hubs chamados aqui de Distribuidores com Armazenagem

ldquoBuffered Distributorsrdquo Full-Duplex a 1 Gbps para enlaces ponto-a-ponto 10 Gbps agora

Gigabit Ethernet

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A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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Hub de backbone interconecta segmentos de LAN Estende a distacircncia maacutexima entre os noacutes Mas domiacutenios de colisatildeo individuais tornam-se um uacutenico e grande

domiacutenio de colisatildeo Natildeo pode interconectar 10BaseT e 100BaseT

Interconexatildeo com hubs

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Dispositivo de camada de enlace Armazena e encaminha quadros Ethernet Examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o

quadro baseado no endereccedilo MAC de destino Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento

usa CSMACD para acessar o segmento Transparente

Hospedeiros satildeo inconscientes da presenccedila dos switches Plug-and-play self-learning (auto-aprendizado)

Switches natildeo precisam ser configurados

Switch

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Como determinar para qual segmento da LAN encaminhar o quadro Parece um problema de roteamento

Encaminhamento

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Um switch possui uma tabela de switch Entrada na tabela do switch

(endereccedilo MAC interface marca de tempo) Entradas expiradas na tabela satildeo decartadas (TTL pode ser 60 min)

Switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de suas interfaces Quando recebe um quadro o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento da LAN que chega Registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela

Self learning (auto-aprendizado)

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Quando um switch recebe um quadro

indexa a tabela do switch usando end MAC de destinoif entrada for encontrada para o destino

then if dest no segmento deste quadro chegou

then descarta o quadro else encaminha o quadro na interface indicada else flood

Encaminha para todas as interfacesexceto para a que o quadro chegou

Filtragemencaminhamento

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Suponha que C envia um quadro para D

Switch recebe o quadro de C Anota na tabela que C estaacute na interface 1 Como D natildeo estaacute na tabela o switch encaminha o quadro para as

interfaces 2 e 3 Quadro recebido por D

hub hub hub

switch

A

B CD

EF

G H

I

endereccedilo interface

ABEG

1123

12 3

Switch exemplo

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Suponha que D responde com um quadro para C

Switch recebe quadro de D Anota na tabela que D estaacute na interface 2 Como C estaacute na tabela o switch encaminha o quadro apenas para a

interface 1 Quadro recebido por C

hub hub hub

switch

A

B CD

EF

G H

I

endereccedilo interface

ABEGC

11231

Switch exemplo

5

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A instalaccedilatildeo do switch quebra as sub-redes em segmentos de LAN Switch filtra pacotes

Alguns quadros do mesmo segmento de LAN natildeo satildeo usualmente encaminhados para outros segmento de LAN

Segmentos se tornam separados em domiacutenios de colisatildeo

hub hub hub

switch

domiacutenio de colisatildeo domiacutenio de colisatildeo

domiacutenio de colisatildeo

Switch isolaccedilatildeo de traacutefego

5

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Switch com muitas interfaces Hospedeiros possuem conexatildeo direta ao switch Sem colisotildees full duplex

Switching A-para-Arsquo e B-para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees

Switches acesso dedicado

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Cut-through switching quadro encaminhado da porta de entrada ateacute a porta de saiacuteda sem ter de primeiro coletar o quadro todo Ligeira reduccedilatildeo na latecircncia

Combinaccedilotildees de interfaces 101001000 Mbps compartilhadasdedicadas

Mais sobre switches

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Redes corporativas

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Ambos satildeo dispositivos store-and-forward Roteadores dispositivos de camada de rede (examinam cabeccedilalhos

da camada de rede) Switches satildeo dispositivos da camada de enlace

Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam algoritmos de roteamento Switches mantecircm tabelas de switch implementam filtragem algoritmos de aprendizagem

Switches vs roteadores

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hubs roteadores switches

isolaccedilatildeo detraacutefego

natildeo sim sim

plug amp play sim natildeo sim

roteamentooacutetimo

natildeo sim natildeo

cutthrough

sim natildeo sim

Resumo comparaccedilatildeo

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A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace de broadcast Sem Media Access Control Natildeo necessita de endereccedilamento MAC expliacutecito Ex dialup link linha ISDN

Protocolos ponto-a-ponto DLC populares PPP (point-to-point protocol) HDLC High level data link control (camada de enlace costumava ser considerada ldquocamada altardquo na pilha de protocolos)

Controle de enlace de dados ponto-a-ponto

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Enquadramento de pacote encapsulamento do datagrama da camada de rede no quadro da camada de enlace Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolo de rede (natildeo apenas o IP) ao mesmo tempo Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo

Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo de bit no campo de dados

Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo) Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do enlace

para a camada de rede Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos terminais

do enlace podem aprender e configurar o endereccedilo de rede dos outros

PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]

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Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros Natildeo haacute controle de fluxo Aceita entregas fora de ordem Natildeo haacute necessidade de suportar enlaces multiponto (ex polling)

Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeo dos dados satildeo todos relegados para as camadas mais altas

PPP natildeo requisitos

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Flag delimitador (enquadramento) Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura) Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacuteltiplos campos de

controle Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o conteuacutedo do

quadro deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)

PPP formato do quadro

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info dados da camada superior sendo transportados CRC verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de erros

PPP formato dos dados

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Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de dados deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt01111110gt

P Se for recebido o padratildeo lt01111110gt satildeo dados ou eacute flag Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte extra com o padratildeo lt

01111101gt (escape) antes de cada byte com o padratildeo de flag lt 01111110gt nos dados

Receptor Um byte 01111101 seguido de 01111110 em seguida descarta o primeiro e continua a recepccedilatildeo de dados Uacutenico byte 01111110 entatildeo eacute um flag

Byte stuffing

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byte com o padratildeodo flag nos dados a enviar

byte com o padratildeo de escape acrescentado nos dados transmitidos seguido por um byte com padratildeo de flag

Byte stuffing

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Antes de trocar dados da camada de rede os parceiros da camada de enlace devem A configurar o enlace PPP (tamanho maacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo) Aprenderconfigurar as informaccedilotildees da camada de rede

Para o IP transportar mensagens do protocolo de controle IP (IPCP) (campo de protocolo 8021) para configuraraprender os

endereccedilos IP

PPP protocolo de controle de dados

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A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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Virtualizaccedilatildeo dos recursos uma poderosa abstraccedilatildeo em engenharia de sistemas Exemplos em computaccedilatildeo memoacuteria virtual dispositivos virtuais

Maacutequinas virtuais ex java IBM VM os dos anos 6070

Camada de abstraccedilotildees natildeo se apega a detalhes da camada mais baixa apenas trata com as camadas mais baixas abstratamente

Virtualizaccedilatildeo das redes

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1974 muacuteltiplas redes desconectadas ARPAnet redes de dados-sobre-cabo rede de pacote por sateacutelite (Aloha) rede de pacotes por raacutedio

hellip diferentes em convenccedilotildees de endereccedilamento formatos do pacote recuperaccedilatildeo de erros roteamento

Internet virtualizaccedilatildeo das redes

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Camada de rede da Internet (IP) Endereccedilamento internetwork

aparece como uma entidade uacutenica e uniforme escondendo a heterogeneidade das redes locais

Rede de redes

Gateway ldquoembute pacotes da Internet no

formato de um pacote local ou os extrairdquo

Rota (no niacutevel de internetwork) para o proacuteximo gateway

Internet virtualizaccedilatildeo das redes

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O que eacute virtualizado Duas camadas de endereccedilamento Internet e rede local Nova camada (IP) torna tudo homogecircneo na camada da Internet Tecnologia da rede local em questatildeo

Cabo Sateacutelite Modem telefocircnico de 56 K Hoje ATM MPLS

hellip ldquoinvisiacutevelrdquo na camada da Internet Parece com uma tecnologia de camada de enlace para o IP

Arquitetura da Internet de Cerf amp Kahn

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ATM MPLS redes separadas em seus proacuteprios direitos Modelos de serviccedilo endereccedilamento roteamento diferentes da Internet

Vistos pela Internet como um enlace loacutegico conectando roteadores IP Assim como o dialup link eacute realmente parte de uma rede separada

(rede telefocircnica)

ATM MPLS de interesse teacutecnico em seu proacuteprio direito

ATM e MPLS

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Padratildeo dos anos 8090 para altas taxas de transmissatildeo (155 Mbps a 622 Mbps e mais altas) arquitetura de Broadband Integrated Service Digital Network (B-ISDN)

Objetivo transporte integrado de voz dados e imagens com foco nas redes puacuteblicas de comunicaccedilatildeo Deve atender aos requisitos de tempoQoS para aplicaccedilotildees de voz

e de viacutedeo (versus o serviccedilo de melhor esforccedilo da Internet) Telefonia de ldquoproacutexima geraccedilatildeordquo fundamentos teacutecnicos no mundo da telefonia Comutaccedilatildeo de pacotes (pacotes de tamanho fixo chamados ldquoceacutelulasrdquo) usando circuitos virtuais

Modo de transferecircncia assiacutencrono ATM

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Camada de adaptaccedilatildeo apenas na borda de uma rede ATM Segmentaccedilatildeo e remontagem dos dados Grosseiramente anaacuteloga agrave camada de transporte da Internet

Camada ATM camada de ldquorederdquo Comutaccedilatildeo de ceacutelulas roteamento

Camada fiacutesica

Sistema final Sistema finalSwitch ATM Switch ATM

Arquitetura ATM

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Visatildeo transporte fim-a-fim ldquoATM de computador a computadorrdquo ATM eacute uma tecnologia de redeRealidade usada para conectar roteadores IP de backbone ldquoIP sobre ATMrdquo ATM como uma camada de enlace comutada conectando roteadores IP

ATM camada de rede ou de enlace

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Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL) ldquoadaptardquo camadas superiores (aplicaccedilotildees IP ou nativas ATM) para a camada ATM abaixo

AAL presente apenas nos sistemas finais natildeo nos comutadores ATM (ldquoswitchesrdquo)

O segmento da camada AAL (campo de cabeccedilalhotrailer e de dados) satildeo fragmentados em muacuteltiplas ceacutelulas ATM Analogia segmento TCP em muitos pacotes IP

Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL)

Sistema final Sistema finalSwitch ATM Switch ATM

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Diferentes versotildees da camada AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM AAL1 para serviccedilo CBR (taxa de bit constante) ex emulaccedilatildeo de circuitos AAL2 para serviccedilos VBR (taxa de bit variaacutevel) ex viacutedeo MPEG AAL5 para dados (ex datagramas IP)

AAL PDU

ceacutelula ATM

Dados de usuaacuterio

subcamadade convergecircncia

subcamadaSAR

Ceacutelula ATM

Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL)

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Serviccedilo transporte de ceacutelulas atraveacutes da rede ATM Anaacuteloga agrave camada de rede IP Serviccedilos muito diferentes da camada de rede IP

Arquiteturade rede

Internet

ATM

ATM

ATM

ATM

Modelo de serviccedilo

melhoresforccediloCBR

VBR

ABR

UBR

Banda

natildeo

taxaconstantetaxagarantidamiacutenimogarantidonatildeo

Perda

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Ordem

natildeo

sim

sim

sim

sim

Tempo

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Aviso decongestatildeo

natildeo (inferidopelas perdas)natildeo haacutecongestatildeonatildeo haacutecongestatildeosim

natildeo

Garantias

Camada ATM

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Transporte em VC ceacutelulas satildeo transportadas sobre VC da fonte ao destino Estabelecimento de conexatildeo necessaacuterio para cada chamada antes que o fluxo de dados possa ser iniciado Cada pacote transporta um identificador de VC (natildeo transporta o endereccedilo do destino) Cada comutador com caminho entre a fonte e o destino manteacutem o ldquoestadordquo para cada conexatildeo passante Recursos do enlace e do comutador (banda passante buffers) podem ser alocados por VC para obter um comportamento semelhante a um circuito fiacutesico

VCs permanentes (PVCs) Conexotildees de longa duraccedilatildeo Tipicamente rota ldquopermanenterdquo entre roteadores IP

VCs comutados (SVC) Dinamicamente criados numa base por chamada

Camadas ATM circuitos virtuais

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Vantagens do uso de circuitos virtuais no ATM Iacutendices de QoS garantidos para conexotildees mapeadas em

circuitos virtuais (banda passante atraso variacircncia de atraso)

Problemas no uso de circuitos virtuais O suporte de traacutefego datagrama eacute ineficiente Um PVC entre cada par origemdestino natildeo tem boa

escalabilidade (N2 conexotildees satildeo necessaacuterias) SVC introduz latecircncia de estabelecimento de conexatildeo e

atrasos de processamento para conexotildees de curta duraccedilatildeo

ATM VCs

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Cabeccedilalho da ceacutelula ATM com 5 bytes Carga uacutetil com 48-bytes

Por quecirc carga uacutetil pequena -gt pequeno atraso de criaccedilatildeo de ceacutelula para voz digitalizada

Meio do caminho entre 32 e 64 (compromisso)

cabeccedilalhoda ceacutelula

formato daceacutelula

3o bit no campo PTvalor 1 indica uacuteltima ceacutelula (AAL-indicate bit)

Camada ATM ceacutelula ATM

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VCI identificador de canal virtual Pode mudar de enlace para enlace atraveacutes da rede

PT tipo de carga uacutetil (ex ceacutelula RM versus ceacutelula de dados) CLP bit de prioridade de perda de ceacutelula

CLP = 1 implica ceacutelula de baixa prioridade pode ser descartada em caso de congestatildeo

HEC verificaccedilatildeo de erros no cabeccedilalho Verificaccedilatildeo ciacuteclica de erros

Cabeccedilalho da ceacutelula ATM

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A camada fiacutesica se compotildee de duas partes (subcamadas ) Subcamada de convergecircncia de transmissatildeo (TCS) adapta a camada

ATM acima agrave subcamada fiacutesica abaixo (PMD) Subcamada dependente do meio depende do tipo de meio fiacutesico que

estaacute sendo empregado

Funccedilotildees da TCS Geraccedilatildeo do checksum do cabeccedilalho 8 bits CRC Delineamento de ceacutelula Com uma subcamada PMD natildeo estruturada transmite ceacutelulas vazias

(ldquoidle cellsrdquo) quando natildeo haacute ceacutelulas de dados a enviar

Camada fiacutesica ATM

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Subcamada dependente do meio fiacutesico (PMD) SONETSDH estrutura de transmissatildeo de quadros (como um

container carregando bits) Sincronizaccedilatildeo de bits Particcedilotildees da banda passante (TDM) Vaacuterias velocidades OC1 = 5184 Mbps OC3 = 15552 Mbps OC12 = 62208 Mbps

T1T3 estrutura de transmissatildeo de quadros (velha hierarquia de telefonia 15 Mbps45 Mbps No Brasil usa-se a hierarquia europeacuteia E1E3 2 34 Mbps

Natildeo estruturada apenas ceacutelulas (ocupadasvazias)

Camada fiacutesica ATM

5

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Apenas IP claacutessico 3 ldquoredesrdquo (ex segmentos de LAN) Endereccedilos MAC (8023) e IP

IP sobre ATM Substitui ldquorederdquo (ex segmento

de LAN) com a rede ATM Endereccedilos ATM endereccedilos IP

redeATM

EthernetLANs

EthernetLANs

IP-sobre-ATM

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No endereccedilo de origem Camada IP encontra um mapeamento entre o endereccedilo IP e o endereccedilo de destino ATM (usando ARP) Passa o datagrama para a camada de adaptaccedilatildeo AAL5 AAL5 encapsula os dados segmenta em ceacutelulas e passa para a camada ATM

Rede ATM move a ceacutelula para o destino de acordo com o seu VC (circuito virtual)

No hospedeiro de destino AAL5 remonta o datagrama original a partir das ceacutelulas recebidas Se o CRC OK datagrama eacute passado ao IP

Viagem de um datagrama numa rede IP-sobre-ATM

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Questotildees Datagramas IP em ATM AAL5 PDUs Dos endereccedilos IP aos endereccedilos ATM

Da mesma forma que de endereccedilos IP para endereccedilos MAC 8023

redeATM

EthernetLANs

IP-sobre-ATM

5

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Objetivo inicial aumentar a velocidade de encaminhamento IP usando labels de tamanho fixo (em vez de endereccedilo IP) Mesma ideacuteia do meacutetodo de circuito virtual (VC) Mas o datagrama IP ainda manteacutem o endereccedilo IP

Multiprotocol label switching (MPLS)

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Roteador faz a funccedilatildeo de comutador de roacutetulo Pacotes encaminhados para interface de saiacuteda com base apenas no valor

do roacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP) Tabela de encaminhamento MPLS distinta das tabelas de encaminhamento IP

Protocolo de sinalizaccedilatildeo necessaacuterio para estabelecer o encaminhamento RSVP-TE Encaminhamento eacute possiacutevel por caminhos que o IP sozinho natildeo pode usar (ex roteamento de especificado pela origem) Use MPLS para engenharia de traacutefego

Deve coexistir com roteadores unicamente IP

Roteadores MPLS

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Tabelas de encaminhamento MPLS

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Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace Detecccedilatildeo de erros correccedilatildeo Compartilhando um canal broadcast acesso muacuteltiplo Endereccedilamento da camada de enlace

Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de vaacuterias tecnologias da camada de enlace Ethernet LANS comutadas PPP Redes virtualizadas como uma camada de enlace ATM MPLS

Resumo

Page 46: Capítulo 5 Redes de computadores e a Internet A camada de enlace e redes locais

5

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Endereccedilos 6 bytes Se o adaptador recebe um quadro com endereccedilo de destino coincidente ou com endereccedilo de broadcast (ex pacote ARP) ele passa o dado no quadro para o protocolo da camada de rede

Tipo indica o protocolo da camada superior geralmente eacute o protocolo IP mas outros podem ser suportados tais como Novell IPX e AppleTalk)

CRC verificado no receptor se um erro eacute detectado o quadro eacute simplesmente descartado

Estrutura do quadro Ethernet

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Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o receptor

Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou nacks para o adaptador transmissor O fluxo de datagramas que passa para a camada de rede pode deixar

lacunas Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCP Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas

Serviccedilo natildeo confiaacutevel sem conexatildeo

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Sem slots Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador

transmitindo isto eacute carrier sense O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador

transmitindo isto eacute collision detection Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo

aleatoacuterio isto eacute random access

Ethernet usa CSMACD

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1 Adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmitir o

quadro Se ele detecta o canal ocupado espera ateacute ele ficar livre e entatildeo transmite

3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo sua missatildeo com esse quadro estaacute cumprida

4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta e envia um jam signal

5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a m-eacutesima colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2m-1 O adaptador espera K512 tempos de bit e retorna ao passo 2

Algoritmo CSMACD da Ethernet

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Jam signal garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo 48 bitsBit time 1 microseg para Ethernet de 10 Mbpspara K=1023 o tempo de espera eacute cerca de 50 mseg

Veja o applet Java no Web site da AWL altamemte recomendadoExponential backoff Objetivo adaptar tentativas de retransmissatildeo para carga atual da rede

Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longa Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacute

K x 512 tempos de transmissatildeo de bit Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3hellip Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023

Ethernet CSMACD

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Tprop = propagaccedilatildeo maacutexima entre 2 noacutes na LAN

ttrans = tempo para transmitir um quadro de tamanho maacuteximo

Eficiecircncia tende a 1 quando tprop tende a 0

Tende a 1 quando ttrans tende ao infinito Muito melhor do que o ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato

transprop tt 51

1eficiecircncia

Eficiecircncia do CSMACD

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Taxa de 10100 Mbps chamado mais tarde de ldquofast ethernetrdquo T significa ldquoTwisted Pairrdquo (par de fios tranccedilados de cobre) Noacutes se conectam a um hub ldquotopologia em estrelardquo 100 m eacute a distacircncia

maacutexima entre os noacutes e o hub

10BaseT e 100BaseT

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Hubs satildeo essencialmente repetidores de camada fiacutesica Bits que chegam de um enlace se propagam para todos os outros enlaces Com a mesma taxa Natildeo possuem armazenagem de quadros Natildeo haacute CSMACD no hub adaptadores detectam colisotildees Provecirc funcionalidade de gerenciamento de rede

Hubs

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Usada em 10BaseT Cada bit possui uma transiccedilatildeo Permite que os reloacutegios nos noacutes de transmissatildeo e de recepccedilatildeo possam

sincronizar um com o outro Natildeo eacute necessaacuterio reloacutegio global centralizado entre os noacutes

Ei isso eacute coisa de camada fiacutesica

Codificaccedilatildeo Manchester

Codificaccedilatildeo Manchester

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Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeo Permite enlaces ponto-a-ponto e canais de muacuteltiplo acesso

compartilhados No modo compartilhado o CSMACD eacute usado exige pequenas

distacircncias entre os noacutes para ser eficiente Usa hubs chamados aqui de Distribuidores com Armazenagem

ldquoBuffered Distributorsrdquo Full-Duplex a 1 Gbps para enlaces ponto-a-ponto 10 Gbps agora

Gigabit Ethernet

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A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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Hub de backbone interconecta segmentos de LAN Estende a distacircncia maacutexima entre os noacutes Mas domiacutenios de colisatildeo individuais tornam-se um uacutenico e grande

domiacutenio de colisatildeo Natildeo pode interconectar 10BaseT e 100BaseT

Interconexatildeo com hubs

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Dispositivo de camada de enlace Armazena e encaminha quadros Ethernet Examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o

quadro baseado no endereccedilo MAC de destino Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento

usa CSMACD para acessar o segmento Transparente

Hospedeiros satildeo inconscientes da presenccedila dos switches Plug-and-play self-learning (auto-aprendizado)

Switches natildeo precisam ser configurados

Switch

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Como determinar para qual segmento da LAN encaminhar o quadro Parece um problema de roteamento

Encaminhamento

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Um switch possui uma tabela de switch Entrada na tabela do switch

(endereccedilo MAC interface marca de tempo) Entradas expiradas na tabela satildeo decartadas (TTL pode ser 60 min)

Switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de suas interfaces Quando recebe um quadro o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento da LAN que chega Registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela

Self learning (auto-aprendizado)

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Quando um switch recebe um quadro

indexa a tabela do switch usando end MAC de destinoif entrada for encontrada para o destino

then if dest no segmento deste quadro chegou

then descarta o quadro else encaminha o quadro na interface indicada else flood

Encaminha para todas as interfacesexceto para a que o quadro chegou

Filtragemencaminhamento

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5 - 62copy 2005 by Pearson Education

Suponha que C envia um quadro para D

Switch recebe o quadro de C Anota na tabela que C estaacute na interface 1 Como D natildeo estaacute na tabela o switch encaminha o quadro para as

interfaces 2 e 3 Quadro recebido por D

hub hub hub

switch

A

B CD

EF

G H

I

endereccedilo interface

ABEG

1123

12 3

Switch exemplo

5

5 - 63copy 2005 by Pearson Education

Suponha que D responde com um quadro para C

Switch recebe quadro de D Anota na tabela que D estaacute na interface 2 Como C estaacute na tabela o switch encaminha o quadro apenas para a

interface 1 Quadro recebido por C

hub hub hub

switch

A

B CD

EF

G H

I

endereccedilo interface

ABEGC

11231

Switch exemplo

5

5 - 64copy 2005 by Pearson Education

A instalaccedilatildeo do switch quebra as sub-redes em segmentos de LAN Switch filtra pacotes

Alguns quadros do mesmo segmento de LAN natildeo satildeo usualmente encaminhados para outros segmento de LAN

Segmentos se tornam separados em domiacutenios de colisatildeo

hub hub hub

switch

domiacutenio de colisatildeo domiacutenio de colisatildeo

domiacutenio de colisatildeo

Switch isolaccedilatildeo de traacutefego

5

5 - 65copy 2005 by Pearson Education

Switch com muitas interfaces Hospedeiros possuem conexatildeo direta ao switch Sem colisotildees full duplex

Switching A-para-Arsquo e B-para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees

Switches acesso dedicado

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Cut-through switching quadro encaminhado da porta de entrada ateacute a porta de saiacuteda sem ter de primeiro coletar o quadro todo Ligeira reduccedilatildeo na latecircncia

Combinaccedilotildees de interfaces 101001000 Mbps compartilhadasdedicadas

Mais sobre switches

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5 - 67copy 2005 by Pearson Education

Redes corporativas

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5 - 68copy 2005 by Pearson Education

Ambos satildeo dispositivos store-and-forward Roteadores dispositivos de camada de rede (examinam cabeccedilalhos

da camada de rede) Switches satildeo dispositivos da camada de enlace

Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam algoritmos de roteamento Switches mantecircm tabelas de switch implementam filtragem algoritmos de aprendizagem

Switches vs roteadores

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hubs roteadores switches

isolaccedilatildeo detraacutefego

natildeo sim sim

plug amp play sim natildeo sim

roteamentooacutetimo

natildeo sim natildeo

cutthrough

sim natildeo sim

Resumo comparaccedilatildeo

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A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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5 - 71copy 2005 by Pearson Education

Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace de broadcast Sem Media Access Control Natildeo necessita de endereccedilamento MAC expliacutecito Ex dialup link linha ISDN

Protocolos ponto-a-ponto DLC populares PPP (point-to-point protocol) HDLC High level data link control (camada de enlace costumava ser considerada ldquocamada altardquo na pilha de protocolos)

Controle de enlace de dados ponto-a-ponto

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5 - 72copy 2005 by Pearson Education

Enquadramento de pacote encapsulamento do datagrama da camada de rede no quadro da camada de enlace Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolo de rede (natildeo apenas o IP) ao mesmo tempo Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo

Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo de bit no campo de dados

Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo) Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do enlace

para a camada de rede Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos terminais

do enlace podem aprender e configurar o endereccedilo de rede dos outros

PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]

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5 - 73copy 2005 by Pearson Education

Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros Natildeo haacute controle de fluxo Aceita entregas fora de ordem Natildeo haacute necessidade de suportar enlaces multiponto (ex polling)

Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeo dos dados satildeo todos relegados para as camadas mais altas

PPP natildeo requisitos

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5 - 74copy 2005 by Pearson Education

Flag delimitador (enquadramento) Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura) Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacuteltiplos campos de

controle Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o conteuacutedo do

quadro deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)

PPP formato do quadro

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info dados da camada superior sendo transportados CRC verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de erros

PPP formato dos dados

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Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de dados deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt01111110gt

P Se for recebido o padratildeo lt01111110gt satildeo dados ou eacute flag Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte extra com o padratildeo lt

01111101gt (escape) antes de cada byte com o padratildeo de flag lt 01111110gt nos dados

Receptor Um byte 01111101 seguido de 01111110 em seguida descarta o primeiro e continua a recepccedilatildeo de dados Uacutenico byte 01111110 entatildeo eacute um flag

Byte stuffing

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byte com o padratildeodo flag nos dados a enviar

byte com o padratildeo de escape acrescentado nos dados transmitidos seguido por um byte com padratildeo de flag

Byte stuffing

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Antes de trocar dados da camada de rede os parceiros da camada de enlace devem A configurar o enlace PPP (tamanho maacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo) Aprenderconfigurar as informaccedilotildees da camada de rede

Para o IP transportar mensagens do protocolo de controle IP (IPCP) (campo de protocolo 8021) para configuraraprender os

endereccedilos IP

PPP protocolo de controle de dados

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A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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5 - 80copy 2005 by Pearson Education

Virtualizaccedilatildeo dos recursos uma poderosa abstraccedilatildeo em engenharia de sistemas Exemplos em computaccedilatildeo memoacuteria virtual dispositivos virtuais

Maacutequinas virtuais ex java IBM VM os dos anos 6070

Camada de abstraccedilotildees natildeo se apega a detalhes da camada mais baixa apenas trata com as camadas mais baixas abstratamente

Virtualizaccedilatildeo das redes

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5 - 81copy 2005 by Pearson Education

1974 muacuteltiplas redes desconectadas ARPAnet redes de dados-sobre-cabo rede de pacote por sateacutelite (Aloha) rede de pacotes por raacutedio

hellip diferentes em convenccedilotildees de endereccedilamento formatos do pacote recuperaccedilatildeo de erros roteamento

Internet virtualizaccedilatildeo das redes

5

5 - 82copy 2005 by Pearson Education

Camada de rede da Internet (IP) Endereccedilamento internetwork

aparece como uma entidade uacutenica e uniforme escondendo a heterogeneidade das redes locais

Rede de redes

Gateway ldquoembute pacotes da Internet no

formato de um pacote local ou os extrairdquo

Rota (no niacutevel de internetwork) para o proacuteximo gateway

Internet virtualizaccedilatildeo das redes

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5 - 83copy 2005 by Pearson Education

O que eacute virtualizado Duas camadas de endereccedilamento Internet e rede local Nova camada (IP) torna tudo homogecircneo na camada da Internet Tecnologia da rede local em questatildeo

Cabo Sateacutelite Modem telefocircnico de 56 K Hoje ATM MPLS

hellip ldquoinvisiacutevelrdquo na camada da Internet Parece com uma tecnologia de camada de enlace para o IP

Arquitetura da Internet de Cerf amp Kahn

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5 - 84copy 2005 by Pearson Education

ATM MPLS redes separadas em seus proacuteprios direitos Modelos de serviccedilo endereccedilamento roteamento diferentes da Internet

Vistos pela Internet como um enlace loacutegico conectando roteadores IP Assim como o dialup link eacute realmente parte de uma rede separada

(rede telefocircnica)

ATM MPLS de interesse teacutecnico em seu proacuteprio direito

ATM e MPLS

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5 - 85copy 2005 by Pearson Education

Padratildeo dos anos 8090 para altas taxas de transmissatildeo (155 Mbps a 622 Mbps e mais altas) arquitetura de Broadband Integrated Service Digital Network (B-ISDN)

Objetivo transporte integrado de voz dados e imagens com foco nas redes puacuteblicas de comunicaccedilatildeo Deve atender aos requisitos de tempoQoS para aplicaccedilotildees de voz

e de viacutedeo (versus o serviccedilo de melhor esforccedilo da Internet) Telefonia de ldquoproacutexima geraccedilatildeordquo fundamentos teacutecnicos no mundo da telefonia Comutaccedilatildeo de pacotes (pacotes de tamanho fixo chamados ldquoceacutelulasrdquo) usando circuitos virtuais

Modo de transferecircncia assiacutencrono ATM

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Camada de adaptaccedilatildeo apenas na borda de uma rede ATM Segmentaccedilatildeo e remontagem dos dados Grosseiramente anaacuteloga agrave camada de transporte da Internet

Camada ATM camada de ldquorederdquo Comutaccedilatildeo de ceacutelulas roteamento

Camada fiacutesica

Sistema final Sistema finalSwitch ATM Switch ATM

Arquitetura ATM

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Visatildeo transporte fim-a-fim ldquoATM de computador a computadorrdquo ATM eacute uma tecnologia de redeRealidade usada para conectar roteadores IP de backbone ldquoIP sobre ATMrdquo ATM como uma camada de enlace comutada conectando roteadores IP

ATM camada de rede ou de enlace

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Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL) ldquoadaptardquo camadas superiores (aplicaccedilotildees IP ou nativas ATM) para a camada ATM abaixo

AAL presente apenas nos sistemas finais natildeo nos comutadores ATM (ldquoswitchesrdquo)

O segmento da camada AAL (campo de cabeccedilalhotrailer e de dados) satildeo fragmentados em muacuteltiplas ceacutelulas ATM Analogia segmento TCP em muitos pacotes IP

Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL)

Sistema final Sistema finalSwitch ATM Switch ATM

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Diferentes versotildees da camada AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM AAL1 para serviccedilo CBR (taxa de bit constante) ex emulaccedilatildeo de circuitos AAL2 para serviccedilos VBR (taxa de bit variaacutevel) ex viacutedeo MPEG AAL5 para dados (ex datagramas IP)

AAL PDU

ceacutelula ATM

Dados de usuaacuterio

subcamadade convergecircncia

subcamadaSAR

Ceacutelula ATM

Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL)

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Serviccedilo transporte de ceacutelulas atraveacutes da rede ATM Anaacuteloga agrave camada de rede IP Serviccedilos muito diferentes da camada de rede IP

Arquiteturade rede

Internet

ATM

ATM

ATM

ATM

Modelo de serviccedilo

melhoresforccediloCBR

VBR

ABR

UBR

Banda

natildeo

taxaconstantetaxagarantidamiacutenimogarantidonatildeo

Perda

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Ordem

natildeo

sim

sim

sim

sim

Tempo

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Aviso decongestatildeo

natildeo (inferidopelas perdas)natildeo haacutecongestatildeonatildeo haacutecongestatildeosim

natildeo

Garantias

Camada ATM

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Transporte em VC ceacutelulas satildeo transportadas sobre VC da fonte ao destino Estabelecimento de conexatildeo necessaacuterio para cada chamada antes que o fluxo de dados possa ser iniciado Cada pacote transporta um identificador de VC (natildeo transporta o endereccedilo do destino) Cada comutador com caminho entre a fonte e o destino manteacutem o ldquoestadordquo para cada conexatildeo passante Recursos do enlace e do comutador (banda passante buffers) podem ser alocados por VC para obter um comportamento semelhante a um circuito fiacutesico

VCs permanentes (PVCs) Conexotildees de longa duraccedilatildeo Tipicamente rota ldquopermanenterdquo entre roteadores IP

VCs comutados (SVC) Dinamicamente criados numa base por chamada

Camadas ATM circuitos virtuais

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Vantagens do uso de circuitos virtuais no ATM Iacutendices de QoS garantidos para conexotildees mapeadas em

circuitos virtuais (banda passante atraso variacircncia de atraso)

Problemas no uso de circuitos virtuais O suporte de traacutefego datagrama eacute ineficiente Um PVC entre cada par origemdestino natildeo tem boa

escalabilidade (N2 conexotildees satildeo necessaacuterias) SVC introduz latecircncia de estabelecimento de conexatildeo e

atrasos de processamento para conexotildees de curta duraccedilatildeo

ATM VCs

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Cabeccedilalho da ceacutelula ATM com 5 bytes Carga uacutetil com 48-bytes

Por quecirc carga uacutetil pequena -gt pequeno atraso de criaccedilatildeo de ceacutelula para voz digitalizada

Meio do caminho entre 32 e 64 (compromisso)

cabeccedilalhoda ceacutelula

formato daceacutelula

3o bit no campo PTvalor 1 indica uacuteltima ceacutelula (AAL-indicate bit)

Camada ATM ceacutelula ATM

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VCI identificador de canal virtual Pode mudar de enlace para enlace atraveacutes da rede

PT tipo de carga uacutetil (ex ceacutelula RM versus ceacutelula de dados) CLP bit de prioridade de perda de ceacutelula

CLP = 1 implica ceacutelula de baixa prioridade pode ser descartada em caso de congestatildeo

HEC verificaccedilatildeo de erros no cabeccedilalho Verificaccedilatildeo ciacuteclica de erros

Cabeccedilalho da ceacutelula ATM

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A camada fiacutesica se compotildee de duas partes (subcamadas ) Subcamada de convergecircncia de transmissatildeo (TCS) adapta a camada

ATM acima agrave subcamada fiacutesica abaixo (PMD) Subcamada dependente do meio depende do tipo de meio fiacutesico que

estaacute sendo empregado

Funccedilotildees da TCS Geraccedilatildeo do checksum do cabeccedilalho 8 bits CRC Delineamento de ceacutelula Com uma subcamada PMD natildeo estruturada transmite ceacutelulas vazias

(ldquoidle cellsrdquo) quando natildeo haacute ceacutelulas de dados a enviar

Camada fiacutesica ATM

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Subcamada dependente do meio fiacutesico (PMD) SONETSDH estrutura de transmissatildeo de quadros (como um

container carregando bits) Sincronizaccedilatildeo de bits Particcedilotildees da banda passante (TDM) Vaacuterias velocidades OC1 = 5184 Mbps OC3 = 15552 Mbps OC12 = 62208 Mbps

T1T3 estrutura de transmissatildeo de quadros (velha hierarquia de telefonia 15 Mbps45 Mbps No Brasil usa-se a hierarquia europeacuteia E1E3 2 34 Mbps

Natildeo estruturada apenas ceacutelulas (ocupadasvazias)

Camada fiacutesica ATM

5

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Apenas IP claacutessico 3 ldquoredesrdquo (ex segmentos de LAN) Endereccedilos MAC (8023) e IP

IP sobre ATM Substitui ldquorederdquo (ex segmento

de LAN) com a rede ATM Endereccedilos ATM endereccedilos IP

redeATM

EthernetLANs

EthernetLANs

IP-sobre-ATM

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No endereccedilo de origem Camada IP encontra um mapeamento entre o endereccedilo IP e o endereccedilo de destino ATM (usando ARP) Passa o datagrama para a camada de adaptaccedilatildeo AAL5 AAL5 encapsula os dados segmenta em ceacutelulas e passa para a camada ATM

Rede ATM move a ceacutelula para o destino de acordo com o seu VC (circuito virtual)

No hospedeiro de destino AAL5 remonta o datagrama original a partir das ceacutelulas recebidas Se o CRC OK datagrama eacute passado ao IP

Viagem de um datagrama numa rede IP-sobre-ATM

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Questotildees Datagramas IP em ATM AAL5 PDUs Dos endereccedilos IP aos endereccedilos ATM

Da mesma forma que de endereccedilos IP para endereccedilos MAC 8023

redeATM

EthernetLANs

IP-sobre-ATM

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Objetivo inicial aumentar a velocidade de encaminhamento IP usando labels de tamanho fixo (em vez de endereccedilo IP) Mesma ideacuteia do meacutetodo de circuito virtual (VC) Mas o datagrama IP ainda manteacutem o endereccedilo IP

Multiprotocol label switching (MPLS)

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Roteador faz a funccedilatildeo de comutador de roacutetulo Pacotes encaminhados para interface de saiacuteda com base apenas no valor

do roacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP) Tabela de encaminhamento MPLS distinta das tabelas de encaminhamento IP

Protocolo de sinalizaccedilatildeo necessaacuterio para estabelecer o encaminhamento RSVP-TE Encaminhamento eacute possiacutevel por caminhos que o IP sozinho natildeo pode usar (ex roteamento de especificado pela origem) Use MPLS para engenharia de traacutefego

Deve coexistir com roteadores unicamente IP

Roteadores MPLS

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Tabelas de encaminhamento MPLS

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Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace Detecccedilatildeo de erros correccedilatildeo Compartilhando um canal broadcast acesso muacuteltiplo Endereccedilamento da camada de enlace

Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de vaacuterias tecnologias da camada de enlace Ethernet LANS comutadas PPP Redes virtualizadas como uma camada de enlace ATM MPLS

Resumo

Page 47: Capítulo 5 Redes de computadores e a Internet A camada de enlace e redes locais

5

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Sem conexatildeo natildeo ocorre conexatildeo entre o adaptador transmissor e o receptor

Natildeo confiaacutevel adaptador receptor natildeo envia ACKs ou nacks para o adaptador transmissor O fluxo de datagramas que passa para a camada de rede pode deixar

lacunas Lacunas seratildeo preenchidas se a aplicaccedilatildeo estiver usando TCP Caso contraacuterio a aplicaccedilatildeo veraacute as lacunas

Serviccedilo natildeo confiaacutevel sem conexatildeo

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Sem slots Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador

transmitindo isto eacute carrier sense O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador

transmitindo isto eacute collision detection Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo

aleatoacuterio isto eacute random access

Ethernet usa CSMACD

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1 Adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmitir o

quadro Se ele detecta o canal ocupado espera ateacute ele ficar livre e entatildeo transmite

3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo sua missatildeo com esse quadro estaacute cumprida

4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta e envia um jam signal

5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a m-eacutesima colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2m-1 O adaptador espera K512 tempos de bit e retorna ao passo 2

Algoritmo CSMACD da Ethernet

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Jam signal garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo 48 bitsBit time 1 microseg para Ethernet de 10 Mbpspara K=1023 o tempo de espera eacute cerca de 50 mseg

Veja o applet Java no Web site da AWL altamemte recomendadoExponential backoff Objetivo adaptar tentativas de retransmissatildeo para carga atual da rede

Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longa Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacute

K x 512 tempos de transmissatildeo de bit Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3hellip Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023

Ethernet CSMACD

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Tprop = propagaccedilatildeo maacutexima entre 2 noacutes na LAN

ttrans = tempo para transmitir um quadro de tamanho maacuteximo

Eficiecircncia tende a 1 quando tprop tende a 0

Tende a 1 quando ttrans tende ao infinito Muito melhor do que o ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato

transprop tt 51

1eficiecircncia

Eficiecircncia do CSMACD

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Taxa de 10100 Mbps chamado mais tarde de ldquofast ethernetrdquo T significa ldquoTwisted Pairrdquo (par de fios tranccedilados de cobre) Noacutes se conectam a um hub ldquotopologia em estrelardquo 100 m eacute a distacircncia

maacutexima entre os noacutes e o hub

10BaseT e 100BaseT

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Hubs satildeo essencialmente repetidores de camada fiacutesica Bits que chegam de um enlace se propagam para todos os outros enlaces Com a mesma taxa Natildeo possuem armazenagem de quadros Natildeo haacute CSMACD no hub adaptadores detectam colisotildees Provecirc funcionalidade de gerenciamento de rede

Hubs

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Usada em 10BaseT Cada bit possui uma transiccedilatildeo Permite que os reloacutegios nos noacutes de transmissatildeo e de recepccedilatildeo possam

sincronizar um com o outro Natildeo eacute necessaacuterio reloacutegio global centralizado entre os noacutes

Ei isso eacute coisa de camada fiacutesica

Codificaccedilatildeo Manchester

Codificaccedilatildeo Manchester

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Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeo Permite enlaces ponto-a-ponto e canais de muacuteltiplo acesso

compartilhados No modo compartilhado o CSMACD eacute usado exige pequenas

distacircncias entre os noacutes para ser eficiente Usa hubs chamados aqui de Distribuidores com Armazenagem

ldquoBuffered Distributorsrdquo Full-Duplex a 1 Gbps para enlaces ponto-a-ponto 10 Gbps agora

Gigabit Ethernet

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A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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Hub de backbone interconecta segmentos de LAN Estende a distacircncia maacutexima entre os noacutes Mas domiacutenios de colisatildeo individuais tornam-se um uacutenico e grande

domiacutenio de colisatildeo Natildeo pode interconectar 10BaseT e 100BaseT

Interconexatildeo com hubs

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Dispositivo de camada de enlace Armazena e encaminha quadros Ethernet Examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o

quadro baseado no endereccedilo MAC de destino Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento

usa CSMACD para acessar o segmento Transparente

Hospedeiros satildeo inconscientes da presenccedila dos switches Plug-and-play self-learning (auto-aprendizado)

Switches natildeo precisam ser configurados

Switch

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Como determinar para qual segmento da LAN encaminhar o quadro Parece um problema de roteamento

Encaminhamento

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Um switch possui uma tabela de switch Entrada na tabela do switch

(endereccedilo MAC interface marca de tempo) Entradas expiradas na tabela satildeo decartadas (TTL pode ser 60 min)

Switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de suas interfaces Quando recebe um quadro o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento da LAN que chega Registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela

Self learning (auto-aprendizado)

5

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Quando um switch recebe um quadro

indexa a tabela do switch usando end MAC de destinoif entrada for encontrada para o destino

then if dest no segmento deste quadro chegou

then descarta o quadro else encaminha o quadro na interface indicada else flood

Encaminha para todas as interfacesexceto para a que o quadro chegou

Filtragemencaminhamento

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Suponha que C envia um quadro para D

Switch recebe o quadro de C Anota na tabela que C estaacute na interface 1 Como D natildeo estaacute na tabela o switch encaminha o quadro para as

interfaces 2 e 3 Quadro recebido por D

hub hub hub

switch

A

B CD

EF

G H

I

endereccedilo interface

ABEG

1123

12 3

Switch exemplo

5

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Suponha que D responde com um quadro para C

Switch recebe quadro de D Anota na tabela que D estaacute na interface 2 Como C estaacute na tabela o switch encaminha o quadro apenas para a

interface 1 Quadro recebido por C

hub hub hub

switch

A

B CD

EF

G H

I

endereccedilo interface

ABEGC

11231

Switch exemplo

5

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A instalaccedilatildeo do switch quebra as sub-redes em segmentos de LAN Switch filtra pacotes

Alguns quadros do mesmo segmento de LAN natildeo satildeo usualmente encaminhados para outros segmento de LAN

Segmentos se tornam separados em domiacutenios de colisatildeo

hub hub hub

switch

domiacutenio de colisatildeo domiacutenio de colisatildeo

domiacutenio de colisatildeo

Switch isolaccedilatildeo de traacutefego

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Switch com muitas interfaces Hospedeiros possuem conexatildeo direta ao switch Sem colisotildees full duplex

Switching A-para-Arsquo e B-para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees

Switches acesso dedicado

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5 - 66copy 2005 by Pearson Education

Cut-through switching quadro encaminhado da porta de entrada ateacute a porta de saiacuteda sem ter de primeiro coletar o quadro todo Ligeira reduccedilatildeo na latecircncia

Combinaccedilotildees de interfaces 101001000 Mbps compartilhadasdedicadas

Mais sobre switches

5

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Redes corporativas

5

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Ambos satildeo dispositivos store-and-forward Roteadores dispositivos de camada de rede (examinam cabeccedilalhos

da camada de rede) Switches satildeo dispositivos da camada de enlace

Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam algoritmos de roteamento Switches mantecircm tabelas de switch implementam filtragem algoritmos de aprendizagem

Switches vs roteadores

5

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hubs roteadores switches

isolaccedilatildeo detraacutefego

natildeo sim sim

plug amp play sim natildeo sim

roteamentooacutetimo

natildeo sim natildeo

cutthrough

sim natildeo sim

Resumo comparaccedilatildeo

5

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A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace de broadcast Sem Media Access Control Natildeo necessita de endereccedilamento MAC expliacutecito Ex dialup link linha ISDN

Protocolos ponto-a-ponto DLC populares PPP (point-to-point protocol) HDLC High level data link control (camada de enlace costumava ser considerada ldquocamada altardquo na pilha de protocolos)

Controle de enlace de dados ponto-a-ponto

5

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Enquadramento de pacote encapsulamento do datagrama da camada de rede no quadro da camada de enlace Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolo de rede (natildeo apenas o IP) ao mesmo tempo Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo

Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo de bit no campo de dados

Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo) Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do enlace

para a camada de rede Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos terminais

do enlace podem aprender e configurar o endereccedilo de rede dos outros

PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]

5

5 - 73copy 2005 by Pearson Education

Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros Natildeo haacute controle de fluxo Aceita entregas fora de ordem Natildeo haacute necessidade de suportar enlaces multiponto (ex polling)

Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeo dos dados satildeo todos relegados para as camadas mais altas

PPP natildeo requisitos

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5 - 74copy 2005 by Pearson Education

Flag delimitador (enquadramento) Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura) Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacuteltiplos campos de

controle Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o conteuacutedo do

quadro deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)

PPP formato do quadro

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info dados da camada superior sendo transportados CRC verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de erros

PPP formato dos dados

5

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Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de dados deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt01111110gt

P Se for recebido o padratildeo lt01111110gt satildeo dados ou eacute flag Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte extra com o padratildeo lt

01111101gt (escape) antes de cada byte com o padratildeo de flag lt 01111110gt nos dados

Receptor Um byte 01111101 seguido de 01111110 em seguida descarta o primeiro e continua a recepccedilatildeo de dados Uacutenico byte 01111110 entatildeo eacute um flag

Byte stuffing

5

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byte com o padratildeodo flag nos dados a enviar

byte com o padratildeo de escape acrescentado nos dados transmitidos seguido por um byte com padratildeo de flag

Byte stuffing

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Antes de trocar dados da camada de rede os parceiros da camada de enlace devem A configurar o enlace PPP (tamanho maacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo) Aprenderconfigurar as informaccedilotildees da camada de rede

Para o IP transportar mensagens do protocolo de controle IP (IPCP) (campo de protocolo 8021) para configuraraprender os

endereccedilos IP

PPP protocolo de controle de dados

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A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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Virtualizaccedilatildeo dos recursos uma poderosa abstraccedilatildeo em engenharia de sistemas Exemplos em computaccedilatildeo memoacuteria virtual dispositivos virtuais

Maacutequinas virtuais ex java IBM VM os dos anos 6070

Camada de abstraccedilotildees natildeo se apega a detalhes da camada mais baixa apenas trata com as camadas mais baixas abstratamente

Virtualizaccedilatildeo das redes

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5 - 81copy 2005 by Pearson Education

1974 muacuteltiplas redes desconectadas ARPAnet redes de dados-sobre-cabo rede de pacote por sateacutelite (Aloha) rede de pacotes por raacutedio

hellip diferentes em convenccedilotildees de endereccedilamento formatos do pacote recuperaccedilatildeo de erros roteamento

Internet virtualizaccedilatildeo das redes

5

5 - 82copy 2005 by Pearson Education

Camada de rede da Internet (IP) Endereccedilamento internetwork

aparece como uma entidade uacutenica e uniforme escondendo a heterogeneidade das redes locais

Rede de redes

Gateway ldquoembute pacotes da Internet no

formato de um pacote local ou os extrairdquo

Rota (no niacutevel de internetwork) para o proacuteximo gateway

Internet virtualizaccedilatildeo das redes

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5 - 83copy 2005 by Pearson Education

O que eacute virtualizado Duas camadas de endereccedilamento Internet e rede local Nova camada (IP) torna tudo homogecircneo na camada da Internet Tecnologia da rede local em questatildeo

Cabo Sateacutelite Modem telefocircnico de 56 K Hoje ATM MPLS

hellip ldquoinvisiacutevelrdquo na camada da Internet Parece com uma tecnologia de camada de enlace para o IP

Arquitetura da Internet de Cerf amp Kahn

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5 - 84copy 2005 by Pearson Education

ATM MPLS redes separadas em seus proacuteprios direitos Modelos de serviccedilo endereccedilamento roteamento diferentes da Internet

Vistos pela Internet como um enlace loacutegico conectando roteadores IP Assim como o dialup link eacute realmente parte de uma rede separada

(rede telefocircnica)

ATM MPLS de interesse teacutecnico em seu proacuteprio direito

ATM e MPLS

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Padratildeo dos anos 8090 para altas taxas de transmissatildeo (155 Mbps a 622 Mbps e mais altas) arquitetura de Broadband Integrated Service Digital Network (B-ISDN)

Objetivo transporte integrado de voz dados e imagens com foco nas redes puacuteblicas de comunicaccedilatildeo Deve atender aos requisitos de tempoQoS para aplicaccedilotildees de voz

e de viacutedeo (versus o serviccedilo de melhor esforccedilo da Internet) Telefonia de ldquoproacutexima geraccedilatildeordquo fundamentos teacutecnicos no mundo da telefonia Comutaccedilatildeo de pacotes (pacotes de tamanho fixo chamados ldquoceacutelulasrdquo) usando circuitos virtuais

Modo de transferecircncia assiacutencrono ATM

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Camada de adaptaccedilatildeo apenas na borda de uma rede ATM Segmentaccedilatildeo e remontagem dos dados Grosseiramente anaacuteloga agrave camada de transporte da Internet

Camada ATM camada de ldquorederdquo Comutaccedilatildeo de ceacutelulas roteamento

Camada fiacutesica

Sistema final Sistema finalSwitch ATM Switch ATM

Arquitetura ATM

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Visatildeo transporte fim-a-fim ldquoATM de computador a computadorrdquo ATM eacute uma tecnologia de redeRealidade usada para conectar roteadores IP de backbone ldquoIP sobre ATMrdquo ATM como uma camada de enlace comutada conectando roteadores IP

ATM camada de rede ou de enlace

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Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL) ldquoadaptardquo camadas superiores (aplicaccedilotildees IP ou nativas ATM) para a camada ATM abaixo

AAL presente apenas nos sistemas finais natildeo nos comutadores ATM (ldquoswitchesrdquo)

O segmento da camada AAL (campo de cabeccedilalhotrailer e de dados) satildeo fragmentados em muacuteltiplas ceacutelulas ATM Analogia segmento TCP em muitos pacotes IP

Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL)

Sistema final Sistema finalSwitch ATM Switch ATM

5

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Diferentes versotildees da camada AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM AAL1 para serviccedilo CBR (taxa de bit constante) ex emulaccedilatildeo de circuitos AAL2 para serviccedilos VBR (taxa de bit variaacutevel) ex viacutedeo MPEG AAL5 para dados (ex datagramas IP)

AAL PDU

ceacutelula ATM

Dados de usuaacuterio

subcamadade convergecircncia

subcamadaSAR

Ceacutelula ATM

Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL)

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Serviccedilo transporte de ceacutelulas atraveacutes da rede ATM Anaacuteloga agrave camada de rede IP Serviccedilos muito diferentes da camada de rede IP

Arquiteturade rede

Internet

ATM

ATM

ATM

ATM

Modelo de serviccedilo

melhoresforccediloCBR

VBR

ABR

UBR

Banda

natildeo

taxaconstantetaxagarantidamiacutenimogarantidonatildeo

Perda

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Ordem

natildeo

sim

sim

sim

sim

Tempo

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Aviso decongestatildeo

natildeo (inferidopelas perdas)natildeo haacutecongestatildeonatildeo haacutecongestatildeosim

natildeo

Garantias

Camada ATM

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Transporte em VC ceacutelulas satildeo transportadas sobre VC da fonte ao destino Estabelecimento de conexatildeo necessaacuterio para cada chamada antes que o fluxo de dados possa ser iniciado Cada pacote transporta um identificador de VC (natildeo transporta o endereccedilo do destino) Cada comutador com caminho entre a fonte e o destino manteacutem o ldquoestadordquo para cada conexatildeo passante Recursos do enlace e do comutador (banda passante buffers) podem ser alocados por VC para obter um comportamento semelhante a um circuito fiacutesico

VCs permanentes (PVCs) Conexotildees de longa duraccedilatildeo Tipicamente rota ldquopermanenterdquo entre roteadores IP

VCs comutados (SVC) Dinamicamente criados numa base por chamada

Camadas ATM circuitos virtuais

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Vantagens do uso de circuitos virtuais no ATM Iacutendices de QoS garantidos para conexotildees mapeadas em

circuitos virtuais (banda passante atraso variacircncia de atraso)

Problemas no uso de circuitos virtuais O suporte de traacutefego datagrama eacute ineficiente Um PVC entre cada par origemdestino natildeo tem boa

escalabilidade (N2 conexotildees satildeo necessaacuterias) SVC introduz latecircncia de estabelecimento de conexatildeo e

atrasos de processamento para conexotildees de curta duraccedilatildeo

ATM VCs

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Cabeccedilalho da ceacutelula ATM com 5 bytes Carga uacutetil com 48-bytes

Por quecirc carga uacutetil pequena -gt pequeno atraso de criaccedilatildeo de ceacutelula para voz digitalizada

Meio do caminho entre 32 e 64 (compromisso)

cabeccedilalhoda ceacutelula

formato daceacutelula

3o bit no campo PTvalor 1 indica uacuteltima ceacutelula (AAL-indicate bit)

Camada ATM ceacutelula ATM

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VCI identificador de canal virtual Pode mudar de enlace para enlace atraveacutes da rede

PT tipo de carga uacutetil (ex ceacutelula RM versus ceacutelula de dados) CLP bit de prioridade de perda de ceacutelula

CLP = 1 implica ceacutelula de baixa prioridade pode ser descartada em caso de congestatildeo

HEC verificaccedilatildeo de erros no cabeccedilalho Verificaccedilatildeo ciacuteclica de erros

Cabeccedilalho da ceacutelula ATM

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A camada fiacutesica se compotildee de duas partes (subcamadas ) Subcamada de convergecircncia de transmissatildeo (TCS) adapta a camada

ATM acima agrave subcamada fiacutesica abaixo (PMD) Subcamada dependente do meio depende do tipo de meio fiacutesico que

estaacute sendo empregado

Funccedilotildees da TCS Geraccedilatildeo do checksum do cabeccedilalho 8 bits CRC Delineamento de ceacutelula Com uma subcamada PMD natildeo estruturada transmite ceacutelulas vazias

(ldquoidle cellsrdquo) quando natildeo haacute ceacutelulas de dados a enviar

Camada fiacutesica ATM

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Subcamada dependente do meio fiacutesico (PMD) SONETSDH estrutura de transmissatildeo de quadros (como um

container carregando bits) Sincronizaccedilatildeo de bits Particcedilotildees da banda passante (TDM) Vaacuterias velocidades OC1 = 5184 Mbps OC3 = 15552 Mbps OC12 = 62208 Mbps

T1T3 estrutura de transmissatildeo de quadros (velha hierarquia de telefonia 15 Mbps45 Mbps No Brasil usa-se a hierarquia europeacuteia E1E3 2 34 Mbps

Natildeo estruturada apenas ceacutelulas (ocupadasvazias)

Camada fiacutesica ATM

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Apenas IP claacutessico 3 ldquoredesrdquo (ex segmentos de LAN) Endereccedilos MAC (8023) e IP

IP sobre ATM Substitui ldquorederdquo (ex segmento

de LAN) com a rede ATM Endereccedilos ATM endereccedilos IP

redeATM

EthernetLANs

EthernetLANs

IP-sobre-ATM

5

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No endereccedilo de origem Camada IP encontra um mapeamento entre o endereccedilo IP e o endereccedilo de destino ATM (usando ARP) Passa o datagrama para a camada de adaptaccedilatildeo AAL5 AAL5 encapsula os dados segmenta em ceacutelulas e passa para a camada ATM

Rede ATM move a ceacutelula para o destino de acordo com o seu VC (circuito virtual)

No hospedeiro de destino AAL5 remonta o datagrama original a partir das ceacutelulas recebidas Se o CRC OK datagrama eacute passado ao IP

Viagem de um datagrama numa rede IP-sobre-ATM

5

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Questotildees Datagramas IP em ATM AAL5 PDUs Dos endereccedilos IP aos endereccedilos ATM

Da mesma forma que de endereccedilos IP para endereccedilos MAC 8023

redeATM

EthernetLANs

IP-sobre-ATM

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Objetivo inicial aumentar a velocidade de encaminhamento IP usando labels de tamanho fixo (em vez de endereccedilo IP) Mesma ideacuteia do meacutetodo de circuito virtual (VC) Mas o datagrama IP ainda manteacutem o endereccedilo IP

Multiprotocol label switching (MPLS)

5

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Roteador faz a funccedilatildeo de comutador de roacutetulo Pacotes encaminhados para interface de saiacuteda com base apenas no valor

do roacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP) Tabela de encaminhamento MPLS distinta das tabelas de encaminhamento IP

Protocolo de sinalizaccedilatildeo necessaacuterio para estabelecer o encaminhamento RSVP-TE Encaminhamento eacute possiacutevel por caminhos que o IP sozinho natildeo pode usar (ex roteamento de especificado pela origem) Use MPLS para engenharia de traacutefego

Deve coexistir com roteadores unicamente IP

Roteadores MPLS

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Tabelas de encaminhamento MPLS

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Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace Detecccedilatildeo de erros correccedilatildeo Compartilhando um canal broadcast acesso muacuteltiplo Endereccedilamento da camada de enlace

Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de vaacuterias tecnologias da camada de enlace Ethernet LANS comutadas PPP Redes virtualizadas como uma camada de enlace ATM MPLS

Resumo

Page 48: Capítulo 5 Redes de computadores e a Internet A camada de enlace e redes locais

5

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Sem slots Adaptador natildeo transmite se ele detectar algum outro adaptador

transmitindo isto eacute carrier sense O adaptador transmissor aborta quando detecta outro adaptador

transmitindo isto eacute collision detection Antes de tentar uma retransmissatildeo o adaptador espera um periacuteodo

aleatoacuterio isto eacute random access

Ethernet usa CSMACD

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1 Adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmitir o

quadro Se ele detecta o canal ocupado espera ateacute ele ficar livre e entatildeo transmite

3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo sua missatildeo com esse quadro estaacute cumprida

4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta e envia um jam signal

5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a m-eacutesima colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2m-1 O adaptador espera K512 tempos de bit e retorna ao passo 2

Algoritmo CSMACD da Ethernet

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Jam signal garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo 48 bitsBit time 1 microseg para Ethernet de 10 Mbpspara K=1023 o tempo de espera eacute cerca de 50 mseg

Veja o applet Java no Web site da AWL altamemte recomendadoExponential backoff Objetivo adaptar tentativas de retransmissatildeo para carga atual da rede

Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longa Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacute

K x 512 tempos de transmissatildeo de bit Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3hellip Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023

Ethernet CSMACD

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Tprop = propagaccedilatildeo maacutexima entre 2 noacutes na LAN

ttrans = tempo para transmitir um quadro de tamanho maacuteximo

Eficiecircncia tende a 1 quando tprop tende a 0

Tende a 1 quando ttrans tende ao infinito Muito melhor do que o ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato

transprop tt 51

1eficiecircncia

Eficiecircncia do CSMACD

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Taxa de 10100 Mbps chamado mais tarde de ldquofast ethernetrdquo T significa ldquoTwisted Pairrdquo (par de fios tranccedilados de cobre) Noacutes se conectam a um hub ldquotopologia em estrelardquo 100 m eacute a distacircncia

maacutexima entre os noacutes e o hub

10BaseT e 100BaseT

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Hubs satildeo essencialmente repetidores de camada fiacutesica Bits que chegam de um enlace se propagam para todos os outros enlaces Com a mesma taxa Natildeo possuem armazenagem de quadros Natildeo haacute CSMACD no hub adaptadores detectam colisotildees Provecirc funcionalidade de gerenciamento de rede

Hubs

5

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Usada em 10BaseT Cada bit possui uma transiccedilatildeo Permite que os reloacutegios nos noacutes de transmissatildeo e de recepccedilatildeo possam

sincronizar um com o outro Natildeo eacute necessaacuterio reloacutegio global centralizado entre os noacutes

Ei isso eacute coisa de camada fiacutesica

Codificaccedilatildeo Manchester

Codificaccedilatildeo Manchester

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Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeo Permite enlaces ponto-a-ponto e canais de muacuteltiplo acesso

compartilhados No modo compartilhado o CSMACD eacute usado exige pequenas

distacircncias entre os noacutes para ser eficiente Usa hubs chamados aqui de Distribuidores com Armazenagem

ldquoBuffered Distributorsrdquo Full-Duplex a 1 Gbps para enlaces ponto-a-ponto 10 Gbps agora

Gigabit Ethernet

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A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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Hub de backbone interconecta segmentos de LAN Estende a distacircncia maacutexima entre os noacutes Mas domiacutenios de colisatildeo individuais tornam-se um uacutenico e grande

domiacutenio de colisatildeo Natildeo pode interconectar 10BaseT e 100BaseT

Interconexatildeo com hubs

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Dispositivo de camada de enlace Armazena e encaminha quadros Ethernet Examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o

quadro baseado no endereccedilo MAC de destino Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento

usa CSMACD para acessar o segmento Transparente

Hospedeiros satildeo inconscientes da presenccedila dos switches Plug-and-play self-learning (auto-aprendizado)

Switches natildeo precisam ser configurados

Switch

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Como determinar para qual segmento da LAN encaminhar o quadro Parece um problema de roteamento

Encaminhamento

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Um switch possui uma tabela de switch Entrada na tabela do switch

(endereccedilo MAC interface marca de tempo) Entradas expiradas na tabela satildeo decartadas (TTL pode ser 60 min)

Switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de suas interfaces Quando recebe um quadro o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento da LAN que chega Registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela

Self learning (auto-aprendizado)

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Quando um switch recebe um quadro

indexa a tabela do switch usando end MAC de destinoif entrada for encontrada para o destino

then if dest no segmento deste quadro chegou

then descarta o quadro else encaminha o quadro na interface indicada else flood

Encaminha para todas as interfacesexceto para a que o quadro chegou

Filtragemencaminhamento

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Suponha que C envia um quadro para D

Switch recebe o quadro de C Anota na tabela que C estaacute na interface 1 Como D natildeo estaacute na tabela o switch encaminha o quadro para as

interfaces 2 e 3 Quadro recebido por D

hub hub hub

switch

A

B CD

EF

G H

I

endereccedilo interface

ABEG

1123

12 3

Switch exemplo

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Suponha que D responde com um quadro para C

Switch recebe quadro de D Anota na tabela que D estaacute na interface 2 Como C estaacute na tabela o switch encaminha o quadro apenas para a

interface 1 Quadro recebido por C

hub hub hub

switch

A

B CD

EF

G H

I

endereccedilo interface

ABEGC

11231

Switch exemplo

5

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A instalaccedilatildeo do switch quebra as sub-redes em segmentos de LAN Switch filtra pacotes

Alguns quadros do mesmo segmento de LAN natildeo satildeo usualmente encaminhados para outros segmento de LAN

Segmentos se tornam separados em domiacutenios de colisatildeo

hub hub hub

switch

domiacutenio de colisatildeo domiacutenio de colisatildeo

domiacutenio de colisatildeo

Switch isolaccedilatildeo de traacutefego

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Switch com muitas interfaces Hospedeiros possuem conexatildeo direta ao switch Sem colisotildees full duplex

Switching A-para-Arsquo e B-para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees

Switches acesso dedicado

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Cut-through switching quadro encaminhado da porta de entrada ateacute a porta de saiacuteda sem ter de primeiro coletar o quadro todo Ligeira reduccedilatildeo na latecircncia

Combinaccedilotildees de interfaces 101001000 Mbps compartilhadasdedicadas

Mais sobre switches

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Redes corporativas

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Ambos satildeo dispositivos store-and-forward Roteadores dispositivos de camada de rede (examinam cabeccedilalhos

da camada de rede) Switches satildeo dispositivos da camada de enlace

Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam algoritmos de roteamento Switches mantecircm tabelas de switch implementam filtragem algoritmos de aprendizagem

Switches vs roteadores

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hubs roteadores switches

isolaccedilatildeo detraacutefego

natildeo sim sim

plug amp play sim natildeo sim

roteamentooacutetimo

natildeo sim natildeo

cutthrough

sim natildeo sim

Resumo comparaccedilatildeo

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A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace de broadcast Sem Media Access Control Natildeo necessita de endereccedilamento MAC expliacutecito Ex dialup link linha ISDN

Protocolos ponto-a-ponto DLC populares PPP (point-to-point protocol) HDLC High level data link control (camada de enlace costumava ser considerada ldquocamada altardquo na pilha de protocolos)

Controle de enlace de dados ponto-a-ponto

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Enquadramento de pacote encapsulamento do datagrama da camada de rede no quadro da camada de enlace Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolo de rede (natildeo apenas o IP) ao mesmo tempo Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo

Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo de bit no campo de dados

Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo) Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do enlace

para a camada de rede Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos terminais

do enlace podem aprender e configurar o endereccedilo de rede dos outros

PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]

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Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros Natildeo haacute controle de fluxo Aceita entregas fora de ordem Natildeo haacute necessidade de suportar enlaces multiponto (ex polling)

Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeo dos dados satildeo todos relegados para as camadas mais altas

PPP natildeo requisitos

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Flag delimitador (enquadramento) Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura) Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacuteltiplos campos de

controle Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o conteuacutedo do

quadro deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)

PPP formato do quadro

5

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info dados da camada superior sendo transportados CRC verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de erros

PPP formato dos dados

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Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de dados deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt01111110gt

P Se for recebido o padratildeo lt01111110gt satildeo dados ou eacute flag Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte extra com o padratildeo lt

01111101gt (escape) antes de cada byte com o padratildeo de flag lt 01111110gt nos dados

Receptor Um byte 01111101 seguido de 01111110 em seguida descarta o primeiro e continua a recepccedilatildeo de dados Uacutenico byte 01111110 entatildeo eacute um flag

Byte stuffing

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byte com o padratildeodo flag nos dados a enviar

byte com o padratildeo de escape acrescentado nos dados transmitidos seguido por um byte com padratildeo de flag

Byte stuffing

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Antes de trocar dados da camada de rede os parceiros da camada de enlace devem A configurar o enlace PPP (tamanho maacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo) Aprenderconfigurar as informaccedilotildees da camada de rede

Para o IP transportar mensagens do protocolo de controle IP (IPCP) (campo de protocolo 8021) para configuraraprender os

endereccedilos IP

PPP protocolo de controle de dados

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A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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5 - 80copy 2005 by Pearson Education

Virtualizaccedilatildeo dos recursos uma poderosa abstraccedilatildeo em engenharia de sistemas Exemplos em computaccedilatildeo memoacuteria virtual dispositivos virtuais

Maacutequinas virtuais ex java IBM VM os dos anos 6070

Camada de abstraccedilotildees natildeo se apega a detalhes da camada mais baixa apenas trata com as camadas mais baixas abstratamente

Virtualizaccedilatildeo das redes

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1974 muacuteltiplas redes desconectadas ARPAnet redes de dados-sobre-cabo rede de pacote por sateacutelite (Aloha) rede de pacotes por raacutedio

hellip diferentes em convenccedilotildees de endereccedilamento formatos do pacote recuperaccedilatildeo de erros roteamento

Internet virtualizaccedilatildeo das redes

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Camada de rede da Internet (IP) Endereccedilamento internetwork

aparece como uma entidade uacutenica e uniforme escondendo a heterogeneidade das redes locais

Rede de redes

Gateway ldquoembute pacotes da Internet no

formato de um pacote local ou os extrairdquo

Rota (no niacutevel de internetwork) para o proacuteximo gateway

Internet virtualizaccedilatildeo das redes

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O que eacute virtualizado Duas camadas de endereccedilamento Internet e rede local Nova camada (IP) torna tudo homogecircneo na camada da Internet Tecnologia da rede local em questatildeo

Cabo Sateacutelite Modem telefocircnico de 56 K Hoje ATM MPLS

hellip ldquoinvisiacutevelrdquo na camada da Internet Parece com uma tecnologia de camada de enlace para o IP

Arquitetura da Internet de Cerf amp Kahn

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ATM MPLS redes separadas em seus proacuteprios direitos Modelos de serviccedilo endereccedilamento roteamento diferentes da Internet

Vistos pela Internet como um enlace loacutegico conectando roteadores IP Assim como o dialup link eacute realmente parte de uma rede separada

(rede telefocircnica)

ATM MPLS de interesse teacutecnico em seu proacuteprio direito

ATM e MPLS

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Padratildeo dos anos 8090 para altas taxas de transmissatildeo (155 Mbps a 622 Mbps e mais altas) arquitetura de Broadband Integrated Service Digital Network (B-ISDN)

Objetivo transporte integrado de voz dados e imagens com foco nas redes puacuteblicas de comunicaccedilatildeo Deve atender aos requisitos de tempoQoS para aplicaccedilotildees de voz

e de viacutedeo (versus o serviccedilo de melhor esforccedilo da Internet) Telefonia de ldquoproacutexima geraccedilatildeordquo fundamentos teacutecnicos no mundo da telefonia Comutaccedilatildeo de pacotes (pacotes de tamanho fixo chamados ldquoceacutelulasrdquo) usando circuitos virtuais

Modo de transferecircncia assiacutencrono ATM

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Camada de adaptaccedilatildeo apenas na borda de uma rede ATM Segmentaccedilatildeo e remontagem dos dados Grosseiramente anaacuteloga agrave camada de transporte da Internet

Camada ATM camada de ldquorederdquo Comutaccedilatildeo de ceacutelulas roteamento

Camada fiacutesica

Sistema final Sistema finalSwitch ATM Switch ATM

Arquitetura ATM

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Visatildeo transporte fim-a-fim ldquoATM de computador a computadorrdquo ATM eacute uma tecnologia de redeRealidade usada para conectar roteadores IP de backbone ldquoIP sobre ATMrdquo ATM como uma camada de enlace comutada conectando roteadores IP

ATM camada de rede ou de enlace

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Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL) ldquoadaptardquo camadas superiores (aplicaccedilotildees IP ou nativas ATM) para a camada ATM abaixo

AAL presente apenas nos sistemas finais natildeo nos comutadores ATM (ldquoswitchesrdquo)

O segmento da camada AAL (campo de cabeccedilalhotrailer e de dados) satildeo fragmentados em muacuteltiplas ceacutelulas ATM Analogia segmento TCP em muitos pacotes IP

Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL)

Sistema final Sistema finalSwitch ATM Switch ATM

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Diferentes versotildees da camada AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM AAL1 para serviccedilo CBR (taxa de bit constante) ex emulaccedilatildeo de circuitos AAL2 para serviccedilos VBR (taxa de bit variaacutevel) ex viacutedeo MPEG AAL5 para dados (ex datagramas IP)

AAL PDU

ceacutelula ATM

Dados de usuaacuterio

subcamadade convergecircncia

subcamadaSAR

Ceacutelula ATM

Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL)

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Serviccedilo transporte de ceacutelulas atraveacutes da rede ATM Anaacuteloga agrave camada de rede IP Serviccedilos muito diferentes da camada de rede IP

Arquiteturade rede

Internet

ATM

ATM

ATM

ATM

Modelo de serviccedilo

melhoresforccediloCBR

VBR

ABR

UBR

Banda

natildeo

taxaconstantetaxagarantidamiacutenimogarantidonatildeo

Perda

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Ordem

natildeo

sim

sim

sim

sim

Tempo

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Aviso decongestatildeo

natildeo (inferidopelas perdas)natildeo haacutecongestatildeonatildeo haacutecongestatildeosim

natildeo

Garantias

Camada ATM

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Transporte em VC ceacutelulas satildeo transportadas sobre VC da fonte ao destino Estabelecimento de conexatildeo necessaacuterio para cada chamada antes que o fluxo de dados possa ser iniciado Cada pacote transporta um identificador de VC (natildeo transporta o endereccedilo do destino) Cada comutador com caminho entre a fonte e o destino manteacutem o ldquoestadordquo para cada conexatildeo passante Recursos do enlace e do comutador (banda passante buffers) podem ser alocados por VC para obter um comportamento semelhante a um circuito fiacutesico

VCs permanentes (PVCs) Conexotildees de longa duraccedilatildeo Tipicamente rota ldquopermanenterdquo entre roteadores IP

VCs comutados (SVC) Dinamicamente criados numa base por chamada

Camadas ATM circuitos virtuais

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Vantagens do uso de circuitos virtuais no ATM Iacutendices de QoS garantidos para conexotildees mapeadas em

circuitos virtuais (banda passante atraso variacircncia de atraso)

Problemas no uso de circuitos virtuais O suporte de traacutefego datagrama eacute ineficiente Um PVC entre cada par origemdestino natildeo tem boa

escalabilidade (N2 conexotildees satildeo necessaacuterias) SVC introduz latecircncia de estabelecimento de conexatildeo e

atrasos de processamento para conexotildees de curta duraccedilatildeo

ATM VCs

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Cabeccedilalho da ceacutelula ATM com 5 bytes Carga uacutetil com 48-bytes

Por quecirc carga uacutetil pequena -gt pequeno atraso de criaccedilatildeo de ceacutelula para voz digitalizada

Meio do caminho entre 32 e 64 (compromisso)

cabeccedilalhoda ceacutelula

formato daceacutelula

3o bit no campo PTvalor 1 indica uacuteltima ceacutelula (AAL-indicate bit)

Camada ATM ceacutelula ATM

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VCI identificador de canal virtual Pode mudar de enlace para enlace atraveacutes da rede

PT tipo de carga uacutetil (ex ceacutelula RM versus ceacutelula de dados) CLP bit de prioridade de perda de ceacutelula

CLP = 1 implica ceacutelula de baixa prioridade pode ser descartada em caso de congestatildeo

HEC verificaccedilatildeo de erros no cabeccedilalho Verificaccedilatildeo ciacuteclica de erros

Cabeccedilalho da ceacutelula ATM

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A camada fiacutesica se compotildee de duas partes (subcamadas ) Subcamada de convergecircncia de transmissatildeo (TCS) adapta a camada

ATM acima agrave subcamada fiacutesica abaixo (PMD) Subcamada dependente do meio depende do tipo de meio fiacutesico que

estaacute sendo empregado

Funccedilotildees da TCS Geraccedilatildeo do checksum do cabeccedilalho 8 bits CRC Delineamento de ceacutelula Com uma subcamada PMD natildeo estruturada transmite ceacutelulas vazias

(ldquoidle cellsrdquo) quando natildeo haacute ceacutelulas de dados a enviar

Camada fiacutesica ATM

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Subcamada dependente do meio fiacutesico (PMD) SONETSDH estrutura de transmissatildeo de quadros (como um

container carregando bits) Sincronizaccedilatildeo de bits Particcedilotildees da banda passante (TDM) Vaacuterias velocidades OC1 = 5184 Mbps OC3 = 15552 Mbps OC12 = 62208 Mbps

T1T3 estrutura de transmissatildeo de quadros (velha hierarquia de telefonia 15 Mbps45 Mbps No Brasil usa-se a hierarquia europeacuteia E1E3 2 34 Mbps

Natildeo estruturada apenas ceacutelulas (ocupadasvazias)

Camada fiacutesica ATM

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Apenas IP claacutessico 3 ldquoredesrdquo (ex segmentos de LAN) Endereccedilos MAC (8023) e IP

IP sobre ATM Substitui ldquorederdquo (ex segmento

de LAN) com a rede ATM Endereccedilos ATM endereccedilos IP

redeATM

EthernetLANs

EthernetLANs

IP-sobre-ATM

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No endereccedilo de origem Camada IP encontra um mapeamento entre o endereccedilo IP e o endereccedilo de destino ATM (usando ARP) Passa o datagrama para a camada de adaptaccedilatildeo AAL5 AAL5 encapsula os dados segmenta em ceacutelulas e passa para a camada ATM

Rede ATM move a ceacutelula para o destino de acordo com o seu VC (circuito virtual)

No hospedeiro de destino AAL5 remonta o datagrama original a partir das ceacutelulas recebidas Se o CRC OK datagrama eacute passado ao IP

Viagem de um datagrama numa rede IP-sobre-ATM

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Questotildees Datagramas IP em ATM AAL5 PDUs Dos endereccedilos IP aos endereccedilos ATM

Da mesma forma que de endereccedilos IP para endereccedilos MAC 8023

redeATM

EthernetLANs

IP-sobre-ATM

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Objetivo inicial aumentar a velocidade de encaminhamento IP usando labels de tamanho fixo (em vez de endereccedilo IP) Mesma ideacuteia do meacutetodo de circuito virtual (VC) Mas o datagrama IP ainda manteacutem o endereccedilo IP

Multiprotocol label switching (MPLS)

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Roteador faz a funccedilatildeo de comutador de roacutetulo Pacotes encaminhados para interface de saiacuteda com base apenas no valor

do roacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP) Tabela de encaminhamento MPLS distinta das tabelas de encaminhamento IP

Protocolo de sinalizaccedilatildeo necessaacuterio para estabelecer o encaminhamento RSVP-TE Encaminhamento eacute possiacutevel por caminhos que o IP sozinho natildeo pode usar (ex roteamento de especificado pela origem) Use MPLS para engenharia de traacutefego

Deve coexistir com roteadores unicamente IP

Roteadores MPLS

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Tabelas de encaminhamento MPLS

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Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace Detecccedilatildeo de erros correccedilatildeo Compartilhando um canal broadcast acesso muacuteltiplo Endereccedilamento da camada de enlace

Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de vaacuterias tecnologias da camada de enlace Ethernet LANS comutadas PPP Redes virtualizadas como uma camada de enlace ATM MPLS

Resumo

Page 49: Capítulo 5 Redes de computadores e a Internet A camada de enlace e redes locais

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1 Adaptador recebe um datagrama da camada de rede e cria um quadro2 Se o adaptador detecta um canal livre ele comeccedila a transmitir o

quadro Se ele detecta o canal ocupado espera ateacute ele ficar livre e entatildeo transmite

3 Se o adaptador transmite o quadro todo sem detectar outra transmissatildeo sua missatildeo com esse quadro estaacute cumprida

4 Se o adaptador detecta outra transmissatildeo enquanto transmite ele aborta e envia um jam signal

5 Apoacutes abortar o adaptador entra em exponential backoff apoacutes a m-eacutesima colisatildeo o adaptador escolhe um K aleatoacuterio de 012hellip2m-1 O adaptador espera K512 tempos de bit e retorna ao passo 2

Algoritmo CSMACD da Ethernet

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Jam signal garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo 48 bitsBit time 1 microseg para Ethernet de 10 Mbpspara K=1023 o tempo de espera eacute cerca de 50 mseg

Veja o applet Java no Web site da AWL altamemte recomendadoExponential backoff Objetivo adaptar tentativas de retransmissatildeo para carga atual da rede

Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longa Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacute

K x 512 tempos de transmissatildeo de bit Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3hellip Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023

Ethernet CSMACD

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Tprop = propagaccedilatildeo maacutexima entre 2 noacutes na LAN

ttrans = tempo para transmitir um quadro de tamanho maacuteximo

Eficiecircncia tende a 1 quando tprop tende a 0

Tende a 1 quando ttrans tende ao infinito Muito melhor do que o ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato

transprop tt 51

1eficiecircncia

Eficiecircncia do CSMACD

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Taxa de 10100 Mbps chamado mais tarde de ldquofast ethernetrdquo T significa ldquoTwisted Pairrdquo (par de fios tranccedilados de cobre) Noacutes se conectam a um hub ldquotopologia em estrelardquo 100 m eacute a distacircncia

maacutexima entre os noacutes e o hub

10BaseT e 100BaseT

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Hubs satildeo essencialmente repetidores de camada fiacutesica Bits que chegam de um enlace se propagam para todos os outros enlaces Com a mesma taxa Natildeo possuem armazenagem de quadros Natildeo haacute CSMACD no hub adaptadores detectam colisotildees Provecirc funcionalidade de gerenciamento de rede

Hubs

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Usada em 10BaseT Cada bit possui uma transiccedilatildeo Permite que os reloacutegios nos noacutes de transmissatildeo e de recepccedilatildeo possam

sincronizar um com o outro Natildeo eacute necessaacuterio reloacutegio global centralizado entre os noacutes

Ei isso eacute coisa de camada fiacutesica

Codificaccedilatildeo Manchester

Codificaccedilatildeo Manchester

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Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeo Permite enlaces ponto-a-ponto e canais de muacuteltiplo acesso

compartilhados No modo compartilhado o CSMACD eacute usado exige pequenas

distacircncias entre os noacutes para ser eficiente Usa hubs chamados aqui de Distribuidores com Armazenagem

ldquoBuffered Distributorsrdquo Full-Duplex a 1 Gbps para enlaces ponto-a-ponto 10 Gbps agora

Gigabit Ethernet

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A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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Hub de backbone interconecta segmentos de LAN Estende a distacircncia maacutexima entre os noacutes Mas domiacutenios de colisatildeo individuais tornam-se um uacutenico e grande

domiacutenio de colisatildeo Natildeo pode interconectar 10BaseT e 100BaseT

Interconexatildeo com hubs

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Dispositivo de camada de enlace Armazena e encaminha quadros Ethernet Examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o

quadro baseado no endereccedilo MAC de destino Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento

usa CSMACD para acessar o segmento Transparente

Hospedeiros satildeo inconscientes da presenccedila dos switches Plug-and-play self-learning (auto-aprendizado)

Switches natildeo precisam ser configurados

Switch

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Como determinar para qual segmento da LAN encaminhar o quadro Parece um problema de roteamento

Encaminhamento

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Um switch possui uma tabela de switch Entrada na tabela do switch

(endereccedilo MAC interface marca de tempo) Entradas expiradas na tabela satildeo decartadas (TTL pode ser 60 min)

Switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de suas interfaces Quando recebe um quadro o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento da LAN que chega Registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela

Self learning (auto-aprendizado)

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Quando um switch recebe um quadro

indexa a tabela do switch usando end MAC de destinoif entrada for encontrada para o destino

then if dest no segmento deste quadro chegou

then descarta o quadro else encaminha o quadro na interface indicada else flood

Encaminha para todas as interfacesexceto para a que o quadro chegou

Filtragemencaminhamento

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Suponha que C envia um quadro para D

Switch recebe o quadro de C Anota na tabela que C estaacute na interface 1 Como D natildeo estaacute na tabela o switch encaminha o quadro para as

interfaces 2 e 3 Quadro recebido por D

hub hub hub

switch

A

B CD

EF

G H

I

endereccedilo interface

ABEG

1123

12 3

Switch exemplo

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Suponha que D responde com um quadro para C

Switch recebe quadro de D Anota na tabela que D estaacute na interface 2 Como C estaacute na tabela o switch encaminha o quadro apenas para a

interface 1 Quadro recebido por C

hub hub hub

switch

A

B CD

EF

G H

I

endereccedilo interface

ABEGC

11231

Switch exemplo

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A instalaccedilatildeo do switch quebra as sub-redes em segmentos de LAN Switch filtra pacotes

Alguns quadros do mesmo segmento de LAN natildeo satildeo usualmente encaminhados para outros segmento de LAN

Segmentos se tornam separados em domiacutenios de colisatildeo

hub hub hub

switch

domiacutenio de colisatildeo domiacutenio de colisatildeo

domiacutenio de colisatildeo

Switch isolaccedilatildeo de traacutefego

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Switch com muitas interfaces Hospedeiros possuem conexatildeo direta ao switch Sem colisotildees full duplex

Switching A-para-Arsquo e B-para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees

Switches acesso dedicado

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Cut-through switching quadro encaminhado da porta de entrada ateacute a porta de saiacuteda sem ter de primeiro coletar o quadro todo Ligeira reduccedilatildeo na latecircncia

Combinaccedilotildees de interfaces 101001000 Mbps compartilhadasdedicadas

Mais sobre switches

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Redes corporativas

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Ambos satildeo dispositivos store-and-forward Roteadores dispositivos de camada de rede (examinam cabeccedilalhos

da camada de rede) Switches satildeo dispositivos da camada de enlace

Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam algoritmos de roteamento Switches mantecircm tabelas de switch implementam filtragem algoritmos de aprendizagem

Switches vs roteadores

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hubs roteadores switches

isolaccedilatildeo detraacutefego

natildeo sim sim

plug amp play sim natildeo sim

roteamentooacutetimo

natildeo sim natildeo

cutthrough

sim natildeo sim

Resumo comparaccedilatildeo

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A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace de broadcast Sem Media Access Control Natildeo necessita de endereccedilamento MAC expliacutecito Ex dialup link linha ISDN

Protocolos ponto-a-ponto DLC populares PPP (point-to-point protocol) HDLC High level data link control (camada de enlace costumava ser considerada ldquocamada altardquo na pilha de protocolos)

Controle de enlace de dados ponto-a-ponto

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Enquadramento de pacote encapsulamento do datagrama da camada de rede no quadro da camada de enlace Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolo de rede (natildeo apenas o IP) ao mesmo tempo Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo

Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo de bit no campo de dados

Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo) Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do enlace

para a camada de rede Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos terminais

do enlace podem aprender e configurar o endereccedilo de rede dos outros

PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]

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Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros Natildeo haacute controle de fluxo Aceita entregas fora de ordem Natildeo haacute necessidade de suportar enlaces multiponto (ex polling)

Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeo dos dados satildeo todos relegados para as camadas mais altas

PPP natildeo requisitos

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Flag delimitador (enquadramento) Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura) Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacuteltiplos campos de

controle Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o conteuacutedo do

quadro deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)

PPP formato do quadro

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info dados da camada superior sendo transportados CRC verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de erros

PPP formato dos dados

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Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de dados deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt01111110gt

P Se for recebido o padratildeo lt01111110gt satildeo dados ou eacute flag Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte extra com o padratildeo lt

01111101gt (escape) antes de cada byte com o padratildeo de flag lt 01111110gt nos dados

Receptor Um byte 01111101 seguido de 01111110 em seguida descarta o primeiro e continua a recepccedilatildeo de dados Uacutenico byte 01111110 entatildeo eacute um flag

Byte stuffing

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byte com o padratildeodo flag nos dados a enviar

byte com o padratildeo de escape acrescentado nos dados transmitidos seguido por um byte com padratildeo de flag

Byte stuffing

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Antes de trocar dados da camada de rede os parceiros da camada de enlace devem A configurar o enlace PPP (tamanho maacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo) Aprenderconfigurar as informaccedilotildees da camada de rede

Para o IP transportar mensagens do protocolo de controle IP (IPCP) (campo de protocolo 8021) para configuraraprender os

endereccedilos IP

PPP protocolo de controle de dados

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A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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Virtualizaccedilatildeo dos recursos uma poderosa abstraccedilatildeo em engenharia de sistemas Exemplos em computaccedilatildeo memoacuteria virtual dispositivos virtuais

Maacutequinas virtuais ex java IBM VM os dos anos 6070

Camada de abstraccedilotildees natildeo se apega a detalhes da camada mais baixa apenas trata com as camadas mais baixas abstratamente

Virtualizaccedilatildeo das redes

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1974 muacuteltiplas redes desconectadas ARPAnet redes de dados-sobre-cabo rede de pacote por sateacutelite (Aloha) rede de pacotes por raacutedio

hellip diferentes em convenccedilotildees de endereccedilamento formatos do pacote recuperaccedilatildeo de erros roteamento

Internet virtualizaccedilatildeo das redes

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Camada de rede da Internet (IP) Endereccedilamento internetwork

aparece como uma entidade uacutenica e uniforme escondendo a heterogeneidade das redes locais

Rede de redes

Gateway ldquoembute pacotes da Internet no

formato de um pacote local ou os extrairdquo

Rota (no niacutevel de internetwork) para o proacuteximo gateway

Internet virtualizaccedilatildeo das redes

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O que eacute virtualizado Duas camadas de endereccedilamento Internet e rede local Nova camada (IP) torna tudo homogecircneo na camada da Internet Tecnologia da rede local em questatildeo

Cabo Sateacutelite Modem telefocircnico de 56 K Hoje ATM MPLS

hellip ldquoinvisiacutevelrdquo na camada da Internet Parece com uma tecnologia de camada de enlace para o IP

Arquitetura da Internet de Cerf amp Kahn

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ATM MPLS redes separadas em seus proacuteprios direitos Modelos de serviccedilo endereccedilamento roteamento diferentes da Internet

Vistos pela Internet como um enlace loacutegico conectando roteadores IP Assim como o dialup link eacute realmente parte de uma rede separada

(rede telefocircnica)

ATM MPLS de interesse teacutecnico em seu proacuteprio direito

ATM e MPLS

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Padratildeo dos anos 8090 para altas taxas de transmissatildeo (155 Mbps a 622 Mbps e mais altas) arquitetura de Broadband Integrated Service Digital Network (B-ISDN)

Objetivo transporte integrado de voz dados e imagens com foco nas redes puacuteblicas de comunicaccedilatildeo Deve atender aos requisitos de tempoQoS para aplicaccedilotildees de voz

e de viacutedeo (versus o serviccedilo de melhor esforccedilo da Internet) Telefonia de ldquoproacutexima geraccedilatildeordquo fundamentos teacutecnicos no mundo da telefonia Comutaccedilatildeo de pacotes (pacotes de tamanho fixo chamados ldquoceacutelulasrdquo) usando circuitos virtuais

Modo de transferecircncia assiacutencrono ATM

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Camada de adaptaccedilatildeo apenas na borda de uma rede ATM Segmentaccedilatildeo e remontagem dos dados Grosseiramente anaacuteloga agrave camada de transporte da Internet

Camada ATM camada de ldquorederdquo Comutaccedilatildeo de ceacutelulas roteamento

Camada fiacutesica

Sistema final Sistema finalSwitch ATM Switch ATM

Arquitetura ATM

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Visatildeo transporte fim-a-fim ldquoATM de computador a computadorrdquo ATM eacute uma tecnologia de redeRealidade usada para conectar roteadores IP de backbone ldquoIP sobre ATMrdquo ATM como uma camada de enlace comutada conectando roteadores IP

ATM camada de rede ou de enlace

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Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL) ldquoadaptardquo camadas superiores (aplicaccedilotildees IP ou nativas ATM) para a camada ATM abaixo

AAL presente apenas nos sistemas finais natildeo nos comutadores ATM (ldquoswitchesrdquo)

O segmento da camada AAL (campo de cabeccedilalhotrailer e de dados) satildeo fragmentados em muacuteltiplas ceacutelulas ATM Analogia segmento TCP em muitos pacotes IP

Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL)

Sistema final Sistema finalSwitch ATM Switch ATM

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Diferentes versotildees da camada AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM AAL1 para serviccedilo CBR (taxa de bit constante) ex emulaccedilatildeo de circuitos AAL2 para serviccedilos VBR (taxa de bit variaacutevel) ex viacutedeo MPEG AAL5 para dados (ex datagramas IP)

AAL PDU

ceacutelula ATM

Dados de usuaacuterio

subcamadade convergecircncia

subcamadaSAR

Ceacutelula ATM

Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL)

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Serviccedilo transporte de ceacutelulas atraveacutes da rede ATM Anaacuteloga agrave camada de rede IP Serviccedilos muito diferentes da camada de rede IP

Arquiteturade rede

Internet

ATM

ATM

ATM

ATM

Modelo de serviccedilo

melhoresforccediloCBR

VBR

ABR

UBR

Banda

natildeo

taxaconstantetaxagarantidamiacutenimogarantidonatildeo

Perda

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Ordem

natildeo

sim

sim

sim

sim

Tempo

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Aviso decongestatildeo

natildeo (inferidopelas perdas)natildeo haacutecongestatildeonatildeo haacutecongestatildeosim

natildeo

Garantias

Camada ATM

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Transporte em VC ceacutelulas satildeo transportadas sobre VC da fonte ao destino Estabelecimento de conexatildeo necessaacuterio para cada chamada antes que o fluxo de dados possa ser iniciado Cada pacote transporta um identificador de VC (natildeo transporta o endereccedilo do destino) Cada comutador com caminho entre a fonte e o destino manteacutem o ldquoestadordquo para cada conexatildeo passante Recursos do enlace e do comutador (banda passante buffers) podem ser alocados por VC para obter um comportamento semelhante a um circuito fiacutesico

VCs permanentes (PVCs) Conexotildees de longa duraccedilatildeo Tipicamente rota ldquopermanenterdquo entre roteadores IP

VCs comutados (SVC) Dinamicamente criados numa base por chamada

Camadas ATM circuitos virtuais

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Vantagens do uso de circuitos virtuais no ATM Iacutendices de QoS garantidos para conexotildees mapeadas em

circuitos virtuais (banda passante atraso variacircncia de atraso)

Problemas no uso de circuitos virtuais O suporte de traacutefego datagrama eacute ineficiente Um PVC entre cada par origemdestino natildeo tem boa

escalabilidade (N2 conexotildees satildeo necessaacuterias) SVC introduz latecircncia de estabelecimento de conexatildeo e

atrasos de processamento para conexotildees de curta duraccedilatildeo

ATM VCs

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Cabeccedilalho da ceacutelula ATM com 5 bytes Carga uacutetil com 48-bytes

Por quecirc carga uacutetil pequena -gt pequeno atraso de criaccedilatildeo de ceacutelula para voz digitalizada

Meio do caminho entre 32 e 64 (compromisso)

cabeccedilalhoda ceacutelula

formato daceacutelula

3o bit no campo PTvalor 1 indica uacuteltima ceacutelula (AAL-indicate bit)

Camada ATM ceacutelula ATM

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VCI identificador de canal virtual Pode mudar de enlace para enlace atraveacutes da rede

PT tipo de carga uacutetil (ex ceacutelula RM versus ceacutelula de dados) CLP bit de prioridade de perda de ceacutelula

CLP = 1 implica ceacutelula de baixa prioridade pode ser descartada em caso de congestatildeo

HEC verificaccedilatildeo de erros no cabeccedilalho Verificaccedilatildeo ciacuteclica de erros

Cabeccedilalho da ceacutelula ATM

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A camada fiacutesica se compotildee de duas partes (subcamadas ) Subcamada de convergecircncia de transmissatildeo (TCS) adapta a camada

ATM acima agrave subcamada fiacutesica abaixo (PMD) Subcamada dependente do meio depende do tipo de meio fiacutesico que

estaacute sendo empregado

Funccedilotildees da TCS Geraccedilatildeo do checksum do cabeccedilalho 8 bits CRC Delineamento de ceacutelula Com uma subcamada PMD natildeo estruturada transmite ceacutelulas vazias

(ldquoidle cellsrdquo) quando natildeo haacute ceacutelulas de dados a enviar

Camada fiacutesica ATM

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Subcamada dependente do meio fiacutesico (PMD) SONETSDH estrutura de transmissatildeo de quadros (como um

container carregando bits) Sincronizaccedilatildeo de bits Particcedilotildees da banda passante (TDM) Vaacuterias velocidades OC1 = 5184 Mbps OC3 = 15552 Mbps OC12 = 62208 Mbps

T1T3 estrutura de transmissatildeo de quadros (velha hierarquia de telefonia 15 Mbps45 Mbps No Brasil usa-se a hierarquia europeacuteia E1E3 2 34 Mbps

Natildeo estruturada apenas ceacutelulas (ocupadasvazias)

Camada fiacutesica ATM

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Apenas IP claacutessico 3 ldquoredesrdquo (ex segmentos de LAN) Endereccedilos MAC (8023) e IP

IP sobre ATM Substitui ldquorederdquo (ex segmento

de LAN) com a rede ATM Endereccedilos ATM endereccedilos IP

redeATM

EthernetLANs

EthernetLANs

IP-sobre-ATM

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No endereccedilo de origem Camada IP encontra um mapeamento entre o endereccedilo IP e o endereccedilo de destino ATM (usando ARP) Passa o datagrama para a camada de adaptaccedilatildeo AAL5 AAL5 encapsula os dados segmenta em ceacutelulas e passa para a camada ATM

Rede ATM move a ceacutelula para o destino de acordo com o seu VC (circuito virtual)

No hospedeiro de destino AAL5 remonta o datagrama original a partir das ceacutelulas recebidas Se o CRC OK datagrama eacute passado ao IP

Viagem de um datagrama numa rede IP-sobre-ATM

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Questotildees Datagramas IP em ATM AAL5 PDUs Dos endereccedilos IP aos endereccedilos ATM

Da mesma forma que de endereccedilos IP para endereccedilos MAC 8023

redeATM

EthernetLANs

IP-sobre-ATM

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Objetivo inicial aumentar a velocidade de encaminhamento IP usando labels de tamanho fixo (em vez de endereccedilo IP) Mesma ideacuteia do meacutetodo de circuito virtual (VC) Mas o datagrama IP ainda manteacutem o endereccedilo IP

Multiprotocol label switching (MPLS)

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Roteador faz a funccedilatildeo de comutador de roacutetulo Pacotes encaminhados para interface de saiacuteda com base apenas no valor

do roacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP) Tabela de encaminhamento MPLS distinta das tabelas de encaminhamento IP

Protocolo de sinalizaccedilatildeo necessaacuterio para estabelecer o encaminhamento RSVP-TE Encaminhamento eacute possiacutevel por caminhos que o IP sozinho natildeo pode usar (ex roteamento de especificado pela origem) Use MPLS para engenharia de traacutefego

Deve coexistir com roteadores unicamente IP

Roteadores MPLS

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Tabelas de encaminhamento MPLS

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Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace Detecccedilatildeo de erros correccedilatildeo Compartilhando um canal broadcast acesso muacuteltiplo Endereccedilamento da camada de enlace

Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de vaacuterias tecnologias da camada de enlace Ethernet LANS comutadas PPP Redes virtualizadas como uma camada de enlace ATM MPLS

Resumo

Page 50: Capítulo 5 Redes de computadores e a Internet A camada de enlace e redes locais

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Jam signal garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo 48 bitsBit time 1 microseg para Ethernet de 10 Mbpspara K=1023 o tempo de espera eacute cerca de 50 mseg

Veja o applet Java no Web site da AWL altamemte recomendadoExponential backoff Objetivo adaptar tentativas de retransmissatildeo para carga atual da rede

Carga pesada espera aleatoacuteria seraacute mais longa Primeira colisatildeo escolha K entre 01 espera eacute

K x 512 tempos de transmissatildeo de bit Apoacutes a segunda colisatildeo escolha K entre 0 1 2 3hellip Apoacutes 10 ou mais colisotildees escolha K entre 0 1 2 3 4hellip1023

Ethernet CSMACD

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Tprop = propagaccedilatildeo maacutexima entre 2 noacutes na LAN

ttrans = tempo para transmitir um quadro de tamanho maacuteximo

Eficiecircncia tende a 1 quando tprop tende a 0

Tende a 1 quando ttrans tende ao infinito Muito melhor do que o ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato

transprop tt 51

1eficiecircncia

Eficiecircncia do CSMACD

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Taxa de 10100 Mbps chamado mais tarde de ldquofast ethernetrdquo T significa ldquoTwisted Pairrdquo (par de fios tranccedilados de cobre) Noacutes se conectam a um hub ldquotopologia em estrelardquo 100 m eacute a distacircncia

maacutexima entre os noacutes e o hub

10BaseT e 100BaseT

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Hubs satildeo essencialmente repetidores de camada fiacutesica Bits que chegam de um enlace se propagam para todos os outros enlaces Com a mesma taxa Natildeo possuem armazenagem de quadros Natildeo haacute CSMACD no hub adaptadores detectam colisotildees Provecirc funcionalidade de gerenciamento de rede

Hubs

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Usada em 10BaseT Cada bit possui uma transiccedilatildeo Permite que os reloacutegios nos noacutes de transmissatildeo e de recepccedilatildeo possam

sincronizar um com o outro Natildeo eacute necessaacuterio reloacutegio global centralizado entre os noacutes

Ei isso eacute coisa de camada fiacutesica

Codificaccedilatildeo Manchester

Codificaccedilatildeo Manchester

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Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeo Permite enlaces ponto-a-ponto e canais de muacuteltiplo acesso

compartilhados No modo compartilhado o CSMACD eacute usado exige pequenas

distacircncias entre os noacutes para ser eficiente Usa hubs chamados aqui de Distribuidores com Armazenagem

ldquoBuffered Distributorsrdquo Full-Duplex a 1 Gbps para enlaces ponto-a-ponto 10 Gbps agora

Gigabit Ethernet

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A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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Hub de backbone interconecta segmentos de LAN Estende a distacircncia maacutexima entre os noacutes Mas domiacutenios de colisatildeo individuais tornam-se um uacutenico e grande

domiacutenio de colisatildeo Natildeo pode interconectar 10BaseT e 100BaseT

Interconexatildeo com hubs

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Dispositivo de camada de enlace Armazena e encaminha quadros Ethernet Examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o

quadro baseado no endereccedilo MAC de destino Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento

usa CSMACD para acessar o segmento Transparente

Hospedeiros satildeo inconscientes da presenccedila dos switches Plug-and-play self-learning (auto-aprendizado)

Switches natildeo precisam ser configurados

Switch

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Como determinar para qual segmento da LAN encaminhar o quadro Parece um problema de roteamento

Encaminhamento

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Um switch possui uma tabela de switch Entrada na tabela do switch

(endereccedilo MAC interface marca de tempo) Entradas expiradas na tabela satildeo decartadas (TTL pode ser 60 min)

Switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de suas interfaces Quando recebe um quadro o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento da LAN que chega Registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela

Self learning (auto-aprendizado)

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Quando um switch recebe um quadro

indexa a tabela do switch usando end MAC de destinoif entrada for encontrada para o destino

then if dest no segmento deste quadro chegou

then descarta o quadro else encaminha o quadro na interface indicada else flood

Encaminha para todas as interfacesexceto para a que o quadro chegou

Filtragemencaminhamento

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Suponha que C envia um quadro para D

Switch recebe o quadro de C Anota na tabela que C estaacute na interface 1 Como D natildeo estaacute na tabela o switch encaminha o quadro para as

interfaces 2 e 3 Quadro recebido por D

hub hub hub

switch

A

B CD

EF

G H

I

endereccedilo interface

ABEG

1123

12 3

Switch exemplo

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Suponha que D responde com um quadro para C

Switch recebe quadro de D Anota na tabela que D estaacute na interface 2 Como C estaacute na tabela o switch encaminha o quadro apenas para a

interface 1 Quadro recebido por C

hub hub hub

switch

A

B CD

EF

G H

I

endereccedilo interface

ABEGC

11231

Switch exemplo

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A instalaccedilatildeo do switch quebra as sub-redes em segmentos de LAN Switch filtra pacotes

Alguns quadros do mesmo segmento de LAN natildeo satildeo usualmente encaminhados para outros segmento de LAN

Segmentos se tornam separados em domiacutenios de colisatildeo

hub hub hub

switch

domiacutenio de colisatildeo domiacutenio de colisatildeo

domiacutenio de colisatildeo

Switch isolaccedilatildeo de traacutefego

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Switch com muitas interfaces Hospedeiros possuem conexatildeo direta ao switch Sem colisotildees full duplex

Switching A-para-Arsquo e B-para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees

Switches acesso dedicado

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Cut-through switching quadro encaminhado da porta de entrada ateacute a porta de saiacuteda sem ter de primeiro coletar o quadro todo Ligeira reduccedilatildeo na latecircncia

Combinaccedilotildees de interfaces 101001000 Mbps compartilhadasdedicadas

Mais sobre switches

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Redes corporativas

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Ambos satildeo dispositivos store-and-forward Roteadores dispositivos de camada de rede (examinam cabeccedilalhos

da camada de rede) Switches satildeo dispositivos da camada de enlace

Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam algoritmos de roteamento Switches mantecircm tabelas de switch implementam filtragem algoritmos de aprendizagem

Switches vs roteadores

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hubs roteadores switches

isolaccedilatildeo detraacutefego

natildeo sim sim

plug amp play sim natildeo sim

roteamentooacutetimo

natildeo sim natildeo

cutthrough

sim natildeo sim

Resumo comparaccedilatildeo

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A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace de broadcast Sem Media Access Control Natildeo necessita de endereccedilamento MAC expliacutecito Ex dialup link linha ISDN

Protocolos ponto-a-ponto DLC populares PPP (point-to-point protocol) HDLC High level data link control (camada de enlace costumava ser considerada ldquocamada altardquo na pilha de protocolos)

Controle de enlace de dados ponto-a-ponto

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Enquadramento de pacote encapsulamento do datagrama da camada de rede no quadro da camada de enlace Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolo de rede (natildeo apenas o IP) ao mesmo tempo Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo

Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo de bit no campo de dados

Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo) Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do enlace

para a camada de rede Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos terminais

do enlace podem aprender e configurar o endereccedilo de rede dos outros

PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]

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Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros Natildeo haacute controle de fluxo Aceita entregas fora de ordem Natildeo haacute necessidade de suportar enlaces multiponto (ex polling)

Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeo dos dados satildeo todos relegados para as camadas mais altas

PPP natildeo requisitos

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Flag delimitador (enquadramento) Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura) Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacuteltiplos campos de

controle Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o conteuacutedo do

quadro deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)

PPP formato do quadro

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info dados da camada superior sendo transportados CRC verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de erros

PPP formato dos dados

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Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de dados deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt01111110gt

P Se for recebido o padratildeo lt01111110gt satildeo dados ou eacute flag Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte extra com o padratildeo lt

01111101gt (escape) antes de cada byte com o padratildeo de flag lt 01111110gt nos dados

Receptor Um byte 01111101 seguido de 01111110 em seguida descarta o primeiro e continua a recepccedilatildeo de dados Uacutenico byte 01111110 entatildeo eacute um flag

Byte stuffing

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byte com o padratildeodo flag nos dados a enviar

byte com o padratildeo de escape acrescentado nos dados transmitidos seguido por um byte com padratildeo de flag

Byte stuffing

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Antes de trocar dados da camada de rede os parceiros da camada de enlace devem A configurar o enlace PPP (tamanho maacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo) Aprenderconfigurar as informaccedilotildees da camada de rede

Para o IP transportar mensagens do protocolo de controle IP (IPCP) (campo de protocolo 8021) para configuraraprender os

endereccedilos IP

PPP protocolo de controle de dados

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A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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Virtualizaccedilatildeo dos recursos uma poderosa abstraccedilatildeo em engenharia de sistemas Exemplos em computaccedilatildeo memoacuteria virtual dispositivos virtuais

Maacutequinas virtuais ex java IBM VM os dos anos 6070

Camada de abstraccedilotildees natildeo se apega a detalhes da camada mais baixa apenas trata com as camadas mais baixas abstratamente

Virtualizaccedilatildeo das redes

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1974 muacuteltiplas redes desconectadas ARPAnet redes de dados-sobre-cabo rede de pacote por sateacutelite (Aloha) rede de pacotes por raacutedio

hellip diferentes em convenccedilotildees de endereccedilamento formatos do pacote recuperaccedilatildeo de erros roteamento

Internet virtualizaccedilatildeo das redes

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Camada de rede da Internet (IP) Endereccedilamento internetwork

aparece como uma entidade uacutenica e uniforme escondendo a heterogeneidade das redes locais

Rede de redes

Gateway ldquoembute pacotes da Internet no

formato de um pacote local ou os extrairdquo

Rota (no niacutevel de internetwork) para o proacuteximo gateway

Internet virtualizaccedilatildeo das redes

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O que eacute virtualizado Duas camadas de endereccedilamento Internet e rede local Nova camada (IP) torna tudo homogecircneo na camada da Internet Tecnologia da rede local em questatildeo

Cabo Sateacutelite Modem telefocircnico de 56 K Hoje ATM MPLS

hellip ldquoinvisiacutevelrdquo na camada da Internet Parece com uma tecnologia de camada de enlace para o IP

Arquitetura da Internet de Cerf amp Kahn

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ATM MPLS redes separadas em seus proacuteprios direitos Modelos de serviccedilo endereccedilamento roteamento diferentes da Internet

Vistos pela Internet como um enlace loacutegico conectando roteadores IP Assim como o dialup link eacute realmente parte de uma rede separada

(rede telefocircnica)

ATM MPLS de interesse teacutecnico em seu proacuteprio direito

ATM e MPLS

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Padratildeo dos anos 8090 para altas taxas de transmissatildeo (155 Mbps a 622 Mbps e mais altas) arquitetura de Broadband Integrated Service Digital Network (B-ISDN)

Objetivo transporte integrado de voz dados e imagens com foco nas redes puacuteblicas de comunicaccedilatildeo Deve atender aos requisitos de tempoQoS para aplicaccedilotildees de voz

e de viacutedeo (versus o serviccedilo de melhor esforccedilo da Internet) Telefonia de ldquoproacutexima geraccedilatildeordquo fundamentos teacutecnicos no mundo da telefonia Comutaccedilatildeo de pacotes (pacotes de tamanho fixo chamados ldquoceacutelulasrdquo) usando circuitos virtuais

Modo de transferecircncia assiacutencrono ATM

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Camada de adaptaccedilatildeo apenas na borda de uma rede ATM Segmentaccedilatildeo e remontagem dos dados Grosseiramente anaacuteloga agrave camada de transporte da Internet

Camada ATM camada de ldquorederdquo Comutaccedilatildeo de ceacutelulas roteamento

Camada fiacutesica

Sistema final Sistema finalSwitch ATM Switch ATM

Arquitetura ATM

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Visatildeo transporte fim-a-fim ldquoATM de computador a computadorrdquo ATM eacute uma tecnologia de redeRealidade usada para conectar roteadores IP de backbone ldquoIP sobre ATMrdquo ATM como uma camada de enlace comutada conectando roteadores IP

ATM camada de rede ou de enlace

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Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL) ldquoadaptardquo camadas superiores (aplicaccedilotildees IP ou nativas ATM) para a camada ATM abaixo

AAL presente apenas nos sistemas finais natildeo nos comutadores ATM (ldquoswitchesrdquo)

O segmento da camada AAL (campo de cabeccedilalhotrailer e de dados) satildeo fragmentados em muacuteltiplas ceacutelulas ATM Analogia segmento TCP em muitos pacotes IP

Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL)

Sistema final Sistema finalSwitch ATM Switch ATM

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Diferentes versotildees da camada AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM AAL1 para serviccedilo CBR (taxa de bit constante) ex emulaccedilatildeo de circuitos AAL2 para serviccedilos VBR (taxa de bit variaacutevel) ex viacutedeo MPEG AAL5 para dados (ex datagramas IP)

AAL PDU

ceacutelula ATM

Dados de usuaacuterio

subcamadade convergecircncia

subcamadaSAR

Ceacutelula ATM

Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL)

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Serviccedilo transporte de ceacutelulas atraveacutes da rede ATM Anaacuteloga agrave camada de rede IP Serviccedilos muito diferentes da camada de rede IP

Arquiteturade rede

Internet

ATM

ATM

ATM

ATM

Modelo de serviccedilo

melhoresforccediloCBR

VBR

ABR

UBR

Banda

natildeo

taxaconstantetaxagarantidamiacutenimogarantidonatildeo

Perda

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Ordem

natildeo

sim

sim

sim

sim

Tempo

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Aviso decongestatildeo

natildeo (inferidopelas perdas)natildeo haacutecongestatildeonatildeo haacutecongestatildeosim

natildeo

Garantias

Camada ATM

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Transporte em VC ceacutelulas satildeo transportadas sobre VC da fonte ao destino Estabelecimento de conexatildeo necessaacuterio para cada chamada antes que o fluxo de dados possa ser iniciado Cada pacote transporta um identificador de VC (natildeo transporta o endereccedilo do destino) Cada comutador com caminho entre a fonte e o destino manteacutem o ldquoestadordquo para cada conexatildeo passante Recursos do enlace e do comutador (banda passante buffers) podem ser alocados por VC para obter um comportamento semelhante a um circuito fiacutesico

VCs permanentes (PVCs) Conexotildees de longa duraccedilatildeo Tipicamente rota ldquopermanenterdquo entre roteadores IP

VCs comutados (SVC) Dinamicamente criados numa base por chamada

Camadas ATM circuitos virtuais

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Vantagens do uso de circuitos virtuais no ATM Iacutendices de QoS garantidos para conexotildees mapeadas em

circuitos virtuais (banda passante atraso variacircncia de atraso)

Problemas no uso de circuitos virtuais O suporte de traacutefego datagrama eacute ineficiente Um PVC entre cada par origemdestino natildeo tem boa

escalabilidade (N2 conexotildees satildeo necessaacuterias) SVC introduz latecircncia de estabelecimento de conexatildeo e

atrasos de processamento para conexotildees de curta duraccedilatildeo

ATM VCs

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Cabeccedilalho da ceacutelula ATM com 5 bytes Carga uacutetil com 48-bytes

Por quecirc carga uacutetil pequena -gt pequeno atraso de criaccedilatildeo de ceacutelula para voz digitalizada

Meio do caminho entre 32 e 64 (compromisso)

cabeccedilalhoda ceacutelula

formato daceacutelula

3o bit no campo PTvalor 1 indica uacuteltima ceacutelula (AAL-indicate bit)

Camada ATM ceacutelula ATM

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5 - 94copy 2005 by Pearson Education

VCI identificador de canal virtual Pode mudar de enlace para enlace atraveacutes da rede

PT tipo de carga uacutetil (ex ceacutelula RM versus ceacutelula de dados) CLP bit de prioridade de perda de ceacutelula

CLP = 1 implica ceacutelula de baixa prioridade pode ser descartada em caso de congestatildeo

HEC verificaccedilatildeo de erros no cabeccedilalho Verificaccedilatildeo ciacuteclica de erros

Cabeccedilalho da ceacutelula ATM

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5 - 95copy 2005 by Pearson Education

A camada fiacutesica se compotildee de duas partes (subcamadas ) Subcamada de convergecircncia de transmissatildeo (TCS) adapta a camada

ATM acima agrave subcamada fiacutesica abaixo (PMD) Subcamada dependente do meio depende do tipo de meio fiacutesico que

estaacute sendo empregado

Funccedilotildees da TCS Geraccedilatildeo do checksum do cabeccedilalho 8 bits CRC Delineamento de ceacutelula Com uma subcamada PMD natildeo estruturada transmite ceacutelulas vazias

(ldquoidle cellsrdquo) quando natildeo haacute ceacutelulas de dados a enviar

Camada fiacutesica ATM

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Subcamada dependente do meio fiacutesico (PMD) SONETSDH estrutura de transmissatildeo de quadros (como um

container carregando bits) Sincronizaccedilatildeo de bits Particcedilotildees da banda passante (TDM) Vaacuterias velocidades OC1 = 5184 Mbps OC3 = 15552 Mbps OC12 = 62208 Mbps

T1T3 estrutura de transmissatildeo de quadros (velha hierarquia de telefonia 15 Mbps45 Mbps No Brasil usa-se a hierarquia europeacuteia E1E3 2 34 Mbps

Natildeo estruturada apenas ceacutelulas (ocupadasvazias)

Camada fiacutesica ATM

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Apenas IP claacutessico 3 ldquoredesrdquo (ex segmentos de LAN) Endereccedilos MAC (8023) e IP

IP sobre ATM Substitui ldquorederdquo (ex segmento

de LAN) com a rede ATM Endereccedilos ATM endereccedilos IP

redeATM

EthernetLANs

EthernetLANs

IP-sobre-ATM

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No endereccedilo de origem Camada IP encontra um mapeamento entre o endereccedilo IP e o endereccedilo de destino ATM (usando ARP) Passa o datagrama para a camada de adaptaccedilatildeo AAL5 AAL5 encapsula os dados segmenta em ceacutelulas e passa para a camada ATM

Rede ATM move a ceacutelula para o destino de acordo com o seu VC (circuito virtual)

No hospedeiro de destino AAL5 remonta o datagrama original a partir das ceacutelulas recebidas Se o CRC OK datagrama eacute passado ao IP

Viagem de um datagrama numa rede IP-sobre-ATM

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Questotildees Datagramas IP em ATM AAL5 PDUs Dos endereccedilos IP aos endereccedilos ATM

Da mesma forma que de endereccedilos IP para endereccedilos MAC 8023

redeATM

EthernetLANs

IP-sobre-ATM

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Objetivo inicial aumentar a velocidade de encaminhamento IP usando labels de tamanho fixo (em vez de endereccedilo IP) Mesma ideacuteia do meacutetodo de circuito virtual (VC) Mas o datagrama IP ainda manteacutem o endereccedilo IP

Multiprotocol label switching (MPLS)

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Roteador faz a funccedilatildeo de comutador de roacutetulo Pacotes encaminhados para interface de saiacuteda com base apenas no valor

do roacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP) Tabela de encaminhamento MPLS distinta das tabelas de encaminhamento IP

Protocolo de sinalizaccedilatildeo necessaacuterio para estabelecer o encaminhamento RSVP-TE Encaminhamento eacute possiacutevel por caminhos que o IP sozinho natildeo pode usar (ex roteamento de especificado pela origem) Use MPLS para engenharia de traacutefego

Deve coexistir com roteadores unicamente IP

Roteadores MPLS

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Tabelas de encaminhamento MPLS

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Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace Detecccedilatildeo de erros correccedilatildeo Compartilhando um canal broadcast acesso muacuteltiplo Endereccedilamento da camada de enlace

Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de vaacuterias tecnologias da camada de enlace Ethernet LANS comutadas PPP Redes virtualizadas como uma camada de enlace ATM MPLS

Resumo

Page 51: Capítulo 5 Redes de computadores e a Internet A camada de enlace e redes locais

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Tprop = propagaccedilatildeo maacutexima entre 2 noacutes na LAN

ttrans = tempo para transmitir um quadro de tamanho maacuteximo

Eficiecircncia tende a 1 quando tprop tende a 0

Tende a 1 quando ttrans tende ao infinito Muito melhor do que o ALOHA e ainda eacute descentralizado simples e barato

transprop tt 51

1eficiecircncia

Eficiecircncia do CSMACD

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Taxa de 10100 Mbps chamado mais tarde de ldquofast ethernetrdquo T significa ldquoTwisted Pairrdquo (par de fios tranccedilados de cobre) Noacutes se conectam a um hub ldquotopologia em estrelardquo 100 m eacute a distacircncia

maacutexima entre os noacutes e o hub

10BaseT e 100BaseT

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Hubs satildeo essencialmente repetidores de camada fiacutesica Bits que chegam de um enlace se propagam para todos os outros enlaces Com a mesma taxa Natildeo possuem armazenagem de quadros Natildeo haacute CSMACD no hub adaptadores detectam colisotildees Provecirc funcionalidade de gerenciamento de rede

Hubs

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Usada em 10BaseT Cada bit possui uma transiccedilatildeo Permite que os reloacutegios nos noacutes de transmissatildeo e de recepccedilatildeo possam

sincronizar um com o outro Natildeo eacute necessaacuterio reloacutegio global centralizado entre os noacutes

Ei isso eacute coisa de camada fiacutesica

Codificaccedilatildeo Manchester

Codificaccedilatildeo Manchester

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Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeo Permite enlaces ponto-a-ponto e canais de muacuteltiplo acesso

compartilhados No modo compartilhado o CSMACD eacute usado exige pequenas

distacircncias entre os noacutes para ser eficiente Usa hubs chamados aqui de Distribuidores com Armazenagem

ldquoBuffered Distributorsrdquo Full-Duplex a 1 Gbps para enlaces ponto-a-ponto 10 Gbps agora

Gigabit Ethernet

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A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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5 - 57copy 2005 by Pearson Education

Hub de backbone interconecta segmentos de LAN Estende a distacircncia maacutexima entre os noacutes Mas domiacutenios de colisatildeo individuais tornam-se um uacutenico e grande

domiacutenio de colisatildeo Natildeo pode interconectar 10BaseT e 100BaseT

Interconexatildeo com hubs

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Dispositivo de camada de enlace Armazena e encaminha quadros Ethernet Examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o

quadro baseado no endereccedilo MAC de destino Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento

usa CSMACD para acessar o segmento Transparente

Hospedeiros satildeo inconscientes da presenccedila dos switches Plug-and-play self-learning (auto-aprendizado)

Switches natildeo precisam ser configurados

Switch

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Como determinar para qual segmento da LAN encaminhar o quadro Parece um problema de roteamento

Encaminhamento

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Um switch possui uma tabela de switch Entrada na tabela do switch

(endereccedilo MAC interface marca de tempo) Entradas expiradas na tabela satildeo decartadas (TTL pode ser 60 min)

Switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de suas interfaces Quando recebe um quadro o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento da LAN que chega Registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela

Self learning (auto-aprendizado)

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Quando um switch recebe um quadro

indexa a tabela do switch usando end MAC de destinoif entrada for encontrada para o destino

then if dest no segmento deste quadro chegou

then descarta o quadro else encaminha o quadro na interface indicada else flood

Encaminha para todas as interfacesexceto para a que o quadro chegou

Filtragemencaminhamento

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Suponha que C envia um quadro para D

Switch recebe o quadro de C Anota na tabela que C estaacute na interface 1 Como D natildeo estaacute na tabela o switch encaminha o quadro para as

interfaces 2 e 3 Quadro recebido por D

hub hub hub

switch

A

B CD

EF

G H

I

endereccedilo interface

ABEG

1123

12 3

Switch exemplo

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Suponha que D responde com um quadro para C

Switch recebe quadro de D Anota na tabela que D estaacute na interface 2 Como C estaacute na tabela o switch encaminha o quadro apenas para a

interface 1 Quadro recebido por C

hub hub hub

switch

A

B CD

EF

G H

I

endereccedilo interface

ABEGC

11231

Switch exemplo

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A instalaccedilatildeo do switch quebra as sub-redes em segmentos de LAN Switch filtra pacotes

Alguns quadros do mesmo segmento de LAN natildeo satildeo usualmente encaminhados para outros segmento de LAN

Segmentos se tornam separados em domiacutenios de colisatildeo

hub hub hub

switch

domiacutenio de colisatildeo domiacutenio de colisatildeo

domiacutenio de colisatildeo

Switch isolaccedilatildeo de traacutefego

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Switch com muitas interfaces Hospedeiros possuem conexatildeo direta ao switch Sem colisotildees full duplex

Switching A-para-Arsquo e B-para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees

Switches acesso dedicado

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Cut-through switching quadro encaminhado da porta de entrada ateacute a porta de saiacuteda sem ter de primeiro coletar o quadro todo Ligeira reduccedilatildeo na latecircncia

Combinaccedilotildees de interfaces 101001000 Mbps compartilhadasdedicadas

Mais sobre switches

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Redes corporativas

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Ambos satildeo dispositivos store-and-forward Roteadores dispositivos de camada de rede (examinam cabeccedilalhos

da camada de rede) Switches satildeo dispositivos da camada de enlace

Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam algoritmos de roteamento Switches mantecircm tabelas de switch implementam filtragem algoritmos de aprendizagem

Switches vs roteadores

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hubs roteadores switches

isolaccedilatildeo detraacutefego

natildeo sim sim

plug amp play sim natildeo sim

roteamentooacutetimo

natildeo sim natildeo

cutthrough

sim natildeo sim

Resumo comparaccedilatildeo

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A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace de broadcast Sem Media Access Control Natildeo necessita de endereccedilamento MAC expliacutecito Ex dialup link linha ISDN

Protocolos ponto-a-ponto DLC populares PPP (point-to-point protocol) HDLC High level data link control (camada de enlace costumava ser considerada ldquocamada altardquo na pilha de protocolos)

Controle de enlace de dados ponto-a-ponto

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Enquadramento de pacote encapsulamento do datagrama da camada de rede no quadro da camada de enlace Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolo de rede (natildeo apenas o IP) ao mesmo tempo Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo

Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo de bit no campo de dados

Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo) Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do enlace

para a camada de rede Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos terminais

do enlace podem aprender e configurar o endereccedilo de rede dos outros

PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]

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Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros Natildeo haacute controle de fluxo Aceita entregas fora de ordem Natildeo haacute necessidade de suportar enlaces multiponto (ex polling)

Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeo dos dados satildeo todos relegados para as camadas mais altas

PPP natildeo requisitos

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Flag delimitador (enquadramento) Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura) Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacuteltiplos campos de

controle Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o conteuacutedo do

quadro deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)

PPP formato do quadro

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info dados da camada superior sendo transportados CRC verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de erros

PPP formato dos dados

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Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de dados deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt01111110gt

P Se for recebido o padratildeo lt01111110gt satildeo dados ou eacute flag Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte extra com o padratildeo lt

01111101gt (escape) antes de cada byte com o padratildeo de flag lt 01111110gt nos dados

Receptor Um byte 01111101 seguido de 01111110 em seguida descarta o primeiro e continua a recepccedilatildeo de dados Uacutenico byte 01111110 entatildeo eacute um flag

Byte stuffing

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byte com o padratildeodo flag nos dados a enviar

byte com o padratildeo de escape acrescentado nos dados transmitidos seguido por um byte com padratildeo de flag

Byte stuffing

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Antes de trocar dados da camada de rede os parceiros da camada de enlace devem A configurar o enlace PPP (tamanho maacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo) Aprenderconfigurar as informaccedilotildees da camada de rede

Para o IP transportar mensagens do protocolo de controle IP (IPCP) (campo de protocolo 8021) para configuraraprender os

endereccedilos IP

PPP protocolo de controle de dados

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A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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Virtualizaccedilatildeo dos recursos uma poderosa abstraccedilatildeo em engenharia de sistemas Exemplos em computaccedilatildeo memoacuteria virtual dispositivos virtuais

Maacutequinas virtuais ex java IBM VM os dos anos 6070

Camada de abstraccedilotildees natildeo se apega a detalhes da camada mais baixa apenas trata com as camadas mais baixas abstratamente

Virtualizaccedilatildeo das redes

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1974 muacuteltiplas redes desconectadas ARPAnet redes de dados-sobre-cabo rede de pacote por sateacutelite (Aloha) rede de pacotes por raacutedio

hellip diferentes em convenccedilotildees de endereccedilamento formatos do pacote recuperaccedilatildeo de erros roteamento

Internet virtualizaccedilatildeo das redes

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Camada de rede da Internet (IP) Endereccedilamento internetwork

aparece como uma entidade uacutenica e uniforme escondendo a heterogeneidade das redes locais

Rede de redes

Gateway ldquoembute pacotes da Internet no

formato de um pacote local ou os extrairdquo

Rota (no niacutevel de internetwork) para o proacuteximo gateway

Internet virtualizaccedilatildeo das redes

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O que eacute virtualizado Duas camadas de endereccedilamento Internet e rede local Nova camada (IP) torna tudo homogecircneo na camada da Internet Tecnologia da rede local em questatildeo

Cabo Sateacutelite Modem telefocircnico de 56 K Hoje ATM MPLS

hellip ldquoinvisiacutevelrdquo na camada da Internet Parece com uma tecnologia de camada de enlace para o IP

Arquitetura da Internet de Cerf amp Kahn

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ATM MPLS redes separadas em seus proacuteprios direitos Modelos de serviccedilo endereccedilamento roteamento diferentes da Internet

Vistos pela Internet como um enlace loacutegico conectando roteadores IP Assim como o dialup link eacute realmente parte de uma rede separada

(rede telefocircnica)

ATM MPLS de interesse teacutecnico em seu proacuteprio direito

ATM e MPLS

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Padratildeo dos anos 8090 para altas taxas de transmissatildeo (155 Mbps a 622 Mbps e mais altas) arquitetura de Broadband Integrated Service Digital Network (B-ISDN)

Objetivo transporte integrado de voz dados e imagens com foco nas redes puacuteblicas de comunicaccedilatildeo Deve atender aos requisitos de tempoQoS para aplicaccedilotildees de voz

e de viacutedeo (versus o serviccedilo de melhor esforccedilo da Internet) Telefonia de ldquoproacutexima geraccedilatildeordquo fundamentos teacutecnicos no mundo da telefonia Comutaccedilatildeo de pacotes (pacotes de tamanho fixo chamados ldquoceacutelulasrdquo) usando circuitos virtuais

Modo de transferecircncia assiacutencrono ATM

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Camada de adaptaccedilatildeo apenas na borda de uma rede ATM Segmentaccedilatildeo e remontagem dos dados Grosseiramente anaacuteloga agrave camada de transporte da Internet

Camada ATM camada de ldquorederdquo Comutaccedilatildeo de ceacutelulas roteamento

Camada fiacutesica

Sistema final Sistema finalSwitch ATM Switch ATM

Arquitetura ATM

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Visatildeo transporte fim-a-fim ldquoATM de computador a computadorrdquo ATM eacute uma tecnologia de redeRealidade usada para conectar roteadores IP de backbone ldquoIP sobre ATMrdquo ATM como uma camada de enlace comutada conectando roteadores IP

ATM camada de rede ou de enlace

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Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL) ldquoadaptardquo camadas superiores (aplicaccedilotildees IP ou nativas ATM) para a camada ATM abaixo

AAL presente apenas nos sistemas finais natildeo nos comutadores ATM (ldquoswitchesrdquo)

O segmento da camada AAL (campo de cabeccedilalhotrailer e de dados) satildeo fragmentados em muacuteltiplas ceacutelulas ATM Analogia segmento TCP em muitos pacotes IP

Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL)

Sistema final Sistema finalSwitch ATM Switch ATM

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Diferentes versotildees da camada AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM AAL1 para serviccedilo CBR (taxa de bit constante) ex emulaccedilatildeo de circuitos AAL2 para serviccedilos VBR (taxa de bit variaacutevel) ex viacutedeo MPEG AAL5 para dados (ex datagramas IP)

AAL PDU

ceacutelula ATM

Dados de usuaacuterio

subcamadade convergecircncia

subcamadaSAR

Ceacutelula ATM

Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL)

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Serviccedilo transporte de ceacutelulas atraveacutes da rede ATM Anaacuteloga agrave camada de rede IP Serviccedilos muito diferentes da camada de rede IP

Arquiteturade rede

Internet

ATM

ATM

ATM

ATM

Modelo de serviccedilo

melhoresforccediloCBR

VBR

ABR

UBR

Banda

natildeo

taxaconstantetaxagarantidamiacutenimogarantidonatildeo

Perda

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Ordem

natildeo

sim

sim

sim

sim

Tempo

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Aviso decongestatildeo

natildeo (inferidopelas perdas)natildeo haacutecongestatildeonatildeo haacutecongestatildeosim

natildeo

Garantias

Camada ATM

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Transporte em VC ceacutelulas satildeo transportadas sobre VC da fonte ao destino Estabelecimento de conexatildeo necessaacuterio para cada chamada antes que o fluxo de dados possa ser iniciado Cada pacote transporta um identificador de VC (natildeo transporta o endereccedilo do destino) Cada comutador com caminho entre a fonte e o destino manteacutem o ldquoestadordquo para cada conexatildeo passante Recursos do enlace e do comutador (banda passante buffers) podem ser alocados por VC para obter um comportamento semelhante a um circuito fiacutesico

VCs permanentes (PVCs) Conexotildees de longa duraccedilatildeo Tipicamente rota ldquopermanenterdquo entre roteadores IP

VCs comutados (SVC) Dinamicamente criados numa base por chamada

Camadas ATM circuitos virtuais

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Vantagens do uso de circuitos virtuais no ATM Iacutendices de QoS garantidos para conexotildees mapeadas em

circuitos virtuais (banda passante atraso variacircncia de atraso)

Problemas no uso de circuitos virtuais O suporte de traacutefego datagrama eacute ineficiente Um PVC entre cada par origemdestino natildeo tem boa

escalabilidade (N2 conexotildees satildeo necessaacuterias) SVC introduz latecircncia de estabelecimento de conexatildeo e

atrasos de processamento para conexotildees de curta duraccedilatildeo

ATM VCs

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Cabeccedilalho da ceacutelula ATM com 5 bytes Carga uacutetil com 48-bytes

Por quecirc carga uacutetil pequena -gt pequeno atraso de criaccedilatildeo de ceacutelula para voz digitalizada

Meio do caminho entre 32 e 64 (compromisso)

cabeccedilalhoda ceacutelula

formato daceacutelula

3o bit no campo PTvalor 1 indica uacuteltima ceacutelula (AAL-indicate bit)

Camada ATM ceacutelula ATM

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VCI identificador de canal virtual Pode mudar de enlace para enlace atraveacutes da rede

PT tipo de carga uacutetil (ex ceacutelula RM versus ceacutelula de dados) CLP bit de prioridade de perda de ceacutelula

CLP = 1 implica ceacutelula de baixa prioridade pode ser descartada em caso de congestatildeo

HEC verificaccedilatildeo de erros no cabeccedilalho Verificaccedilatildeo ciacuteclica de erros

Cabeccedilalho da ceacutelula ATM

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A camada fiacutesica se compotildee de duas partes (subcamadas ) Subcamada de convergecircncia de transmissatildeo (TCS) adapta a camada

ATM acima agrave subcamada fiacutesica abaixo (PMD) Subcamada dependente do meio depende do tipo de meio fiacutesico que

estaacute sendo empregado

Funccedilotildees da TCS Geraccedilatildeo do checksum do cabeccedilalho 8 bits CRC Delineamento de ceacutelula Com uma subcamada PMD natildeo estruturada transmite ceacutelulas vazias

(ldquoidle cellsrdquo) quando natildeo haacute ceacutelulas de dados a enviar

Camada fiacutesica ATM

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Subcamada dependente do meio fiacutesico (PMD) SONETSDH estrutura de transmissatildeo de quadros (como um

container carregando bits) Sincronizaccedilatildeo de bits Particcedilotildees da banda passante (TDM) Vaacuterias velocidades OC1 = 5184 Mbps OC3 = 15552 Mbps OC12 = 62208 Mbps

T1T3 estrutura de transmissatildeo de quadros (velha hierarquia de telefonia 15 Mbps45 Mbps No Brasil usa-se a hierarquia europeacuteia E1E3 2 34 Mbps

Natildeo estruturada apenas ceacutelulas (ocupadasvazias)

Camada fiacutesica ATM

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Apenas IP claacutessico 3 ldquoredesrdquo (ex segmentos de LAN) Endereccedilos MAC (8023) e IP

IP sobre ATM Substitui ldquorederdquo (ex segmento

de LAN) com a rede ATM Endereccedilos ATM endereccedilos IP

redeATM

EthernetLANs

EthernetLANs

IP-sobre-ATM

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No endereccedilo de origem Camada IP encontra um mapeamento entre o endereccedilo IP e o endereccedilo de destino ATM (usando ARP) Passa o datagrama para a camada de adaptaccedilatildeo AAL5 AAL5 encapsula os dados segmenta em ceacutelulas e passa para a camada ATM

Rede ATM move a ceacutelula para o destino de acordo com o seu VC (circuito virtual)

No hospedeiro de destino AAL5 remonta o datagrama original a partir das ceacutelulas recebidas Se o CRC OK datagrama eacute passado ao IP

Viagem de um datagrama numa rede IP-sobre-ATM

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5 - 99copy 2005 by Pearson Education

Questotildees Datagramas IP em ATM AAL5 PDUs Dos endereccedilos IP aos endereccedilos ATM

Da mesma forma que de endereccedilos IP para endereccedilos MAC 8023

redeATM

EthernetLANs

IP-sobre-ATM

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5 - 100copy 2005 by Pearson Education

Objetivo inicial aumentar a velocidade de encaminhamento IP usando labels de tamanho fixo (em vez de endereccedilo IP) Mesma ideacuteia do meacutetodo de circuito virtual (VC) Mas o datagrama IP ainda manteacutem o endereccedilo IP

Multiprotocol label switching (MPLS)

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5 - 101copy 2005 by Pearson Education

Roteador faz a funccedilatildeo de comutador de roacutetulo Pacotes encaminhados para interface de saiacuteda com base apenas no valor

do roacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP) Tabela de encaminhamento MPLS distinta das tabelas de encaminhamento IP

Protocolo de sinalizaccedilatildeo necessaacuterio para estabelecer o encaminhamento RSVP-TE Encaminhamento eacute possiacutevel por caminhos que o IP sozinho natildeo pode usar (ex roteamento de especificado pela origem) Use MPLS para engenharia de traacutefego

Deve coexistir com roteadores unicamente IP

Roteadores MPLS

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Tabelas de encaminhamento MPLS

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5 - 103copy 2005 by Pearson Education

Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace Detecccedilatildeo de erros correccedilatildeo Compartilhando um canal broadcast acesso muacuteltiplo Endereccedilamento da camada de enlace

Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de vaacuterias tecnologias da camada de enlace Ethernet LANS comutadas PPP Redes virtualizadas como uma camada de enlace ATM MPLS

Resumo

Page 52: Capítulo 5 Redes de computadores e a Internet A camada de enlace e redes locais

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5 - 52copy 2005 by Pearson Education

Taxa de 10100 Mbps chamado mais tarde de ldquofast ethernetrdquo T significa ldquoTwisted Pairrdquo (par de fios tranccedilados de cobre) Noacutes se conectam a um hub ldquotopologia em estrelardquo 100 m eacute a distacircncia

maacutexima entre os noacutes e o hub

10BaseT e 100BaseT

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5 - 53copy 2005 by Pearson Education

Hubs satildeo essencialmente repetidores de camada fiacutesica Bits que chegam de um enlace se propagam para todos os outros enlaces Com a mesma taxa Natildeo possuem armazenagem de quadros Natildeo haacute CSMACD no hub adaptadores detectam colisotildees Provecirc funcionalidade de gerenciamento de rede

Hubs

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5 - 54copy 2005 by Pearson Education

Usada em 10BaseT Cada bit possui uma transiccedilatildeo Permite que os reloacutegios nos noacutes de transmissatildeo e de recepccedilatildeo possam

sincronizar um com o outro Natildeo eacute necessaacuterio reloacutegio global centralizado entre os noacutes

Ei isso eacute coisa de camada fiacutesica

Codificaccedilatildeo Manchester

Codificaccedilatildeo Manchester

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5 - 55copy 2005 by Pearson Education

Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeo Permite enlaces ponto-a-ponto e canais de muacuteltiplo acesso

compartilhados No modo compartilhado o CSMACD eacute usado exige pequenas

distacircncias entre os noacutes para ser eficiente Usa hubs chamados aqui de Distribuidores com Armazenagem

ldquoBuffered Distributorsrdquo Full-Duplex a 1 Gbps para enlaces ponto-a-ponto 10 Gbps agora

Gigabit Ethernet

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5 - 56copy 2005 by Pearson Education

A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

5

5 - 57copy 2005 by Pearson Education

Hub de backbone interconecta segmentos de LAN Estende a distacircncia maacutexima entre os noacutes Mas domiacutenios de colisatildeo individuais tornam-se um uacutenico e grande

domiacutenio de colisatildeo Natildeo pode interconectar 10BaseT e 100BaseT

Interconexatildeo com hubs

5

5 - 58copy 2005 by Pearson Education

Dispositivo de camada de enlace Armazena e encaminha quadros Ethernet Examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o

quadro baseado no endereccedilo MAC de destino Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento

usa CSMACD para acessar o segmento Transparente

Hospedeiros satildeo inconscientes da presenccedila dos switches Plug-and-play self-learning (auto-aprendizado)

Switches natildeo precisam ser configurados

Switch

5

5 - 59copy 2005 by Pearson Education

Como determinar para qual segmento da LAN encaminhar o quadro Parece um problema de roteamento

Encaminhamento

5

5 - 60copy 2005 by Pearson Education

Um switch possui uma tabela de switch Entrada na tabela do switch

(endereccedilo MAC interface marca de tempo) Entradas expiradas na tabela satildeo decartadas (TTL pode ser 60 min)

Switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de suas interfaces Quando recebe um quadro o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento da LAN que chega Registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela

Self learning (auto-aprendizado)

5

5 - 61copy 2005 by Pearson Education

Quando um switch recebe um quadro

indexa a tabela do switch usando end MAC de destinoif entrada for encontrada para o destino

then if dest no segmento deste quadro chegou

then descarta o quadro else encaminha o quadro na interface indicada else flood

Encaminha para todas as interfacesexceto para a que o quadro chegou

Filtragemencaminhamento

5

5 - 62copy 2005 by Pearson Education

Suponha que C envia um quadro para D

Switch recebe o quadro de C Anota na tabela que C estaacute na interface 1 Como D natildeo estaacute na tabela o switch encaminha o quadro para as

interfaces 2 e 3 Quadro recebido por D

hub hub hub

switch

A

B CD

EF

G H

I

endereccedilo interface

ABEG

1123

12 3

Switch exemplo

5

5 - 63copy 2005 by Pearson Education

Suponha que D responde com um quadro para C

Switch recebe quadro de D Anota na tabela que D estaacute na interface 2 Como C estaacute na tabela o switch encaminha o quadro apenas para a

interface 1 Quadro recebido por C

hub hub hub

switch

A

B CD

EF

G H

I

endereccedilo interface

ABEGC

11231

Switch exemplo

5

5 - 64copy 2005 by Pearson Education

A instalaccedilatildeo do switch quebra as sub-redes em segmentos de LAN Switch filtra pacotes

Alguns quadros do mesmo segmento de LAN natildeo satildeo usualmente encaminhados para outros segmento de LAN

Segmentos se tornam separados em domiacutenios de colisatildeo

hub hub hub

switch

domiacutenio de colisatildeo domiacutenio de colisatildeo

domiacutenio de colisatildeo

Switch isolaccedilatildeo de traacutefego

5

5 - 65copy 2005 by Pearson Education

Switch com muitas interfaces Hospedeiros possuem conexatildeo direta ao switch Sem colisotildees full duplex

Switching A-para-Arsquo e B-para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees

Switches acesso dedicado

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5 - 66copy 2005 by Pearson Education

Cut-through switching quadro encaminhado da porta de entrada ateacute a porta de saiacuteda sem ter de primeiro coletar o quadro todo Ligeira reduccedilatildeo na latecircncia

Combinaccedilotildees de interfaces 101001000 Mbps compartilhadasdedicadas

Mais sobre switches

5

5 - 67copy 2005 by Pearson Education

Redes corporativas

5

5 - 68copy 2005 by Pearson Education

Ambos satildeo dispositivos store-and-forward Roteadores dispositivos de camada de rede (examinam cabeccedilalhos

da camada de rede) Switches satildeo dispositivos da camada de enlace

Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam algoritmos de roteamento Switches mantecircm tabelas de switch implementam filtragem algoritmos de aprendizagem

Switches vs roteadores

5

5 - 69copy 2005 by Pearson Education

hubs roteadores switches

isolaccedilatildeo detraacutefego

natildeo sim sim

plug amp play sim natildeo sim

roteamentooacutetimo

natildeo sim natildeo

cutthrough

sim natildeo sim

Resumo comparaccedilatildeo

5

5 - 70copy 2005 by Pearson Education

A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

5

5 - 71copy 2005 by Pearson Education

Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace de broadcast Sem Media Access Control Natildeo necessita de endereccedilamento MAC expliacutecito Ex dialup link linha ISDN

Protocolos ponto-a-ponto DLC populares PPP (point-to-point protocol) HDLC High level data link control (camada de enlace costumava ser considerada ldquocamada altardquo na pilha de protocolos)

Controle de enlace de dados ponto-a-ponto

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5 - 72copy 2005 by Pearson Education

Enquadramento de pacote encapsulamento do datagrama da camada de rede no quadro da camada de enlace Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolo de rede (natildeo apenas o IP) ao mesmo tempo Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo

Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo de bit no campo de dados

Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo) Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do enlace

para a camada de rede Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos terminais

do enlace podem aprender e configurar o endereccedilo de rede dos outros

PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]

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Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros Natildeo haacute controle de fluxo Aceita entregas fora de ordem Natildeo haacute necessidade de suportar enlaces multiponto (ex polling)

Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeo dos dados satildeo todos relegados para as camadas mais altas

PPP natildeo requisitos

5

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Flag delimitador (enquadramento) Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura) Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacuteltiplos campos de

controle Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o conteuacutedo do

quadro deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)

PPP formato do quadro

5

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info dados da camada superior sendo transportados CRC verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de erros

PPP formato dos dados

5

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Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de dados deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt01111110gt

P Se for recebido o padratildeo lt01111110gt satildeo dados ou eacute flag Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte extra com o padratildeo lt

01111101gt (escape) antes de cada byte com o padratildeo de flag lt 01111110gt nos dados

Receptor Um byte 01111101 seguido de 01111110 em seguida descarta o primeiro e continua a recepccedilatildeo de dados Uacutenico byte 01111110 entatildeo eacute um flag

Byte stuffing

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byte com o padratildeodo flag nos dados a enviar

byte com o padratildeo de escape acrescentado nos dados transmitidos seguido por um byte com padratildeo de flag

Byte stuffing

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Antes de trocar dados da camada de rede os parceiros da camada de enlace devem A configurar o enlace PPP (tamanho maacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo) Aprenderconfigurar as informaccedilotildees da camada de rede

Para o IP transportar mensagens do protocolo de controle IP (IPCP) (campo de protocolo 8021) para configuraraprender os

endereccedilos IP

PPP protocolo de controle de dados

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A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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Virtualizaccedilatildeo dos recursos uma poderosa abstraccedilatildeo em engenharia de sistemas Exemplos em computaccedilatildeo memoacuteria virtual dispositivos virtuais

Maacutequinas virtuais ex java IBM VM os dos anos 6070

Camada de abstraccedilotildees natildeo se apega a detalhes da camada mais baixa apenas trata com as camadas mais baixas abstratamente

Virtualizaccedilatildeo das redes

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1974 muacuteltiplas redes desconectadas ARPAnet redes de dados-sobre-cabo rede de pacote por sateacutelite (Aloha) rede de pacotes por raacutedio

hellip diferentes em convenccedilotildees de endereccedilamento formatos do pacote recuperaccedilatildeo de erros roteamento

Internet virtualizaccedilatildeo das redes

5

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Camada de rede da Internet (IP) Endereccedilamento internetwork

aparece como uma entidade uacutenica e uniforme escondendo a heterogeneidade das redes locais

Rede de redes

Gateway ldquoembute pacotes da Internet no

formato de um pacote local ou os extrairdquo

Rota (no niacutevel de internetwork) para o proacuteximo gateway

Internet virtualizaccedilatildeo das redes

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5 - 83copy 2005 by Pearson Education

O que eacute virtualizado Duas camadas de endereccedilamento Internet e rede local Nova camada (IP) torna tudo homogecircneo na camada da Internet Tecnologia da rede local em questatildeo

Cabo Sateacutelite Modem telefocircnico de 56 K Hoje ATM MPLS

hellip ldquoinvisiacutevelrdquo na camada da Internet Parece com uma tecnologia de camada de enlace para o IP

Arquitetura da Internet de Cerf amp Kahn

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ATM MPLS redes separadas em seus proacuteprios direitos Modelos de serviccedilo endereccedilamento roteamento diferentes da Internet

Vistos pela Internet como um enlace loacutegico conectando roteadores IP Assim como o dialup link eacute realmente parte de uma rede separada

(rede telefocircnica)

ATM MPLS de interesse teacutecnico em seu proacuteprio direito

ATM e MPLS

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Padratildeo dos anos 8090 para altas taxas de transmissatildeo (155 Mbps a 622 Mbps e mais altas) arquitetura de Broadband Integrated Service Digital Network (B-ISDN)

Objetivo transporte integrado de voz dados e imagens com foco nas redes puacuteblicas de comunicaccedilatildeo Deve atender aos requisitos de tempoQoS para aplicaccedilotildees de voz

e de viacutedeo (versus o serviccedilo de melhor esforccedilo da Internet) Telefonia de ldquoproacutexima geraccedilatildeordquo fundamentos teacutecnicos no mundo da telefonia Comutaccedilatildeo de pacotes (pacotes de tamanho fixo chamados ldquoceacutelulasrdquo) usando circuitos virtuais

Modo de transferecircncia assiacutencrono ATM

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Camada de adaptaccedilatildeo apenas na borda de uma rede ATM Segmentaccedilatildeo e remontagem dos dados Grosseiramente anaacuteloga agrave camada de transporte da Internet

Camada ATM camada de ldquorederdquo Comutaccedilatildeo de ceacutelulas roteamento

Camada fiacutesica

Sistema final Sistema finalSwitch ATM Switch ATM

Arquitetura ATM

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Visatildeo transporte fim-a-fim ldquoATM de computador a computadorrdquo ATM eacute uma tecnologia de redeRealidade usada para conectar roteadores IP de backbone ldquoIP sobre ATMrdquo ATM como uma camada de enlace comutada conectando roteadores IP

ATM camada de rede ou de enlace

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Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL) ldquoadaptardquo camadas superiores (aplicaccedilotildees IP ou nativas ATM) para a camada ATM abaixo

AAL presente apenas nos sistemas finais natildeo nos comutadores ATM (ldquoswitchesrdquo)

O segmento da camada AAL (campo de cabeccedilalhotrailer e de dados) satildeo fragmentados em muacuteltiplas ceacutelulas ATM Analogia segmento TCP em muitos pacotes IP

Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL)

Sistema final Sistema finalSwitch ATM Switch ATM

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Diferentes versotildees da camada AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM AAL1 para serviccedilo CBR (taxa de bit constante) ex emulaccedilatildeo de circuitos AAL2 para serviccedilos VBR (taxa de bit variaacutevel) ex viacutedeo MPEG AAL5 para dados (ex datagramas IP)

AAL PDU

ceacutelula ATM

Dados de usuaacuterio

subcamadade convergecircncia

subcamadaSAR

Ceacutelula ATM

Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL)

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Serviccedilo transporte de ceacutelulas atraveacutes da rede ATM Anaacuteloga agrave camada de rede IP Serviccedilos muito diferentes da camada de rede IP

Arquiteturade rede

Internet

ATM

ATM

ATM

ATM

Modelo de serviccedilo

melhoresforccediloCBR

VBR

ABR

UBR

Banda

natildeo

taxaconstantetaxagarantidamiacutenimogarantidonatildeo

Perda

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Ordem

natildeo

sim

sim

sim

sim

Tempo

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Aviso decongestatildeo

natildeo (inferidopelas perdas)natildeo haacutecongestatildeonatildeo haacutecongestatildeosim

natildeo

Garantias

Camada ATM

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Transporte em VC ceacutelulas satildeo transportadas sobre VC da fonte ao destino Estabelecimento de conexatildeo necessaacuterio para cada chamada antes que o fluxo de dados possa ser iniciado Cada pacote transporta um identificador de VC (natildeo transporta o endereccedilo do destino) Cada comutador com caminho entre a fonte e o destino manteacutem o ldquoestadordquo para cada conexatildeo passante Recursos do enlace e do comutador (banda passante buffers) podem ser alocados por VC para obter um comportamento semelhante a um circuito fiacutesico

VCs permanentes (PVCs) Conexotildees de longa duraccedilatildeo Tipicamente rota ldquopermanenterdquo entre roteadores IP

VCs comutados (SVC) Dinamicamente criados numa base por chamada

Camadas ATM circuitos virtuais

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Vantagens do uso de circuitos virtuais no ATM Iacutendices de QoS garantidos para conexotildees mapeadas em

circuitos virtuais (banda passante atraso variacircncia de atraso)

Problemas no uso de circuitos virtuais O suporte de traacutefego datagrama eacute ineficiente Um PVC entre cada par origemdestino natildeo tem boa

escalabilidade (N2 conexotildees satildeo necessaacuterias) SVC introduz latecircncia de estabelecimento de conexatildeo e

atrasos de processamento para conexotildees de curta duraccedilatildeo

ATM VCs

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Cabeccedilalho da ceacutelula ATM com 5 bytes Carga uacutetil com 48-bytes

Por quecirc carga uacutetil pequena -gt pequeno atraso de criaccedilatildeo de ceacutelula para voz digitalizada

Meio do caminho entre 32 e 64 (compromisso)

cabeccedilalhoda ceacutelula

formato daceacutelula

3o bit no campo PTvalor 1 indica uacuteltima ceacutelula (AAL-indicate bit)

Camada ATM ceacutelula ATM

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VCI identificador de canal virtual Pode mudar de enlace para enlace atraveacutes da rede

PT tipo de carga uacutetil (ex ceacutelula RM versus ceacutelula de dados) CLP bit de prioridade de perda de ceacutelula

CLP = 1 implica ceacutelula de baixa prioridade pode ser descartada em caso de congestatildeo

HEC verificaccedilatildeo de erros no cabeccedilalho Verificaccedilatildeo ciacuteclica de erros

Cabeccedilalho da ceacutelula ATM

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A camada fiacutesica se compotildee de duas partes (subcamadas ) Subcamada de convergecircncia de transmissatildeo (TCS) adapta a camada

ATM acima agrave subcamada fiacutesica abaixo (PMD) Subcamada dependente do meio depende do tipo de meio fiacutesico que

estaacute sendo empregado

Funccedilotildees da TCS Geraccedilatildeo do checksum do cabeccedilalho 8 bits CRC Delineamento de ceacutelula Com uma subcamada PMD natildeo estruturada transmite ceacutelulas vazias

(ldquoidle cellsrdquo) quando natildeo haacute ceacutelulas de dados a enviar

Camada fiacutesica ATM

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Subcamada dependente do meio fiacutesico (PMD) SONETSDH estrutura de transmissatildeo de quadros (como um

container carregando bits) Sincronizaccedilatildeo de bits Particcedilotildees da banda passante (TDM) Vaacuterias velocidades OC1 = 5184 Mbps OC3 = 15552 Mbps OC12 = 62208 Mbps

T1T3 estrutura de transmissatildeo de quadros (velha hierarquia de telefonia 15 Mbps45 Mbps No Brasil usa-se a hierarquia europeacuteia E1E3 2 34 Mbps

Natildeo estruturada apenas ceacutelulas (ocupadasvazias)

Camada fiacutesica ATM

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Apenas IP claacutessico 3 ldquoredesrdquo (ex segmentos de LAN) Endereccedilos MAC (8023) e IP

IP sobre ATM Substitui ldquorederdquo (ex segmento

de LAN) com a rede ATM Endereccedilos ATM endereccedilos IP

redeATM

EthernetLANs

EthernetLANs

IP-sobre-ATM

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No endereccedilo de origem Camada IP encontra um mapeamento entre o endereccedilo IP e o endereccedilo de destino ATM (usando ARP) Passa o datagrama para a camada de adaptaccedilatildeo AAL5 AAL5 encapsula os dados segmenta em ceacutelulas e passa para a camada ATM

Rede ATM move a ceacutelula para o destino de acordo com o seu VC (circuito virtual)

No hospedeiro de destino AAL5 remonta o datagrama original a partir das ceacutelulas recebidas Se o CRC OK datagrama eacute passado ao IP

Viagem de um datagrama numa rede IP-sobre-ATM

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Questotildees Datagramas IP em ATM AAL5 PDUs Dos endereccedilos IP aos endereccedilos ATM

Da mesma forma que de endereccedilos IP para endereccedilos MAC 8023

redeATM

EthernetLANs

IP-sobre-ATM

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Objetivo inicial aumentar a velocidade de encaminhamento IP usando labels de tamanho fixo (em vez de endereccedilo IP) Mesma ideacuteia do meacutetodo de circuito virtual (VC) Mas o datagrama IP ainda manteacutem o endereccedilo IP

Multiprotocol label switching (MPLS)

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Roteador faz a funccedilatildeo de comutador de roacutetulo Pacotes encaminhados para interface de saiacuteda com base apenas no valor

do roacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP) Tabela de encaminhamento MPLS distinta das tabelas de encaminhamento IP

Protocolo de sinalizaccedilatildeo necessaacuterio para estabelecer o encaminhamento RSVP-TE Encaminhamento eacute possiacutevel por caminhos que o IP sozinho natildeo pode usar (ex roteamento de especificado pela origem) Use MPLS para engenharia de traacutefego

Deve coexistir com roteadores unicamente IP

Roteadores MPLS

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Tabelas de encaminhamento MPLS

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Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace Detecccedilatildeo de erros correccedilatildeo Compartilhando um canal broadcast acesso muacuteltiplo Endereccedilamento da camada de enlace

Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de vaacuterias tecnologias da camada de enlace Ethernet LANS comutadas PPP Redes virtualizadas como uma camada de enlace ATM MPLS

Resumo

Page 53: Capítulo 5 Redes de computadores e a Internet A camada de enlace e redes locais

5

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Hubs satildeo essencialmente repetidores de camada fiacutesica Bits que chegam de um enlace se propagam para todos os outros enlaces Com a mesma taxa Natildeo possuem armazenagem de quadros Natildeo haacute CSMACD no hub adaptadores detectam colisotildees Provecirc funcionalidade de gerenciamento de rede

Hubs

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Usada em 10BaseT Cada bit possui uma transiccedilatildeo Permite que os reloacutegios nos noacutes de transmissatildeo e de recepccedilatildeo possam

sincronizar um com o outro Natildeo eacute necessaacuterio reloacutegio global centralizado entre os noacutes

Ei isso eacute coisa de camada fiacutesica

Codificaccedilatildeo Manchester

Codificaccedilatildeo Manchester

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Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeo Permite enlaces ponto-a-ponto e canais de muacuteltiplo acesso

compartilhados No modo compartilhado o CSMACD eacute usado exige pequenas

distacircncias entre os noacutes para ser eficiente Usa hubs chamados aqui de Distribuidores com Armazenagem

ldquoBuffered Distributorsrdquo Full-Duplex a 1 Gbps para enlaces ponto-a-ponto 10 Gbps agora

Gigabit Ethernet

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A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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5 - 57copy 2005 by Pearson Education

Hub de backbone interconecta segmentos de LAN Estende a distacircncia maacutexima entre os noacutes Mas domiacutenios de colisatildeo individuais tornam-se um uacutenico e grande

domiacutenio de colisatildeo Natildeo pode interconectar 10BaseT e 100BaseT

Interconexatildeo com hubs

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5 - 58copy 2005 by Pearson Education

Dispositivo de camada de enlace Armazena e encaminha quadros Ethernet Examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o

quadro baseado no endereccedilo MAC de destino Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento

usa CSMACD para acessar o segmento Transparente

Hospedeiros satildeo inconscientes da presenccedila dos switches Plug-and-play self-learning (auto-aprendizado)

Switches natildeo precisam ser configurados

Switch

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Como determinar para qual segmento da LAN encaminhar o quadro Parece um problema de roteamento

Encaminhamento

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5 - 60copy 2005 by Pearson Education

Um switch possui uma tabela de switch Entrada na tabela do switch

(endereccedilo MAC interface marca de tempo) Entradas expiradas na tabela satildeo decartadas (TTL pode ser 60 min)

Switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de suas interfaces Quando recebe um quadro o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento da LAN que chega Registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela

Self learning (auto-aprendizado)

5

5 - 61copy 2005 by Pearson Education

Quando um switch recebe um quadro

indexa a tabela do switch usando end MAC de destinoif entrada for encontrada para o destino

then if dest no segmento deste quadro chegou

then descarta o quadro else encaminha o quadro na interface indicada else flood

Encaminha para todas as interfacesexceto para a que o quadro chegou

Filtragemencaminhamento

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5 - 62copy 2005 by Pearson Education

Suponha que C envia um quadro para D

Switch recebe o quadro de C Anota na tabela que C estaacute na interface 1 Como D natildeo estaacute na tabela o switch encaminha o quadro para as

interfaces 2 e 3 Quadro recebido por D

hub hub hub

switch

A

B CD

EF

G H

I

endereccedilo interface

ABEG

1123

12 3

Switch exemplo

5

5 - 63copy 2005 by Pearson Education

Suponha que D responde com um quadro para C

Switch recebe quadro de D Anota na tabela que D estaacute na interface 2 Como C estaacute na tabela o switch encaminha o quadro apenas para a

interface 1 Quadro recebido por C

hub hub hub

switch

A

B CD

EF

G H

I

endereccedilo interface

ABEGC

11231

Switch exemplo

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5 - 64copy 2005 by Pearson Education

A instalaccedilatildeo do switch quebra as sub-redes em segmentos de LAN Switch filtra pacotes

Alguns quadros do mesmo segmento de LAN natildeo satildeo usualmente encaminhados para outros segmento de LAN

Segmentos se tornam separados em domiacutenios de colisatildeo

hub hub hub

switch

domiacutenio de colisatildeo domiacutenio de colisatildeo

domiacutenio de colisatildeo

Switch isolaccedilatildeo de traacutefego

5

5 - 65copy 2005 by Pearson Education

Switch com muitas interfaces Hospedeiros possuem conexatildeo direta ao switch Sem colisotildees full duplex

Switching A-para-Arsquo e B-para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees

Switches acesso dedicado

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5 - 66copy 2005 by Pearson Education

Cut-through switching quadro encaminhado da porta de entrada ateacute a porta de saiacuteda sem ter de primeiro coletar o quadro todo Ligeira reduccedilatildeo na latecircncia

Combinaccedilotildees de interfaces 101001000 Mbps compartilhadasdedicadas

Mais sobre switches

5

5 - 67copy 2005 by Pearson Education

Redes corporativas

5

5 - 68copy 2005 by Pearson Education

Ambos satildeo dispositivos store-and-forward Roteadores dispositivos de camada de rede (examinam cabeccedilalhos

da camada de rede) Switches satildeo dispositivos da camada de enlace

Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam algoritmos de roteamento Switches mantecircm tabelas de switch implementam filtragem algoritmos de aprendizagem

Switches vs roteadores

5

5 - 69copy 2005 by Pearson Education

hubs roteadores switches

isolaccedilatildeo detraacutefego

natildeo sim sim

plug amp play sim natildeo sim

roteamentooacutetimo

natildeo sim natildeo

cutthrough

sim natildeo sim

Resumo comparaccedilatildeo

5

5 - 70copy 2005 by Pearson Education

A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

5

5 - 71copy 2005 by Pearson Education

Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace de broadcast Sem Media Access Control Natildeo necessita de endereccedilamento MAC expliacutecito Ex dialup link linha ISDN

Protocolos ponto-a-ponto DLC populares PPP (point-to-point protocol) HDLC High level data link control (camada de enlace costumava ser considerada ldquocamada altardquo na pilha de protocolos)

Controle de enlace de dados ponto-a-ponto

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5 - 72copy 2005 by Pearson Education

Enquadramento de pacote encapsulamento do datagrama da camada de rede no quadro da camada de enlace Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolo de rede (natildeo apenas o IP) ao mesmo tempo Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo

Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo de bit no campo de dados

Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo) Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do enlace

para a camada de rede Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos terminais

do enlace podem aprender e configurar o endereccedilo de rede dos outros

PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]

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5 - 73copy 2005 by Pearson Education

Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros Natildeo haacute controle de fluxo Aceita entregas fora de ordem Natildeo haacute necessidade de suportar enlaces multiponto (ex polling)

Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeo dos dados satildeo todos relegados para as camadas mais altas

PPP natildeo requisitos

5

5 - 74copy 2005 by Pearson Education

Flag delimitador (enquadramento) Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura) Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacuteltiplos campos de

controle Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o conteuacutedo do

quadro deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)

PPP formato do quadro

5

5 - 75copy 2005 by Pearson Education

info dados da camada superior sendo transportados CRC verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de erros

PPP formato dos dados

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5 - 76copy 2005 by Pearson Education

Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de dados deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt01111110gt

P Se for recebido o padratildeo lt01111110gt satildeo dados ou eacute flag Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte extra com o padratildeo lt

01111101gt (escape) antes de cada byte com o padratildeo de flag lt 01111110gt nos dados

Receptor Um byte 01111101 seguido de 01111110 em seguida descarta o primeiro e continua a recepccedilatildeo de dados Uacutenico byte 01111110 entatildeo eacute um flag

Byte stuffing

5

5 - 77copy 2005 by Pearson Education

byte com o padratildeodo flag nos dados a enviar

byte com o padratildeo de escape acrescentado nos dados transmitidos seguido por um byte com padratildeo de flag

Byte stuffing

5

5 - 78copy 2005 by Pearson Education

Antes de trocar dados da camada de rede os parceiros da camada de enlace devem A configurar o enlace PPP (tamanho maacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo) Aprenderconfigurar as informaccedilotildees da camada de rede

Para o IP transportar mensagens do protocolo de controle IP (IPCP) (campo de protocolo 8021) para configuraraprender os

endereccedilos IP

PPP protocolo de controle de dados

5

5 - 79copy 2005 by Pearson Education

A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

5

5 - 80copy 2005 by Pearson Education

Virtualizaccedilatildeo dos recursos uma poderosa abstraccedilatildeo em engenharia de sistemas Exemplos em computaccedilatildeo memoacuteria virtual dispositivos virtuais

Maacutequinas virtuais ex java IBM VM os dos anos 6070

Camada de abstraccedilotildees natildeo se apega a detalhes da camada mais baixa apenas trata com as camadas mais baixas abstratamente

Virtualizaccedilatildeo das redes

5

5 - 81copy 2005 by Pearson Education

1974 muacuteltiplas redes desconectadas ARPAnet redes de dados-sobre-cabo rede de pacote por sateacutelite (Aloha) rede de pacotes por raacutedio

hellip diferentes em convenccedilotildees de endereccedilamento formatos do pacote recuperaccedilatildeo de erros roteamento

Internet virtualizaccedilatildeo das redes

5

5 - 82copy 2005 by Pearson Education

Camada de rede da Internet (IP) Endereccedilamento internetwork

aparece como uma entidade uacutenica e uniforme escondendo a heterogeneidade das redes locais

Rede de redes

Gateway ldquoembute pacotes da Internet no

formato de um pacote local ou os extrairdquo

Rota (no niacutevel de internetwork) para o proacuteximo gateway

Internet virtualizaccedilatildeo das redes

5

5 - 83copy 2005 by Pearson Education

O que eacute virtualizado Duas camadas de endereccedilamento Internet e rede local Nova camada (IP) torna tudo homogecircneo na camada da Internet Tecnologia da rede local em questatildeo

Cabo Sateacutelite Modem telefocircnico de 56 K Hoje ATM MPLS

hellip ldquoinvisiacutevelrdquo na camada da Internet Parece com uma tecnologia de camada de enlace para o IP

Arquitetura da Internet de Cerf amp Kahn

5

5 - 84copy 2005 by Pearson Education

ATM MPLS redes separadas em seus proacuteprios direitos Modelos de serviccedilo endereccedilamento roteamento diferentes da Internet

Vistos pela Internet como um enlace loacutegico conectando roteadores IP Assim como o dialup link eacute realmente parte de uma rede separada

(rede telefocircnica)

ATM MPLS de interesse teacutecnico em seu proacuteprio direito

ATM e MPLS

5

5 - 85copy 2005 by Pearson Education

Padratildeo dos anos 8090 para altas taxas de transmissatildeo (155 Mbps a 622 Mbps e mais altas) arquitetura de Broadband Integrated Service Digital Network (B-ISDN)

Objetivo transporte integrado de voz dados e imagens com foco nas redes puacuteblicas de comunicaccedilatildeo Deve atender aos requisitos de tempoQoS para aplicaccedilotildees de voz

e de viacutedeo (versus o serviccedilo de melhor esforccedilo da Internet) Telefonia de ldquoproacutexima geraccedilatildeordquo fundamentos teacutecnicos no mundo da telefonia Comutaccedilatildeo de pacotes (pacotes de tamanho fixo chamados ldquoceacutelulasrdquo) usando circuitos virtuais

Modo de transferecircncia assiacutencrono ATM

5

5 - 86copy 2005 by Pearson Education

Camada de adaptaccedilatildeo apenas na borda de uma rede ATM Segmentaccedilatildeo e remontagem dos dados Grosseiramente anaacuteloga agrave camada de transporte da Internet

Camada ATM camada de ldquorederdquo Comutaccedilatildeo de ceacutelulas roteamento

Camada fiacutesica

Sistema final Sistema finalSwitch ATM Switch ATM

Arquitetura ATM

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5 - 87copy 2005 by Pearson Education

Visatildeo transporte fim-a-fim ldquoATM de computador a computadorrdquo ATM eacute uma tecnologia de redeRealidade usada para conectar roteadores IP de backbone ldquoIP sobre ATMrdquo ATM como uma camada de enlace comutada conectando roteadores IP

ATM camada de rede ou de enlace

5

5 - 88copy 2005 by Pearson Education

Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL) ldquoadaptardquo camadas superiores (aplicaccedilotildees IP ou nativas ATM) para a camada ATM abaixo

AAL presente apenas nos sistemas finais natildeo nos comutadores ATM (ldquoswitchesrdquo)

O segmento da camada AAL (campo de cabeccedilalhotrailer e de dados) satildeo fragmentados em muacuteltiplas ceacutelulas ATM Analogia segmento TCP em muitos pacotes IP

Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL)

Sistema final Sistema finalSwitch ATM Switch ATM

5

5 - 89copy 2005 by Pearson Education

Diferentes versotildees da camada AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM AAL1 para serviccedilo CBR (taxa de bit constante) ex emulaccedilatildeo de circuitos AAL2 para serviccedilos VBR (taxa de bit variaacutevel) ex viacutedeo MPEG AAL5 para dados (ex datagramas IP)

AAL PDU

ceacutelula ATM

Dados de usuaacuterio

subcamadade convergecircncia

subcamadaSAR

Ceacutelula ATM

Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL)

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Serviccedilo transporte de ceacutelulas atraveacutes da rede ATM Anaacuteloga agrave camada de rede IP Serviccedilos muito diferentes da camada de rede IP

Arquiteturade rede

Internet

ATM

ATM

ATM

ATM

Modelo de serviccedilo

melhoresforccediloCBR

VBR

ABR

UBR

Banda

natildeo

taxaconstantetaxagarantidamiacutenimogarantidonatildeo

Perda

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Ordem

natildeo

sim

sim

sim

sim

Tempo

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Aviso decongestatildeo

natildeo (inferidopelas perdas)natildeo haacutecongestatildeonatildeo haacutecongestatildeosim

natildeo

Garantias

Camada ATM

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Transporte em VC ceacutelulas satildeo transportadas sobre VC da fonte ao destino Estabelecimento de conexatildeo necessaacuterio para cada chamada antes que o fluxo de dados possa ser iniciado Cada pacote transporta um identificador de VC (natildeo transporta o endereccedilo do destino) Cada comutador com caminho entre a fonte e o destino manteacutem o ldquoestadordquo para cada conexatildeo passante Recursos do enlace e do comutador (banda passante buffers) podem ser alocados por VC para obter um comportamento semelhante a um circuito fiacutesico

VCs permanentes (PVCs) Conexotildees de longa duraccedilatildeo Tipicamente rota ldquopermanenterdquo entre roteadores IP

VCs comutados (SVC) Dinamicamente criados numa base por chamada

Camadas ATM circuitos virtuais

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5 - 92copy 2005 by Pearson Education

Vantagens do uso de circuitos virtuais no ATM Iacutendices de QoS garantidos para conexotildees mapeadas em

circuitos virtuais (banda passante atraso variacircncia de atraso)

Problemas no uso de circuitos virtuais O suporte de traacutefego datagrama eacute ineficiente Um PVC entre cada par origemdestino natildeo tem boa

escalabilidade (N2 conexotildees satildeo necessaacuterias) SVC introduz latecircncia de estabelecimento de conexatildeo e

atrasos de processamento para conexotildees de curta duraccedilatildeo

ATM VCs

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Cabeccedilalho da ceacutelula ATM com 5 bytes Carga uacutetil com 48-bytes

Por quecirc carga uacutetil pequena -gt pequeno atraso de criaccedilatildeo de ceacutelula para voz digitalizada

Meio do caminho entre 32 e 64 (compromisso)

cabeccedilalhoda ceacutelula

formato daceacutelula

3o bit no campo PTvalor 1 indica uacuteltima ceacutelula (AAL-indicate bit)

Camada ATM ceacutelula ATM

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5 - 94copy 2005 by Pearson Education

VCI identificador de canal virtual Pode mudar de enlace para enlace atraveacutes da rede

PT tipo de carga uacutetil (ex ceacutelula RM versus ceacutelula de dados) CLP bit de prioridade de perda de ceacutelula

CLP = 1 implica ceacutelula de baixa prioridade pode ser descartada em caso de congestatildeo

HEC verificaccedilatildeo de erros no cabeccedilalho Verificaccedilatildeo ciacuteclica de erros

Cabeccedilalho da ceacutelula ATM

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5 - 95copy 2005 by Pearson Education

A camada fiacutesica se compotildee de duas partes (subcamadas ) Subcamada de convergecircncia de transmissatildeo (TCS) adapta a camada

ATM acima agrave subcamada fiacutesica abaixo (PMD) Subcamada dependente do meio depende do tipo de meio fiacutesico que

estaacute sendo empregado

Funccedilotildees da TCS Geraccedilatildeo do checksum do cabeccedilalho 8 bits CRC Delineamento de ceacutelula Com uma subcamada PMD natildeo estruturada transmite ceacutelulas vazias

(ldquoidle cellsrdquo) quando natildeo haacute ceacutelulas de dados a enviar

Camada fiacutesica ATM

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Subcamada dependente do meio fiacutesico (PMD) SONETSDH estrutura de transmissatildeo de quadros (como um

container carregando bits) Sincronizaccedilatildeo de bits Particcedilotildees da banda passante (TDM) Vaacuterias velocidades OC1 = 5184 Mbps OC3 = 15552 Mbps OC12 = 62208 Mbps

T1T3 estrutura de transmissatildeo de quadros (velha hierarquia de telefonia 15 Mbps45 Mbps No Brasil usa-se a hierarquia europeacuteia E1E3 2 34 Mbps

Natildeo estruturada apenas ceacutelulas (ocupadasvazias)

Camada fiacutesica ATM

5

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Apenas IP claacutessico 3 ldquoredesrdquo (ex segmentos de LAN) Endereccedilos MAC (8023) e IP

IP sobre ATM Substitui ldquorederdquo (ex segmento

de LAN) com a rede ATM Endereccedilos ATM endereccedilos IP

redeATM

EthernetLANs

EthernetLANs

IP-sobre-ATM

5

5 - 98copy 2005 by Pearson Education

No endereccedilo de origem Camada IP encontra um mapeamento entre o endereccedilo IP e o endereccedilo de destino ATM (usando ARP) Passa o datagrama para a camada de adaptaccedilatildeo AAL5 AAL5 encapsula os dados segmenta em ceacutelulas e passa para a camada ATM

Rede ATM move a ceacutelula para o destino de acordo com o seu VC (circuito virtual)

No hospedeiro de destino AAL5 remonta o datagrama original a partir das ceacutelulas recebidas Se o CRC OK datagrama eacute passado ao IP

Viagem de um datagrama numa rede IP-sobre-ATM

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Questotildees Datagramas IP em ATM AAL5 PDUs Dos endereccedilos IP aos endereccedilos ATM

Da mesma forma que de endereccedilos IP para endereccedilos MAC 8023

redeATM

EthernetLANs

IP-sobre-ATM

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5 - 100copy 2005 by Pearson Education

Objetivo inicial aumentar a velocidade de encaminhamento IP usando labels de tamanho fixo (em vez de endereccedilo IP) Mesma ideacuteia do meacutetodo de circuito virtual (VC) Mas o datagrama IP ainda manteacutem o endereccedilo IP

Multiprotocol label switching (MPLS)

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Roteador faz a funccedilatildeo de comutador de roacutetulo Pacotes encaminhados para interface de saiacuteda com base apenas no valor

do roacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP) Tabela de encaminhamento MPLS distinta das tabelas de encaminhamento IP

Protocolo de sinalizaccedilatildeo necessaacuterio para estabelecer o encaminhamento RSVP-TE Encaminhamento eacute possiacutevel por caminhos que o IP sozinho natildeo pode usar (ex roteamento de especificado pela origem) Use MPLS para engenharia de traacutefego

Deve coexistir com roteadores unicamente IP

Roteadores MPLS

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Tabelas de encaminhamento MPLS

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5 - 103copy 2005 by Pearson Education

Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace Detecccedilatildeo de erros correccedilatildeo Compartilhando um canal broadcast acesso muacuteltiplo Endereccedilamento da camada de enlace

Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de vaacuterias tecnologias da camada de enlace Ethernet LANS comutadas PPP Redes virtualizadas como uma camada de enlace ATM MPLS

Resumo

Page 54: Capítulo 5 Redes de computadores e a Internet A camada de enlace e redes locais

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Usada em 10BaseT Cada bit possui uma transiccedilatildeo Permite que os reloacutegios nos noacutes de transmissatildeo e de recepccedilatildeo possam

sincronizar um com o outro Natildeo eacute necessaacuterio reloacutegio global centralizado entre os noacutes

Ei isso eacute coisa de camada fiacutesica

Codificaccedilatildeo Manchester

Codificaccedilatildeo Manchester

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5 - 55copy 2005 by Pearson Education

Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeo Permite enlaces ponto-a-ponto e canais de muacuteltiplo acesso

compartilhados No modo compartilhado o CSMACD eacute usado exige pequenas

distacircncias entre os noacutes para ser eficiente Usa hubs chamados aqui de Distribuidores com Armazenagem

ldquoBuffered Distributorsrdquo Full-Duplex a 1 Gbps para enlaces ponto-a-ponto 10 Gbps agora

Gigabit Ethernet

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5 - 56copy 2005 by Pearson Education

A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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5 - 57copy 2005 by Pearson Education

Hub de backbone interconecta segmentos de LAN Estende a distacircncia maacutexima entre os noacutes Mas domiacutenios de colisatildeo individuais tornam-se um uacutenico e grande

domiacutenio de colisatildeo Natildeo pode interconectar 10BaseT e 100BaseT

Interconexatildeo com hubs

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Dispositivo de camada de enlace Armazena e encaminha quadros Ethernet Examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o

quadro baseado no endereccedilo MAC de destino Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento

usa CSMACD para acessar o segmento Transparente

Hospedeiros satildeo inconscientes da presenccedila dos switches Plug-and-play self-learning (auto-aprendizado)

Switches natildeo precisam ser configurados

Switch

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Como determinar para qual segmento da LAN encaminhar o quadro Parece um problema de roteamento

Encaminhamento

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Um switch possui uma tabela de switch Entrada na tabela do switch

(endereccedilo MAC interface marca de tempo) Entradas expiradas na tabela satildeo decartadas (TTL pode ser 60 min)

Switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de suas interfaces Quando recebe um quadro o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento da LAN que chega Registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela

Self learning (auto-aprendizado)

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Quando um switch recebe um quadro

indexa a tabela do switch usando end MAC de destinoif entrada for encontrada para o destino

then if dest no segmento deste quadro chegou

then descarta o quadro else encaminha o quadro na interface indicada else flood

Encaminha para todas as interfacesexceto para a que o quadro chegou

Filtragemencaminhamento

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Suponha que C envia um quadro para D

Switch recebe o quadro de C Anota na tabela que C estaacute na interface 1 Como D natildeo estaacute na tabela o switch encaminha o quadro para as

interfaces 2 e 3 Quadro recebido por D

hub hub hub

switch

A

B CD

EF

G H

I

endereccedilo interface

ABEG

1123

12 3

Switch exemplo

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Suponha que D responde com um quadro para C

Switch recebe quadro de D Anota na tabela que D estaacute na interface 2 Como C estaacute na tabela o switch encaminha o quadro apenas para a

interface 1 Quadro recebido por C

hub hub hub

switch

A

B CD

EF

G H

I

endereccedilo interface

ABEGC

11231

Switch exemplo

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A instalaccedilatildeo do switch quebra as sub-redes em segmentos de LAN Switch filtra pacotes

Alguns quadros do mesmo segmento de LAN natildeo satildeo usualmente encaminhados para outros segmento de LAN

Segmentos se tornam separados em domiacutenios de colisatildeo

hub hub hub

switch

domiacutenio de colisatildeo domiacutenio de colisatildeo

domiacutenio de colisatildeo

Switch isolaccedilatildeo de traacutefego

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Switch com muitas interfaces Hospedeiros possuem conexatildeo direta ao switch Sem colisotildees full duplex

Switching A-para-Arsquo e B-para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees

Switches acesso dedicado

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Cut-through switching quadro encaminhado da porta de entrada ateacute a porta de saiacuteda sem ter de primeiro coletar o quadro todo Ligeira reduccedilatildeo na latecircncia

Combinaccedilotildees de interfaces 101001000 Mbps compartilhadasdedicadas

Mais sobre switches

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Redes corporativas

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Ambos satildeo dispositivos store-and-forward Roteadores dispositivos de camada de rede (examinam cabeccedilalhos

da camada de rede) Switches satildeo dispositivos da camada de enlace

Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam algoritmos de roteamento Switches mantecircm tabelas de switch implementam filtragem algoritmos de aprendizagem

Switches vs roteadores

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hubs roteadores switches

isolaccedilatildeo detraacutefego

natildeo sim sim

plug amp play sim natildeo sim

roteamentooacutetimo

natildeo sim natildeo

cutthrough

sim natildeo sim

Resumo comparaccedilatildeo

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A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace de broadcast Sem Media Access Control Natildeo necessita de endereccedilamento MAC expliacutecito Ex dialup link linha ISDN

Protocolos ponto-a-ponto DLC populares PPP (point-to-point protocol) HDLC High level data link control (camada de enlace costumava ser considerada ldquocamada altardquo na pilha de protocolos)

Controle de enlace de dados ponto-a-ponto

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Enquadramento de pacote encapsulamento do datagrama da camada de rede no quadro da camada de enlace Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolo de rede (natildeo apenas o IP) ao mesmo tempo Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo

Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo de bit no campo de dados

Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo) Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do enlace

para a camada de rede Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos terminais

do enlace podem aprender e configurar o endereccedilo de rede dos outros

PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]

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5 - 73copy 2005 by Pearson Education

Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros Natildeo haacute controle de fluxo Aceita entregas fora de ordem Natildeo haacute necessidade de suportar enlaces multiponto (ex polling)

Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeo dos dados satildeo todos relegados para as camadas mais altas

PPP natildeo requisitos

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5 - 74copy 2005 by Pearson Education

Flag delimitador (enquadramento) Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura) Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacuteltiplos campos de

controle Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o conteuacutedo do

quadro deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)

PPP formato do quadro

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5 - 75copy 2005 by Pearson Education

info dados da camada superior sendo transportados CRC verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de erros

PPP formato dos dados

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Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de dados deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt01111110gt

P Se for recebido o padratildeo lt01111110gt satildeo dados ou eacute flag Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte extra com o padratildeo lt

01111101gt (escape) antes de cada byte com o padratildeo de flag lt 01111110gt nos dados

Receptor Um byte 01111101 seguido de 01111110 em seguida descarta o primeiro e continua a recepccedilatildeo de dados Uacutenico byte 01111110 entatildeo eacute um flag

Byte stuffing

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byte com o padratildeodo flag nos dados a enviar

byte com o padratildeo de escape acrescentado nos dados transmitidos seguido por um byte com padratildeo de flag

Byte stuffing

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5 - 78copy 2005 by Pearson Education

Antes de trocar dados da camada de rede os parceiros da camada de enlace devem A configurar o enlace PPP (tamanho maacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo) Aprenderconfigurar as informaccedilotildees da camada de rede

Para o IP transportar mensagens do protocolo de controle IP (IPCP) (campo de protocolo 8021) para configuraraprender os

endereccedilos IP

PPP protocolo de controle de dados

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5 - 79copy 2005 by Pearson Education

A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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5 - 80copy 2005 by Pearson Education

Virtualizaccedilatildeo dos recursos uma poderosa abstraccedilatildeo em engenharia de sistemas Exemplos em computaccedilatildeo memoacuteria virtual dispositivos virtuais

Maacutequinas virtuais ex java IBM VM os dos anos 6070

Camada de abstraccedilotildees natildeo se apega a detalhes da camada mais baixa apenas trata com as camadas mais baixas abstratamente

Virtualizaccedilatildeo das redes

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5 - 81copy 2005 by Pearson Education

1974 muacuteltiplas redes desconectadas ARPAnet redes de dados-sobre-cabo rede de pacote por sateacutelite (Aloha) rede de pacotes por raacutedio

hellip diferentes em convenccedilotildees de endereccedilamento formatos do pacote recuperaccedilatildeo de erros roteamento

Internet virtualizaccedilatildeo das redes

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5 - 82copy 2005 by Pearson Education

Camada de rede da Internet (IP) Endereccedilamento internetwork

aparece como uma entidade uacutenica e uniforme escondendo a heterogeneidade das redes locais

Rede de redes

Gateway ldquoembute pacotes da Internet no

formato de um pacote local ou os extrairdquo

Rota (no niacutevel de internetwork) para o proacuteximo gateway

Internet virtualizaccedilatildeo das redes

5

5 - 83copy 2005 by Pearson Education

O que eacute virtualizado Duas camadas de endereccedilamento Internet e rede local Nova camada (IP) torna tudo homogecircneo na camada da Internet Tecnologia da rede local em questatildeo

Cabo Sateacutelite Modem telefocircnico de 56 K Hoje ATM MPLS

hellip ldquoinvisiacutevelrdquo na camada da Internet Parece com uma tecnologia de camada de enlace para o IP

Arquitetura da Internet de Cerf amp Kahn

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5 - 84copy 2005 by Pearson Education

ATM MPLS redes separadas em seus proacuteprios direitos Modelos de serviccedilo endereccedilamento roteamento diferentes da Internet

Vistos pela Internet como um enlace loacutegico conectando roteadores IP Assim como o dialup link eacute realmente parte de uma rede separada

(rede telefocircnica)

ATM MPLS de interesse teacutecnico em seu proacuteprio direito

ATM e MPLS

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5 - 85copy 2005 by Pearson Education

Padratildeo dos anos 8090 para altas taxas de transmissatildeo (155 Mbps a 622 Mbps e mais altas) arquitetura de Broadband Integrated Service Digital Network (B-ISDN)

Objetivo transporte integrado de voz dados e imagens com foco nas redes puacuteblicas de comunicaccedilatildeo Deve atender aos requisitos de tempoQoS para aplicaccedilotildees de voz

e de viacutedeo (versus o serviccedilo de melhor esforccedilo da Internet) Telefonia de ldquoproacutexima geraccedilatildeordquo fundamentos teacutecnicos no mundo da telefonia Comutaccedilatildeo de pacotes (pacotes de tamanho fixo chamados ldquoceacutelulasrdquo) usando circuitos virtuais

Modo de transferecircncia assiacutencrono ATM

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5 - 86copy 2005 by Pearson Education

Camada de adaptaccedilatildeo apenas na borda de uma rede ATM Segmentaccedilatildeo e remontagem dos dados Grosseiramente anaacuteloga agrave camada de transporte da Internet

Camada ATM camada de ldquorederdquo Comutaccedilatildeo de ceacutelulas roteamento

Camada fiacutesica

Sistema final Sistema finalSwitch ATM Switch ATM

Arquitetura ATM

5

5 - 87copy 2005 by Pearson Education

Visatildeo transporte fim-a-fim ldquoATM de computador a computadorrdquo ATM eacute uma tecnologia de redeRealidade usada para conectar roteadores IP de backbone ldquoIP sobre ATMrdquo ATM como uma camada de enlace comutada conectando roteadores IP

ATM camada de rede ou de enlace

5

5 - 88copy 2005 by Pearson Education

Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL) ldquoadaptardquo camadas superiores (aplicaccedilotildees IP ou nativas ATM) para a camada ATM abaixo

AAL presente apenas nos sistemas finais natildeo nos comutadores ATM (ldquoswitchesrdquo)

O segmento da camada AAL (campo de cabeccedilalhotrailer e de dados) satildeo fragmentados em muacuteltiplas ceacutelulas ATM Analogia segmento TCP em muitos pacotes IP

Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL)

Sistema final Sistema finalSwitch ATM Switch ATM

5

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Diferentes versotildees da camada AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM AAL1 para serviccedilo CBR (taxa de bit constante) ex emulaccedilatildeo de circuitos AAL2 para serviccedilos VBR (taxa de bit variaacutevel) ex viacutedeo MPEG AAL5 para dados (ex datagramas IP)

AAL PDU

ceacutelula ATM

Dados de usuaacuterio

subcamadade convergecircncia

subcamadaSAR

Ceacutelula ATM

Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL)

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Serviccedilo transporte de ceacutelulas atraveacutes da rede ATM Anaacuteloga agrave camada de rede IP Serviccedilos muito diferentes da camada de rede IP

Arquiteturade rede

Internet

ATM

ATM

ATM

ATM

Modelo de serviccedilo

melhoresforccediloCBR

VBR

ABR

UBR

Banda

natildeo

taxaconstantetaxagarantidamiacutenimogarantidonatildeo

Perda

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Ordem

natildeo

sim

sim

sim

sim

Tempo

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Aviso decongestatildeo

natildeo (inferidopelas perdas)natildeo haacutecongestatildeonatildeo haacutecongestatildeosim

natildeo

Garantias

Camada ATM

5

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Transporte em VC ceacutelulas satildeo transportadas sobre VC da fonte ao destino Estabelecimento de conexatildeo necessaacuterio para cada chamada antes que o fluxo de dados possa ser iniciado Cada pacote transporta um identificador de VC (natildeo transporta o endereccedilo do destino) Cada comutador com caminho entre a fonte e o destino manteacutem o ldquoestadordquo para cada conexatildeo passante Recursos do enlace e do comutador (banda passante buffers) podem ser alocados por VC para obter um comportamento semelhante a um circuito fiacutesico

VCs permanentes (PVCs) Conexotildees de longa duraccedilatildeo Tipicamente rota ldquopermanenterdquo entre roteadores IP

VCs comutados (SVC) Dinamicamente criados numa base por chamada

Camadas ATM circuitos virtuais

5

5 - 92copy 2005 by Pearson Education

Vantagens do uso de circuitos virtuais no ATM Iacutendices de QoS garantidos para conexotildees mapeadas em

circuitos virtuais (banda passante atraso variacircncia de atraso)

Problemas no uso de circuitos virtuais O suporte de traacutefego datagrama eacute ineficiente Um PVC entre cada par origemdestino natildeo tem boa

escalabilidade (N2 conexotildees satildeo necessaacuterias) SVC introduz latecircncia de estabelecimento de conexatildeo e

atrasos de processamento para conexotildees de curta duraccedilatildeo

ATM VCs

5

5 - 93copy 2005 by Pearson Education

Cabeccedilalho da ceacutelula ATM com 5 bytes Carga uacutetil com 48-bytes

Por quecirc carga uacutetil pequena -gt pequeno atraso de criaccedilatildeo de ceacutelula para voz digitalizada

Meio do caminho entre 32 e 64 (compromisso)

cabeccedilalhoda ceacutelula

formato daceacutelula

3o bit no campo PTvalor 1 indica uacuteltima ceacutelula (AAL-indicate bit)

Camada ATM ceacutelula ATM

5

5 - 94copy 2005 by Pearson Education

VCI identificador de canal virtual Pode mudar de enlace para enlace atraveacutes da rede

PT tipo de carga uacutetil (ex ceacutelula RM versus ceacutelula de dados) CLP bit de prioridade de perda de ceacutelula

CLP = 1 implica ceacutelula de baixa prioridade pode ser descartada em caso de congestatildeo

HEC verificaccedilatildeo de erros no cabeccedilalho Verificaccedilatildeo ciacuteclica de erros

Cabeccedilalho da ceacutelula ATM

5

5 - 95copy 2005 by Pearson Education

A camada fiacutesica se compotildee de duas partes (subcamadas ) Subcamada de convergecircncia de transmissatildeo (TCS) adapta a camada

ATM acima agrave subcamada fiacutesica abaixo (PMD) Subcamada dependente do meio depende do tipo de meio fiacutesico que

estaacute sendo empregado

Funccedilotildees da TCS Geraccedilatildeo do checksum do cabeccedilalho 8 bits CRC Delineamento de ceacutelula Com uma subcamada PMD natildeo estruturada transmite ceacutelulas vazias

(ldquoidle cellsrdquo) quando natildeo haacute ceacutelulas de dados a enviar

Camada fiacutesica ATM

5

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Subcamada dependente do meio fiacutesico (PMD) SONETSDH estrutura de transmissatildeo de quadros (como um

container carregando bits) Sincronizaccedilatildeo de bits Particcedilotildees da banda passante (TDM) Vaacuterias velocidades OC1 = 5184 Mbps OC3 = 15552 Mbps OC12 = 62208 Mbps

T1T3 estrutura de transmissatildeo de quadros (velha hierarquia de telefonia 15 Mbps45 Mbps No Brasil usa-se a hierarquia europeacuteia E1E3 2 34 Mbps

Natildeo estruturada apenas ceacutelulas (ocupadasvazias)

Camada fiacutesica ATM

5

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Apenas IP claacutessico 3 ldquoredesrdquo (ex segmentos de LAN) Endereccedilos MAC (8023) e IP

IP sobre ATM Substitui ldquorederdquo (ex segmento

de LAN) com a rede ATM Endereccedilos ATM endereccedilos IP

redeATM

EthernetLANs

EthernetLANs

IP-sobre-ATM

5

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No endereccedilo de origem Camada IP encontra um mapeamento entre o endereccedilo IP e o endereccedilo de destino ATM (usando ARP) Passa o datagrama para a camada de adaptaccedilatildeo AAL5 AAL5 encapsula os dados segmenta em ceacutelulas e passa para a camada ATM

Rede ATM move a ceacutelula para o destino de acordo com o seu VC (circuito virtual)

No hospedeiro de destino AAL5 remonta o datagrama original a partir das ceacutelulas recebidas Se o CRC OK datagrama eacute passado ao IP

Viagem de um datagrama numa rede IP-sobre-ATM

5

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Questotildees Datagramas IP em ATM AAL5 PDUs Dos endereccedilos IP aos endereccedilos ATM

Da mesma forma que de endereccedilos IP para endereccedilos MAC 8023

redeATM

EthernetLANs

IP-sobre-ATM

5

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Objetivo inicial aumentar a velocidade de encaminhamento IP usando labels de tamanho fixo (em vez de endereccedilo IP) Mesma ideacuteia do meacutetodo de circuito virtual (VC) Mas o datagrama IP ainda manteacutem o endereccedilo IP

Multiprotocol label switching (MPLS)

5

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Roteador faz a funccedilatildeo de comutador de roacutetulo Pacotes encaminhados para interface de saiacuteda com base apenas no valor

do roacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP) Tabela de encaminhamento MPLS distinta das tabelas de encaminhamento IP

Protocolo de sinalizaccedilatildeo necessaacuterio para estabelecer o encaminhamento RSVP-TE Encaminhamento eacute possiacutevel por caminhos que o IP sozinho natildeo pode usar (ex roteamento de especificado pela origem) Use MPLS para engenharia de traacutefego

Deve coexistir com roteadores unicamente IP

Roteadores MPLS

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Tabelas de encaminhamento MPLS

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Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace Detecccedilatildeo de erros correccedilatildeo Compartilhando um canal broadcast acesso muacuteltiplo Endereccedilamento da camada de enlace

Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de vaacuterias tecnologias da camada de enlace Ethernet LANS comutadas PPP Redes virtualizadas como uma camada de enlace ATM MPLS

Resumo

Page 55: Capítulo 5 Redes de computadores e a Internet A camada de enlace e redes locais

5

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Usa o formato do quadro do Ethernet padratildeo Permite enlaces ponto-a-ponto e canais de muacuteltiplo acesso

compartilhados No modo compartilhado o CSMACD eacute usado exige pequenas

distacircncias entre os noacutes para ser eficiente Usa hubs chamados aqui de Distribuidores com Armazenagem

ldquoBuffered Distributorsrdquo Full-Duplex a 1 Gbps para enlaces ponto-a-ponto 10 Gbps agora

Gigabit Ethernet

5

5 - 56copy 2005 by Pearson Education

A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

5

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Hub de backbone interconecta segmentos de LAN Estende a distacircncia maacutexima entre os noacutes Mas domiacutenios de colisatildeo individuais tornam-se um uacutenico e grande

domiacutenio de colisatildeo Natildeo pode interconectar 10BaseT e 100BaseT

Interconexatildeo com hubs

5

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Dispositivo de camada de enlace Armazena e encaminha quadros Ethernet Examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o

quadro baseado no endereccedilo MAC de destino Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento

usa CSMACD para acessar o segmento Transparente

Hospedeiros satildeo inconscientes da presenccedila dos switches Plug-and-play self-learning (auto-aprendizado)

Switches natildeo precisam ser configurados

Switch

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Como determinar para qual segmento da LAN encaminhar o quadro Parece um problema de roteamento

Encaminhamento

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Um switch possui uma tabela de switch Entrada na tabela do switch

(endereccedilo MAC interface marca de tempo) Entradas expiradas na tabela satildeo decartadas (TTL pode ser 60 min)

Switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de suas interfaces Quando recebe um quadro o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento da LAN que chega Registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela

Self learning (auto-aprendizado)

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Quando um switch recebe um quadro

indexa a tabela do switch usando end MAC de destinoif entrada for encontrada para o destino

then if dest no segmento deste quadro chegou

then descarta o quadro else encaminha o quadro na interface indicada else flood

Encaminha para todas as interfacesexceto para a que o quadro chegou

Filtragemencaminhamento

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Suponha que C envia um quadro para D

Switch recebe o quadro de C Anota na tabela que C estaacute na interface 1 Como D natildeo estaacute na tabela o switch encaminha o quadro para as

interfaces 2 e 3 Quadro recebido por D

hub hub hub

switch

A

B CD

EF

G H

I

endereccedilo interface

ABEG

1123

12 3

Switch exemplo

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Suponha que D responde com um quadro para C

Switch recebe quadro de D Anota na tabela que D estaacute na interface 2 Como C estaacute na tabela o switch encaminha o quadro apenas para a

interface 1 Quadro recebido por C

hub hub hub

switch

A

B CD

EF

G H

I

endereccedilo interface

ABEGC

11231

Switch exemplo

5

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A instalaccedilatildeo do switch quebra as sub-redes em segmentos de LAN Switch filtra pacotes

Alguns quadros do mesmo segmento de LAN natildeo satildeo usualmente encaminhados para outros segmento de LAN

Segmentos se tornam separados em domiacutenios de colisatildeo

hub hub hub

switch

domiacutenio de colisatildeo domiacutenio de colisatildeo

domiacutenio de colisatildeo

Switch isolaccedilatildeo de traacutefego

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Switch com muitas interfaces Hospedeiros possuem conexatildeo direta ao switch Sem colisotildees full duplex

Switching A-para-Arsquo e B-para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees

Switches acesso dedicado

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Cut-through switching quadro encaminhado da porta de entrada ateacute a porta de saiacuteda sem ter de primeiro coletar o quadro todo Ligeira reduccedilatildeo na latecircncia

Combinaccedilotildees de interfaces 101001000 Mbps compartilhadasdedicadas

Mais sobre switches

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Redes corporativas

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Ambos satildeo dispositivos store-and-forward Roteadores dispositivos de camada de rede (examinam cabeccedilalhos

da camada de rede) Switches satildeo dispositivos da camada de enlace

Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam algoritmos de roteamento Switches mantecircm tabelas de switch implementam filtragem algoritmos de aprendizagem

Switches vs roteadores

5

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hubs roteadores switches

isolaccedilatildeo detraacutefego

natildeo sim sim

plug amp play sim natildeo sim

roteamentooacutetimo

natildeo sim natildeo

cutthrough

sim natildeo sim

Resumo comparaccedilatildeo

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A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace de broadcast Sem Media Access Control Natildeo necessita de endereccedilamento MAC expliacutecito Ex dialup link linha ISDN

Protocolos ponto-a-ponto DLC populares PPP (point-to-point protocol) HDLC High level data link control (camada de enlace costumava ser considerada ldquocamada altardquo na pilha de protocolos)

Controle de enlace de dados ponto-a-ponto

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Enquadramento de pacote encapsulamento do datagrama da camada de rede no quadro da camada de enlace Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolo de rede (natildeo apenas o IP) ao mesmo tempo Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo

Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo de bit no campo de dados

Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo) Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do enlace

para a camada de rede Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos terminais

do enlace podem aprender e configurar o endereccedilo de rede dos outros

PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]

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Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros Natildeo haacute controle de fluxo Aceita entregas fora de ordem Natildeo haacute necessidade de suportar enlaces multiponto (ex polling)

Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeo dos dados satildeo todos relegados para as camadas mais altas

PPP natildeo requisitos

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Flag delimitador (enquadramento) Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura) Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacuteltiplos campos de

controle Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o conteuacutedo do

quadro deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)

PPP formato do quadro

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info dados da camada superior sendo transportados CRC verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de erros

PPP formato dos dados

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Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de dados deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt01111110gt

P Se for recebido o padratildeo lt01111110gt satildeo dados ou eacute flag Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte extra com o padratildeo lt

01111101gt (escape) antes de cada byte com o padratildeo de flag lt 01111110gt nos dados

Receptor Um byte 01111101 seguido de 01111110 em seguida descarta o primeiro e continua a recepccedilatildeo de dados Uacutenico byte 01111110 entatildeo eacute um flag

Byte stuffing

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byte com o padratildeodo flag nos dados a enviar

byte com o padratildeo de escape acrescentado nos dados transmitidos seguido por um byte com padratildeo de flag

Byte stuffing

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Antes de trocar dados da camada de rede os parceiros da camada de enlace devem A configurar o enlace PPP (tamanho maacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo) Aprenderconfigurar as informaccedilotildees da camada de rede

Para o IP transportar mensagens do protocolo de controle IP (IPCP) (campo de protocolo 8021) para configuraraprender os

endereccedilos IP

PPP protocolo de controle de dados

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A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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Virtualizaccedilatildeo dos recursos uma poderosa abstraccedilatildeo em engenharia de sistemas Exemplos em computaccedilatildeo memoacuteria virtual dispositivos virtuais

Maacutequinas virtuais ex java IBM VM os dos anos 6070

Camada de abstraccedilotildees natildeo se apega a detalhes da camada mais baixa apenas trata com as camadas mais baixas abstratamente

Virtualizaccedilatildeo das redes

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1974 muacuteltiplas redes desconectadas ARPAnet redes de dados-sobre-cabo rede de pacote por sateacutelite (Aloha) rede de pacotes por raacutedio

hellip diferentes em convenccedilotildees de endereccedilamento formatos do pacote recuperaccedilatildeo de erros roteamento

Internet virtualizaccedilatildeo das redes

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Camada de rede da Internet (IP) Endereccedilamento internetwork

aparece como uma entidade uacutenica e uniforme escondendo a heterogeneidade das redes locais

Rede de redes

Gateway ldquoembute pacotes da Internet no

formato de um pacote local ou os extrairdquo

Rota (no niacutevel de internetwork) para o proacuteximo gateway

Internet virtualizaccedilatildeo das redes

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O que eacute virtualizado Duas camadas de endereccedilamento Internet e rede local Nova camada (IP) torna tudo homogecircneo na camada da Internet Tecnologia da rede local em questatildeo

Cabo Sateacutelite Modem telefocircnico de 56 K Hoje ATM MPLS

hellip ldquoinvisiacutevelrdquo na camada da Internet Parece com uma tecnologia de camada de enlace para o IP

Arquitetura da Internet de Cerf amp Kahn

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ATM MPLS redes separadas em seus proacuteprios direitos Modelos de serviccedilo endereccedilamento roteamento diferentes da Internet

Vistos pela Internet como um enlace loacutegico conectando roteadores IP Assim como o dialup link eacute realmente parte de uma rede separada

(rede telefocircnica)

ATM MPLS de interesse teacutecnico em seu proacuteprio direito

ATM e MPLS

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Padratildeo dos anos 8090 para altas taxas de transmissatildeo (155 Mbps a 622 Mbps e mais altas) arquitetura de Broadband Integrated Service Digital Network (B-ISDN)

Objetivo transporte integrado de voz dados e imagens com foco nas redes puacuteblicas de comunicaccedilatildeo Deve atender aos requisitos de tempoQoS para aplicaccedilotildees de voz

e de viacutedeo (versus o serviccedilo de melhor esforccedilo da Internet) Telefonia de ldquoproacutexima geraccedilatildeordquo fundamentos teacutecnicos no mundo da telefonia Comutaccedilatildeo de pacotes (pacotes de tamanho fixo chamados ldquoceacutelulasrdquo) usando circuitos virtuais

Modo de transferecircncia assiacutencrono ATM

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Camada de adaptaccedilatildeo apenas na borda de uma rede ATM Segmentaccedilatildeo e remontagem dos dados Grosseiramente anaacuteloga agrave camada de transporte da Internet

Camada ATM camada de ldquorederdquo Comutaccedilatildeo de ceacutelulas roteamento

Camada fiacutesica

Sistema final Sistema finalSwitch ATM Switch ATM

Arquitetura ATM

5

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Visatildeo transporte fim-a-fim ldquoATM de computador a computadorrdquo ATM eacute uma tecnologia de redeRealidade usada para conectar roteadores IP de backbone ldquoIP sobre ATMrdquo ATM como uma camada de enlace comutada conectando roteadores IP

ATM camada de rede ou de enlace

5

5 - 88copy 2005 by Pearson Education

Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL) ldquoadaptardquo camadas superiores (aplicaccedilotildees IP ou nativas ATM) para a camada ATM abaixo

AAL presente apenas nos sistemas finais natildeo nos comutadores ATM (ldquoswitchesrdquo)

O segmento da camada AAL (campo de cabeccedilalhotrailer e de dados) satildeo fragmentados em muacuteltiplas ceacutelulas ATM Analogia segmento TCP em muitos pacotes IP

Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL)

Sistema final Sistema finalSwitch ATM Switch ATM

5

5 - 89copy 2005 by Pearson Education

Diferentes versotildees da camada AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM AAL1 para serviccedilo CBR (taxa de bit constante) ex emulaccedilatildeo de circuitos AAL2 para serviccedilos VBR (taxa de bit variaacutevel) ex viacutedeo MPEG AAL5 para dados (ex datagramas IP)

AAL PDU

ceacutelula ATM

Dados de usuaacuterio

subcamadade convergecircncia

subcamadaSAR

Ceacutelula ATM

Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL)

5

5 - 90copy 2005 by Pearson Education

Serviccedilo transporte de ceacutelulas atraveacutes da rede ATM Anaacuteloga agrave camada de rede IP Serviccedilos muito diferentes da camada de rede IP

Arquiteturade rede

Internet

ATM

ATM

ATM

ATM

Modelo de serviccedilo

melhoresforccediloCBR

VBR

ABR

UBR

Banda

natildeo

taxaconstantetaxagarantidamiacutenimogarantidonatildeo

Perda

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Ordem

natildeo

sim

sim

sim

sim

Tempo

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Aviso decongestatildeo

natildeo (inferidopelas perdas)natildeo haacutecongestatildeonatildeo haacutecongestatildeosim

natildeo

Garantias

Camada ATM

5

5 - 91copy 2005 by Pearson Education

Transporte em VC ceacutelulas satildeo transportadas sobre VC da fonte ao destino Estabelecimento de conexatildeo necessaacuterio para cada chamada antes que o fluxo de dados possa ser iniciado Cada pacote transporta um identificador de VC (natildeo transporta o endereccedilo do destino) Cada comutador com caminho entre a fonte e o destino manteacutem o ldquoestadordquo para cada conexatildeo passante Recursos do enlace e do comutador (banda passante buffers) podem ser alocados por VC para obter um comportamento semelhante a um circuito fiacutesico

VCs permanentes (PVCs) Conexotildees de longa duraccedilatildeo Tipicamente rota ldquopermanenterdquo entre roteadores IP

VCs comutados (SVC) Dinamicamente criados numa base por chamada

Camadas ATM circuitos virtuais

5

5 - 92copy 2005 by Pearson Education

Vantagens do uso de circuitos virtuais no ATM Iacutendices de QoS garantidos para conexotildees mapeadas em

circuitos virtuais (banda passante atraso variacircncia de atraso)

Problemas no uso de circuitos virtuais O suporte de traacutefego datagrama eacute ineficiente Um PVC entre cada par origemdestino natildeo tem boa

escalabilidade (N2 conexotildees satildeo necessaacuterias) SVC introduz latecircncia de estabelecimento de conexatildeo e

atrasos de processamento para conexotildees de curta duraccedilatildeo

ATM VCs

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Cabeccedilalho da ceacutelula ATM com 5 bytes Carga uacutetil com 48-bytes

Por quecirc carga uacutetil pequena -gt pequeno atraso de criaccedilatildeo de ceacutelula para voz digitalizada

Meio do caminho entre 32 e 64 (compromisso)

cabeccedilalhoda ceacutelula

formato daceacutelula

3o bit no campo PTvalor 1 indica uacuteltima ceacutelula (AAL-indicate bit)

Camada ATM ceacutelula ATM

5

5 - 94copy 2005 by Pearson Education

VCI identificador de canal virtual Pode mudar de enlace para enlace atraveacutes da rede

PT tipo de carga uacutetil (ex ceacutelula RM versus ceacutelula de dados) CLP bit de prioridade de perda de ceacutelula

CLP = 1 implica ceacutelula de baixa prioridade pode ser descartada em caso de congestatildeo

HEC verificaccedilatildeo de erros no cabeccedilalho Verificaccedilatildeo ciacuteclica de erros

Cabeccedilalho da ceacutelula ATM

5

5 - 95copy 2005 by Pearson Education

A camada fiacutesica se compotildee de duas partes (subcamadas ) Subcamada de convergecircncia de transmissatildeo (TCS) adapta a camada

ATM acima agrave subcamada fiacutesica abaixo (PMD) Subcamada dependente do meio depende do tipo de meio fiacutesico que

estaacute sendo empregado

Funccedilotildees da TCS Geraccedilatildeo do checksum do cabeccedilalho 8 bits CRC Delineamento de ceacutelula Com uma subcamada PMD natildeo estruturada transmite ceacutelulas vazias

(ldquoidle cellsrdquo) quando natildeo haacute ceacutelulas de dados a enviar

Camada fiacutesica ATM

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5 - 96copy 2005 by Pearson Education

Subcamada dependente do meio fiacutesico (PMD) SONETSDH estrutura de transmissatildeo de quadros (como um

container carregando bits) Sincronizaccedilatildeo de bits Particcedilotildees da banda passante (TDM) Vaacuterias velocidades OC1 = 5184 Mbps OC3 = 15552 Mbps OC12 = 62208 Mbps

T1T3 estrutura de transmissatildeo de quadros (velha hierarquia de telefonia 15 Mbps45 Mbps No Brasil usa-se a hierarquia europeacuteia E1E3 2 34 Mbps

Natildeo estruturada apenas ceacutelulas (ocupadasvazias)

Camada fiacutesica ATM

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Apenas IP claacutessico 3 ldquoredesrdquo (ex segmentos de LAN) Endereccedilos MAC (8023) e IP

IP sobre ATM Substitui ldquorederdquo (ex segmento

de LAN) com a rede ATM Endereccedilos ATM endereccedilos IP

redeATM

EthernetLANs

EthernetLANs

IP-sobre-ATM

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No endereccedilo de origem Camada IP encontra um mapeamento entre o endereccedilo IP e o endereccedilo de destino ATM (usando ARP) Passa o datagrama para a camada de adaptaccedilatildeo AAL5 AAL5 encapsula os dados segmenta em ceacutelulas e passa para a camada ATM

Rede ATM move a ceacutelula para o destino de acordo com o seu VC (circuito virtual)

No hospedeiro de destino AAL5 remonta o datagrama original a partir das ceacutelulas recebidas Se o CRC OK datagrama eacute passado ao IP

Viagem de um datagrama numa rede IP-sobre-ATM

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5 - 99copy 2005 by Pearson Education

Questotildees Datagramas IP em ATM AAL5 PDUs Dos endereccedilos IP aos endereccedilos ATM

Da mesma forma que de endereccedilos IP para endereccedilos MAC 8023

redeATM

EthernetLANs

IP-sobre-ATM

5

5 - 100copy 2005 by Pearson Education

Objetivo inicial aumentar a velocidade de encaminhamento IP usando labels de tamanho fixo (em vez de endereccedilo IP) Mesma ideacuteia do meacutetodo de circuito virtual (VC) Mas o datagrama IP ainda manteacutem o endereccedilo IP

Multiprotocol label switching (MPLS)

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5 - 101copy 2005 by Pearson Education

Roteador faz a funccedilatildeo de comutador de roacutetulo Pacotes encaminhados para interface de saiacuteda com base apenas no valor

do roacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP) Tabela de encaminhamento MPLS distinta das tabelas de encaminhamento IP

Protocolo de sinalizaccedilatildeo necessaacuterio para estabelecer o encaminhamento RSVP-TE Encaminhamento eacute possiacutevel por caminhos que o IP sozinho natildeo pode usar (ex roteamento de especificado pela origem) Use MPLS para engenharia de traacutefego

Deve coexistir com roteadores unicamente IP

Roteadores MPLS

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Tabelas de encaminhamento MPLS

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5 - 103copy 2005 by Pearson Education

Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace Detecccedilatildeo de erros correccedilatildeo Compartilhando um canal broadcast acesso muacuteltiplo Endereccedilamento da camada de enlace

Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de vaacuterias tecnologias da camada de enlace Ethernet LANS comutadas PPP Redes virtualizadas como uma camada de enlace ATM MPLS

Resumo

Page 56: Capítulo 5 Redes de computadores e a Internet A camada de enlace e redes locais

5

5 - 56copy 2005 by Pearson Education

A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

5

5 - 57copy 2005 by Pearson Education

Hub de backbone interconecta segmentos de LAN Estende a distacircncia maacutexima entre os noacutes Mas domiacutenios de colisatildeo individuais tornam-se um uacutenico e grande

domiacutenio de colisatildeo Natildeo pode interconectar 10BaseT e 100BaseT

Interconexatildeo com hubs

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5 - 58copy 2005 by Pearson Education

Dispositivo de camada de enlace Armazena e encaminha quadros Ethernet Examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o

quadro baseado no endereccedilo MAC de destino Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento

usa CSMACD para acessar o segmento Transparente

Hospedeiros satildeo inconscientes da presenccedila dos switches Plug-and-play self-learning (auto-aprendizado)

Switches natildeo precisam ser configurados

Switch

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5 - 59copy 2005 by Pearson Education

Como determinar para qual segmento da LAN encaminhar o quadro Parece um problema de roteamento

Encaminhamento

5

5 - 60copy 2005 by Pearson Education

Um switch possui uma tabela de switch Entrada na tabela do switch

(endereccedilo MAC interface marca de tempo) Entradas expiradas na tabela satildeo decartadas (TTL pode ser 60 min)

Switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de suas interfaces Quando recebe um quadro o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento da LAN que chega Registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela

Self learning (auto-aprendizado)

5

5 - 61copy 2005 by Pearson Education

Quando um switch recebe um quadro

indexa a tabela do switch usando end MAC de destinoif entrada for encontrada para o destino

then if dest no segmento deste quadro chegou

then descarta o quadro else encaminha o quadro na interface indicada else flood

Encaminha para todas as interfacesexceto para a que o quadro chegou

Filtragemencaminhamento

5

5 - 62copy 2005 by Pearson Education

Suponha que C envia um quadro para D

Switch recebe o quadro de C Anota na tabela que C estaacute na interface 1 Como D natildeo estaacute na tabela o switch encaminha o quadro para as

interfaces 2 e 3 Quadro recebido por D

hub hub hub

switch

A

B CD

EF

G H

I

endereccedilo interface

ABEG

1123

12 3

Switch exemplo

5

5 - 63copy 2005 by Pearson Education

Suponha que D responde com um quadro para C

Switch recebe quadro de D Anota na tabela que D estaacute na interface 2 Como C estaacute na tabela o switch encaminha o quadro apenas para a

interface 1 Quadro recebido por C

hub hub hub

switch

A

B CD

EF

G H

I

endereccedilo interface

ABEGC

11231

Switch exemplo

5

5 - 64copy 2005 by Pearson Education

A instalaccedilatildeo do switch quebra as sub-redes em segmentos de LAN Switch filtra pacotes

Alguns quadros do mesmo segmento de LAN natildeo satildeo usualmente encaminhados para outros segmento de LAN

Segmentos se tornam separados em domiacutenios de colisatildeo

hub hub hub

switch

domiacutenio de colisatildeo domiacutenio de colisatildeo

domiacutenio de colisatildeo

Switch isolaccedilatildeo de traacutefego

5

5 - 65copy 2005 by Pearson Education

Switch com muitas interfaces Hospedeiros possuem conexatildeo direta ao switch Sem colisotildees full duplex

Switching A-para-Arsquo e B-para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees

Switches acesso dedicado

5

5 - 66copy 2005 by Pearson Education

Cut-through switching quadro encaminhado da porta de entrada ateacute a porta de saiacuteda sem ter de primeiro coletar o quadro todo Ligeira reduccedilatildeo na latecircncia

Combinaccedilotildees de interfaces 101001000 Mbps compartilhadasdedicadas

Mais sobre switches

5

5 - 67copy 2005 by Pearson Education

Redes corporativas

5

5 - 68copy 2005 by Pearson Education

Ambos satildeo dispositivos store-and-forward Roteadores dispositivos de camada de rede (examinam cabeccedilalhos

da camada de rede) Switches satildeo dispositivos da camada de enlace

Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam algoritmos de roteamento Switches mantecircm tabelas de switch implementam filtragem algoritmos de aprendizagem

Switches vs roteadores

5

5 - 69copy 2005 by Pearson Education

hubs roteadores switches

isolaccedilatildeo detraacutefego

natildeo sim sim

plug amp play sim natildeo sim

roteamentooacutetimo

natildeo sim natildeo

cutthrough

sim natildeo sim

Resumo comparaccedilatildeo

5

5 - 70copy 2005 by Pearson Education

A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

5

5 - 71copy 2005 by Pearson Education

Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace de broadcast Sem Media Access Control Natildeo necessita de endereccedilamento MAC expliacutecito Ex dialup link linha ISDN

Protocolos ponto-a-ponto DLC populares PPP (point-to-point protocol) HDLC High level data link control (camada de enlace costumava ser considerada ldquocamada altardquo na pilha de protocolos)

Controle de enlace de dados ponto-a-ponto

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Enquadramento de pacote encapsulamento do datagrama da camada de rede no quadro da camada de enlace Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolo de rede (natildeo apenas o IP) ao mesmo tempo Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo

Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo de bit no campo de dados

Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo) Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do enlace

para a camada de rede Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos terminais

do enlace podem aprender e configurar o endereccedilo de rede dos outros

PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]

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Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros Natildeo haacute controle de fluxo Aceita entregas fora de ordem Natildeo haacute necessidade de suportar enlaces multiponto (ex polling)

Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeo dos dados satildeo todos relegados para as camadas mais altas

PPP natildeo requisitos

5

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Flag delimitador (enquadramento) Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura) Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacuteltiplos campos de

controle Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o conteuacutedo do

quadro deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)

PPP formato do quadro

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info dados da camada superior sendo transportados CRC verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de erros

PPP formato dos dados

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Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de dados deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt01111110gt

P Se for recebido o padratildeo lt01111110gt satildeo dados ou eacute flag Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte extra com o padratildeo lt

01111101gt (escape) antes de cada byte com o padratildeo de flag lt 01111110gt nos dados

Receptor Um byte 01111101 seguido de 01111110 em seguida descarta o primeiro e continua a recepccedilatildeo de dados Uacutenico byte 01111110 entatildeo eacute um flag

Byte stuffing

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byte com o padratildeodo flag nos dados a enviar

byte com o padratildeo de escape acrescentado nos dados transmitidos seguido por um byte com padratildeo de flag

Byte stuffing

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Antes de trocar dados da camada de rede os parceiros da camada de enlace devem A configurar o enlace PPP (tamanho maacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo) Aprenderconfigurar as informaccedilotildees da camada de rede

Para o IP transportar mensagens do protocolo de controle IP (IPCP) (campo de protocolo 8021) para configuraraprender os

endereccedilos IP

PPP protocolo de controle de dados

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A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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Virtualizaccedilatildeo dos recursos uma poderosa abstraccedilatildeo em engenharia de sistemas Exemplos em computaccedilatildeo memoacuteria virtual dispositivos virtuais

Maacutequinas virtuais ex java IBM VM os dos anos 6070

Camada de abstraccedilotildees natildeo se apega a detalhes da camada mais baixa apenas trata com as camadas mais baixas abstratamente

Virtualizaccedilatildeo das redes

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1974 muacuteltiplas redes desconectadas ARPAnet redes de dados-sobre-cabo rede de pacote por sateacutelite (Aloha) rede de pacotes por raacutedio

hellip diferentes em convenccedilotildees de endereccedilamento formatos do pacote recuperaccedilatildeo de erros roteamento

Internet virtualizaccedilatildeo das redes

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Camada de rede da Internet (IP) Endereccedilamento internetwork

aparece como uma entidade uacutenica e uniforme escondendo a heterogeneidade das redes locais

Rede de redes

Gateway ldquoembute pacotes da Internet no

formato de um pacote local ou os extrairdquo

Rota (no niacutevel de internetwork) para o proacuteximo gateway

Internet virtualizaccedilatildeo das redes

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O que eacute virtualizado Duas camadas de endereccedilamento Internet e rede local Nova camada (IP) torna tudo homogecircneo na camada da Internet Tecnologia da rede local em questatildeo

Cabo Sateacutelite Modem telefocircnico de 56 K Hoje ATM MPLS

hellip ldquoinvisiacutevelrdquo na camada da Internet Parece com uma tecnologia de camada de enlace para o IP

Arquitetura da Internet de Cerf amp Kahn

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ATM MPLS redes separadas em seus proacuteprios direitos Modelos de serviccedilo endereccedilamento roteamento diferentes da Internet

Vistos pela Internet como um enlace loacutegico conectando roteadores IP Assim como o dialup link eacute realmente parte de uma rede separada

(rede telefocircnica)

ATM MPLS de interesse teacutecnico em seu proacuteprio direito

ATM e MPLS

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Padratildeo dos anos 8090 para altas taxas de transmissatildeo (155 Mbps a 622 Mbps e mais altas) arquitetura de Broadband Integrated Service Digital Network (B-ISDN)

Objetivo transporte integrado de voz dados e imagens com foco nas redes puacuteblicas de comunicaccedilatildeo Deve atender aos requisitos de tempoQoS para aplicaccedilotildees de voz

e de viacutedeo (versus o serviccedilo de melhor esforccedilo da Internet) Telefonia de ldquoproacutexima geraccedilatildeordquo fundamentos teacutecnicos no mundo da telefonia Comutaccedilatildeo de pacotes (pacotes de tamanho fixo chamados ldquoceacutelulasrdquo) usando circuitos virtuais

Modo de transferecircncia assiacutencrono ATM

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Camada de adaptaccedilatildeo apenas na borda de uma rede ATM Segmentaccedilatildeo e remontagem dos dados Grosseiramente anaacuteloga agrave camada de transporte da Internet

Camada ATM camada de ldquorederdquo Comutaccedilatildeo de ceacutelulas roteamento

Camada fiacutesica

Sistema final Sistema finalSwitch ATM Switch ATM

Arquitetura ATM

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Visatildeo transporte fim-a-fim ldquoATM de computador a computadorrdquo ATM eacute uma tecnologia de redeRealidade usada para conectar roteadores IP de backbone ldquoIP sobre ATMrdquo ATM como uma camada de enlace comutada conectando roteadores IP

ATM camada de rede ou de enlace

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Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL) ldquoadaptardquo camadas superiores (aplicaccedilotildees IP ou nativas ATM) para a camada ATM abaixo

AAL presente apenas nos sistemas finais natildeo nos comutadores ATM (ldquoswitchesrdquo)

O segmento da camada AAL (campo de cabeccedilalhotrailer e de dados) satildeo fragmentados em muacuteltiplas ceacutelulas ATM Analogia segmento TCP em muitos pacotes IP

Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL)

Sistema final Sistema finalSwitch ATM Switch ATM

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Diferentes versotildees da camada AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM AAL1 para serviccedilo CBR (taxa de bit constante) ex emulaccedilatildeo de circuitos AAL2 para serviccedilos VBR (taxa de bit variaacutevel) ex viacutedeo MPEG AAL5 para dados (ex datagramas IP)

AAL PDU

ceacutelula ATM

Dados de usuaacuterio

subcamadade convergecircncia

subcamadaSAR

Ceacutelula ATM

Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL)

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Serviccedilo transporte de ceacutelulas atraveacutes da rede ATM Anaacuteloga agrave camada de rede IP Serviccedilos muito diferentes da camada de rede IP

Arquiteturade rede

Internet

ATM

ATM

ATM

ATM

Modelo de serviccedilo

melhoresforccediloCBR

VBR

ABR

UBR

Banda

natildeo

taxaconstantetaxagarantidamiacutenimogarantidonatildeo

Perda

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Ordem

natildeo

sim

sim

sim

sim

Tempo

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Aviso decongestatildeo

natildeo (inferidopelas perdas)natildeo haacutecongestatildeonatildeo haacutecongestatildeosim

natildeo

Garantias

Camada ATM

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Transporte em VC ceacutelulas satildeo transportadas sobre VC da fonte ao destino Estabelecimento de conexatildeo necessaacuterio para cada chamada antes que o fluxo de dados possa ser iniciado Cada pacote transporta um identificador de VC (natildeo transporta o endereccedilo do destino) Cada comutador com caminho entre a fonte e o destino manteacutem o ldquoestadordquo para cada conexatildeo passante Recursos do enlace e do comutador (banda passante buffers) podem ser alocados por VC para obter um comportamento semelhante a um circuito fiacutesico

VCs permanentes (PVCs) Conexotildees de longa duraccedilatildeo Tipicamente rota ldquopermanenterdquo entre roteadores IP

VCs comutados (SVC) Dinamicamente criados numa base por chamada

Camadas ATM circuitos virtuais

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Vantagens do uso de circuitos virtuais no ATM Iacutendices de QoS garantidos para conexotildees mapeadas em

circuitos virtuais (banda passante atraso variacircncia de atraso)

Problemas no uso de circuitos virtuais O suporte de traacutefego datagrama eacute ineficiente Um PVC entre cada par origemdestino natildeo tem boa

escalabilidade (N2 conexotildees satildeo necessaacuterias) SVC introduz latecircncia de estabelecimento de conexatildeo e

atrasos de processamento para conexotildees de curta duraccedilatildeo

ATM VCs

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Cabeccedilalho da ceacutelula ATM com 5 bytes Carga uacutetil com 48-bytes

Por quecirc carga uacutetil pequena -gt pequeno atraso de criaccedilatildeo de ceacutelula para voz digitalizada

Meio do caminho entre 32 e 64 (compromisso)

cabeccedilalhoda ceacutelula

formato daceacutelula

3o bit no campo PTvalor 1 indica uacuteltima ceacutelula (AAL-indicate bit)

Camada ATM ceacutelula ATM

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VCI identificador de canal virtual Pode mudar de enlace para enlace atraveacutes da rede

PT tipo de carga uacutetil (ex ceacutelula RM versus ceacutelula de dados) CLP bit de prioridade de perda de ceacutelula

CLP = 1 implica ceacutelula de baixa prioridade pode ser descartada em caso de congestatildeo

HEC verificaccedilatildeo de erros no cabeccedilalho Verificaccedilatildeo ciacuteclica de erros

Cabeccedilalho da ceacutelula ATM

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A camada fiacutesica se compotildee de duas partes (subcamadas ) Subcamada de convergecircncia de transmissatildeo (TCS) adapta a camada

ATM acima agrave subcamada fiacutesica abaixo (PMD) Subcamada dependente do meio depende do tipo de meio fiacutesico que

estaacute sendo empregado

Funccedilotildees da TCS Geraccedilatildeo do checksum do cabeccedilalho 8 bits CRC Delineamento de ceacutelula Com uma subcamada PMD natildeo estruturada transmite ceacutelulas vazias

(ldquoidle cellsrdquo) quando natildeo haacute ceacutelulas de dados a enviar

Camada fiacutesica ATM

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Subcamada dependente do meio fiacutesico (PMD) SONETSDH estrutura de transmissatildeo de quadros (como um

container carregando bits) Sincronizaccedilatildeo de bits Particcedilotildees da banda passante (TDM) Vaacuterias velocidades OC1 = 5184 Mbps OC3 = 15552 Mbps OC12 = 62208 Mbps

T1T3 estrutura de transmissatildeo de quadros (velha hierarquia de telefonia 15 Mbps45 Mbps No Brasil usa-se a hierarquia europeacuteia E1E3 2 34 Mbps

Natildeo estruturada apenas ceacutelulas (ocupadasvazias)

Camada fiacutesica ATM

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Apenas IP claacutessico 3 ldquoredesrdquo (ex segmentos de LAN) Endereccedilos MAC (8023) e IP

IP sobre ATM Substitui ldquorederdquo (ex segmento

de LAN) com a rede ATM Endereccedilos ATM endereccedilos IP

redeATM

EthernetLANs

EthernetLANs

IP-sobre-ATM

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No endereccedilo de origem Camada IP encontra um mapeamento entre o endereccedilo IP e o endereccedilo de destino ATM (usando ARP) Passa o datagrama para a camada de adaptaccedilatildeo AAL5 AAL5 encapsula os dados segmenta em ceacutelulas e passa para a camada ATM

Rede ATM move a ceacutelula para o destino de acordo com o seu VC (circuito virtual)

No hospedeiro de destino AAL5 remonta o datagrama original a partir das ceacutelulas recebidas Se o CRC OK datagrama eacute passado ao IP

Viagem de um datagrama numa rede IP-sobre-ATM

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5 - 99copy 2005 by Pearson Education

Questotildees Datagramas IP em ATM AAL5 PDUs Dos endereccedilos IP aos endereccedilos ATM

Da mesma forma que de endereccedilos IP para endereccedilos MAC 8023

redeATM

EthernetLANs

IP-sobre-ATM

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5 - 100copy 2005 by Pearson Education

Objetivo inicial aumentar a velocidade de encaminhamento IP usando labels de tamanho fixo (em vez de endereccedilo IP) Mesma ideacuteia do meacutetodo de circuito virtual (VC) Mas o datagrama IP ainda manteacutem o endereccedilo IP

Multiprotocol label switching (MPLS)

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5 - 101copy 2005 by Pearson Education

Roteador faz a funccedilatildeo de comutador de roacutetulo Pacotes encaminhados para interface de saiacuteda com base apenas no valor

do roacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP) Tabela de encaminhamento MPLS distinta das tabelas de encaminhamento IP

Protocolo de sinalizaccedilatildeo necessaacuterio para estabelecer o encaminhamento RSVP-TE Encaminhamento eacute possiacutevel por caminhos que o IP sozinho natildeo pode usar (ex roteamento de especificado pela origem) Use MPLS para engenharia de traacutefego

Deve coexistir com roteadores unicamente IP

Roteadores MPLS

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5 - 102copy 2005 by Pearson Education

Tabelas de encaminhamento MPLS

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5 - 103copy 2005 by Pearson Education

Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace Detecccedilatildeo de erros correccedilatildeo Compartilhando um canal broadcast acesso muacuteltiplo Endereccedilamento da camada de enlace

Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de vaacuterias tecnologias da camada de enlace Ethernet LANS comutadas PPP Redes virtualizadas como uma camada de enlace ATM MPLS

Resumo

Page 57: Capítulo 5 Redes de computadores e a Internet A camada de enlace e redes locais

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Hub de backbone interconecta segmentos de LAN Estende a distacircncia maacutexima entre os noacutes Mas domiacutenios de colisatildeo individuais tornam-se um uacutenico e grande

domiacutenio de colisatildeo Natildeo pode interconectar 10BaseT e 100BaseT

Interconexatildeo com hubs

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Dispositivo de camada de enlace Armazena e encaminha quadros Ethernet Examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o

quadro baseado no endereccedilo MAC de destino Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento

usa CSMACD para acessar o segmento Transparente

Hospedeiros satildeo inconscientes da presenccedila dos switches Plug-and-play self-learning (auto-aprendizado)

Switches natildeo precisam ser configurados

Switch

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5 - 59copy 2005 by Pearson Education

Como determinar para qual segmento da LAN encaminhar o quadro Parece um problema de roteamento

Encaminhamento

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Um switch possui uma tabela de switch Entrada na tabela do switch

(endereccedilo MAC interface marca de tempo) Entradas expiradas na tabela satildeo decartadas (TTL pode ser 60 min)

Switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de suas interfaces Quando recebe um quadro o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento da LAN que chega Registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela

Self learning (auto-aprendizado)

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5 - 61copy 2005 by Pearson Education

Quando um switch recebe um quadro

indexa a tabela do switch usando end MAC de destinoif entrada for encontrada para o destino

then if dest no segmento deste quadro chegou

then descarta o quadro else encaminha o quadro na interface indicada else flood

Encaminha para todas as interfacesexceto para a que o quadro chegou

Filtragemencaminhamento

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5 - 62copy 2005 by Pearson Education

Suponha que C envia um quadro para D

Switch recebe o quadro de C Anota na tabela que C estaacute na interface 1 Como D natildeo estaacute na tabela o switch encaminha o quadro para as

interfaces 2 e 3 Quadro recebido por D

hub hub hub

switch

A

B CD

EF

G H

I

endereccedilo interface

ABEG

1123

12 3

Switch exemplo

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5 - 63copy 2005 by Pearson Education

Suponha que D responde com um quadro para C

Switch recebe quadro de D Anota na tabela que D estaacute na interface 2 Como C estaacute na tabela o switch encaminha o quadro apenas para a

interface 1 Quadro recebido por C

hub hub hub

switch

A

B CD

EF

G H

I

endereccedilo interface

ABEGC

11231

Switch exemplo

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5 - 64copy 2005 by Pearson Education

A instalaccedilatildeo do switch quebra as sub-redes em segmentos de LAN Switch filtra pacotes

Alguns quadros do mesmo segmento de LAN natildeo satildeo usualmente encaminhados para outros segmento de LAN

Segmentos se tornam separados em domiacutenios de colisatildeo

hub hub hub

switch

domiacutenio de colisatildeo domiacutenio de colisatildeo

domiacutenio de colisatildeo

Switch isolaccedilatildeo de traacutefego

5

5 - 65copy 2005 by Pearson Education

Switch com muitas interfaces Hospedeiros possuem conexatildeo direta ao switch Sem colisotildees full duplex

Switching A-para-Arsquo e B-para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees

Switches acesso dedicado

5

5 - 66copy 2005 by Pearson Education

Cut-through switching quadro encaminhado da porta de entrada ateacute a porta de saiacuteda sem ter de primeiro coletar o quadro todo Ligeira reduccedilatildeo na latecircncia

Combinaccedilotildees de interfaces 101001000 Mbps compartilhadasdedicadas

Mais sobre switches

5

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Redes corporativas

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5 - 68copy 2005 by Pearson Education

Ambos satildeo dispositivos store-and-forward Roteadores dispositivos de camada de rede (examinam cabeccedilalhos

da camada de rede) Switches satildeo dispositivos da camada de enlace

Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam algoritmos de roteamento Switches mantecircm tabelas de switch implementam filtragem algoritmos de aprendizagem

Switches vs roteadores

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5 - 69copy 2005 by Pearson Education

hubs roteadores switches

isolaccedilatildeo detraacutefego

natildeo sim sim

plug amp play sim natildeo sim

roteamentooacutetimo

natildeo sim natildeo

cutthrough

sim natildeo sim

Resumo comparaccedilatildeo

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5 - 70copy 2005 by Pearson Education

A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

5

5 - 71copy 2005 by Pearson Education

Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace de broadcast Sem Media Access Control Natildeo necessita de endereccedilamento MAC expliacutecito Ex dialup link linha ISDN

Protocolos ponto-a-ponto DLC populares PPP (point-to-point protocol) HDLC High level data link control (camada de enlace costumava ser considerada ldquocamada altardquo na pilha de protocolos)

Controle de enlace de dados ponto-a-ponto

5

5 - 72copy 2005 by Pearson Education

Enquadramento de pacote encapsulamento do datagrama da camada de rede no quadro da camada de enlace Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolo de rede (natildeo apenas o IP) ao mesmo tempo Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo

Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo de bit no campo de dados

Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo) Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do enlace

para a camada de rede Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos terminais

do enlace podem aprender e configurar o endereccedilo de rede dos outros

PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]

5

5 - 73copy 2005 by Pearson Education

Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros Natildeo haacute controle de fluxo Aceita entregas fora de ordem Natildeo haacute necessidade de suportar enlaces multiponto (ex polling)

Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeo dos dados satildeo todos relegados para as camadas mais altas

PPP natildeo requisitos

5

5 - 74copy 2005 by Pearson Education

Flag delimitador (enquadramento) Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura) Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacuteltiplos campos de

controle Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o conteuacutedo do

quadro deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)

PPP formato do quadro

5

5 - 75copy 2005 by Pearson Education

info dados da camada superior sendo transportados CRC verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de erros

PPP formato dos dados

5

5 - 76copy 2005 by Pearson Education

Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de dados deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt01111110gt

P Se for recebido o padratildeo lt01111110gt satildeo dados ou eacute flag Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte extra com o padratildeo lt

01111101gt (escape) antes de cada byte com o padratildeo de flag lt 01111110gt nos dados

Receptor Um byte 01111101 seguido de 01111110 em seguida descarta o primeiro e continua a recepccedilatildeo de dados Uacutenico byte 01111110 entatildeo eacute um flag

Byte stuffing

5

5 - 77copy 2005 by Pearson Education

byte com o padratildeodo flag nos dados a enviar

byte com o padratildeo de escape acrescentado nos dados transmitidos seguido por um byte com padratildeo de flag

Byte stuffing

5

5 - 78copy 2005 by Pearson Education

Antes de trocar dados da camada de rede os parceiros da camada de enlace devem A configurar o enlace PPP (tamanho maacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo) Aprenderconfigurar as informaccedilotildees da camada de rede

Para o IP transportar mensagens do protocolo de controle IP (IPCP) (campo de protocolo 8021) para configuraraprender os

endereccedilos IP

PPP protocolo de controle de dados

5

5 - 79copy 2005 by Pearson Education

A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

5

5 - 80copy 2005 by Pearson Education

Virtualizaccedilatildeo dos recursos uma poderosa abstraccedilatildeo em engenharia de sistemas Exemplos em computaccedilatildeo memoacuteria virtual dispositivos virtuais

Maacutequinas virtuais ex java IBM VM os dos anos 6070

Camada de abstraccedilotildees natildeo se apega a detalhes da camada mais baixa apenas trata com as camadas mais baixas abstratamente

Virtualizaccedilatildeo das redes

5

5 - 81copy 2005 by Pearson Education

1974 muacuteltiplas redes desconectadas ARPAnet redes de dados-sobre-cabo rede de pacote por sateacutelite (Aloha) rede de pacotes por raacutedio

hellip diferentes em convenccedilotildees de endereccedilamento formatos do pacote recuperaccedilatildeo de erros roteamento

Internet virtualizaccedilatildeo das redes

5

5 - 82copy 2005 by Pearson Education

Camada de rede da Internet (IP) Endereccedilamento internetwork

aparece como uma entidade uacutenica e uniforme escondendo a heterogeneidade das redes locais

Rede de redes

Gateway ldquoembute pacotes da Internet no

formato de um pacote local ou os extrairdquo

Rota (no niacutevel de internetwork) para o proacuteximo gateway

Internet virtualizaccedilatildeo das redes

5

5 - 83copy 2005 by Pearson Education

O que eacute virtualizado Duas camadas de endereccedilamento Internet e rede local Nova camada (IP) torna tudo homogecircneo na camada da Internet Tecnologia da rede local em questatildeo

Cabo Sateacutelite Modem telefocircnico de 56 K Hoje ATM MPLS

hellip ldquoinvisiacutevelrdquo na camada da Internet Parece com uma tecnologia de camada de enlace para o IP

Arquitetura da Internet de Cerf amp Kahn

5

5 - 84copy 2005 by Pearson Education

ATM MPLS redes separadas em seus proacuteprios direitos Modelos de serviccedilo endereccedilamento roteamento diferentes da Internet

Vistos pela Internet como um enlace loacutegico conectando roteadores IP Assim como o dialup link eacute realmente parte de uma rede separada

(rede telefocircnica)

ATM MPLS de interesse teacutecnico em seu proacuteprio direito

ATM e MPLS

5

5 - 85copy 2005 by Pearson Education

Padratildeo dos anos 8090 para altas taxas de transmissatildeo (155 Mbps a 622 Mbps e mais altas) arquitetura de Broadband Integrated Service Digital Network (B-ISDN)

Objetivo transporte integrado de voz dados e imagens com foco nas redes puacuteblicas de comunicaccedilatildeo Deve atender aos requisitos de tempoQoS para aplicaccedilotildees de voz

e de viacutedeo (versus o serviccedilo de melhor esforccedilo da Internet) Telefonia de ldquoproacutexima geraccedilatildeordquo fundamentos teacutecnicos no mundo da telefonia Comutaccedilatildeo de pacotes (pacotes de tamanho fixo chamados ldquoceacutelulasrdquo) usando circuitos virtuais

Modo de transferecircncia assiacutencrono ATM

5

5 - 86copy 2005 by Pearson Education

Camada de adaptaccedilatildeo apenas na borda de uma rede ATM Segmentaccedilatildeo e remontagem dos dados Grosseiramente anaacuteloga agrave camada de transporte da Internet

Camada ATM camada de ldquorederdquo Comutaccedilatildeo de ceacutelulas roteamento

Camada fiacutesica

Sistema final Sistema finalSwitch ATM Switch ATM

Arquitetura ATM

5

5 - 87copy 2005 by Pearson Education

Visatildeo transporte fim-a-fim ldquoATM de computador a computadorrdquo ATM eacute uma tecnologia de redeRealidade usada para conectar roteadores IP de backbone ldquoIP sobre ATMrdquo ATM como uma camada de enlace comutada conectando roteadores IP

ATM camada de rede ou de enlace

5

5 - 88copy 2005 by Pearson Education

Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL) ldquoadaptardquo camadas superiores (aplicaccedilotildees IP ou nativas ATM) para a camada ATM abaixo

AAL presente apenas nos sistemas finais natildeo nos comutadores ATM (ldquoswitchesrdquo)

O segmento da camada AAL (campo de cabeccedilalhotrailer e de dados) satildeo fragmentados em muacuteltiplas ceacutelulas ATM Analogia segmento TCP em muitos pacotes IP

Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL)

Sistema final Sistema finalSwitch ATM Switch ATM

5

5 - 89copy 2005 by Pearson Education

Diferentes versotildees da camada AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM AAL1 para serviccedilo CBR (taxa de bit constante) ex emulaccedilatildeo de circuitos AAL2 para serviccedilos VBR (taxa de bit variaacutevel) ex viacutedeo MPEG AAL5 para dados (ex datagramas IP)

AAL PDU

ceacutelula ATM

Dados de usuaacuterio

subcamadade convergecircncia

subcamadaSAR

Ceacutelula ATM

Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL)

5

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Serviccedilo transporte de ceacutelulas atraveacutes da rede ATM Anaacuteloga agrave camada de rede IP Serviccedilos muito diferentes da camada de rede IP

Arquiteturade rede

Internet

ATM

ATM

ATM

ATM

Modelo de serviccedilo

melhoresforccediloCBR

VBR

ABR

UBR

Banda

natildeo

taxaconstantetaxagarantidamiacutenimogarantidonatildeo

Perda

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Ordem

natildeo

sim

sim

sim

sim

Tempo

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Aviso decongestatildeo

natildeo (inferidopelas perdas)natildeo haacutecongestatildeonatildeo haacutecongestatildeosim

natildeo

Garantias

Camada ATM

5

5 - 91copy 2005 by Pearson Education

Transporte em VC ceacutelulas satildeo transportadas sobre VC da fonte ao destino Estabelecimento de conexatildeo necessaacuterio para cada chamada antes que o fluxo de dados possa ser iniciado Cada pacote transporta um identificador de VC (natildeo transporta o endereccedilo do destino) Cada comutador com caminho entre a fonte e o destino manteacutem o ldquoestadordquo para cada conexatildeo passante Recursos do enlace e do comutador (banda passante buffers) podem ser alocados por VC para obter um comportamento semelhante a um circuito fiacutesico

VCs permanentes (PVCs) Conexotildees de longa duraccedilatildeo Tipicamente rota ldquopermanenterdquo entre roteadores IP

VCs comutados (SVC) Dinamicamente criados numa base por chamada

Camadas ATM circuitos virtuais

5

5 - 92copy 2005 by Pearson Education

Vantagens do uso de circuitos virtuais no ATM Iacutendices de QoS garantidos para conexotildees mapeadas em

circuitos virtuais (banda passante atraso variacircncia de atraso)

Problemas no uso de circuitos virtuais O suporte de traacutefego datagrama eacute ineficiente Um PVC entre cada par origemdestino natildeo tem boa

escalabilidade (N2 conexotildees satildeo necessaacuterias) SVC introduz latecircncia de estabelecimento de conexatildeo e

atrasos de processamento para conexotildees de curta duraccedilatildeo

ATM VCs

5

5 - 93copy 2005 by Pearson Education

Cabeccedilalho da ceacutelula ATM com 5 bytes Carga uacutetil com 48-bytes

Por quecirc carga uacutetil pequena -gt pequeno atraso de criaccedilatildeo de ceacutelula para voz digitalizada

Meio do caminho entre 32 e 64 (compromisso)

cabeccedilalhoda ceacutelula

formato daceacutelula

3o bit no campo PTvalor 1 indica uacuteltima ceacutelula (AAL-indicate bit)

Camada ATM ceacutelula ATM

5

5 - 94copy 2005 by Pearson Education

VCI identificador de canal virtual Pode mudar de enlace para enlace atraveacutes da rede

PT tipo de carga uacutetil (ex ceacutelula RM versus ceacutelula de dados) CLP bit de prioridade de perda de ceacutelula

CLP = 1 implica ceacutelula de baixa prioridade pode ser descartada em caso de congestatildeo

HEC verificaccedilatildeo de erros no cabeccedilalho Verificaccedilatildeo ciacuteclica de erros

Cabeccedilalho da ceacutelula ATM

5

5 - 95copy 2005 by Pearson Education

A camada fiacutesica se compotildee de duas partes (subcamadas ) Subcamada de convergecircncia de transmissatildeo (TCS) adapta a camada

ATM acima agrave subcamada fiacutesica abaixo (PMD) Subcamada dependente do meio depende do tipo de meio fiacutesico que

estaacute sendo empregado

Funccedilotildees da TCS Geraccedilatildeo do checksum do cabeccedilalho 8 bits CRC Delineamento de ceacutelula Com uma subcamada PMD natildeo estruturada transmite ceacutelulas vazias

(ldquoidle cellsrdquo) quando natildeo haacute ceacutelulas de dados a enviar

Camada fiacutesica ATM

5

5 - 96copy 2005 by Pearson Education

Subcamada dependente do meio fiacutesico (PMD) SONETSDH estrutura de transmissatildeo de quadros (como um

container carregando bits) Sincronizaccedilatildeo de bits Particcedilotildees da banda passante (TDM) Vaacuterias velocidades OC1 = 5184 Mbps OC3 = 15552 Mbps OC12 = 62208 Mbps

T1T3 estrutura de transmissatildeo de quadros (velha hierarquia de telefonia 15 Mbps45 Mbps No Brasil usa-se a hierarquia europeacuteia E1E3 2 34 Mbps

Natildeo estruturada apenas ceacutelulas (ocupadasvazias)

Camada fiacutesica ATM

5

5 - 97copy 2005 by Pearson Education

Apenas IP claacutessico 3 ldquoredesrdquo (ex segmentos de LAN) Endereccedilos MAC (8023) e IP

IP sobre ATM Substitui ldquorederdquo (ex segmento

de LAN) com a rede ATM Endereccedilos ATM endereccedilos IP

redeATM

EthernetLANs

EthernetLANs

IP-sobre-ATM

5

5 - 98copy 2005 by Pearson Education

No endereccedilo de origem Camada IP encontra um mapeamento entre o endereccedilo IP e o endereccedilo de destino ATM (usando ARP) Passa o datagrama para a camada de adaptaccedilatildeo AAL5 AAL5 encapsula os dados segmenta em ceacutelulas e passa para a camada ATM

Rede ATM move a ceacutelula para o destino de acordo com o seu VC (circuito virtual)

No hospedeiro de destino AAL5 remonta o datagrama original a partir das ceacutelulas recebidas Se o CRC OK datagrama eacute passado ao IP

Viagem de um datagrama numa rede IP-sobre-ATM

5

5 - 99copy 2005 by Pearson Education

Questotildees Datagramas IP em ATM AAL5 PDUs Dos endereccedilos IP aos endereccedilos ATM

Da mesma forma que de endereccedilos IP para endereccedilos MAC 8023

redeATM

EthernetLANs

IP-sobre-ATM

5

5 - 100copy 2005 by Pearson Education

Objetivo inicial aumentar a velocidade de encaminhamento IP usando labels de tamanho fixo (em vez de endereccedilo IP) Mesma ideacuteia do meacutetodo de circuito virtual (VC) Mas o datagrama IP ainda manteacutem o endereccedilo IP

Multiprotocol label switching (MPLS)

5

5 - 101copy 2005 by Pearson Education

Roteador faz a funccedilatildeo de comutador de roacutetulo Pacotes encaminhados para interface de saiacuteda com base apenas no valor

do roacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP) Tabela de encaminhamento MPLS distinta das tabelas de encaminhamento IP

Protocolo de sinalizaccedilatildeo necessaacuterio para estabelecer o encaminhamento RSVP-TE Encaminhamento eacute possiacutevel por caminhos que o IP sozinho natildeo pode usar (ex roteamento de especificado pela origem) Use MPLS para engenharia de traacutefego

Deve coexistir com roteadores unicamente IP

Roteadores MPLS

5

5 - 102copy 2005 by Pearson Education

Tabelas de encaminhamento MPLS

5

5 - 103copy 2005 by Pearson Education

Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace Detecccedilatildeo de erros correccedilatildeo Compartilhando um canal broadcast acesso muacuteltiplo Endereccedilamento da camada de enlace

Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de vaacuterias tecnologias da camada de enlace Ethernet LANS comutadas PPP Redes virtualizadas como uma camada de enlace ATM MPLS

Resumo

Page 58: Capítulo 5 Redes de computadores e a Internet A camada de enlace e redes locais

5

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Dispositivo de camada de enlace Armazena e encaminha quadros Ethernet Examina o cabeccedilalho do quadro e seletivamente encaminha o

quadro baseado no endereccedilo MAC de destino Quando um quadro estaacute para ser encaminhado no segmento

usa CSMACD para acessar o segmento Transparente

Hospedeiros satildeo inconscientes da presenccedila dos switches Plug-and-play self-learning (auto-aprendizado)

Switches natildeo precisam ser configurados

Switch

5

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Como determinar para qual segmento da LAN encaminhar o quadro Parece um problema de roteamento

Encaminhamento

5

5 - 60copy 2005 by Pearson Education

Um switch possui uma tabela de switch Entrada na tabela do switch

(endereccedilo MAC interface marca de tempo) Entradas expiradas na tabela satildeo decartadas (TTL pode ser 60 min)

Switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de suas interfaces Quando recebe um quadro o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento da LAN que chega Registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela

Self learning (auto-aprendizado)

5

5 - 61copy 2005 by Pearson Education

Quando um switch recebe um quadro

indexa a tabela do switch usando end MAC de destinoif entrada for encontrada para o destino

then if dest no segmento deste quadro chegou

then descarta o quadro else encaminha o quadro na interface indicada else flood

Encaminha para todas as interfacesexceto para a que o quadro chegou

Filtragemencaminhamento

5

5 - 62copy 2005 by Pearson Education

Suponha que C envia um quadro para D

Switch recebe o quadro de C Anota na tabela que C estaacute na interface 1 Como D natildeo estaacute na tabela o switch encaminha o quadro para as

interfaces 2 e 3 Quadro recebido por D

hub hub hub

switch

A

B CD

EF

G H

I

endereccedilo interface

ABEG

1123

12 3

Switch exemplo

5

5 - 63copy 2005 by Pearson Education

Suponha que D responde com um quadro para C

Switch recebe quadro de D Anota na tabela que D estaacute na interface 2 Como C estaacute na tabela o switch encaminha o quadro apenas para a

interface 1 Quadro recebido por C

hub hub hub

switch

A

B CD

EF

G H

I

endereccedilo interface

ABEGC

11231

Switch exemplo

5

5 - 64copy 2005 by Pearson Education

A instalaccedilatildeo do switch quebra as sub-redes em segmentos de LAN Switch filtra pacotes

Alguns quadros do mesmo segmento de LAN natildeo satildeo usualmente encaminhados para outros segmento de LAN

Segmentos se tornam separados em domiacutenios de colisatildeo

hub hub hub

switch

domiacutenio de colisatildeo domiacutenio de colisatildeo

domiacutenio de colisatildeo

Switch isolaccedilatildeo de traacutefego

5

5 - 65copy 2005 by Pearson Education

Switch com muitas interfaces Hospedeiros possuem conexatildeo direta ao switch Sem colisotildees full duplex

Switching A-para-Arsquo e B-para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees

Switches acesso dedicado

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Cut-through switching quadro encaminhado da porta de entrada ateacute a porta de saiacuteda sem ter de primeiro coletar o quadro todo Ligeira reduccedilatildeo na latecircncia

Combinaccedilotildees de interfaces 101001000 Mbps compartilhadasdedicadas

Mais sobre switches

5

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Redes corporativas

5

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Ambos satildeo dispositivos store-and-forward Roteadores dispositivos de camada de rede (examinam cabeccedilalhos

da camada de rede) Switches satildeo dispositivos da camada de enlace

Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam algoritmos de roteamento Switches mantecircm tabelas de switch implementam filtragem algoritmos de aprendizagem

Switches vs roteadores

5

5 - 69copy 2005 by Pearson Education

hubs roteadores switches

isolaccedilatildeo detraacutefego

natildeo sim sim

plug amp play sim natildeo sim

roteamentooacutetimo

natildeo sim natildeo

cutthrough

sim natildeo sim

Resumo comparaccedilatildeo

5

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A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

5

5 - 71copy 2005 by Pearson Education

Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace de broadcast Sem Media Access Control Natildeo necessita de endereccedilamento MAC expliacutecito Ex dialup link linha ISDN

Protocolos ponto-a-ponto DLC populares PPP (point-to-point protocol) HDLC High level data link control (camada de enlace costumava ser considerada ldquocamada altardquo na pilha de protocolos)

Controle de enlace de dados ponto-a-ponto

5

5 - 72copy 2005 by Pearson Education

Enquadramento de pacote encapsulamento do datagrama da camada de rede no quadro da camada de enlace Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolo de rede (natildeo apenas o IP) ao mesmo tempo Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo

Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo de bit no campo de dados

Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo) Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do enlace

para a camada de rede Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos terminais

do enlace podem aprender e configurar o endereccedilo de rede dos outros

PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]

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5 - 73copy 2005 by Pearson Education

Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros Natildeo haacute controle de fluxo Aceita entregas fora de ordem Natildeo haacute necessidade de suportar enlaces multiponto (ex polling)

Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeo dos dados satildeo todos relegados para as camadas mais altas

PPP natildeo requisitos

5

5 - 74copy 2005 by Pearson Education

Flag delimitador (enquadramento) Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura) Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacuteltiplos campos de

controle Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o conteuacutedo do

quadro deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)

PPP formato do quadro

5

5 - 75copy 2005 by Pearson Education

info dados da camada superior sendo transportados CRC verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de erros

PPP formato dos dados

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5 - 76copy 2005 by Pearson Education

Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de dados deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt01111110gt

P Se for recebido o padratildeo lt01111110gt satildeo dados ou eacute flag Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte extra com o padratildeo lt

01111101gt (escape) antes de cada byte com o padratildeo de flag lt 01111110gt nos dados

Receptor Um byte 01111101 seguido de 01111110 em seguida descarta o primeiro e continua a recepccedilatildeo de dados Uacutenico byte 01111110 entatildeo eacute um flag

Byte stuffing

5

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byte com o padratildeodo flag nos dados a enviar

byte com o padratildeo de escape acrescentado nos dados transmitidos seguido por um byte com padratildeo de flag

Byte stuffing

5

5 - 78copy 2005 by Pearson Education

Antes de trocar dados da camada de rede os parceiros da camada de enlace devem A configurar o enlace PPP (tamanho maacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo) Aprenderconfigurar as informaccedilotildees da camada de rede

Para o IP transportar mensagens do protocolo de controle IP (IPCP) (campo de protocolo 8021) para configuraraprender os

endereccedilos IP

PPP protocolo de controle de dados

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A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

5

5 - 80copy 2005 by Pearson Education

Virtualizaccedilatildeo dos recursos uma poderosa abstraccedilatildeo em engenharia de sistemas Exemplos em computaccedilatildeo memoacuteria virtual dispositivos virtuais

Maacutequinas virtuais ex java IBM VM os dos anos 6070

Camada de abstraccedilotildees natildeo se apega a detalhes da camada mais baixa apenas trata com as camadas mais baixas abstratamente

Virtualizaccedilatildeo das redes

5

5 - 81copy 2005 by Pearson Education

1974 muacuteltiplas redes desconectadas ARPAnet redes de dados-sobre-cabo rede de pacote por sateacutelite (Aloha) rede de pacotes por raacutedio

hellip diferentes em convenccedilotildees de endereccedilamento formatos do pacote recuperaccedilatildeo de erros roteamento

Internet virtualizaccedilatildeo das redes

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5 - 82copy 2005 by Pearson Education

Camada de rede da Internet (IP) Endereccedilamento internetwork

aparece como uma entidade uacutenica e uniforme escondendo a heterogeneidade das redes locais

Rede de redes

Gateway ldquoembute pacotes da Internet no

formato de um pacote local ou os extrairdquo

Rota (no niacutevel de internetwork) para o proacuteximo gateway

Internet virtualizaccedilatildeo das redes

5

5 - 83copy 2005 by Pearson Education

O que eacute virtualizado Duas camadas de endereccedilamento Internet e rede local Nova camada (IP) torna tudo homogecircneo na camada da Internet Tecnologia da rede local em questatildeo

Cabo Sateacutelite Modem telefocircnico de 56 K Hoje ATM MPLS

hellip ldquoinvisiacutevelrdquo na camada da Internet Parece com uma tecnologia de camada de enlace para o IP

Arquitetura da Internet de Cerf amp Kahn

5

5 - 84copy 2005 by Pearson Education

ATM MPLS redes separadas em seus proacuteprios direitos Modelos de serviccedilo endereccedilamento roteamento diferentes da Internet

Vistos pela Internet como um enlace loacutegico conectando roteadores IP Assim como o dialup link eacute realmente parte de uma rede separada

(rede telefocircnica)

ATM MPLS de interesse teacutecnico em seu proacuteprio direito

ATM e MPLS

5

5 - 85copy 2005 by Pearson Education

Padratildeo dos anos 8090 para altas taxas de transmissatildeo (155 Mbps a 622 Mbps e mais altas) arquitetura de Broadband Integrated Service Digital Network (B-ISDN)

Objetivo transporte integrado de voz dados e imagens com foco nas redes puacuteblicas de comunicaccedilatildeo Deve atender aos requisitos de tempoQoS para aplicaccedilotildees de voz

e de viacutedeo (versus o serviccedilo de melhor esforccedilo da Internet) Telefonia de ldquoproacutexima geraccedilatildeordquo fundamentos teacutecnicos no mundo da telefonia Comutaccedilatildeo de pacotes (pacotes de tamanho fixo chamados ldquoceacutelulasrdquo) usando circuitos virtuais

Modo de transferecircncia assiacutencrono ATM

5

5 - 86copy 2005 by Pearson Education

Camada de adaptaccedilatildeo apenas na borda de uma rede ATM Segmentaccedilatildeo e remontagem dos dados Grosseiramente anaacuteloga agrave camada de transporte da Internet

Camada ATM camada de ldquorederdquo Comutaccedilatildeo de ceacutelulas roteamento

Camada fiacutesica

Sistema final Sistema finalSwitch ATM Switch ATM

Arquitetura ATM

5

5 - 87copy 2005 by Pearson Education

Visatildeo transporte fim-a-fim ldquoATM de computador a computadorrdquo ATM eacute uma tecnologia de redeRealidade usada para conectar roteadores IP de backbone ldquoIP sobre ATMrdquo ATM como uma camada de enlace comutada conectando roteadores IP

ATM camada de rede ou de enlace

5

5 - 88copy 2005 by Pearson Education

Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL) ldquoadaptardquo camadas superiores (aplicaccedilotildees IP ou nativas ATM) para a camada ATM abaixo

AAL presente apenas nos sistemas finais natildeo nos comutadores ATM (ldquoswitchesrdquo)

O segmento da camada AAL (campo de cabeccedilalhotrailer e de dados) satildeo fragmentados em muacuteltiplas ceacutelulas ATM Analogia segmento TCP em muitos pacotes IP

Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL)

Sistema final Sistema finalSwitch ATM Switch ATM

5

5 - 89copy 2005 by Pearson Education

Diferentes versotildees da camada AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM AAL1 para serviccedilo CBR (taxa de bit constante) ex emulaccedilatildeo de circuitos AAL2 para serviccedilos VBR (taxa de bit variaacutevel) ex viacutedeo MPEG AAL5 para dados (ex datagramas IP)

AAL PDU

ceacutelula ATM

Dados de usuaacuterio

subcamadade convergecircncia

subcamadaSAR

Ceacutelula ATM

Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL)

5

5 - 90copy 2005 by Pearson Education

Serviccedilo transporte de ceacutelulas atraveacutes da rede ATM Anaacuteloga agrave camada de rede IP Serviccedilos muito diferentes da camada de rede IP

Arquiteturade rede

Internet

ATM

ATM

ATM

ATM

Modelo de serviccedilo

melhoresforccediloCBR

VBR

ABR

UBR

Banda

natildeo

taxaconstantetaxagarantidamiacutenimogarantidonatildeo

Perda

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Ordem

natildeo

sim

sim

sim

sim

Tempo

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Aviso decongestatildeo

natildeo (inferidopelas perdas)natildeo haacutecongestatildeonatildeo haacutecongestatildeosim

natildeo

Garantias

Camada ATM

5

5 - 91copy 2005 by Pearson Education

Transporte em VC ceacutelulas satildeo transportadas sobre VC da fonte ao destino Estabelecimento de conexatildeo necessaacuterio para cada chamada antes que o fluxo de dados possa ser iniciado Cada pacote transporta um identificador de VC (natildeo transporta o endereccedilo do destino) Cada comutador com caminho entre a fonte e o destino manteacutem o ldquoestadordquo para cada conexatildeo passante Recursos do enlace e do comutador (banda passante buffers) podem ser alocados por VC para obter um comportamento semelhante a um circuito fiacutesico

VCs permanentes (PVCs) Conexotildees de longa duraccedilatildeo Tipicamente rota ldquopermanenterdquo entre roteadores IP

VCs comutados (SVC) Dinamicamente criados numa base por chamada

Camadas ATM circuitos virtuais

5

5 - 92copy 2005 by Pearson Education

Vantagens do uso de circuitos virtuais no ATM Iacutendices de QoS garantidos para conexotildees mapeadas em

circuitos virtuais (banda passante atraso variacircncia de atraso)

Problemas no uso de circuitos virtuais O suporte de traacutefego datagrama eacute ineficiente Um PVC entre cada par origemdestino natildeo tem boa

escalabilidade (N2 conexotildees satildeo necessaacuterias) SVC introduz latecircncia de estabelecimento de conexatildeo e

atrasos de processamento para conexotildees de curta duraccedilatildeo

ATM VCs

5

5 - 93copy 2005 by Pearson Education

Cabeccedilalho da ceacutelula ATM com 5 bytes Carga uacutetil com 48-bytes

Por quecirc carga uacutetil pequena -gt pequeno atraso de criaccedilatildeo de ceacutelula para voz digitalizada

Meio do caminho entre 32 e 64 (compromisso)

cabeccedilalhoda ceacutelula

formato daceacutelula

3o bit no campo PTvalor 1 indica uacuteltima ceacutelula (AAL-indicate bit)

Camada ATM ceacutelula ATM

5

5 - 94copy 2005 by Pearson Education

VCI identificador de canal virtual Pode mudar de enlace para enlace atraveacutes da rede

PT tipo de carga uacutetil (ex ceacutelula RM versus ceacutelula de dados) CLP bit de prioridade de perda de ceacutelula

CLP = 1 implica ceacutelula de baixa prioridade pode ser descartada em caso de congestatildeo

HEC verificaccedilatildeo de erros no cabeccedilalho Verificaccedilatildeo ciacuteclica de erros

Cabeccedilalho da ceacutelula ATM

5

5 - 95copy 2005 by Pearson Education

A camada fiacutesica se compotildee de duas partes (subcamadas ) Subcamada de convergecircncia de transmissatildeo (TCS) adapta a camada

ATM acima agrave subcamada fiacutesica abaixo (PMD) Subcamada dependente do meio depende do tipo de meio fiacutesico que

estaacute sendo empregado

Funccedilotildees da TCS Geraccedilatildeo do checksum do cabeccedilalho 8 bits CRC Delineamento de ceacutelula Com uma subcamada PMD natildeo estruturada transmite ceacutelulas vazias

(ldquoidle cellsrdquo) quando natildeo haacute ceacutelulas de dados a enviar

Camada fiacutesica ATM

5

5 - 96copy 2005 by Pearson Education

Subcamada dependente do meio fiacutesico (PMD) SONETSDH estrutura de transmissatildeo de quadros (como um

container carregando bits) Sincronizaccedilatildeo de bits Particcedilotildees da banda passante (TDM) Vaacuterias velocidades OC1 = 5184 Mbps OC3 = 15552 Mbps OC12 = 62208 Mbps

T1T3 estrutura de transmissatildeo de quadros (velha hierarquia de telefonia 15 Mbps45 Mbps No Brasil usa-se a hierarquia europeacuteia E1E3 2 34 Mbps

Natildeo estruturada apenas ceacutelulas (ocupadasvazias)

Camada fiacutesica ATM

5

5 - 97copy 2005 by Pearson Education

Apenas IP claacutessico 3 ldquoredesrdquo (ex segmentos de LAN) Endereccedilos MAC (8023) e IP

IP sobre ATM Substitui ldquorederdquo (ex segmento

de LAN) com a rede ATM Endereccedilos ATM endereccedilos IP

redeATM

EthernetLANs

EthernetLANs

IP-sobre-ATM

5

5 - 98copy 2005 by Pearson Education

No endereccedilo de origem Camada IP encontra um mapeamento entre o endereccedilo IP e o endereccedilo de destino ATM (usando ARP) Passa o datagrama para a camada de adaptaccedilatildeo AAL5 AAL5 encapsula os dados segmenta em ceacutelulas e passa para a camada ATM

Rede ATM move a ceacutelula para o destino de acordo com o seu VC (circuito virtual)

No hospedeiro de destino AAL5 remonta o datagrama original a partir das ceacutelulas recebidas Se o CRC OK datagrama eacute passado ao IP

Viagem de um datagrama numa rede IP-sobre-ATM

5

5 - 99copy 2005 by Pearson Education

Questotildees Datagramas IP em ATM AAL5 PDUs Dos endereccedilos IP aos endereccedilos ATM

Da mesma forma que de endereccedilos IP para endereccedilos MAC 8023

redeATM

EthernetLANs

IP-sobre-ATM

5

5 - 100copy 2005 by Pearson Education

Objetivo inicial aumentar a velocidade de encaminhamento IP usando labels de tamanho fixo (em vez de endereccedilo IP) Mesma ideacuteia do meacutetodo de circuito virtual (VC) Mas o datagrama IP ainda manteacutem o endereccedilo IP

Multiprotocol label switching (MPLS)

5

5 - 101copy 2005 by Pearson Education

Roteador faz a funccedilatildeo de comutador de roacutetulo Pacotes encaminhados para interface de saiacuteda com base apenas no valor

do roacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP) Tabela de encaminhamento MPLS distinta das tabelas de encaminhamento IP

Protocolo de sinalizaccedilatildeo necessaacuterio para estabelecer o encaminhamento RSVP-TE Encaminhamento eacute possiacutevel por caminhos que o IP sozinho natildeo pode usar (ex roteamento de especificado pela origem) Use MPLS para engenharia de traacutefego

Deve coexistir com roteadores unicamente IP

Roteadores MPLS

5

5 - 102copy 2005 by Pearson Education

Tabelas de encaminhamento MPLS

5

5 - 103copy 2005 by Pearson Education

Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace Detecccedilatildeo de erros correccedilatildeo Compartilhando um canal broadcast acesso muacuteltiplo Endereccedilamento da camada de enlace

Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de vaacuterias tecnologias da camada de enlace Ethernet LANS comutadas PPP Redes virtualizadas como uma camada de enlace ATM MPLS

Resumo

Page 59: Capítulo 5 Redes de computadores e a Internet A camada de enlace e redes locais

5

5 - 59copy 2005 by Pearson Education

Como determinar para qual segmento da LAN encaminhar o quadro Parece um problema de roteamento

Encaminhamento

5

5 - 60copy 2005 by Pearson Education

Um switch possui uma tabela de switch Entrada na tabela do switch

(endereccedilo MAC interface marca de tempo) Entradas expiradas na tabela satildeo decartadas (TTL pode ser 60 min)

Switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de suas interfaces Quando recebe um quadro o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento da LAN que chega Registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela

Self learning (auto-aprendizado)

5

5 - 61copy 2005 by Pearson Education

Quando um switch recebe um quadro

indexa a tabela do switch usando end MAC de destinoif entrada for encontrada para o destino

then if dest no segmento deste quadro chegou

then descarta o quadro else encaminha o quadro na interface indicada else flood

Encaminha para todas as interfacesexceto para a que o quadro chegou

Filtragemencaminhamento

5

5 - 62copy 2005 by Pearson Education

Suponha que C envia um quadro para D

Switch recebe o quadro de C Anota na tabela que C estaacute na interface 1 Como D natildeo estaacute na tabela o switch encaminha o quadro para as

interfaces 2 e 3 Quadro recebido por D

hub hub hub

switch

A

B CD

EF

G H

I

endereccedilo interface

ABEG

1123

12 3

Switch exemplo

5

5 - 63copy 2005 by Pearson Education

Suponha que D responde com um quadro para C

Switch recebe quadro de D Anota na tabela que D estaacute na interface 2 Como C estaacute na tabela o switch encaminha o quadro apenas para a

interface 1 Quadro recebido por C

hub hub hub

switch

A

B CD

EF

G H

I

endereccedilo interface

ABEGC

11231

Switch exemplo

5

5 - 64copy 2005 by Pearson Education

A instalaccedilatildeo do switch quebra as sub-redes em segmentos de LAN Switch filtra pacotes

Alguns quadros do mesmo segmento de LAN natildeo satildeo usualmente encaminhados para outros segmento de LAN

Segmentos se tornam separados em domiacutenios de colisatildeo

hub hub hub

switch

domiacutenio de colisatildeo domiacutenio de colisatildeo

domiacutenio de colisatildeo

Switch isolaccedilatildeo de traacutefego

5

5 - 65copy 2005 by Pearson Education

Switch com muitas interfaces Hospedeiros possuem conexatildeo direta ao switch Sem colisotildees full duplex

Switching A-para-Arsquo e B-para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees

Switches acesso dedicado

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5 - 66copy 2005 by Pearson Education

Cut-through switching quadro encaminhado da porta de entrada ateacute a porta de saiacuteda sem ter de primeiro coletar o quadro todo Ligeira reduccedilatildeo na latecircncia

Combinaccedilotildees de interfaces 101001000 Mbps compartilhadasdedicadas

Mais sobre switches

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5 - 67copy 2005 by Pearson Education

Redes corporativas

5

5 - 68copy 2005 by Pearson Education

Ambos satildeo dispositivos store-and-forward Roteadores dispositivos de camada de rede (examinam cabeccedilalhos

da camada de rede) Switches satildeo dispositivos da camada de enlace

Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam algoritmos de roteamento Switches mantecircm tabelas de switch implementam filtragem algoritmos de aprendizagem

Switches vs roteadores

5

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hubs roteadores switches

isolaccedilatildeo detraacutefego

natildeo sim sim

plug amp play sim natildeo sim

roteamentooacutetimo

natildeo sim natildeo

cutthrough

sim natildeo sim

Resumo comparaccedilatildeo

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5 - 70copy 2005 by Pearson Education

A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

5

5 - 71copy 2005 by Pearson Education

Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace de broadcast Sem Media Access Control Natildeo necessita de endereccedilamento MAC expliacutecito Ex dialup link linha ISDN

Protocolos ponto-a-ponto DLC populares PPP (point-to-point protocol) HDLC High level data link control (camada de enlace costumava ser considerada ldquocamada altardquo na pilha de protocolos)

Controle de enlace de dados ponto-a-ponto

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5 - 72copy 2005 by Pearson Education

Enquadramento de pacote encapsulamento do datagrama da camada de rede no quadro da camada de enlace Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolo de rede (natildeo apenas o IP) ao mesmo tempo Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo

Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo de bit no campo de dados

Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo) Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do enlace

para a camada de rede Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos terminais

do enlace podem aprender e configurar o endereccedilo de rede dos outros

PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]

5

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Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros Natildeo haacute controle de fluxo Aceita entregas fora de ordem Natildeo haacute necessidade de suportar enlaces multiponto (ex polling)

Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeo dos dados satildeo todos relegados para as camadas mais altas

PPP natildeo requisitos

5

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Flag delimitador (enquadramento) Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura) Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacuteltiplos campos de

controle Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o conteuacutedo do

quadro deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)

PPP formato do quadro

5

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info dados da camada superior sendo transportados CRC verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de erros

PPP formato dos dados

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Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de dados deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt01111110gt

P Se for recebido o padratildeo lt01111110gt satildeo dados ou eacute flag Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte extra com o padratildeo lt

01111101gt (escape) antes de cada byte com o padratildeo de flag lt 01111110gt nos dados

Receptor Um byte 01111101 seguido de 01111110 em seguida descarta o primeiro e continua a recepccedilatildeo de dados Uacutenico byte 01111110 entatildeo eacute um flag

Byte stuffing

5

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byte com o padratildeodo flag nos dados a enviar

byte com o padratildeo de escape acrescentado nos dados transmitidos seguido por um byte com padratildeo de flag

Byte stuffing

5

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Antes de trocar dados da camada de rede os parceiros da camada de enlace devem A configurar o enlace PPP (tamanho maacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo) Aprenderconfigurar as informaccedilotildees da camada de rede

Para o IP transportar mensagens do protocolo de controle IP (IPCP) (campo de protocolo 8021) para configuraraprender os

endereccedilos IP

PPP protocolo de controle de dados

5

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A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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Virtualizaccedilatildeo dos recursos uma poderosa abstraccedilatildeo em engenharia de sistemas Exemplos em computaccedilatildeo memoacuteria virtual dispositivos virtuais

Maacutequinas virtuais ex java IBM VM os dos anos 6070

Camada de abstraccedilotildees natildeo se apega a detalhes da camada mais baixa apenas trata com as camadas mais baixas abstratamente

Virtualizaccedilatildeo das redes

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1974 muacuteltiplas redes desconectadas ARPAnet redes de dados-sobre-cabo rede de pacote por sateacutelite (Aloha) rede de pacotes por raacutedio

hellip diferentes em convenccedilotildees de endereccedilamento formatos do pacote recuperaccedilatildeo de erros roteamento

Internet virtualizaccedilatildeo das redes

5

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Camada de rede da Internet (IP) Endereccedilamento internetwork

aparece como uma entidade uacutenica e uniforme escondendo a heterogeneidade das redes locais

Rede de redes

Gateway ldquoembute pacotes da Internet no

formato de um pacote local ou os extrairdquo

Rota (no niacutevel de internetwork) para o proacuteximo gateway

Internet virtualizaccedilatildeo das redes

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O que eacute virtualizado Duas camadas de endereccedilamento Internet e rede local Nova camada (IP) torna tudo homogecircneo na camada da Internet Tecnologia da rede local em questatildeo

Cabo Sateacutelite Modem telefocircnico de 56 K Hoje ATM MPLS

hellip ldquoinvisiacutevelrdquo na camada da Internet Parece com uma tecnologia de camada de enlace para o IP

Arquitetura da Internet de Cerf amp Kahn

5

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ATM MPLS redes separadas em seus proacuteprios direitos Modelos de serviccedilo endereccedilamento roteamento diferentes da Internet

Vistos pela Internet como um enlace loacutegico conectando roteadores IP Assim como o dialup link eacute realmente parte de uma rede separada

(rede telefocircnica)

ATM MPLS de interesse teacutecnico em seu proacuteprio direito

ATM e MPLS

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Padratildeo dos anos 8090 para altas taxas de transmissatildeo (155 Mbps a 622 Mbps e mais altas) arquitetura de Broadband Integrated Service Digital Network (B-ISDN)

Objetivo transporte integrado de voz dados e imagens com foco nas redes puacuteblicas de comunicaccedilatildeo Deve atender aos requisitos de tempoQoS para aplicaccedilotildees de voz

e de viacutedeo (versus o serviccedilo de melhor esforccedilo da Internet) Telefonia de ldquoproacutexima geraccedilatildeordquo fundamentos teacutecnicos no mundo da telefonia Comutaccedilatildeo de pacotes (pacotes de tamanho fixo chamados ldquoceacutelulasrdquo) usando circuitos virtuais

Modo de transferecircncia assiacutencrono ATM

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Camada de adaptaccedilatildeo apenas na borda de uma rede ATM Segmentaccedilatildeo e remontagem dos dados Grosseiramente anaacuteloga agrave camada de transporte da Internet

Camada ATM camada de ldquorederdquo Comutaccedilatildeo de ceacutelulas roteamento

Camada fiacutesica

Sistema final Sistema finalSwitch ATM Switch ATM

Arquitetura ATM

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Visatildeo transporte fim-a-fim ldquoATM de computador a computadorrdquo ATM eacute uma tecnologia de redeRealidade usada para conectar roteadores IP de backbone ldquoIP sobre ATMrdquo ATM como uma camada de enlace comutada conectando roteadores IP

ATM camada de rede ou de enlace

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Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL) ldquoadaptardquo camadas superiores (aplicaccedilotildees IP ou nativas ATM) para a camada ATM abaixo

AAL presente apenas nos sistemas finais natildeo nos comutadores ATM (ldquoswitchesrdquo)

O segmento da camada AAL (campo de cabeccedilalhotrailer e de dados) satildeo fragmentados em muacuteltiplas ceacutelulas ATM Analogia segmento TCP em muitos pacotes IP

Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL)

Sistema final Sistema finalSwitch ATM Switch ATM

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5 - 89copy 2005 by Pearson Education

Diferentes versotildees da camada AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM AAL1 para serviccedilo CBR (taxa de bit constante) ex emulaccedilatildeo de circuitos AAL2 para serviccedilos VBR (taxa de bit variaacutevel) ex viacutedeo MPEG AAL5 para dados (ex datagramas IP)

AAL PDU

ceacutelula ATM

Dados de usuaacuterio

subcamadade convergecircncia

subcamadaSAR

Ceacutelula ATM

Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL)

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5 - 90copy 2005 by Pearson Education

Serviccedilo transporte de ceacutelulas atraveacutes da rede ATM Anaacuteloga agrave camada de rede IP Serviccedilos muito diferentes da camada de rede IP

Arquiteturade rede

Internet

ATM

ATM

ATM

ATM

Modelo de serviccedilo

melhoresforccediloCBR

VBR

ABR

UBR

Banda

natildeo

taxaconstantetaxagarantidamiacutenimogarantidonatildeo

Perda

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Ordem

natildeo

sim

sim

sim

sim

Tempo

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Aviso decongestatildeo

natildeo (inferidopelas perdas)natildeo haacutecongestatildeonatildeo haacutecongestatildeosim

natildeo

Garantias

Camada ATM

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5 - 91copy 2005 by Pearson Education

Transporte em VC ceacutelulas satildeo transportadas sobre VC da fonte ao destino Estabelecimento de conexatildeo necessaacuterio para cada chamada antes que o fluxo de dados possa ser iniciado Cada pacote transporta um identificador de VC (natildeo transporta o endereccedilo do destino) Cada comutador com caminho entre a fonte e o destino manteacutem o ldquoestadordquo para cada conexatildeo passante Recursos do enlace e do comutador (banda passante buffers) podem ser alocados por VC para obter um comportamento semelhante a um circuito fiacutesico

VCs permanentes (PVCs) Conexotildees de longa duraccedilatildeo Tipicamente rota ldquopermanenterdquo entre roteadores IP

VCs comutados (SVC) Dinamicamente criados numa base por chamada

Camadas ATM circuitos virtuais

5

5 - 92copy 2005 by Pearson Education

Vantagens do uso de circuitos virtuais no ATM Iacutendices de QoS garantidos para conexotildees mapeadas em

circuitos virtuais (banda passante atraso variacircncia de atraso)

Problemas no uso de circuitos virtuais O suporte de traacutefego datagrama eacute ineficiente Um PVC entre cada par origemdestino natildeo tem boa

escalabilidade (N2 conexotildees satildeo necessaacuterias) SVC introduz latecircncia de estabelecimento de conexatildeo e

atrasos de processamento para conexotildees de curta duraccedilatildeo

ATM VCs

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5 - 93copy 2005 by Pearson Education

Cabeccedilalho da ceacutelula ATM com 5 bytes Carga uacutetil com 48-bytes

Por quecirc carga uacutetil pequena -gt pequeno atraso de criaccedilatildeo de ceacutelula para voz digitalizada

Meio do caminho entre 32 e 64 (compromisso)

cabeccedilalhoda ceacutelula

formato daceacutelula

3o bit no campo PTvalor 1 indica uacuteltima ceacutelula (AAL-indicate bit)

Camada ATM ceacutelula ATM

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5 - 94copy 2005 by Pearson Education

VCI identificador de canal virtual Pode mudar de enlace para enlace atraveacutes da rede

PT tipo de carga uacutetil (ex ceacutelula RM versus ceacutelula de dados) CLP bit de prioridade de perda de ceacutelula

CLP = 1 implica ceacutelula de baixa prioridade pode ser descartada em caso de congestatildeo

HEC verificaccedilatildeo de erros no cabeccedilalho Verificaccedilatildeo ciacuteclica de erros

Cabeccedilalho da ceacutelula ATM

5

5 - 95copy 2005 by Pearson Education

A camada fiacutesica se compotildee de duas partes (subcamadas ) Subcamada de convergecircncia de transmissatildeo (TCS) adapta a camada

ATM acima agrave subcamada fiacutesica abaixo (PMD) Subcamada dependente do meio depende do tipo de meio fiacutesico que

estaacute sendo empregado

Funccedilotildees da TCS Geraccedilatildeo do checksum do cabeccedilalho 8 bits CRC Delineamento de ceacutelula Com uma subcamada PMD natildeo estruturada transmite ceacutelulas vazias

(ldquoidle cellsrdquo) quando natildeo haacute ceacutelulas de dados a enviar

Camada fiacutesica ATM

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5 - 96copy 2005 by Pearson Education

Subcamada dependente do meio fiacutesico (PMD) SONETSDH estrutura de transmissatildeo de quadros (como um

container carregando bits) Sincronizaccedilatildeo de bits Particcedilotildees da banda passante (TDM) Vaacuterias velocidades OC1 = 5184 Mbps OC3 = 15552 Mbps OC12 = 62208 Mbps

T1T3 estrutura de transmissatildeo de quadros (velha hierarquia de telefonia 15 Mbps45 Mbps No Brasil usa-se a hierarquia europeacuteia E1E3 2 34 Mbps

Natildeo estruturada apenas ceacutelulas (ocupadasvazias)

Camada fiacutesica ATM

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5 - 97copy 2005 by Pearson Education

Apenas IP claacutessico 3 ldquoredesrdquo (ex segmentos de LAN) Endereccedilos MAC (8023) e IP

IP sobre ATM Substitui ldquorederdquo (ex segmento

de LAN) com a rede ATM Endereccedilos ATM endereccedilos IP

redeATM

EthernetLANs

EthernetLANs

IP-sobre-ATM

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5 - 98copy 2005 by Pearson Education

No endereccedilo de origem Camada IP encontra um mapeamento entre o endereccedilo IP e o endereccedilo de destino ATM (usando ARP) Passa o datagrama para a camada de adaptaccedilatildeo AAL5 AAL5 encapsula os dados segmenta em ceacutelulas e passa para a camada ATM

Rede ATM move a ceacutelula para o destino de acordo com o seu VC (circuito virtual)

No hospedeiro de destino AAL5 remonta o datagrama original a partir das ceacutelulas recebidas Se o CRC OK datagrama eacute passado ao IP

Viagem de um datagrama numa rede IP-sobre-ATM

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5 - 99copy 2005 by Pearson Education

Questotildees Datagramas IP em ATM AAL5 PDUs Dos endereccedilos IP aos endereccedilos ATM

Da mesma forma que de endereccedilos IP para endereccedilos MAC 8023

redeATM

EthernetLANs

IP-sobre-ATM

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5 - 100copy 2005 by Pearson Education

Objetivo inicial aumentar a velocidade de encaminhamento IP usando labels de tamanho fixo (em vez de endereccedilo IP) Mesma ideacuteia do meacutetodo de circuito virtual (VC) Mas o datagrama IP ainda manteacutem o endereccedilo IP

Multiprotocol label switching (MPLS)

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5 - 101copy 2005 by Pearson Education

Roteador faz a funccedilatildeo de comutador de roacutetulo Pacotes encaminhados para interface de saiacuteda com base apenas no valor

do roacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP) Tabela de encaminhamento MPLS distinta das tabelas de encaminhamento IP

Protocolo de sinalizaccedilatildeo necessaacuterio para estabelecer o encaminhamento RSVP-TE Encaminhamento eacute possiacutevel por caminhos que o IP sozinho natildeo pode usar (ex roteamento de especificado pela origem) Use MPLS para engenharia de traacutefego

Deve coexistir com roteadores unicamente IP

Roteadores MPLS

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Tabelas de encaminhamento MPLS

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5 - 103copy 2005 by Pearson Education

Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace Detecccedilatildeo de erros correccedilatildeo Compartilhando um canal broadcast acesso muacuteltiplo Endereccedilamento da camada de enlace

Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de vaacuterias tecnologias da camada de enlace Ethernet LANS comutadas PPP Redes virtualizadas como uma camada de enlace ATM MPLS

Resumo

Page 60: Capítulo 5 Redes de computadores e a Internet A camada de enlace e redes locais

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5 - 60copy 2005 by Pearson Education

Um switch possui uma tabela de switch Entrada na tabela do switch

(endereccedilo MAC interface marca de tempo) Entradas expiradas na tabela satildeo decartadas (TTL pode ser 60 min)

Switch aprende quais hospedeiros podem ser alcanccedilados atraveacutes de suas interfaces Quando recebe um quadro o switch ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do transmissor segmento da LAN que chega Registra o par transmissorlocalizaccedilatildeo na tabela

Self learning (auto-aprendizado)

5

5 - 61copy 2005 by Pearson Education

Quando um switch recebe um quadro

indexa a tabela do switch usando end MAC de destinoif entrada for encontrada para o destino

then if dest no segmento deste quadro chegou

then descarta o quadro else encaminha o quadro na interface indicada else flood

Encaminha para todas as interfacesexceto para a que o quadro chegou

Filtragemencaminhamento

5

5 - 62copy 2005 by Pearson Education

Suponha que C envia um quadro para D

Switch recebe o quadro de C Anota na tabela que C estaacute na interface 1 Como D natildeo estaacute na tabela o switch encaminha o quadro para as

interfaces 2 e 3 Quadro recebido por D

hub hub hub

switch

A

B CD

EF

G H

I

endereccedilo interface

ABEG

1123

12 3

Switch exemplo

5

5 - 63copy 2005 by Pearson Education

Suponha que D responde com um quadro para C

Switch recebe quadro de D Anota na tabela que D estaacute na interface 2 Como C estaacute na tabela o switch encaminha o quadro apenas para a

interface 1 Quadro recebido por C

hub hub hub

switch

A

B CD

EF

G H

I

endereccedilo interface

ABEGC

11231

Switch exemplo

5

5 - 64copy 2005 by Pearson Education

A instalaccedilatildeo do switch quebra as sub-redes em segmentos de LAN Switch filtra pacotes

Alguns quadros do mesmo segmento de LAN natildeo satildeo usualmente encaminhados para outros segmento de LAN

Segmentos se tornam separados em domiacutenios de colisatildeo

hub hub hub

switch

domiacutenio de colisatildeo domiacutenio de colisatildeo

domiacutenio de colisatildeo

Switch isolaccedilatildeo de traacutefego

5

5 - 65copy 2005 by Pearson Education

Switch com muitas interfaces Hospedeiros possuem conexatildeo direta ao switch Sem colisotildees full duplex

Switching A-para-Arsquo e B-para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees

Switches acesso dedicado

5

5 - 66copy 2005 by Pearson Education

Cut-through switching quadro encaminhado da porta de entrada ateacute a porta de saiacuteda sem ter de primeiro coletar o quadro todo Ligeira reduccedilatildeo na latecircncia

Combinaccedilotildees de interfaces 101001000 Mbps compartilhadasdedicadas

Mais sobre switches

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5 - 67copy 2005 by Pearson Education

Redes corporativas

5

5 - 68copy 2005 by Pearson Education

Ambos satildeo dispositivos store-and-forward Roteadores dispositivos de camada de rede (examinam cabeccedilalhos

da camada de rede) Switches satildeo dispositivos da camada de enlace

Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam algoritmos de roteamento Switches mantecircm tabelas de switch implementam filtragem algoritmos de aprendizagem

Switches vs roteadores

5

5 - 69copy 2005 by Pearson Education

hubs roteadores switches

isolaccedilatildeo detraacutefego

natildeo sim sim

plug amp play sim natildeo sim

roteamentooacutetimo

natildeo sim natildeo

cutthrough

sim natildeo sim

Resumo comparaccedilatildeo

5

5 - 70copy 2005 by Pearson Education

A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

5

5 - 71copy 2005 by Pearson Education

Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace de broadcast Sem Media Access Control Natildeo necessita de endereccedilamento MAC expliacutecito Ex dialup link linha ISDN

Protocolos ponto-a-ponto DLC populares PPP (point-to-point protocol) HDLC High level data link control (camada de enlace costumava ser considerada ldquocamada altardquo na pilha de protocolos)

Controle de enlace de dados ponto-a-ponto

5

5 - 72copy 2005 by Pearson Education

Enquadramento de pacote encapsulamento do datagrama da camada de rede no quadro da camada de enlace Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolo de rede (natildeo apenas o IP) ao mesmo tempo Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo

Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo de bit no campo de dados

Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo) Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do enlace

para a camada de rede Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos terminais

do enlace podem aprender e configurar o endereccedilo de rede dos outros

PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]

5

5 - 73copy 2005 by Pearson Education

Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros Natildeo haacute controle de fluxo Aceita entregas fora de ordem Natildeo haacute necessidade de suportar enlaces multiponto (ex polling)

Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeo dos dados satildeo todos relegados para as camadas mais altas

PPP natildeo requisitos

5

5 - 74copy 2005 by Pearson Education

Flag delimitador (enquadramento) Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura) Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacuteltiplos campos de

controle Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o conteuacutedo do

quadro deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)

PPP formato do quadro

5

5 - 75copy 2005 by Pearson Education

info dados da camada superior sendo transportados CRC verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de erros

PPP formato dos dados

5

5 - 76copy 2005 by Pearson Education

Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de dados deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt01111110gt

P Se for recebido o padratildeo lt01111110gt satildeo dados ou eacute flag Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte extra com o padratildeo lt

01111101gt (escape) antes de cada byte com o padratildeo de flag lt 01111110gt nos dados

Receptor Um byte 01111101 seguido de 01111110 em seguida descarta o primeiro e continua a recepccedilatildeo de dados Uacutenico byte 01111110 entatildeo eacute um flag

Byte stuffing

5

5 - 77copy 2005 by Pearson Education

byte com o padratildeodo flag nos dados a enviar

byte com o padratildeo de escape acrescentado nos dados transmitidos seguido por um byte com padratildeo de flag

Byte stuffing

5

5 - 78copy 2005 by Pearson Education

Antes de trocar dados da camada de rede os parceiros da camada de enlace devem A configurar o enlace PPP (tamanho maacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo) Aprenderconfigurar as informaccedilotildees da camada de rede

Para o IP transportar mensagens do protocolo de controle IP (IPCP) (campo de protocolo 8021) para configuraraprender os

endereccedilos IP

PPP protocolo de controle de dados

5

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A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

5

5 - 80copy 2005 by Pearson Education

Virtualizaccedilatildeo dos recursos uma poderosa abstraccedilatildeo em engenharia de sistemas Exemplos em computaccedilatildeo memoacuteria virtual dispositivos virtuais

Maacutequinas virtuais ex java IBM VM os dos anos 6070

Camada de abstraccedilotildees natildeo se apega a detalhes da camada mais baixa apenas trata com as camadas mais baixas abstratamente

Virtualizaccedilatildeo das redes

5

5 - 81copy 2005 by Pearson Education

1974 muacuteltiplas redes desconectadas ARPAnet redes de dados-sobre-cabo rede de pacote por sateacutelite (Aloha) rede de pacotes por raacutedio

hellip diferentes em convenccedilotildees de endereccedilamento formatos do pacote recuperaccedilatildeo de erros roteamento

Internet virtualizaccedilatildeo das redes

5

5 - 82copy 2005 by Pearson Education

Camada de rede da Internet (IP) Endereccedilamento internetwork

aparece como uma entidade uacutenica e uniforme escondendo a heterogeneidade das redes locais

Rede de redes

Gateway ldquoembute pacotes da Internet no

formato de um pacote local ou os extrairdquo

Rota (no niacutevel de internetwork) para o proacuteximo gateway

Internet virtualizaccedilatildeo das redes

5

5 - 83copy 2005 by Pearson Education

O que eacute virtualizado Duas camadas de endereccedilamento Internet e rede local Nova camada (IP) torna tudo homogecircneo na camada da Internet Tecnologia da rede local em questatildeo

Cabo Sateacutelite Modem telefocircnico de 56 K Hoje ATM MPLS

hellip ldquoinvisiacutevelrdquo na camada da Internet Parece com uma tecnologia de camada de enlace para o IP

Arquitetura da Internet de Cerf amp Kahn

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ATM MPLS redes separadas em seus proacuteprios direitos Modelos de serviccedilo endereccedilamento roteamento diferentes da Internet

Vistos pela Internet como um enlace loacutegico conectando roteadores IP Assim como o dialup link eacute realmente parte de uma rede separada

(rede telefocircnica)

ATM MPLS de interesse teacutecnico em seu proacuteprio direito

ATM e MPLS

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Padratildeo dos anos 8090 para altas taxas de transmissatildeo (155 Mbps a 622 Mbps e mais altas) arquitetura de Broadband Integrated Service Digital Network (B-ISDN)

Objetivo transporte integrado de voz dados e imagens com foco nas redes puacuteblicas de comunicaccedilatildeo Deve atender aos requisitos de tempoQoS para aplicaccedilotildees de voz

e de viacutedeo (versus o serviccedilo de melhor esforccedilo da Internet) Telefonia de ldquoproacutexima geraccedilatildeordquo fundamentos teacutecnicos no mundo da telefonia Comutaccedilatildeo de pacotes (pacotes de tamanho fixo chamados ldquoceacutelulasrdquo) usando circuitos virtuais

Modo de transferecircncia assiacutencrono ATM

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Camada de adaptaccedilatildeo apenas na borda de uma rede ATM Segmentaccedilatildeo e remontagem dos dados Grosseiramente anaacuteloga agrave camada de transporte da Internet

Camada ATM camada de ldquorederdquo Comutaccedilatildeo de ceacutelulas roteamento

Camada fiacutesica

Sistema final Sistema finalSwitch ATM Switch ATM

Arquitetura ATM

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Visatildeo transporte fim-a-fim ldquoATM de computador a computadorrdquo ATM eacute uma tecnologia de redeRealidade usada para conectar roteadores IP de backbone ldquoIP sobre ATMrdquo ATM como uma camada de enlace comutada conectando roteadores IP

ATM camada de rede ou de enlace

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Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL) ldquoadaptardquo camadas superiores (aplicaccedilotildees IP ou nativas ATM) para a camada ATM abaixo

AAL presente apenas nos sistemas finais natildeo nos comutadores ATM (ldquoswitchesrdquo)

O segmento da camada AAL (campo de cabeccedilalhotrailer e de dados) satildeo fragmentados em muacuteltiplas ceacutelulas ATM Analogia segmento TCP em muitos pacotes IP

Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL)

Sistema final Sistema finalSwitch ATM Switch ATM

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Diferentes versotildees da camada AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM AAL1 para serviccedilo CBR (taxa de bit constante) ex emulaccedilatildeo de circuitos AAL2 para serviccedilos VBR (taxa de bit variaacutevel) ex viacutedeo MPEG AAL5 para dados (ex datagramas IP)

AAL PDU

ceacutelula ATM

Dados de usuaacuterio

subcamadade convergecircncia

subcamadaSAR

Ceacutelula ATM

Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL)

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Serviccedilo transporte de ceacutelulas atraveacutes da rede ATM Anaacuteloga agrave camada de rede IP Serviccedilos muito diferentes da camada de rede IP

Arquiteturade rede

Internet

ATM

ATM

ATM

ATM

Modelo de serviccedilo

melhoresforccediloCBR

VBR

ABR

UBR

Banda

natildeo

taxaconstantetaxagarantidamiacutenimogarantidonatildeo

Perda

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Ordem

natildeo

sim

sim

sim

sim

Tempo

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Aviso decongestatildeo

natildeo (inferidopelas perdas)natildeo haacutecongestatildeonatildeo haacutecongestatildeosim

natildeo

Garantias

Camada ATM

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Transporte em VC ceacutelulas satildeo transportadas sobre VC da fonte ao destino Estabelecimento de conexatildeo necessaacuterio para cada chamada antes que o fluxo de dados possa ser iniciado Cada pacote transporta um identificador de VC (natildeo transporta o endereccedilo do destino) Cada comutador com caminho entre a fonte e o destino manteacutem o ldquoestadordquo para cada conexatildeo passante Recursos do enlace e do comutador (banda passante buffers) podem ser alocados por VC para obter um comportamento semelhante a um circuito fiacutesico

VCs permanentes (PVCs) Conexotildees de longa duraccedilatildeo Tipicamente rota ldquopermanenterdquo entre roteadores IP

VCs comutados (SVC) Dinamicamente criados numa base por chamada

Camadas ATM circuitos virtuais

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Vantagens do uso de circuitos virtuais no ATM Iacutendices de QoS garantidos para conexotildees mapeadas em

circuitos virtuais (banda passante atraso variacircncia de atraso)

Problemas no uso de circuitos virtuais O suporte de traacutefego datagrama eacute ineficiente Um PVC entre cada par origemdestino natildeo tem boa

escalabilidade (N2 conexotildees satildeo necessaacuterias) SVC introduz latecircncia de estabelecimento de conexatildeo e

atrasos de processamento para conexotildees de curta duraccedilatildeo

ATM VCs

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Cabeccedilalho da ceacutelula ATM com 5 bytes Carga uacutetil com 48-bytes

Por quecirc carga uacutetil pequena -gt pequeno atraso de criaccedilatildeo de ceacutelula para voz digitalizada

Meio do caminho entre 32 e 64 (compromisso)

cabeccedilalhoda ceacutelula

formato daceacutelula

3o bit no campo PTvalor 1 indica uacuteltima ceacutelula (AAL-indicate bit)

Camada ATM ceacutelula ATM

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VCI identificador de canal virtual Pode mudar de enlace para enlace atraveacutes da rede

PT tipo de carga uacutetil (ex ceacutelula RM versus ceacutelula de dados) CLP bit de prioridade de perda de ceacutelula

CLP = 1 implica ceacutelula de baixa prioridade pode ser descartada em caso de congestatildeo

HEC verificaccedilatildeo de erros no cabeccedilalho Verificaccedilatildeo ciacuteclica de erros

Cabeccedilalho da ceacutelula ATM

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A camada fiacutesica se compotildee de duas partes (subcamadas ) Subcamada de convergecircncia de transmissatildeo (TCS) adapta a camada

ATM acima agrave subcamada fiacutesica abaixo (PMD) Subcamada dependente do meio depende do tipo de meio fiacutesico que

estaacute sendo empregado

Funccedilotildees da TCS Geraccedilatildeo do checksum do cabeccedilalho 8 bits CRC Delineamento de ceacutelula Com uma subcamada PMD natildeo estruturada transmite ceacutelulas vazias

(ldquoidle cellsrdquo) quando natildeo haacute ceacutelulas de dados a enviar

Camada fiacutesica ATM

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Subcamada dependente do meio fiacutesico (PMD) SONETSDH estrutura de transmissatildeo de quadros (como um

container carregando bits) Sincronizaccedilatildeo de bits Particcedilotildees da banda passante (TDM) Vaacuterias velocidades OC1 = 5184 Mbps OC3 = 15552 Mbps OC12 = 62208 Mbps

T1T3 estrutura de transmissatildeo de quadros (velha hierarquia de telefonia 15 Mbps45 Mbps No Brasil usa-se a hierarquia europeacuteia E1E3 2 34 Mbps

Natildeo estruturada apenas ceacutelulas (ocupadasvazias)

Camada fiacutesica ATM

5

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Apenas IP claacutessico 3 ldquoredesrdquo (ex segmentos de LAN) Endereccedilos MAC (8023) e IP

IP sobre ATM Substitui ldquorederdquo (ex segmento

de LAN) com a rede ATM Endereccedilos ATM endereccedilos IP

redeATM

EthernetLANs

EthernetLANs

IP-sobre-ATM

5

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No endereccedilo de origem Camada IP encontra um mapeamento entre o endereccedilo IP e o endereccedilo de destino ATM (usando ARP) Passa o datagrama para a camada de adaptaccedilatildeo AAL5 AAL5 encapsula os dados segmenta em ceacutelulas e passa para a camada ATM

Rede ATM move a ceacutelula para o destino de acordo com o seu VC (circuito virtual)

No hospedeiro de destino AAL5 remonta o datagrama original a partir das ceacutelulas recebidas Se o CRC OK datagrama eacute passado ao IP

Viagem de um datagrama numa rede IP-sobre-ATM

5

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Questotildees Datagramas IP em ATM AAL5 PDUs Dos endereccedilos IP aos endereccedilos ATM

Da mesma forma que de endereccedilos IP para endereccedilos MAC 8023

redeATM

EthernetLANs

IP-sobre-ATM

5

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Objetivo inicial aumentar a velocidade de encaminhamento IP usando labels de tamanho fixo (em vez de endereccedilo IP) Mesma ideacuteia do meacutetodo de circuito virtual (VC) Mas o datagrama IP ainda manteacutem o endereccedilo IP

Multiprotocol label switching (MPLS)

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Roteador faz a funccedilatildeo de comutador de roacutetulo Pacotes encaminhados para interface de saiacuteda com base apenas no valor

do roacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP) Tabela de encaminhamento MPLS distinta das tabelas de encaminhamento IP

Protocolo de sinalizaccedilatildeo necessaacuterio para estabelecer o encaminhamento RSVP-TE Encaminhamento eacute possiacutevel por caminhos que o IP sozinho natildeo pode usar (ex roteamento de especificado pela origem) Use MPLS para engenharia de traacutefego

Deve coexistir com roteadores unicamente IP

Roteadores MPLS

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Tabelas de encaminhamento MPLS

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Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace Detecccedilatildeo de erros correccedilatildeo Compartilhando um canal broadcast acesso muacuteltiplo Endereccedilamento da camada de enlace

Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de vaacuterias tecnologias da camada de enlace Ethernet LANS comutadas PPP Redes virtualizadas como uma camada de enlace ATM MPLS

Resumo

Page 61: Capítulo 5 Redes de computadores e a Internet A camada de enlace e redes locais

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Quando um switch recebe um quadro

indexa a tabela do switch usando end MAC de destinoif entrada for encontrada para o destino

then if dest no segmento deste quadro chegou

then descarta o quadro else encaminha o quadro na interface indicada else flood

Encaminha para todas as interfacesexceto para a que o quadro chegou

Filtragemencaminhamento

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5 - 62copy 2005 by Pearson Education

Suponha que C envia um quadro para D

Switch recebe o quadro de C Anota na tabela que C estaacute na interface 1 Como D natildeo estaacute na tabela o switch encaminha o quadro para as

interfaces 2 e 3 Quadro recebido por D

hub hub hub

switch

A

B CD

EF

G H

I

endereccedilo interface

ABEG

1123

12 3

Switch exemplo

5

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Suponha que D responde com um quadro para C

Switch recebe quadro de D Anota na tabela que D estaacute na interface 2 Como C estaacute na tabela o switch encaminha o quadro apenas para a

interface 1 Quadro recebido por C

hub hub hub

switch

A

B CD

EF

G H

I

endereccedilo interface

ABEGC

11231

Switch exemplo

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A instalaccedilatildeo do switch quebra as sub-redes em segmentos de LAN Switch filtra pacotes

Alguns quadros do mesmo segmento de LAN natildeo satildeo usualmente encaminhados para outros segmento de LAN

Segmentos se tornam separados em domiacutenios de colisatildeo

hub hub hub

switch

domiacutenio de colisatildeo domiacutenio de colisatildeo

domiacutenio de colisatildeo

Switch isolaccedilatildeo de traacutefego

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Switch com muitas interfaces Hospedeiros possuem conexatildeo direta ao switch Sem colisotildees full duplex

Switching A-para-Arsquo e B-para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees

Switches acesso dedicado

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Cut-through switching quadro encaminhado da porta de entrada ateacute a porta de saiacuteda sem ter de primeiro coletar o quadro todo Ligeira reduccedilatildeo na latecircncia

Combinaccedilotildees de interfaces 101001000 Mbps compartilhadasdedicadas

Mais sobre switches

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Redes corporativas

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Ambos satildeo dispositivos store-and-forward Roteadores dispositivos de camada de rede (examinam cabeccedilalhos

da camada de rede) Switches satildeo dispositivos da camada de enlace

Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam algoritmos de roteamento Switches mantecircm tabelas de switch implementam filtragem algoritmos de aprendizagem

Switches vs roteadores

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5 - 69copy 2005 by Pearson Education

hubs roteadores switches

isolaccedilatildeo detraacutefego

natildeo sim sim

plug amp play sim natildeo sim

roteamentooacutetimo

natildeo sim natildeo

cutthrough

sim natildeo sim

Resumo comparaccedilatildeo

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5 - 70copy 2005 by Pearson Education

A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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5 - 71copy 2005 by Pearson Education

Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace de broadcast Sem Media Access Control Natildeo necessita de endereccedilamento MAC expliacutecito Ex dialup link linha ISDN

Protocolos ponto-a-ponto DLC populares PPP (point-to-point protocol) HDLC High level data link control (camada de enlace costumava ser considerada ldquocamada altardquo na pilha de protocolos)

Controle de enlace de dados ponto-a-ponto

5

5 - 72copy 2005 by Pearson Education

Enquadramento de pacote encapsulamento do datagrama da camada de rede no quadro da camada de enlace Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolo de rede (natildeo apenas o IP) ao mesmo tempo Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo

Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo de bit no campo de dados

Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo) Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do enlace

para a camada de rede Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos terminais

do enlace podem aprender e configurar o endereccedilo de rede dos outros

PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]

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5 - 73copy 2005 by Pearson Education

Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros Natildeo haacute controle de fluxo Aceita entregas fora de ordem Natildeo haacute necessidade de suportar enlaces multiponto (ex polling)

Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeo dos dados satildeo todos relegados para as camadas mais altas

PPP natildeo requisitos

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5 - 74copy 2005 by Pearson Education

Flag delimitador (enquadramento) Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura) Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacuteltiplos campos de

controle Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o conteuacutedo do

quadro deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)

PPP formato do quadro

5

5 - 75copy 2005 by Pearson Education

info dados da camada superior sendo transportados CRC verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de erros

PPP formato dos dados

5

5 - 76copy 2005 by Pearson Education

Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de dados deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt01111110gt

P Se for recebido o padratildeo lt01111110gt satildeo dados ou eacute flag Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte extra com o padratildeo lt

01111101gt (escape) antes de cada byte com o padratildeo de flag lt 01111110gt nos dados

Receptor Um byte 01111101 seguido de 01111110 em seguida descarta o primeiro e continua a recepccedilatildeo de dados Uacutenico byte 01111110 entatildeo eacute um flag

Byte stuffing

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byte com o padratildeodo flag nos dados a enviar

byte com o padratildeo de escape acrescentado nos dados transmitidos seguido por um byte com padratildeo de flag

Byte stuffing

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Antes de trocar dados da camada de rede os parceiros da camada de enlace devem A configurar o enlace PPP (tamanho maacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo) Aprenderconfigurar as informaccedilotildees da camada de rede

Para o IP transportar mensagens do protocolo de controle IP (IPCP) (campo de protocolo 8021) para configuraraprender os

endereccedilos IP

PPP protocolo de controle de dados

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A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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Virtualizaccedilatildeo dos recursos uma poderosa abstraccedilatildeo em engenharia de sistemas Exemplos em computaccedilatildeo memoacuteria virtual dispositivos virtuais

Maacutequinas virtuais ex java IBM VM os dos anos 6070

Camada de abstraccedilotildees natildeo se apega a detalhes da camada mais baixa apenas trata com as camadas mais baixas abstratamente

Virtualizaccedilatildeo das redes

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5 - 81copy 2005 by Pearson Education

1974 muacuteltiplas redes desconectadas ARPAnet redes de dados-sobre-cabo rede de pacote por sateacutelite (Aloha) rede de pacotes por raacutedio

hellip diferentes em convenccedilotildees de endereccedilamento formatos do pacote recuperaccedilatildeo de erros roteamento

Internet virtualizaccedilatildeo das redes

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Camada de rede da Internet (IP) Endereccedilamento internetwork

aparece como uma entidade uacutenica e uniforme escondendo a heterogeneidade das redes locais

Rede de redes

Gateway ldquoembute pacotes da Internet no

formato de um pacote local ou os extrairdquo

Rota (no niacutevel de internetwork) para o proacuteximo gateway

Internet virtualizaccedilatildeo das redes

5

5 - 83copy 2005 by Pearson Education

O que eacute virtualizado Duas camadas de endereccedilamento Internet e rede local Nova camada (IP) torna tudo homogecircneo na camada da Internet Tecnologia da rede local em questatildeo

Cabo Sateacutelite Modem telefocircnico de 56 K Hoje ATM MPLS

hellip ldquoinvisiacutevelrdquo na camada da Internet Parece com uma tecnologia de camada de enlace para o IP

Arquitetura da Internet de Cerf amp Kahn

5

5 - 84copy 2005 by Pearson Education

ATM MPLS redes separadas em seus proacuteprios direitos Modelos de serviccedilo endereccedilamento roteamento diferentes da Internet

Vistos pela Internet como um enlace loacutegico conectando roteadores IP Assim como o dialup link eacute realmente parte de uma rede separada

(rede telefocircnica)

ATM MPLS de interesse teacutecnico em seu proacuteprio direito

ATM e MPLS

5

5 - 85copy 2005 by Pearson Education

Padratildeo dos anos 8090 para altas taxas de transmissatildeo (155 Mbps a 622 Mbps e mais altas) arquitetura de Broadband Integrated Service Digital Network (B-ISDN)

Objetivo transporte integrado de voz dados e imagens com foco nas redes puacuteblicas de comunicaccedilatildeo Deve atender aos requisitos de tempoQoS para aplicaccedilotildees de voz

e de viacutedeo (versus o serviccedilo de melhor esforccedilo da Internet) Telefonia de ldquoproacutexima geraccedilatildeordquo fundamentos teacutecnicos no mundo da telefonia Comutaccedilatildeo de pacotes (pacotes de tamanho fixo chamados ldquoceacutelulasrdquo) usando circuitos virtuais

Modo de transferecircncia assiacutencrono ATM

5

5 - 86copy 2005 by Pearson Education

Camada de adaptaccedilatildeo apenas na borda de uma rede ATM Segmentaccedilatildeo e remontagem dos dados Grosseiramente anaacuteloga agrave camada de transporte da Internet

Camada ATM camada de ldquorederdquo Comutaccedilatildeo de ceacutelulas roteamento

Camada fiacutesica

Sistema final Sistema finalSwitch ATM Switch ATM

Arquitetura ATM

5

5 - 87copy 2005 by Pearson Education

Visatildeo transporte fim-a-fim ldquoATM de computador a computadorrdquo ATM eacute uma tecnologia de redeRealidade usada para conectar roteadores IP de backbone ldquoIP sobre ATMrdquo ATM como uma camada de enlace comutada conectando roteadores IP

ATM camada de rede ou de enlace

5

5 - 88copy 2005 by Pearson Education

Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL) ldquoadaptardquo camadas superiores (aplicaccedilotildees IP ou nativas ATM) para a camada ATM abaixo

AAL presente apenas nos sistemas finais natildeo nos comutadores ATM (ldquoswitchesrdquo)

O segmento da camada AAL (campo de cabeccedilalhotrailer e de dados) satildeo fragmentados em muacuteltiplas ceacutelulas ATM Analogia segmento TCP em muitos pacotes IP

Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL)

Sistema final Sistema finalSwitch ATM Switch ATM

5

5 - 89copy 2005 by Pearson Education

Diferentes versotildees da camada AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM AAL1 para serviccedilo CBR (taxa de bit constante) ex emulaccedilatildeo de circuitos AAL2 para serviccedilos VBR (taxa de bit variaacutevel) ex viacutedeo MPEG AAL5 para dados (ex datagramas IP)

AAL PDU

ceacutelula ATM

Dados de usuaacuterio

subcamadade convergecircncia

subcamadaSAR

Ceacutelula ATM

Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL)

5

5 - 90copy 2005 by Pearson Education

Serviccedilo transporte de ceacutelulas atraveacutes da rede ATM Anaacuteloga agrave camada de rede IP Serviccedilos muito diferentes da camada de rede IP

Arquiteturade rede

Internet

ATM

ATM

ATM

ATM

Modelo de serviccedilo

melhoresforccediloCBR

VBR

ABR

UBR

Banda

natildeo

taxaconstantetaxagarantidamiacutenimogarantidonatildeo

Perda

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Ordem

natildeo

sim

sim

sim

sim

Tempo

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Aviso decongestatildeo

natildeo (inferidopelas perdas)natildeo haacutecongestatildeonatildeo haacutecongestatildeosim

natildeo

Garantias

Camada ATM

5

5 - 91copy 2005 by Pearson Education

Transporte em VC ceacutelulas satildeo transportadas sobre VC da fonte ao destino Estabelecimento de conexatildeo necessaacuterio para cada chamada antes que o fluxo de dados possa ser iniciado Cada pacote transporta um identificador de VC (natildeo transporta o endereccedilo do destino) Cada comutador com caminho entre a fonte e o destino manteacutem o ldquoestadordquo para cada conexatildeo passante Recursos do enlace e do comutador (banda passante buffers) podem ser alocados por VC para obter um comportamento semelhante a um circuito fiacutesico

VCs permanentes (PVCs) Conexotildees de longa duraccedilatildeo Tipicamente rota ldquopermanenterdquo entre roteadores IP

VCs comutados (SVC) Dinamicamente criados numa base por chamada

Camadas ATM circuitos virtuais

5

5 - 92copy 2005 by Pearson Education

Vantagens do uso de circuitos virtuais no ATM Iacutendices de QoS garantidos para conexotildees mapeadas em

circuitos virtuais (banda passante atraso variacircncia de atraso)

Problemas no uso de circuitos virtuais O suporte de traacutefego datagrama eacute ineficiente Um PVC entre cada par origemdestino natildeo tem boa

escalabilidade (N2 conexotildees satildeo necessaacuterias) SVC introduz latecircncia de estabelecimento de conexatildeo e

atrasos de processamento para conexotildees de curta duraccedilatildeo

ATM VCs

5

5 - 93copy 2005 by Pearson Education

Cabeccedilalho da ceacutelula ATM com 5 bytes Carga uacutetil com 48-bytes

Por quecirc carga uacutetil pequena -gt pequeno atraso de criaccedilatildeo de ceacutelula para voz digitalizada

Meio do caminho entre 32 e 64 (compromisso)

cabeccedilalhoda ceacutelula

formato daceacutelula

3o bit no campo PTvalor 1 indica uacuteltima ceacutelula (AAL-indicate bit)

Camada ATM ceacutelula ATM

5

5 - 94copy 2005 by Pearson Education

VCI identificador de canal virtual Pode mudar de enlace para enlace atraveacutes da rede

PT tipo de carga uacutetil (ex ceacutelula RM versus ceacutelula de dados) CLP bit de prioridade de perda de ceacutelula

CLP = 1 implica ceacutelula de baixa prioridade pode ser descartada em caso de congestatildeo

HEC verificaccedilatildeo de erros no cabeccedilalho Verificaccedilatildeo ciacuteclica de erros

Cabeccedilalho da ceacutelula ATM

5

5 - 95copy 2005 by Pearson Education

A camada fiacutesica se compotildee de duas partes (subcamadas ) Subcamada de convergecircncia de transmissatildeo (TCS) adapta a camada

ATM acima agrave subcamada fiacutesica abaixo (PMD) Subcamada dependente do meio depende do tipo de meio fiacutesico que

estaacute sendo empregado

Funccedilotildees da TCS Geraccedilatildeo do checksum do cabeccedilalho 8 bits CRC Delineamento de ceacutelula Com uma subcamada PMD natildeo estruturada transmite ceacutelulas vazias

(ldquoidle cellsrdquo) quando natildeo haacute ceacutelulas de dados a enviar

Camada fiacutesica ATM

5

5 - 96copy 2005 by Pearson Education

Subcamada dependente do meio fiacutesico (PMD) SONETSDH estrutura de transmissatildeo de quadros (como um

container carregando bits) Sincronizaccedilatildeo de bits Particcedilotildees da banda passante (TDM) Vaacuterias velocidades OC1 = 5184 Mbps OC3 = 15552 Mbps OC12 = 62208 Mbps

T1T3 estrutura de transmissatildeo de quadros (velha hierarquia de telefonia 15 Mbps45 Mbps No Brasil usa-se a hierarquia europeacuteia E1E3 2 34 Mbps

Natildeo estruturada apenas ceacutelulas (ocupadasvazias)

Camada fiacutesica ATM

5

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Apenas IP claacutessico 3 ldquoredesrdquo (ex segmentos de LAN) Endereccedilos MAC (8023) e IP

IP sobre ATM Substitui ldquorederdquo (ex segmento

de LAN) com a rede ATM Endereccedilos ATM endereccedilos IP

redeATM

EthernetLANs

EthernetLANs

IP-sobre-ATM

5

5 - 98copy 2005 by Pearson Education

No endereccedilo de origem Camada IP encontra um mapeamento entre o endereccedilo IP e o endereccedilo de destino ATM (usando ARP) Passa o datagrama para a camada de adaptaccedilatildeo AAL5 AAL5 encapsula os dados segmenta em ceacutelulas e passa para a camada ATM

Rede ATM move a ceacutelula para o destino de acordo com o seu VC (circuito virtual)

No hospedeiro de destino AAL5 remonta o datagrama original a partir das ceacutelulas recebidas Se o CRC OK datagrama eacute passado ao IP

Viagem de um datagrama numa rede IP-sobre-ATM

5

5 - 99copy 2005 by Pearson Education

Questotildees Datagramas IP em ATM AAL5 PDUs Dos endereccedilos IP aos endereccedilos ATM

Da mesma forma que de endereccedilos IP para endereccedilos MAC 8023

redeATM

EthernetLANs

IP-sobre-ATM

5

5 - 100copy 2005 by Pearson Education

Objetivo inicial aumentar a velocidade de encaminhamento IP usando labels de tamanho fixo (em vez de endereccedilo IP) Mesma ideacuteia do meacutetodo de circuito virtual (VC) Mas o datagrama IP ainda manteacutem o endereccedilo IP

Multiprotocol label switching (MPLS)

5

5 - 101copy 2005 by Pearson Education

Roteador faz a funccedilatildeo de comutador de roacutetulo Pacotes encaminhados para interface de saiacuteda com base apenas no valor

do roacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP) Tabela de encaminhamento MPLS distinta das tabelas de encaminhamento IP

Protocolo de sinalizaccedilatildeo necessaacuterio para estabelecer o encaminhamento RSVP-TE Encaminhamento eacute possiacutevel por caminhos que o IP sozinho natildeo pode usar (ex roteamento de especificado pela origem) Use MPLS para engenharia de traacutefego

Deve coexistir com roteadores unicamente IP

Roteadores MPLS

5

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Tabelas de encaminhamento MPLS

5

5 - 103copy 2005 by Pearson Education

Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace Detecccedilatildeo de erros correccedilatildeo Compartilhando um canal broadcast acesso muacuteltiplo Endereccedilamento da camada de enlace

Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de vaacuterias tecnologias da camada de enlace Ethernet LANS comutadas PPP Redes virtualizadas como uma camada de enlace ATM MPLS

Resumo

Page 62: Capítulo 5 Redes de computadores e a Internet A camada de enlace e redes locais

5

5 - 62copy 2005 by Pearson Education

Suponha que C envia um quadro para D

Switch recebe o quadro de C Anota na tabela que C estaacute na interface 1 Como D natildeo estaacute na tabela o switch encaminha o quadro para as

interfaces 2 e 3 Quadro recebido por D

hub hub hub

switch

A

B CD

EF

G H

I

endereccedilo interface

ABEG

1123

12 3

Switch exemplo

5

5 - 63copy 2005 by Pearson Education

Suponha que D responde com um quadro para C

Switch recebe quadro de D Anota na tabela que D estaacute na interface 2 Como C estaacute na tabela o switch encaminha o quadro apenas para a

interface 1 Quadro recebido por C

hub hub hub

switch

A

B CD

EF

G H

I

endereccedilo interface

ABEGC

11231

Switch exemplo

5

5 - 64copy 2005 by Pearson Education

A instalaccedilatildeo do switch quebra as sub-redes em segmentos de LAN Switch filtra pacotes

Alguns quadros do mesmo segmento de LAN natildeo satildeo usualmente encaminhados para outros segmento de LAN

Segmentos se tornam separados em domiacutenios de colisatildeo

hub hub hub

switch

domiacutenio de colisatildeo domiacutenio de colisatildeo

domiacutenio de colisatildeo

Switch isolaccedilatildeo de traacutefego

5

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Switch com muitas interfaces Hospedeiros possuem conexatildeo direta ao switch Sem colisotildees full duplex

Switching A-para-Arsquo e B-para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees

Switches acesso dedicado

5

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Cut-through switching quadro encaminhado da porta de entrada ateacute a porta de saiacuteda sem ter de primeiro coletar o quadro todo Ligeira reduccedilatildeo na latecircncia

Combinaccedilotildees de interfaces 101001000 Mbps compartilhadasdedicadas

Mais sobre switches

5

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Redes corporativas

5

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Ambos satildeo dispositivos store-and-forward Roteadores dispositivos de camada de rede (examinam cabeccedilalhos

da camada de rede) Switches satildeo dispositivos da camada de enlace

Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam algoritmos de roteamento Switches mantecircm tabelas de switch implementam filtragem algoritmos de aprendizagem

Switches vs roteadores

5

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hubs roteadores switches

isolaccedilatildeo detraacutefego

natildeo sim sim

plug amp play sim natildeo sim

roteamentooacutetimo

natildeo sim natildeo

cutthrough

sim natildeo sim

Resumo comparaccedilatildeo

5

5 - 70copy 2005 by Pearson Education

A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

5

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Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace de broadcast Sem Media Access Control Natildeo necessita de endereccedilamento MAC expliacutecito Ex dialup link linha ISDN

Protocolos ponto-a-ponto DLC populares PPP (point-to-point protocol) HDLC High level data link control (camada de enlace costumava ser considerada ldquocamada altardquo na pilha de protocolos)

Controle de enlace de dados ponto-a-ponto

5

5 - 72copy 2005 by Pearson Education

Enquadramento de pacote encapsulamento do datagrama da camada de rede no quadro da camada de enlace Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolo de rede (natildeo apenas o IP) ao mesmo tempo Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo

Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo de bit no campo de dados

Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo) Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do enlace

para a camada de rede Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos terminais

do enlace podem aprender e configurar o endereccedilo de rede dos outros

PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]

5

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Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros Natildeo haacute controle de fluxo Aceita entregas fora de ordem Natildeo haacute necessidade de suportar enlaces multiponto (ex polling)

Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeo dos dados satildeo todos relegados para as camadas mais altas

PPP natildeo requisitos

5

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Flag delimitador (enquadramento) Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura) Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacuteltiplos campos de

controle Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o conteuacutedo do

quadro deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)

PPP formato do quadro

5

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info dados da camada superior sendo transportados CRC verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de erros

PPP formato dos dados

5

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Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de dados deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt01111110gt

P Se for recebido o padratildeo lt01111110gt satildeo dados ou eacute flag Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte extra com o padratildeo lt

01111101gt (escape) antes de cada byte com o padratildeo de flag lt 01111110gt nos dados

Receptor Um byte 01111101 seguido de 01111110 em seguida descarta o primeiro e continua a recepccedilatildeo de dados Uacutenico byte 01111110 entatildeo eacute um flag

Byte stuffing

5

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byte com o padratildeodo flag nos dados a enviar

byte com o padratildeo de escape acrescentado nos dados transmitidos seguido por um byte com padratildeo de flag

Byte stuffing

5

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Antes de trocar dados da camada de rede os parceiros da camada de enlace devem A configurar o enlace PPP (tamanho maacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo) Aprenderconfigurar as informaccedilotildees da camada de rede

Para o IP transportar mensagens do protocolo de controle IP (IPCP) (campo de protocolo 8021) para configuraraprender os

endereccedilos IP

PPP protocolo de controle de dados

5

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A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

5

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Virtualizaccedilatildeo dos recursos uma poderosa abstraccedilatildeo em engenharia de sistemas Exemplos em computaccedilatildeo memoacuteria virtual dispositivos virtuais

Maacutequinas virtuais ex java IBM VM os dos anos 6070

Camada de abstraccedilotildees natildeo se apega a detalhes da camada mais baixa apenas trata com as camadas mais baixas abstratamente

Virtualizaccedilatildeo das redes

5

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1974 muacuteltiplas redes desconectadas ARPAnet redes de dados-sobre-cabo rede de pacote por sateacutelite (Aloha) rede de pacotes por raacutedio

hellip diferentes em convenccedilotildees de endereccedilamento formatos do pacote recuperaccedilatildeo de erros roteamento

Internet virtualizaccedilatildeo das redes

5

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Camada de rede da Internet (IP) Endereccedilamento internetwork

aparece como uma entidade uacutenica e uniforme escondendo a heterogeneidade das redes locais

Rede de redes

Gateway ldquoembute pacotes da Internet no

formato de um pacote local ou os extrairdquo

Rota (no niacutevel de internetwork) para o proacuteximo gateway

Internet virtualizaccedilatildeo das redes

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O que eacute virtualizado Duas camadas de endereccedilamento Internet e rede local Nova camada (IP) torna tudo homogecircneo na camada da Internet Tecnologia da rede local em questatildeo

Cabo Sateacutelite Modem telefocircnico de 56 K Hoje ATM MPLS

hellip ldquoinvisiacutevelrdquo na camada da Internet Parece com uma tecnologia de camada de enlace para o IP

Arquitetura da Internet de Cerf amp Kahn

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ATM MPLS redes separadas em seus proacuteprios direitos Modelos de serviccedilo endereccedilamento roteamento diferentes da Internet

Vistos pela Internet como um enlace loacutegico conectando roteadores IP Assim como o dialup link eacute realmente parte de uma rede separada

(rede telefocircnica)

ATM MPLS de interesse teacutecnico em seu proacuteprio direito

ATM e MPLS

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Padratildeo dos anos 8090 para altas taxas de transmissatildeo (155 Mbps a 622 Mbps e mais altas) arquitetura de Broadband Integrated Service Digital Network (B-ISDN)

Objetivo transporte integrado de voz dados e imagens com foco nas redes puacuteblicas de comunicaccedilatildeo Deve atender aos requisitos de tempoQoS para aplicaccedilotildees de voz

e de viacutedeo (versus o serviccedilo de melhor esforccedilo da Internet) Telefonia de ldquoproacutexima geraccedilatildeordquo fundamentos teacutecnicos no mundo da telefonia Comutaccedilatildeo de pacotes (pacotes de tamanho fixo chamados ldquoceacutelulasrdquo) usando circuitos virtuais

Modo de transferecircncia assiacutencrono ATM

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Camada de adaptaccedilatildeo apenas na borda de uma rede ATM Segmentaccedilatildeo e remontagem dos dados Grosseiramente anaacuteloga agrave camada de transporte da Internet

Camada ATM camada de ldquorederdquo Comutaccedilatildeo de ceacutelulas roteamento

Camada fiacutesica

Sistema final Sistema finalSwitch ATM Switch ATM

Arquitetura ATM

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Visatildeo transporte fim-a-fim ldquoATM de computador a computadorrdquo ATM eacute uma tecnologia de redeRealidade usada para conectar roteadores IP de backbone ldquoIP sobre ATMrdquo ATM como uma camada de enlace comutada conectando roteadores IP

ATM camada de rede ou de enlace

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Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL) ldquoadaptardquo camadas superiores (aplicaccedilotildees IP ou nativas ATM) para a camada ATM abaixo

AAL presente apenas nos sistemas finais natildeo nos comutadores ATM (ldquoswitchesrdquo)

O segmento da camada AAL (campo de cabeccedilalhotrailer e de dados) satildeo fragmentados em muacuteltiplas ceacutelulas ATM Analogia segmento TCP em muitos pacotes IP

Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL)

Sistema final Sistema finalSwitch ATM Switch ATM

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5 - 89copy 2005 by Pearson Education

Diferentes versotildees da camada AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM AAL1 para serviccedilo CBR (taxa de bit constante) ex emulaccedilatildeo de circuitos AAL2 para serviccedilos VBR (taxa de bit variaacutevel) ex viacutedeo MPEG AAL5 para dados (ex datagramas IP)

AAL PDU

ceacutelula ATM

Dados de usuaacuterio

subcamadade convergecircncia

subcamadaSAR

Ceacutelula ATM

Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL)

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Serviccedilo transporte de ceacutelulas atraveacutes da rede ATM Anaacuteloga agrave camada de rede IP Serviccedilos muito diferentes da camada de rede IP

Arquiteturade rede

Internet

ATM

ATM

ATM

ATM

Modelo de serviccedilo

melhoresforccediloCBR

VBR

ABR

UBR

Banda

natildeo

taxaconstantetaxagarantidamiacutenimogarantidonatildeo

Perda

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Ordem

natildeo

sim

sim

sim

sim

Tempo

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Aviso decongestatildeo

natildeo (inferidopelas perdas)natildeo haacutecongestatildeonatildeo haacutecongestatildeosim

natildeo

Garantias

Camada ATM

5

5 - 91copy 2005 by Pearson Education

Transporte em VC ceacutelulas satildeo transportadas sobre VC da fonte ao destino Estabelecimento de conexatildeo necessaacuterio para cada chamada antes que o fluxo de dados possa ser iniciado Cada pacote transporta um identificador de VC (natildeo transporta o endereccedilo do destino) Cada comutador com caminho entre a fonte e o destino manteacutem o ldquoestadordquo para cada conexatildeo passante Recursos do enlace e do comutador (banda passante buffers) podem ser alocados por VC para obter um comportamento semelhante a um circuito fiacutesico

VCs permanentes (PVCs) Conexotildees de longa duraccedilatildeo Tipicamente rota ldquopermanenterdquo entre roteadores IP

VCs comutados (SVC) Dinamicamente criados numa base por chamada

Camadas ATM circuitos virtuais

5

5 - 92copy 2005 by Pearson Education

Vantagens do uso de circuitos virtuais no ATM Iacutendices de QoS garantidos para conexotildees mapeadas em

circuitos virtuais (banda passante atraso variacircncia de atraso)

Problemas no uso de circuitos virtuais O suporte de traacutefego datagrama eacute ineficiente Um PVC entre cada par origemdestino natildeo tem boa

escalabilidade (N2 conexotildees satildeo necessaacuterias) SVC introduz latecircncia de estabelecimento de conexatildeo e

atrasos de processamento para conexotildees de curta duraccedilatildeo

ATM VCs

5

5 - 93copy 2005 by Pearson Education

Cabeccedilalho da ceacutelula ATM com 5 bytes Carga uacutetil com 48-bytes

Por quecirc carga uacutetil pequena -gt pequeno atraso de criaccedilatildeo de ceacutelula para voz digitalizada

Meio do caminho entre 32 e 64 (compromisso)

cabeccedilalhoda ceacutelula

formato daceacutelula

3o bit no campo PTvalor 1 indica uacuteltima ceacutelula (AAL-indicate bit)

Camada ATM ceacutelula ATM

5

5 - 94copy 2005 by Pearson Education

VCI identificador de canal virtual Pode mudar de enlace para enlace atraveacutes da rede

PT tipo de carga uacutetil (ex ceacutelula RM versus ceacutelula de dados) CLP bit de prioridade de perda de ceacutelula

CLP = 1 implica ceacutelula de baixa prioridade pode ser descartada em caso de congestatildeo

HEC verificaccedilatildeo de erros no cabeccedilalho Verificaccedilatildeo ciacuteclica de erros

Cabeccedilalho da ceacutelula ATM

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5 - 95copy 2005 by Pearson Education

A camada fiacutesica se compotildee de duas partes (subcamadas ) Subcamada de convergecircncia de transmissatildeo (TCS) adapta a camada

ATM acima agrave subcamada fiacutesica abaixo (PMD) Subcamada dependente do meio depende do tipo de meio fiacutesico que

estaacute sendo empregado

Funccedilotildees da TCS Geraccedilatildeo do checksum do cabeccedilalho 8 bits CRC Delineamento de ceacutelula Com uma subcamada PMD natildeo estruturada transmite ceacutelulas vazias

(ldquoidle cellsrdquo) quando natildeo haacute ceacutelulas de dados a enviar

Camada fiacutesica ATM

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Subcamada dependente do meio fiacutesico (PMD) SONETSDH estrutura de transmissatildeo de quadros (como um

container carregando bits) Sincronizaccedilatildeo de bits Particcedilotildees da banda passante (TDM) Vaacuterias velocidades OC1 = 5184 Mbps OC3 = 15552 Mbps OC12 = 62208 Mbps

T1T3 estrutura de transmissatildeo de quadros (velha hierarquia de telefonia 15 Mbps45 Mbps No Brasil usa-se a hierarquia europeacuteia E1E3 2 34 Mbps

Natildeo estruturada apenas ceacutelulas (ocupadasvazias)

Camada fiacutesica ATM

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Apenas IP claacutessico 3 ldquoredesrdquo (ex segmentos de LAN) Endereccedilos MAC (8023) e IP

IP sobre ATM Substitui ldquorederdquo (ex segmento

de LAN) com a rede ATM Endereccedilos ATM endereccedilos IP

redeATM

EthernetLANs

EthernetLANs

IP-sobre-ATM

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No endereccedilo de origem Camada IP encontra um mapeamento entre o endereccedilo IP e o endereccedilo de destino ATM (usando ARP) Passa o datagrama para a camada de adaptaccedilatildeo AAL5 AAL5 encapsula os dados segmenta em ceacutelulas e passa para a camada ATM

Rede ATM move a ceacutelula para o destino de acordo com o seu VC (circuito virtual)

No hospedeiro de destino AAL5 remonta o datagrama original a partir das ceacutelulas recebidas Se o CRC OK datagrama eacute passado ao IP

Viagem de um datagrama numa rede IP-sobre-ATM

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Questotildees Datagramas IP em ATM AAL5 PDUs Dos endereccedilos IP aos endereccedilos ATM

Da mesma forma que de endereccedilos IP para endereccedilos MAC 8023

redeATM

EthernetLANs

IP-sobre-ATM

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5 - 100copy 2005 by Pearson Education

Objetivo inicial aumentar a velocidade de encaminhamento IP usando labels de tamanho fixo (em vez de endereccedilo IP) Mesma ideacuteia do meacutetodo de circuito virtual (VC) Mas o datagrama IP ainda manteacutem o endereccedilo IP

Multiprotocol label switching (MPLS)

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5 - 101copy 2005 by Pearson Education

Roteador faz a funccedilatildeo de comutador de roacutetulo Pacotes encaminhados para interface de saiacuteda com base apenas no valor

do roacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP) Tabela de encaminhamento MPLS distinta das tabelas de encaminhamento IP

Protocolo de sinalizaccedilatildeo necessaacuterio para estabelecer o encaminhamento RSVP-TE Encaminhamento eacute possiacutevel por caminhos que o IP sozinho natildeo pode usar (ex roteamento de especificado pela origem) Use MPLS para engenharia de traacutefego

Deve coexistir com roteadores unicamente IP

Roteadores MPLS

5

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Tabelas de encaminhamento MPLS

5

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Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace Detecccedilatildeo de erros correccedilatildeo Compartilhando um canal broadcast acesso muacuteltiplo Endereccedilamento da camada de enlace

Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de vaacuterias tecnologias da camada de enlace Ethernet LANS comutadas PPP Redes virtualizadas como uma camada de enlace ATM MPLS

Resumo

Page 63: Capítulo 5 Redes de computadores e a Internet A camada de enlace e redes locais

5

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Suponha que D responde com um quadro para C

Switch recebe quadro de D Anota na tabela que D estaacute na interface 2 Como C estaacute na tabela o switch encaminha o quadro apenas para a

interface 1 Quadro recebido por C

hub hub hub

switch

A

B CD

EF

G H

I

endereccedilo interface

ABEGC

11231

Switch exemplo

5

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A instalaccedilatildeo do switch quebra as sub-redes em segmentos de LAN Switch filtra pacotes

Alguns quadros do mesmo segmento de LAN natildeo satildeo usualmente encaminhados para outros segmento de LAN

Segmentos se tornam separados em domiacutenios de colisatildeo

hub hub hub

switch

domiacutenio de colisatildeo domiacutenio de colisatildeo

domiacutenio de colisatildeo

Switch isolaccedilatildeo de traacutefego

5

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Switch com muitas interfaces Hospedeiros possuem conexatildeo direta ao switch Sem colisotildees full duplex

Switching A-para-Arsquo e B-para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees

Switches acesso dedicado

5

5 - 66copy 2005 by Pearson Education

Cut-through switching quadro encaminhado da porta de entrada ateacute a porta de saiacuteda sem ter de primeiro coletar o quadro todo Ligeira reduccedilatildeo na latecircncia

Combinaccedilotildees de interfaces 101001000 Mbps compartilhadasdedicadas

Mais sobre switches

5

5 - 67copy 2005 by Pearson Education

Redes corporativas

5

5 - 68copy 2005 by Pearson Education

Ambos satildeo dispositivos store-and-forward Roteadores dispositivos de camada de rede (examinam cabeccedilalhos

da camada de rede) Switches satildeo dispositivos da camada de enlace

Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam algoritmos de roteamento Switches mantecircm tabelas de switch implementam filtragem algoritmos de aprendizagem

Switches vs roteadores

5

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hubs roteadores switches

isolaccedilatildeo detraacutefego

natildeo sim sim

plug amp play sim natildeo sim

roteamentooacutetimo

natildeo sim natildeo

cutthrough

sim natildeo sim

Resumo comparaccedilatildeo

5

5 - 70copy 2005 by Pearson Education

A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

5

5 - 71copy 2005 by Pearson Education

Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace de broadcast Sem Media Access Control Natildeo necessita de endereccedilamento MAC expliacutecito Ex dialup link linha ISDN

Protocolos ponto-a-ponto DLC populares PPP (point-to-point protocol) HDLC High level data link control (camada de enlace costumava ser considerada ldquocamada altardquo na pilha de protocolos)

Controle de enlace de dados ponto-a-ponto

5

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Enquadramento de pacote encapsulamento do datagrama da camada de rede no quadro da camada de enlace Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolo de rede (natildeo apenas o IP) ao mesmo tempo Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo

Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo de bit no campo de dados

Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo) Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do enlace

para a camada de rede Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos terminais

do enlace podem aprender e configurar o endereccedilo de rede dos outros

PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]

5

5 - 73copy 2005 by Pearson Education

Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros Natildeo haacute controle de fluxo Aceita entregas fora de ordem Natildeo haacute necessidade de suportar enlaces multiponto (ex polling)

Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeo dos dados satildeo todos relegados para as camadas mais altas

PPP natildeo requisitos

5

5 - 74copy 2005 by Pearson Education

Flag delimitador (enquadramento) Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura) Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacuteltiplos campos de

controle Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o conteuacutedo do

quadro deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)

PPP formato do quadro

5

5 - 75copy 2005 by Pearson Education

info dados da camada superior sendo transportados CRC verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de erros

PPP formato dos dados

5

5 - 76copy 2005 by Pearson Education

Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de dados deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt01111110gt

P Se for recebido o padratildeo lt01111110gt satildeo dados ou eacute flag Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte extra com o padratildeo lt

01111101gt (escape) antes de cada byte com o padratildeo de flag lt 01111110gt nos dados

Receptor Um byte 01111101 seguido de 01111110 em seguida descarta o primeiro e continua a recepccedilatildeo de dados Uacutenico byte 01111110 entatildeo eacute um flag

Byte stuffing

5

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byte com o padratildeodo flag nos dados a enviar

byte com o padratildeo de escape acrescentado nos dados transmitidos seguido por um byte com padratildeo de flag

Byte stuffing

5

5 - 78copy 2005 by Pearson Education

Antes de trocar dados da camada de rede os parceiros da camada de enlace devem A configurar o enlace PPP (tamanho maacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo) Aprenderconfigurar as informaccedilotildees da camada de rede

Para o IP transportar mensagens do protocolo de controle IP (IPCP) (campo de protocolo 8021) para configuraraprender os

endereccedilos IP

PPP protocolo de controle de dados

5

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A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

5

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Virtualizaccedilatildeo dos recursos uma poderosa abstraccedilatildeo em engenharia de sistemas Exemplos em computaccedilatildeo memoacuteria virtual dispositivos virtuais

Maacutequinas virtuais ex java IBM VM os dos anos 6070

Camada de abstraccedilotildees natildeo se apega a detalhes da camada mais baixa apenas trata com as camadas mais baixas abstratamente

Virtualizaccedilatildeo das redes

5

5 - 81copy 2005 by Pearson Education

1974 muacuteltiplas redes desconectadas ARPAnet redes de dados-sobre-cabo rede de pacote por sateacutelite (Aloha) rede de pacotes por raacutedio

hellip diferentes em convenccedilotildees de endereccedilamento formatos do pacote recuperaccedilatildeo de erros roteamento

Internet virtualizaccedilatildeo das redes

5

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Camada de rede da Internet (IP) Endereccedilamento internetwork

aparece como uma entidade uacutenica e uniforme escondendo a heterogeneidade das redes locais

Rede de redes

Gateway ldquoembute pacotes da Internet no

formato de um pacote local ou os extrairdquo

Rota (no niacutevel de internetwork) para o proacuteximo gateway

Internet virtualizaccedilatildeo das redes

5

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O que eacute virtualizado Duas camadas de endereccedilamento Internet e rede local Nova camada (IP) torna tudo homogecircneo na camada da Internet Tecnologia da rede local em questatildeo

Cabo Sateacutelite Modem telefocircnico de 56 K Hoje ATM MPLS

hellip ldquoinvisiacutevelrdquo na camada da Internet Parece com uma tecnologia de camada de enlace para o IP

Arquitetura da Internet de Cerf amp Kahn

5

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ATM MPLS redes separadas em seus proacuteprios direitos Modelos de serviccedilo endereccedilamento roteamento diferentes da Internet

Vistos pela Internet como um enlace loacutegico conectando roteadores IP Assim como o dialup link eacute realmente parte de uma rede separada

(rede telefocircnica)

ATM MPLS de interesse teacutecnico em seu proacuteprio direito

ATM e MPLS

5

5 - 85copy 2005 by Pearson Education

Padratildeo dos anos 8090 para altas taxas de transmissatildeo (155 Mbps a 622 Mbps e mais altas) arquitetura de Broadband Integrated Service Digital Network (B-ISDN)

Objetivo transporte integrado de voz dados e imagens com foco nas redes puacuteblicas de comunicaccedilatildeo Deve atender aos requisitos de tempoQoS para aplicaccedilotildees de voz

e de viacutedeo (versus o serviccedilo de melhor esforccedilo da Internet) Telefonia de ldquoproacutexima geraccedilatildeordquo fundamentos teacutecnicos no mundo da telefonia Comutaccedilatildeo de pacotes (pacotes de tamanho fixo chamados ldquoceacutelulasrdquo) usando circuitos virtuais

Modo de transferecircncia assiacutencrono ATM

5

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Camada de adaptaccedilatildeo apenas na borda de uma rede ATM Segmentaccedilatildeo e remontagem dos dados Grosseiramente anaacuteloga agrave camada de transporte da Internet

Camada ATM camada de ldquorederdquo Comutaccedilatildeo de ceacutelulas roteamento

Camada fiacutesica

Sistema final Sistema finalSwitch ATM Switch ATM

Arquitetura ATM

5

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Visatildeo transporte fim-a-fim ldquoATM de computador a computadorrdquo ATM eacute uma tecnologia de redeRealidade usada para conectar roteadores IP de backbone ldquoIP sobre ATMrdquo ATM como uma camada de enlace comutada conectando roteadores IP

ATM camada de rede ou de enlace

5

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Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL) ldquoadaptardquo camadas superiores (aplicaccedilotildees IP ou nativas ATM) para a camada ATM abaixo

AAL presente apenas nos sistemas finais natildeo nos comutadores ATM (ldquoswitchesrdquo)

O segmento da camada AAL (campo de cabeccedilalhotrailer e de dados) satildeo fragmentados em muacuteltiplas ceacutelulas ATM Analogia segmento TCP em muitos pacotes IP

Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL)

Sistema final Sistema finalSwitch ATM Switch ATM

5

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Diferentes versotildees da camada AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM AAL1 para serviccedilo CBR (taxa de bit constante) ex emulaccedilatildeo de circuitos AAL2 para serviccedilos VBR (taxa de bit variaacutevel) ex viacutedeo MPEG AAL5 para dados (ex datagramas IP)

AAL PDU

ceacutelula ATM

Dados de usuaacuterio

subcamadade convergecircncia

subcamadaSAR

Ceacutelula ATM

Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL)

5

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Serviccedilo transporte de ceacutelulas atraveacutes da rede ATM Anaacuteloga agrave camada de rede IP Serviccedilos muito diferentes da camada de rede IP

Arquiteturade rede

Internet

ATM

ATM

ATM

ATM

Modelo de serviccedilo

melhoresforccediloCBR

VBR

ABR

UBR

Banda

natildeo

taxaconstantetaxagarantidamiacutenimogarantidonatildeo

Perda

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Ordem

natildeo

sim

sim

sim

sim

Tempo

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Aviso decongestatildeo

natildeo (inferidopelas perdas)natildeo haacutecongestatildeonatildeo haacutecongestatildeosim

natildeo

Garantias

Camada ATM

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Transporte em VC ceacutelulas satildeo transportadas sobre VC da fonte ao destino Estabelecimento de conexatildeo necessaacuterio para cada chamada antes que o fluxo de dados possa ser iniciado Cada pacote transporta um identificador de VC (natildeo transporta o endereccedilo do destino) Cada comutador com caminho entre a fonte e o destino manteacutem o ldquoestadordquo para cada conexatildeo passante Recursos do enlace e do comutador (banda passante buffers) podem ser alocados por VC para obter um comportamento semelhante a um circuito fiacutesico

VCs permanentes (PVCs) Conexotildees de longa duraccedilatildeo Tipicamente rota ldquopermanenterdquo entre roteadores IP

VCs comutados (SVC) Dinamicamente criados numa base por chamada

Camadas ATM circuitos virtuais

5

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Vantagens do uso de circuitos virtuais no ATM Iacutendices de QoS garantidos para conexotildees mapeadas em

circuitos virtuais (banda passante atraso variacircncia de atraso)

Problemas no uso de circuitos virtuais O suporte de traacutefego datagrama eacute ineficiente Um PVC entre cada par origemdestino natildeo tem boa

escalabilidade (N2 conexotildees satildeo necessaacuterias) SVC introduz latecircncia de estabelecimento de conexatildeo e

atrasos de processamento para conexotildees de curta duraccedilatildeo

ATM VCs

5

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Cabeccedilalho da ceacutelula ATM com 5 bytes Carga uacutetil com 48-bytes

Por quecirc carga uacutetil pequena -gt pequeno atraso de criaccedilatildeo de ceacutelula para voz digitalizada

Meio do caminho entre 32 e 64 (compromisso)

cabeccedilalhoda ceacutelula

formato daceacutelula

3o bit no campo PTvalor 1 indica uacuteltima ceacutelula (AAL-indicate bit)

Camada ATM ceacutelula ATM

5

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VCI identificador de canal virtual Pode mudar de enlace para enlace atraveacutes da rede

PT tipo de carga uacutetil (ex ceacutelula RM versus ceacutelula de dados) CLP bit de prioridade de perda de ceacutelula

CLP = 1 implica ceacutelula de baixa prioridade pode ser descartada em caso de congestatildeo

HEC verificaccedilatildeo de erros no cabeccedilalho Verificaccedilatildeo ciacuteclica de erros

Cabeccedilalho da ceacutelula ATM

5

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A camada fiacutesica se compotildee de duas partes (subcamadas ) Subcamada de convergecircncia de transmissatildeo (TCS) adapta a camada

ATM acima agrave subcamada fiacutesica abaixo (PMD) Subcamada dependente do meio depende do tipo de meio fiacutesico que

estaacute sendo empregado

Funccedilotildees da TCS Geraccedilatildeo do checksum do cabeccedilalho 8 bits CRC Delineamento de ceacutelula Com uma subcamada PMD natildeo estruturada transmite ceacutelulas vazias

(ldquoidle cellsrdquo) quando natildeo haacute ceacutelulas de dados a enviar

Camada fiacutesica ATM

5

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Subcamada dependente do meio fiacutesico (PMD) SONETSDH estrutura de transmissatildeo de quadros (como um

container carregando bits) Sincronizaccedilatildeo de bits Particcedilotildees da banda passante (TDM) Vaacuterias velocidades OC1 = 5184 Mbps OC3 = 15552 Mbps OC12 = 62208 Mbps

T1T3 estrutura de transmissatildeo de quadros (velha hierarquia de telefonia 15 Mbps45 Mbps No Brasil usa-se a hierarquia europeacuteia E1E3 2 34 Mbps

Natildeo estruturada apenas ceacutelulas (ocupadasvazias)

Camada fiacutesica ATM

5

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Apenas IP claacutessico 3 ldquoredesrdquo (ex segmentos de LAN) Endereccedilos MAC (8023) e IP

IP sobre ATM Substitui ldquorederdquo (ex segmento

de LAN) com a rede ATM Endereccedilos ATM endereccedilos IP

redeATM

EthernetLANs

EthernetLANs

IP-sobre-ATM

5

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No endereccedilo de origem Camada IP encontra um mapeamento entre o endereccedilo IP e o endereccedilo de destino ATM (usando ARP) Passa o datagrama para a camada de adaptaccedilatildeo AAL5 AAL5 encapsula os dados segmenta em ceacutelulas e passa para a camada ATM

Rede ATM move a ceacutelula para o destino de acordo com o seu VC (circuito virtual)

No hospedeiro de destino AAL5 remonta o datagrama original a partir das ceacutelulas recebidas Se o CRC OK datagrama eacute passado ao IP

Viagem de um datagrama numa rede IP-sobre-ATM

5

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Questotildees Datagramas IP em ATM AAL5 PDUs Dos endereccedilos IP aos endereccedilos ATM

Da mesma forma que de endereccedilos IP para endereccedilos MAC 8023

redeATM

EthernetLANs

IP-sobre-ATM

5

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Objetivo inicial aumentar a velocidade de encaminhamento IP usando labels de tamanho fixo (em vez de endereccedilo IP) Mesma ideacuteia do meacutetodo de circuito virtual (VC) Mas o datagrama IP ainda manteacutem o endereccedilo IP

Multiprotocol label switching (MPLS)

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Roteador faz a funccedilatildeo de comutador de roacutetulo Pacotes encaminhados para interface de saiacuteda com base apenas no valor

do roacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP) Tabela de encaminhamento MPLS distinta das tabelas de encaminhamento IP

Protocolo de sinalizaccedilatildeo necessaacuterio para estabelecer o encaminhamento RSVP-TE Encaminhamento eacute possiacutevel por caminhos que o IP sozinho natildeo pode usar (ex roteamento de especificado pela origem) Use MPLS para engenharia de traacutefego

Deve coexistir com roteadores unicamente IP

Roteadores MPLS

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Tabelas de encaminhamento MPLS

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Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace Detecccedilatildeo de erros correccedilatildeo Compartilhando um canal broadcast acesso muacuteltiplo Endereccedilamento da camada de enlace

Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de vaacuterias tecnologias da camada de enlace Ethernet LANS comutadas PPP Redes virtualizadas como uma camada de enlace ATM MPLS

Resumo

Page 64: Capítulo 5 Redes de computadores e a Internet A camada de enlace e redes locais

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A instalaccedilatildeo do switch quebra as sub-redes em segmentos de LAN Switch filtra pacotes

Alguns quadros do mesmo segmento de LAN natildeo satildeo usualmente encaminhados para outros segmento de LAN

Segmentos se tornam separados em domiacutenios de colisatildeo

hub hub hub

switch

domiacutenio de colisatildeo domiacutenio de colisatildeo

domiacutenio de colisatildeo

Switch isolaccedilatildeo de traacutefego

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Switch com muitas interfaces Hospedeiros possuem conexatildeo direta ao switch Sem colisotildees full duplex

Switching A-para-Arsquo e B-para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees

Switches acesso dedicado

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Cut-through switching quadro encaminhado da porta de entrada ateacute a porta de saiacuteda sem ter de primeiro coletar o quadro todo Ligeira reduccedilatildeo na latecircncia

Combinaccedilotildees de interfaces 101001000 Mbps compartilhadasdedicadas

Mais sobre switches

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Redes corporativas

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Ambos satildeo dispositivos store-and-forward Roteadores dispositivos de camada de rede (examinam cabeccedilalhos

da camada de rede) Switches satildeo dispositivos da camada de enlace

Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam algoritmos de roteamento Switches mantecircm tabelas de switch implementam filtragem algoritmos de aprendizagem

Switches vs roteadores

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hubs roteadores switches

isolaccedilatildeo detraacutefego

natildeo sim sim

plug amp play sim natildeo sim

roteamentooacutetimo

natildeo sim natildeo

cutthrough

sim natildeo sim

Resumo comparaccedilatildeo

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A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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5 - 71copy 2005 by Pearson Education

Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace de broadcast Sem Media Access Control Natildeo necessita de endereccedilamento MAC expliacutecito Ex dialup link linha ISDN

Protocolos ponto-a-ponto DLC populares PPP (point-to-point protocol) HDLC High level data link control (camada de enlace costumava ser considerada ldquocamada altardquo na pilha de protocolos)

Controle de enlace de dados ponto-a-ponto

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Enquadramento de pacote encapsulamento do datagrama da camada de rede no quadro da camada de enlace Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolo de rede (natildeo apenas o IP) ao mesmo tempo Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo

Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo de bit no campo de dados

Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo) Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do enlace

para a camada de rede Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos terminais

do enlace podem aprender e configurar o endereccedilo de rede dos outros

PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]

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Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros Natildeo haacute controle de fluxo Aceita entregas fora de ordem Natildeo haacute necessidade de suportar enlaces multiponto (ex polling)

Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeo dos dados satildeo todos relegados para as camadas mais altas

PPP natildeo requisitos

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5 - 74copy 2005 by Pearson Education

Flag delimitador (enquadramento) Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura) Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacuteltiplos campos de

controle Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o conteuacutedo do

quadro deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)

PPP formato do quadro

5

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info dados da camada superior sendo transportados CRC verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de erros

PPP formato dos dados

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Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de dados deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt01111110gt

P Se for recebido o padratildeo lt01111110gt satildeo dados ou eacute flag Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte extra com o padratildeo lt

01111101gt (escape) antes de cada byte com o padratildeo de flag lt 01111110gt nos dados

Receptor Um byte 01111101 seguido de 01111110 em seguida descarta o primeiro e continua a recepccedilatildeo de dados Uacutenico byte 01111110 entatildeo eacute um flag

Byte stuffing

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byte com o padratildeodo flag nos dados a enviar

byte com o padratildeo de escape acrescentado nos dados transmitidos seguido por um byte com padratildeo de flag

Byte stuffing

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Antes de trocar dados da camada de rede os parceiros da camada de enlace devem A configurar o enlace PPP (tamanho maacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo) Aprenderconfigurar as informaccedilotildees da camada de rede

Para o IP transportar mensagens do protocolo de controle IP (IPCP) (campo de protocolo 8021) para configuraraprender os

endereccedilos IP

PPP protocolo de controle de dados

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A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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Virtualizaccedilatildeo dos recursos uma poderosa abstraccedilatildeo em engenharia de sistemas Exemplos em computaccedilatildeo memoacuteria virtual dispositivos virtuais

Maacutequinas virtuais ex java IBM VM os dos anos 6070

Camada de abstraccedilotildees natildeo se apega a detalhes da camada mais baixa apenas trata com as camadas mais baixas abstratamente

Virtualizaccedilatildeo das redes

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1974 muacuteltiplas redes desconectadas ARPAnet redes de dados-sobre-cabo rede de pacote por sateacutelite (Aloha) rede de pacotes por raacutedio

hellip diferentes em convenccedilotildees de endereccedilamento formatos do pacote recuperaccedilatildeo de erros roteamento

Internet virtualizaccedilatildeo das redes

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Camada de rede da Internet (IP) Endereccedilamento internetwork

aparece como uma entidade uacutenica e uniforme escondendo a heterogeneidade das redes locais

Rede de redes

Gateway ldquoembute pacotes da Internet no

formato de um pacote local ou os extrairdquo

Rota (no niacutevel de internetwork) para o proacuteximo gateway

Internet virtualizaccedilatildeo das redes

5

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O que eacute virtualizado Duas camadas de endereccedilamento Internet e rede local Nova camada (IP) torna tudo homogecircneo na camada da Internet Tecnologia da rede local em questatildeo

Cabo Sateacutelite Modem telefocircnico de 56 K Hoje ATM MPLS

hellip ldquoinvisiacutevelrdquo na camada da Internet Parece com uma tecnologia de camada de enlace para o IP

Arquitetura da Internet de Cerf amp Kahn

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ATM MPLS redes separadas em seus proacuteprios direitos Modelos de serviccedilo endereccedilamento roteamento diferentes da Internet

Vistos pela Internet como um enlace loacutegico conectando roteadores IP Assim como o dialup link eacute realmente parte de uma rede separada

(rede telefocircnica)

ATM MPLS de interesse teacutecnico em seu proacuteprio direito

ATM e MPLS

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Padratildeo dos anos 8090 para altas taxas de transmissatildeo (155 Mbps a 622 Mbps e mais altas) arquitetura de Broadband Integrated Service Digital Network (B-ISDN)

Objetivo transporte integrado de voz dados e imagens com foco nas redes puacuteblicas de comunicaccedilatildeo Deve atender aos requisitos de tempoQoS para aplicaccedilotildees de voz

e de viacutedeo (versus o serviccedilo de melhor esforccedilo da Internet) Telefonia de ldquoproacutexima geraccedilatildeordquo fundamentos teacutecnicos no mundo da telefonia Comutaccedilatildeo de pacotes (pacotes de tamanho fixo chamados ldquoceacutelulasrdquo) usando circuitos virtuais

Modo de transferecircncia assiacutencrono ATM

5

5 - 86copy 2005 by Pearson Education

Camada de adaptaccedilatildeo apenas na borda de uma rede ATM Segmentaccedilatildeo e remontagem dos dados Grosseiramente anaacuteloga agrave camada de transporte da Internet

Camada ATM camada de ldquorederdquo Comutaccedilatildeo de ceacutelulas roteamento

Camada fiacutesica

Sistema final Sistema finalSwitch ATM Switch ATM

Arquitetura ATM

5

5 - 87copy 2005 by Pearson Education

Visatildeo transporte fim-a-fim ldquoATM de computador a computadorrdquo ATM eacute uma tecnologia de redeRealidade usada para conectar roteadores IP de backbone ldquoIP sobre ATMrdquo ATM como uma camada de enlace comutada conectando roteadores IP

ATM camada de rede ou de enlace

5

5 - 88copy 2005 by Pearson Education

Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL) ldquoadaptardquo camadas superiores (aplicaccedilotildees IP ou nativas ATM) para a camada ATM abaixo

AAL presente apenas nos sistemas finais natildeo nos comutadores ATM (ldquoswitchesrdquo)

O segmento da camada AAL (campo de cabeccedilalhotrailer e de dados) satildeo fragmentados em muacuteltiplas ceacutelulas ATM Analogia segmento TCP em muitos pacotes IP

Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL)

Sistema final Sistema finalSwitch ATM Switch ATM

5

5 - 89copy 2005 by Pearson Education

Diferentes versotildees da camada AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM AAL1 para serviccedilo CBR (taxa de bit constante) ex emulaccedilatildeo de circuitos AAL2 para serviccedilos VBR (taxa de bit variaacutevel) ex viacutedeo MPEG AAL5 para dados (ex datagramas IP)

AAL PDU

ceacutelula ATM

Dados de usuaacuterio

subcamadade convergecircncia

subcamadaSAR

Ceacutelula ATM

Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL)

5

5 - 90copy 2005 by Pearson Education

Serviccedilo transporte de ceacutelulas atraveacutes da rede ATM Anaacuteloga agrave camada de rede IP Serviccedilos muito diferentes da camada de rede IP

Arquiteturade rede

Internet

ATM

ATM

ATM

ATM

Modelo de serviccedilo

melhoresforccediloCBR

VBR

ABR

UBR

Banda

natildeo

taxaconstantetaxagarantidamiacutenimogarantidonatildeo

Perda

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Ordem

natildeo

sim

sim

sim

sim

Tempo

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Aviso decongestatildeo

natildeo (inferidopelas perdas)natildeo haacutecongestatildeonatildeo haacutecongestatildeosim

natildeo

Garantias

Camada ATM

5

5 - 91copy 2005 by Pearson Education

Transporte em VC ceacutelulas satildeo transportadas sobre VC da fonte ao destino Estabelecimento de conexatildeo necessaacuterio para cada chamada antes que o fluxo de dados possa ser iniciado Cada pacote transporta um identificador de VC (natildeo transporta o endereccedilo do destino) Cada comutador com caminho entre a fonte e o destino manteacutem o ldquoestadordquo para cada conexatildeo passante Recursos do enlace e do comutador (banda passante buffers) podem ser alocados por VC para obter um comportamento semelhante a um circuito fiacutesico

VCs permanentes (PVCs) Conexotildees de longa duraccedilatildeo Tipicamente rota ldquopermanenterdquo entre roteadores IP

VCs comutados (SVC) Dinamicamente criados numa base por chamada

Camadas ATM circuitos virtuais

5

5 - 92copy 2005 by Pearson Education

Vantagens do uso de circuitos virtuais no ATM Iacutendices de QoS garantidos para conexotildees mapeadas em

circuitos virtuais (banda passante atraso variacircncia de atraso)

Problemas no uso de circuitos virtuais O suporte de traacutefego datagrama eacute ineficiente Um PVC entre cada par origemdestino natildeo tem boa

escalabilidade (N2 conexotildees satildeo necessaacuterias) SVC introduz latecircncia de estabelecimento de conexatildeo e

atrasos de processamento para conexotildees de curta duraccedilatildeo

ATM VCs

5

5 - 93copy 2005 by Pearson Education

Cabeccedilalho da ceacutelula ATM com 5 bytes Carga uacutetil com 48-bytes

Por quecirc carga uacutetil pequena -gt pequeno atraso de criaccedilatildeo de ceacutelula para voz digitalizada

Meio do caminho entre 32 e 64 (compromisso)

cabeccedilalhoda ceacutelula

formato daceacutelula

3o bit no campo PTvalor 1 indica uacuteltima ceacutelula (AAL-indicate bit)

Camada ATM ceacutelula ATM

5

5 - 94copy 2005 by Pearson Education

VCI identificador de canal virtual Pode mudar de enlace para enlace atraveacutes da rede

PT tipo de carga uacutetil (ex ceacutelula RM versus ceacutelula de dados) CLP bit de prioridade de perda de ceacutelula

CLP = 1 implica ceacutelula de baixa prioridade pode ser descartada em caso de congestatildeo

HEC verificaccedilatildeo de erros no cabeccedilalho Verificaccedilatildeo ciacuteclica de erros

Cabeccedilalho da ceacutelula ATM

5

5 - 95copy 2005 by Pearson Education

A camada fiacutesica se compotildee de duas partes (subcamadas ) Subcamada de convergecircncia de transmissatildeo (TCS) adapta a camada

ATM acima agrave subcamada fiacutesica abaixo (PMD) Subcamada dependente do meio depende do tipo de meio fiacutesico que

estaacute sendo empregado

Funccedilotildees da TCS Geraccedilatildeo do checksum do cabeccedilalho 8 bits CRC Delineamento de ceacutelula Com uma subcamada PMD natildeo estruturada transmite ceacutelulas vazias

(ldquoidle cellsrdquo) quando natildeo haacute ceacutelulas de dados a enviar

Camada fiacutesica ATM

5

5 - 96copy 2005 by Pearson Education

Subcamada dependente do meio fiacutesico (PMD) SONETSDH estrutura de transmissatildeo de quadros (como um

container carregando bits) Sincronizaccedilatildeo de bits Particcedilotildees da banda passante (TDM) Vaacuterias velocidades OC1 = 5184 Mbps OC3 = 15552 Mbps OC12 = 62208 Mbps

T1T3 estrutura de transmissatildeo de quadros (velha hierarquia de telefonia 15 Mbps45 Mbps No Brasil usa-se a hierarquia europeacuteia E1E3 2 34 Mbps

Natildeo estruturada apenas ceacutelulas (ocupadasvazias)

Camada fiacutesica ATM

5

5 - 97copy 2005 by Pearson Education

Apenas IP claacutessico 3 ldquoredesrdquo (ex segmentos de LAN) Endereccedilos MAC (8023) e IP

IP sobre ATM Substitui ldquorederdquo (ex segmento

de LAN) com a rede ATM Endereccedilos ATM endereccedilos IP

redeATM

EthernetLANs

EthernetLANs

IP-sobre-ATM

5

5 - 98copy 2005 by Pearson Education

No endereccedilo de origem Camada IP encontra um mapeamento entre o endereccedilo IP e o endereccedilo de destino ATM (usando ARP) Passa o datagrama para a camada de adaptaccedilatildeo AAL5 AAL5 encapsula os dados segmenta em ceacutelulas e passa para a camada ATM

Rede ATM move a ceacutelula para o destino de acordo com o seu VC (circuito virtual)

No hospedeiro de destino AAL5 remonta o datagrama original a partir das ceacutelulas recebidas Se o CRC OK datagrama eacute passado ao IP

Viagem de um datagrama numa rede IP-sobre-ATM

5

5 - 99copy 2005 by Pearson Education

Questotildees Datagramas IP em ATM AAL5 PDUs Dos endereccedilos IP aos endereccedilos ATM

Da mesma forma que de endereccedilos IP para endereccedilos MAC 8023

redeATM

EthernetLANs

IP-sobre-ATM

5

5 - 100copy 2005 by Pearson Education

Objetivo inicial aumentar a velocidade de encaminhamento IP usando labels de tamanho fixo (em vez de endereccedilo IP) Mesma ideacuteia do meacutetodo de circuito virtual (VC) Mas o datagrama IP ainda manteacutem o endereccedilo IP

Multiprotocol label switching (MPLS)

5

5 - 101copy 2005 by Pearson Education

Roteador faz a funccedilatildeo de comutador de roacutetulo Pacotes encaminhados para interface de saiacuteda com base apenas no valor

do roacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP) Tabela de encaminhamento MPLS distinta das tabelas de encaminhamento IP

Protocolo de sinalizaccedilatildeo necessaacuterio para estabelecer o encaminhamento RSVP-TE Encaminhamento eacute possiacutevel por caminhos que o IP sozinho natildeo pode usar (ex roteamento de especificado pela origem) Use MPLS para engenharia de traacutefego

Deve coexistir com roteadores unicamente IP

Roteadores MPLS

5

5 - 102copy 2005 by Pearson Education

Tabelas de encaminhamento MPLS

5

5 - 103copy 2005 by Pearson Education

Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace Detecccedilatildeo de erros correccedilatildeo Compartilhando um canal broadcast acesso muacuteltiplo Endereccedilamento da camada de enlace

Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de vaacuterias tecnologias da camada de enlace Ethernet LANS comutadas PPP Redes virtualizadas como uma camada de enlace ATM MPLS

Resumo

Page 65: Capítulo 5 Redes de computadores e a Internet A camada de enlace e redes locais

5

5 - 65copy 2005 by Pearson Education

Switch com muitas interfaces Hospedeiros possuem conexatildeo direta ao switch Sem colisotildees full duplex

Switching A-para-Arsquo e B-para-Brsquo simultaneamente sem colisotildees

Switches acesso dedicado

5

5 - 66copy 2005 by Pearson Education

Cut-through switching quadro encaminhado da porta de entrada ateacute a porta de saiacuteda sem ter de primeiro coletar o quadro todo Ligeira reduccedilatildeo na latecircncia

Combinaccedilotildees de interfaces 101001000 Mbps compartilhadasdedicadas

Mais sobre switches

5

5 - 67copy 2005 by Pearson Education

Redes corporativas

5

5 - 68copy 2005 by Pearson Education

Ambos satildeo dispositivos store-and-forward Roteadores dispositivos de camada de rede (examinam cabeccedilalhos

da camada de rede) Switches satildeo dispositivos da camada de enlace

Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam algoritmos de roteamento Switches mantecircm tabelas de switch implementam filtragem algoritmos de aprendizagem

Switches vs roteadores

5

5 - 69copy 2005 by Pearson Education

hubs roteadores switches

isolaccedilatildeo detraacutefego

natildeo sim sim

plug amp play sim natildeo sim

roteamentooacutetimo

natildeo sim natildeo

cutthrough

sim natildeo sim

Resumo comparaccedilatildeo

5

5 - 70copy 2005 by Pearson Education

A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

5

5 - 71copy 2005 by Pearson Education

Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace de broadcast Sem Media Access Control Natildeo necessita de endereccedilamento MAC expliacutecito Ex dialup link linha ISDN

Protocolos ponto-a-ponto DLC populares PPP (point-to-point protocol) HDLC High level data link control (camada de enlace costumava ser considerada ldquocamada altardquo na pilha de protocolos)

Controle de enlace de dados ponto-a-ponto

5

5 - 72copy 2005 by Pearson Education

Enquadramento de pacote encapsulamento do datagrama da camada de rede no quadro da camada de enlace Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolo de rede (natildeo apenas o IP) ao mesmo tempo Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo

Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo de bit no campo de dados

Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo) Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do enlace

para a camada de rede Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos terminais

do enlace podem aprender e configurar o endereccedilo de rede dos outros

PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]

5

5 - 73copy 2005 by Pearson Education

Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros Natildeo haacute controle de fluxo Aceita entregas fora de ordem Natildeo haacute necessidade de suportar enlaces multiponto (ex polling)

Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeo dos dados satildeo todos relegados para as camadas mais altas

PPP natildeo requisitos

5

5 - 74copy 2005 by Pearson Education

Flag delimitador (enquadramento) Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura) Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacuteltiplos campos de

controle Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o conteuacutedo do

quadro deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)

PPP formato do quadro

5

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info dados da camada superior sendo transportados CRC verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de erros

PPP formato dos dados

5

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Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de dados deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt01111110gt

P Se for recebido o padratildeo lt01111110gt satildeo dados ou eacute flag Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte extra com o padratildeo lt

01111101gt (escape) antes de cada byte com o padratildeo de flag lt 01111110gt nos dados

Receptor Um byte 01111101 seguido de 01111110 em seguida descarta o primeiro e continua a recepccedilatildeo de dados Uacutenico byte 01111110 entatildeo eacute um flag

Byte stuffing

5

5 - 77copy 2005 by Pearson Education

byte com o padratildeodo flag nos dados a enviar

byte com o padratildeo de escape acrescentado nos dados transmitidos seguido por um byte com padratildeo de flag

Byte stuffing

5

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Antes de trocar dados da camada de rede os parceiros da camada de enlace devem A configurar o enlace PPP (tamanho maacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo) Aprenderconfigurar as informaccedilotildees da camada de rede

Para o IP transportar mensagens do protocolo de controle IP (IPCP) (campo de protocolo 8021) para configuraraprender os

endereccedilos IP

PPP protocolo de controle de dados

5

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A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

5

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Virtualizaccedilatildeo dos recursos uma poderosa abstraccedilatildeo em engenharia de sistemas Exemplos em computaccedilatildeo memoacuteria virtual dispositivos virtuais

Maacutequinas virtuais ex java IBM VM os dos anos 6070

Camada de abstraccedilotildees natildeo se apega a detalhes da camada mais baixa apenas trata com as camadas mais baixas abstratamente

Virtualizaccedilatildeo das redes

5

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1974 muacuteltiplas redes desconectadas ARPAnet redes de dados-sobre-cabo rede de pacote por sateacutelite (Aloha) rede de pacotes por raacutedio

hellip diferentes em convenccedilotildees de endereccedilamento formatos do pacote recuperaccedilatildeo de erros roteamento

Internet virtualizaccedilatildeo das redes

5

5 - 82copy 2005 by Pearson Education

Camada de rede da Internet (IP) Endereccedilamento internetwork

aparece como uma entidade uacutenica e uniforme escondendo a heterogeneidade das redes locais

Rede de redes

Gateway ldquoembute pacotes da Internet no

formato de um pacote local ou os extrairdquo

Rota (no niacutevel de internetwork) para o proacuteximo gateway

Internet virtualizaccedilatildeo das redes

5

5 - 83copy 2005 by Pearson Education

O que eacute virtualizado Duas camadas de endereccedilamento Internet e rede local Nova camada (IP) torna tudo homogecircneo na camada da Internet Tecnologia da rede local em questatildeo

Cabo Sateacutelite Modem telefocircnico de 56 K Hoje ATM MPLS

hellip ldquoinvisiacutevelrdquo na camada da Internet Parece com uma tecnologia de camada de enlace para o IP

Arquitetura da Internet de Cerf amp Kahn

5

5 - 84copy 2005 by Pearson Education

ATM MPLS redes separadas em seus proacuteprios direitos Modelos de serviccedilo endereccedilamento roteamento diferentes da Internet

Vistos pela Internet como um enlace loacutegico conectando roteadores IP Assim como o dialup link eacute realmente parte de uma rede separada

(rede telefocircnica)

ATM MPLS de interesse teacutecnico em seu proacuteprio direito

ATM e MPLS

5

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Padratildeo dos anos 8090 para altas taxas de transmissatildeo (155 Mbps a 622 Mbps e mais altas) arquitetura de Broadband Integrated Service Digital Network (B-ISDN)

Objetivo transporte integrado de voz dados e imagens com foco nas redes puacuteblicas de comunicaccedilatildeo Deve atender aos requisitos de tempoQoS para aplicaccedilotildees de voz

e de viacutedeo (versus o serviccedilo de melhor esforccedilo da Internet) Telefonia de ldquoproacutexima geraccedilatildeordquo fundamentos teacutecnicos no mundo da telefonia Comutaccedilatildeo de pacotes (pacotes de tamanho fixo chamados ldquoceacutelulasrdquo) usando circuitos virtuais

Modo de transferecircncia assiacutencrono ATM

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5 - 86copy 2005 by Pearson Education

Camada de adaptaccedilatildeo apenas na borda de uma rede ATM Segmentaccedilatildeo e remontagem dos dados Grosseiramente anaacuteloga agrave camada de transporte da Internet

Camada ATM camada de ldquorederdquo Comutaccedilatildeo de ceacutelulas roteamento

Camada fiacutesica

Sistema final Sistema finalSwitch ATM Switch ATM

Arquitetura ATM

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Visatildeo transporte fim-a-fim ldquoATM de computador a computadorrdquo ATM eacute uma tecnologia de redeRealidade usada para conectar roteadores IP de backbone ldquoIP sobre ATMrdquo ATM como uma camada de enlace comutada conectando roteadores IP

ATM camada de rede ou de enlace

5

5 - 88copy 2005 by Pearson Education

Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL) ldquoadaptardquo camadas superiores (aplicaccedilotildees IP ou nativas ATM) para a camada ATM abaixo

AAL presente apenas nos sistemas finais natildeo nos comutadores ATM (ldquoswitchesrdquo)

O segmento da camada AAL (campo de cabeccedilalhotrailer e de dados) satildeo fragmentados em muacuteltiplas ceacutelulas ATM Analogia segmento TCP em muitos pacotes IP

Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL)

Sistema final Sistema finalSwitch ATM Switch ATM

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Diferentes versotildees da camada AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM AAL1 para serviccedilo CBR (taxa de bit constante) ex emulaccedilatildeo de circuitos AAL2 para serviccedilos VBR (taxa de bit variaacutevel) ex viacutedeo MPEG AAL5 para dados (ex datagramas IP)

AAL PDU

ceacutelula ATM

Dados de usuaacuterio

subcamadade convergecircncia

subcamadaSAR

Ceacutelula ATM

Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL)

5

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Serviccedilo transporte de ceacutelulas atraveacutes da rede ATM Anaacuteloga agrave camada de rede IP Serviccedilos muito diferentes da camada de rede IP

Arquiteturade rede

Internet

ATM

ATM

ATM

ATM

Modelo de serviccedilo

melhoresforccediloCBR

VBR

ABR

UBR

Banda

natildeo

taxaconstantetaxagarantidamiacutenimogarantidonatildeo

Perda

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Ordem

natildeo

sim

sim

sim

sim

Tempo

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Aviso decongestatildeo

natildeo (inferidopelas perdas)natildeo haacutecongestatildeonatildeo haacutecongestatildeosim

natildeo

Garantias

Camada ATM

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5 - 91copy 2005 by Pearson Education

Transporte em VC ceacutelulas satildeo transportadas sobre VC da fonte ao destino Estabelecimento de conexatildeo necessaacuterio para cada chamada antes que o fluxo de dados possa ser iniciado Cada pacote transporta um identificador de VC (natildeo transporta o endereccedilo do destino) Cada comutador com caminho entre a fonte e o destino manteacutem o ldquoestadordquo para cada conexatildeo passante Recursos do enlace e do comutador (banda passante buffers) podem ser alocados por VC para obter um comportamento semelhante a um circuito fiacutesico

VCs permanentes (PVCs) Conexotildees de longa duraccedilatildeo Tipicamente rota ldquopermanenterdquo entre roteadores IP

VCs comutados (SVC) Dinamicamente criados numa base por chamada

Camadas ATM circuitos virtuais

5

5 - 92copy 2005 by Pearson Education

Vantagens do uso de circuitos virtuais no ATM Iacutendices de QoS garantidos para conexotildees mapeadas em

circuitos virtuais (banda passante atraso variacircncia de atraso)

Problemas no uso de circuitos virtuais O suporte de traacutefego datagrama eacute ineficiente Um PVC entre cada par origemdestino natildeo tem boa

escalabilidade (N2 conexotildees satildeo necessaacuterias) SVC introduz latecircncia de estabelecimento de conexatildeo e

atrasos de processamento para conexotildees de curta duraccedilatildeo

ATM VCs

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Cabeccedilalho da ceacutelula ATM com 5 bytes Carga uacutetil com 48-bytes

Por quecirc carga uacutetil pequena -gt pequeno atraso de criaccedilatildeo de ceacutelula para voz digitalizada

Meio do caminho entre 32 e 64 (compromisso)

cabeccedilalhoda ceacutelula

formato daceacutelula

3o bit no campo PTvalor 1 indica uacuteltima ceacutelula (AAL-indicate bit)

Camada ATM ceacutelula ATM

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5 - 94copy 2005 by Pearson Education

VCI identificador de canal virtual Pode mudar de enlace para enlace atraveacutes da rede

PT tipo de carga uacutetil (ex ceacutelula RM versus ceacutelula de dados) CLP bit de prioridade de perda de ceacutelula

CLP = 1 implica ceacutelula de baixa prioridade pode ser descartada em caso de congestatildeo

HEC verificaccedilatildeo de erros no cabeccedilalho Verificaccedilatildeo ciacuteclica de erros

Cabeccedilalho da ceacutelula ATM

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5 - 95copy 2005 by Pearson Education

A camada fiacutesica se compotildee de duas partes (subcamadas ) Subcamada de convergecircncia de transmissatildeo (TCS) adapta a camada

ATM acima agrave subcamada fiacutesica abaixo (PMD) Subcamada dependente do meio depende do tipo de meio fiacutesico que

estaacute sendo empregado

Funccedilotildees da TCS Geraccedilatildeo do checksum do cabeccedilalho 8 bits CRC Delineamento de ceacutelula Com uma subcamada PMD natildeo estruturada transmite ceacutelulas vazias

(ldquoidle cellsrdquo) quando natildeo haacute ceacutelulas de dados a enviar

Camada fiacutesica ATM

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Subcamada dependente do meio fiacutesico (PMD) SONETSDH estrutura de transmissatildeo de quadros (como um

container carregando bits) Sincronizaccedilatildeo de bits Particcedilotildees da banda passante (TDM) Vaacuterias velocidades OC1 = 5184 Mbps OC3 = 15552 Mbps OC12 = 62208 Mbps

T1T3 estrutura de transmissatildeo de quadros (velha hierarquia de telefonia 15 Mbps45 Mbps No Brasil usa-se a hierarquia europeacuteia E1E3 2 34 Mbps

Natildeo estruturada apenas ceacutelulas (ocupadasvazias)

Camada fiacutesica ATM

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Apenas IP claacutessico 3 ldquoredesrdquo (ex segmentos de LAN) Endereccedilos MAC (8023) e IP

IP sobre ATM Substitui ldquorederdquo (ex segmento

de LAN) com a rede ATM Endereccedilos ATM endereccedilos IP

redeATM

EthernetLANs

EthernetLANs

IP-sobre-ATM

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5 - 98copy 2005 by Pearson Education

No endereccedilo de origem Camada IP encontra um mapeamento entre o endereccedilo IP e o endereccedilo de destino ATM (usando ARP) Passa o datagrama para a camada de adaptaccedilatildeo AAL5 AAL5 encapsula os dados segmenta em ceacutelulas e passa para a camada ATM

Rede ATM move a ceacutelula para o destino de acordo com o seu VC (circuito virtual)

No hospedeiro de destino AAL5 remonta o datagrama original a partir das ceacutelulas recebidas Se o CRC OK datagrama eacute passado ao IP

Viagem de um datagrama numa rede IP-sobre-ATM

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5 - 99copy 2005 by Pearson Education

Questotildees Datagramas IP em ATM AAL5 PDUs Dos endereccedilos IP aos endereccedilos ATM

Da mesma forma que de endereccedilos IP para endereccedilos MAC 8023

redeATM

EthernetLANs

IP-sobre-ATM

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5 - 100copy 2005 by Pearson Education

Objetivo inicial aumentar a velocidade de encaminhamento IP usando labels de tamanho fixo (em vez de endereccedilo IP) Mesma ideacuteia do meacutetodo de circuito virtual (VC) Mas o datagrama IP ainda manteacutem o endereccedilo IP

Multiprotocol label switching (MPLS)

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Roteador faz a funccedilatildeo de comutador de roacutetulo Pacotes encaminhados para interface de saiacuteda com base apenas no valor

do roacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP) Tabela de encaminhamento MPLS distinta das tabelas de encaminhamento IP

Protocolo de sinalizaccedilatildeo necessaacuterio para estabelecer o encaminhamento RSVP-TE Encaminhamento eacute possiacutevel por caminhos que o IP sozinho natildeo pode usar (ex roteamento de especificado pela origem) Use MPLS para engenharia de traacutefego

Deve coexistir com roteadores unicamente IP

Roteadores MPLS

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Tabelas de encaminhamento MPLS

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5 - 103copy 2005 by Pearson Education

Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace Detecccedilatildeo de erros correccedilatildeo Compartilhando um canal broadcast acesso muacuteltiplo Endereccedilamento da camada de enlace

Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de vaacuterias tecnologias da camada de enlace Ethernet LANS comutadas PPP Redes virtualizadas como uma camada de enlace ATM MPLS

Resumo

Page 66: Capítulo 5 Redes de computadores e a Internet A camada de enlace e redes locais

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Cut-through switching quadro encaminhado da porta de entrada ateacute a porta de saiacuteda sem ter de primeiro coletar o quadro todo Ligeira reduccedilatildeo na latecircncia

Combinaccedilotildees de interfaces 101001000 Mbps compartilhadasdedicadas

Mais sobre switches

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Redes corporativas

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Ambos satildeo dispositivos store-and-forward Roteadores dispositivos de camada de rede (examinam cabeccedilalhos

da camada de rede) Switches satildeo dispositivos da camada de enlace

Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam algoritmos de roteamento Switches mantecircm tabelas de switch implementam filtragem algoritmos de aprendizagem

Switches vs roteadores

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hubs roteadores switches

isolaccedilatildeo detraacutefego

natildeo sim sim

plug amp play sim natildeo sim

roteamentooacutetimo

natildeo sim natildeo

cutthrough

sim natildeo sim

Resumo comparaccedilatildeo

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A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

5

5 - 71copy 2005 by Pearson Education

Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace de broadcast Sem Media Access Control Natildeo necessita de endereccedilamento MAC expliacutecito Ex dialup link linha ISDN

Protocolos ponto-a-ponto DLC populares PPP (point-to-point protocol) HDLC High level data link control (camada de enlace costumava ser considerada ldquocamada altardquo na pilha de protocolos)

Controle de enlace de dados ponto-a-ponto

5

5 - 72copy 2005 by Pearson Education

Enquadramento de pacote encapsulamento do datagrama da camada de rede no quadro da camada de enlace Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolo de rede (natildeo apenas o IP) ao mesmo tempo Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo

Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo de bit no campo de dados

Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo) Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do enlace

para a camada de rede Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos terminais

do enlace podem aprender e configurar o endereccedilo de rede dos outros

PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]

5

5 - 73copy 2005 by Pearson Education

Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros Natildeo haacute controle de fluxo Aceita entregas fora de ordem Natildeo haacute necessidade de suportar enlaces multiponto (ex polling)

Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeo dos dados satildeo todos relegados para as camadas mais altas

PPP natildeo requisitos

5

5 - 74copy 2005 by Pearson Education

Flag delimitador (enquadramento) Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura) Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacuteltiplos campos de

controle Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o conteuacutedo do

quadro deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)

PPP formato do quadro

5

5 - 75copy 2005 by Pearson Education

info dados da camada superior sendo transportados CRC verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de erros

PPP formato dos dados

5

5 - 76copy 2005 by Pearson Education

Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de dados deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt01111110gt

P Se for recebido o padratildeo lt01111110gt satildeo dados ou eacute flag Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte extra com o padratildeo lt

01111101gt (escape) antes de cada byte com o padratildeo de flag lt 01111110gt nos dados

Receptor Um byte 01111101 seguido de 01111110 em seguida descarta o primeiro e continua a recepccedilatildeo de dados Uacutenico byte 01111110 entatildeo eacute um flag

Byte stuffing

5

5 - 77copy 2005 by Pearson Education

byte com o padratildeodo flag nos dados a enviar

byte com o padratildeo de escape acrescentado nos dados transmitidos seguido por um byte com padratildeo de flag

Byte stuffing

5

5 - 78copy 2005 by Pearson Education

Antes de trocar dados da camada de rede os parceiros da camada de enlace devem A configurar o enlace PPP (tamanho maacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo) Aprenderconfigurar as informaccedilotildees da camada de rede

Para o IP transportar mensagens do protocolo de controle IP (IPCP) (campo de protocolo 8021) para configuraraprender os

endereccedilos IP

PPP protocolo de controle de dados

5

5 - 79copy 2005 by Pearson Education

A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

5

5 - 80copy 2005 by Pearson Education

Virtualizaccedilatildeo dos recursos uma poderosa abstraccedilatildeo em engenharia de sistemas Exemplos em computaccedilatildeo memoacuteria virtual dispositivos virtuais

Maacutequinas virtuais ex java IBM VM os dos anos 6070

Camada de abstraccedilotildees natildeo se apega a detalhes da camada mais baixa apenas trata com as camadas mais baixas abstratamente

Virtualizaccedilatildeo das redes

5

5 - 81copy 2005 by Pearson Education

1974 muacuteltiplas redes desconectadas ARPAnet redes de dados-sobre-cabo rede de pacote por sateacutelite (Aloha) rede de pacotes por raacutedio

hellip diferentes em convenccedilotildees de endereccedilamento formatos do pacote recuperaccedilatildeo de erros roteamento

Internet virtualizaccedilatildeo das redes

5

5 - 82copy 2005 by Pearson Education

Camada de rede da Internet (IP) Endereccedilamento internetwork

aparece como uma entidade uacutenica e uniforme escondendo a heterogeneidade das redes locais

Rede de redes

Gateway ldquoembute pacotes da Internet no

formato de um pacote local ou os extrairdquo

Rota (no niacutevel de internetwork) para o proacuteximo gateway

Internet virtualizaccedilatildeo das redes

5

5 - 83copy 2005 by Pearson Education

O que eacute virtualizado Duas camadas de endereccedilamento Internet e rede local Nova camada (IP) torna tudo homogecircneo na camada da Internet Tecnologia da rede local em questatildeo

Cabo Sateacutelite Modem telefocircnico de 56 K Hoje ATM MPLS

hellip ldquoinvisiacutevelrdquo na camada da Internet Parece com uma tecnologia de camada de enlace para o IP

Arquitetura da Internet de Cerf amp Kahn

5

5 - 84copy 2005 by Pearson Education

ATM MPLS redes separadas em seus proacuteprios direitos Modelos de serviccedilo endereccedilamento roteamento diferentes da Internet

Vistos pela Internet como um enlace loacutegico conectando roteadores IP Assim como o dialup link eacute realmente parte de uma rede separada

(rede telefocircnica)

ATM MPLS de interesse teacutecnico em seu proacuteprio direito

ATM e MPLS

5

5 - 85copy 2005 by Pearson Education

Padratildeo dos anos 8090 para altas taxas de transmissatildeo (155 Mbps a 622 Mbps e mais altas) arquitetura de Broadband Integrated Service Digital Network (B-ISDN)

Objetivo transporte integrado de voz dados e imagens com foco nas redes puacuteblicas de comunicaccedilatildeo Deve atender aos requisitos de tempoQoS para aplicaccedilotildees de voz

e de viacutedeo (versus o serviccedilo de melhor esforccedilo da Internet) Telefonia de ldquoproacutexima geraccedilatildeordquo fundamentos teacutecnicos no mundo da telefonia Comutaccedilatildeo de pacotes (pacotes de tamanho fixo chamados ldquoceacutelulasrdquo) usando circuitos virtuais

Modo de transferecircncia assiacutencrono ATM

5

5 - 86copy 2005 by Pearson Education

Camada de adaptaccedilatildeo apenas na borda de uma rede ATM Segmentaccedilatildeo e remontagem dos dados Grosseiramente anaacuteloga agrave camada de transporte da Internet

Camada ATM camada de ldquorederdquo Comutaccedilatildeo de ceacutelulas roteamento

Camada fiacutesica

Sistema final Sistema finalSwitch ATM Switch ATM

Arquitetura ATM

5

5 - 87copy 2005 by Pearson Education

Visatildeo transporte fim-a-fim ldquoATM de computador a computadorrdquo ATM eacute uma tecnologia de redeRealidade usada para conectar roteadores IP de backbone ldquoIP sobre ATMrdquo ATM como uma camada de enlace comutada conectando roteadores IP

ATM camada de rede ou de enlace

5

5 - 88copy 2005 by Pearson Education

Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL) ldquoadaptardquo camadas superiores (aplicaccedilotildees IP ou nativas ATM) para a camada ATM abaixo

AAL presente apenas nos sistemas finais natildeo nos comutadores ATM (ldquoswitchesrdquo)

O segmento da camada AAL (campo de cabeccedilalhotrailer e de dados) satildeo fragmentados em muacuteltiplas ceacutelulas ATM Analogia segmento TCP em muitos pacotes IP

Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL)

Sistema final Sistema finalSwitch ATM Switch ATM

5

5 - 89copy 2005 by Pearson Education

Diferentes versotildees da camada AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM AAL1 para serviccedilo CBR (taxa de bit constante) ex emulaccedilatildeo de circuitos AAL2 para serviccedilos VBR (taxa de bit variaacutevel) ex viacutedeo MPEG AAL5 para dados (ex datagramas IP)

AAL PDU

ceacutelula ATM

Dados de usuaacuterio

subcamadade convergecircncia

subcamadaSAR

Ceacutelula ATM

Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL)

5

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Serviccedilo transporte de ceacutelulas atraveacutes da rede ATM Anaacuteloga agrave camada de rede IP Serviccedilos muito diferentes da camada de rede IP

Arquiteturade rede

Internet

ATM

ATM

ATM

ATM

Modelo de serviccedilo

melhoresforccediloCBR

VBR

ABR

UBR

Banda

natildeo

taxaconstantetaxagarantidamiacutenimogarantidonatildeo

Perda

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Ordem

natildeo

sim

sim

sim

sim

Tempo

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Aviso decongestatildeo

natildeo (inferidopelas perdas)natildeo haacutecongestatildeonatildeo haacutecongestatildeosim

natildeo

Garantias

Camada ATM

5

5 - 91copy 2005 by Pearson Education

Transporte em VC ceacutelulas satildeo transportadas sobre VC da fonte ao destino Estabelecimento de conexatildeo necessaacuterio para cada chamada antes que o fluxo de dados possa ser iniciado Cada pacote transporta um identificador de VC (natildeo transporta o endereccedilo do destino) Cada comutador com caminho entre a fonte e o destino manteacutem o ldquoestadordquo para cada conexatildeo passante Recursos do enlace e do comutador (banda passante buffers) podem ser alocados por VC para obter um comportamento semelhante a um circuito fiacutesico

VCs permanentes (PVCs) Conexotildees de longa duraccedilatildeo Tipicamente rota ldquopermanenterdquo entre roteadores IP

VCs comutados (SVC) Dinamicamente criados numa base por chamada

Camadas ATM circuitos virtuais

5

5 - 92copy 2005 by Pearson Education

Vantagens do uso de circuitos virtuais no ATM Iacutendices de QoS garantidos para conexotildees mapeadas em

circuitos virtuais (banda passante atraso variacircncia de atraso)

Problemas no uso de circuitos virtuais O suporte de traacutefego datagrama eacute ineficiente Um PVC entre cada par origemdestino natildeo tem boa

escalabilidade (N2 conexotildees satildeo necessaacuterias) SVC introduz latecircncia de estabelecimento de conexatildeo e

atrasos de processamento para conexotildees de curta duraccedilatildeo

ATM VCs

5

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Cabeccedilalho da ceacutelula ATM com 5 bytes Carga uacutetil com 48-bytes

Por quecirc carga uacutetil pequena -gt pequeno atraso de criaccedilatildeo de ceacutelula para voz digitalizada

Meio do caminho entre 32 e 64 (compromisso)

cabeccedilalhoda ceacutelula

formato daceacutelula

3o bit no campo PTvalor 1 indica uacuteltima ceacutelula (AAL-indicate bit)

Camada ATM ceacutelula ATM

5

5 - 94copy 2005 by Pearson Education

VCI identificador de canal virtual Pode mudar de enlace para enlace atraveacutes da rede

PT tipo de carga uacutetil (ex ceacutelula RM versus ceacutelula de dados) CLP bit de prioridade de perda de ceacutelula

CLP = 1 implica ceacutelula de baixa prioridade pode ser descartada em caso de congestatildeo

HEC verificaccedilatildeo de erros no cabeccedilalho Verificaccedilatildeo ciacuteclica de erros

Cabeccedilalho da ceacutelula ATM

5

5 - 95copy 2005 by Pearson Education

A camada fiacutesica se compotildee de duas partes (subcamadas ) Subcamada de convergecircncia de transmissatildeo (TCS) adapta a camada

ATM acima agrave subcamada fiacutesica abaixo (PMD) Subcamada dependente do meio depende do tipo de meio fiacutesico que

estaacute sendo empregado

Funccedilotildees da TCS Geraccedilatildeo do checksum do cabeccedilalho 8 bits CRC Delineamento de ceacutelula Com uma subcamada PMD natildeo estruturada transmite ceacutelulas vazias

(ldquoidle cellsrdquo) quando natildeo haacute ceacutelulas de dados a enviar

Camada fiacutesica ATM

5

5 - 96copy 2005 by Pearson Education

Subcamada dependente do meio fiacutesico (PMD) SONETSDH estrutura de transmissatildeo de quadros (como um

container carregando bits) Sincronizaccedilatildeo de bits Particcedilotildees da banda passante (TDM) Vaacuterias velocidades OC1 = 5184 Mbps OC3 = 15552 Mbps OC12 = 62208 Mbps

T1T3 estrutura de transmissatildeo de quadros (velha hierarquia de telefonia 15 Mbps45 Mbps No Brasil usa-se a hierarquia europeacuteia E1E3 2 34 Mbps

Natildeo estruturada apenas ceacutelulas (ocupadasvazias)

Camada fiacutesica ATM

5

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Apenas IP claacutessico 3 ldquoredesrdquo (ex segmentos de LAN) Endereccedilos MAC (8023) e IP

IP sobre ATM Substitui ldquorederdquo (ex segmento

de LAN) com a rede ATM Endereccedilos ATM endereccedilos IP

redeATM

EthernetLANs

EthernetLANs

IP-sobre-ATM

5

5 - 98copy 2005 by Pearson Education

No endereccedilo de origem Camada IP encontra um mapeamento entre o endereccedilo IP e o endereccedilo de destino ATM (usando ARP) Passa o datagrama para a camada de adaptaccedilatildeo AAL5 AAL5 encapsula os dados segmenta em ceacutelulas e passa para a camada ATM

Rede ATM move a ceacutelula para o destino de acordo com o seu VC (circuito virtual)

No hospedeiro de destino AAL5 remonta o datagrama original a partir das ceacutelulas recebidas Se o CRC OK datagrama eacute passado ao IP

Viagem de um datagrama numa rede IP-sobre-ATM

5

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Questotildees Datagramas IP em ATM AAL5 PDUs Dos endereccedilos IP aos endereccedilos ATM

Da mesma forma que de endereccedilos IP para endereccedilos MAC 8023

redeATM

EthernetLANs

IP-sobre-ATM

5

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Objetivo inicial aumentar a velocidade de encaminhamento IP usando labels de tamanho fixo (em vez de endereccedilo IP) Mesma ideacuteia do meacutetodo de circuito virtual (VC) Mas o datagrama IP ainda manteacutem o endereccedilo IP

Multiprotocol label switching (MPLS)

5

5 - 101copy 2005 by Pearson Education

Roteador faz a funccedilatildeo de comutador de roacutetulo Pacotes encaminhados para interface de saiacuteda com base apenas no valor

do roacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP) Tabela de encaminhamento MPLS distinta das tabelas de encaminhamento IP

Protocolo de sinalizaccedilatildeo necessaacuterio para estabelecer o encaminhamento RSVP-TE Encaminhamento eacute possiacutevel por caminhos que o IP sozinho natildeo pode usar (ex roteamento de especificado pela origem) Use MPLS para engenharia de traacutefego

Deve coexistir com roteadores unicamente IP

Roteadores MPLS

5

5 - 102copy 2005 by Pearson Education

Tabelas de encaminhamento MPLS

5

5 - 103copy 2005 by Pearson Education

Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace Detecccedilatildeo de erros correccedilatildeo Compartilhando um canal broadcast acesso muacuteltiplo Endereccedilamento da camada de enlace

Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de vaacuterias tecnologias da camada de enlace Ethernet LANS comutadas PPP Redes virtualizadas como uma camada de enlace ATM MPLS

Resumo

Page 67: Capítulo 5 Redes de computadores e a Internet A camada de enlace e redes locais

5

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Redes corporativas

5

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Ambos satildeo dispositivos store-and-forward Roteadores dispositivos de camada de rede (examinam cabeccedilalhos

da camada de rede) Switches satildeo dispositivos da camada de enlace

Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam algoritmos de roteamento Switches mantecircm tabelas de switch implementam filtragem algoritmos de aprendizagem

Switches vs roteadores

5

5 - 69copy 2005 by Pearson Education

hubs roteadores switches

isolaccedilatildeo detraacutefego

natildeo sim sim

plug amp play sim natildeo sim

roteamentooacutetimo

natildeo sim natildeo

cutthrough

sim natildeo sim

Resumo comparaccedilatildeo

5

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A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

5

5 - 71copy 2005 by Pearson Education

Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace de broadcast Sem Media Access Control Natildeo necessita de endereccedilamento MAC expliacutecito Ex dialup link linha ISDN

Protocolos ponto-a-ponto DLC populares PPP (point-to-point protocol) HDLC High level data link control (camada de enlace costumava ser considerada ldquocamada altardquo na pilha de protocolos)

Controle de enlace de dados ponto-a-ponto

5

5 - 72copy 2005 by Pearson Education

Enquadramento de pacote encapsulamento do datagrama da camada de rede no quadro da camada de enlace Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolo de rede (natildeo apenas o IP) ao mesmo tempo Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo

Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo de bit no campo de dados

Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo) Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do enlace

para a camada de rede Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos terminais

do enlace podem aprender e configurar o endereccedilo de rede dos outros

PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]

5

5 - 73copy 2005 by Pearson Education

Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros Natildeo haacute controle de fluxo Aceita entregas fora de ordem Natildeo haacute necessidade de suportar enlaces multiponto (ex polling)

Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeo dos dados satildeo todos relegados para as camadas mais altas

PPP natildeo requisitos

5

5 - 74copy 2005 by Pearson Education

Flag delimitador (enquadramento) Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura) Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacuteltiplos campos de

controle Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o conteuacutedo do

quadro deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)

PPP formato do quadro

5

5 - 75copy 2005 by Pearson Education

info dados da camada superior sendo transportados CRC verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de erros

PPP formato dos dados

5

5 - 76copy 2005 by Pearson Education

Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de dados deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt01111110gt

P Se for recebido o padratildeo lt01111110gt satildeo dados ou eacute flag Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte extra com o padratildeo lt

01111101gt (escape) antes de cada byte com o padratildeo de flag lt 01111110gt nos dados

Receptor Um byte 01111101 seguido de 01111110 em seguida descarta o primeiro e continua a recepccedilatildeo de dados Uacutenico byte 01111110 entatildeo eacute um flag

Byte stuffing

5

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byte com o padratildeodo flag nos dados a enviar

byte com o padratildeo de escape acrescentado nos dados transmitidos seguido por um byte com padratildeo de flag

Byte stuffing

5

5 - 78copy 2005 by Pearson Education

Antes de trocar dados da camada de rede os parceiros da camada de enlace devem A configurar o enlace PPP (tamanho maacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo) Aprenderconfigurar as informaccedilotildees da camada de rede

Para o IP transportar mensagens do protocolo de controle IP (IPCP) (campo de protocolo 8021) para configuraraprender os

endereccedilos IP

PPP protocolo de controle de dados

5

5 - 79copy 2005 by Pearson Education

A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

5

5 - 80copy 2005 by Pearson Education

Virtualizaccedilatildeo dos recursos uma poderosa abstraccedilatildeo em engenharia de sistemas Exemplos em computaccedilatildeo memoacuteria virtual dispositivos virtuais

Maacutequinas virtuais ex java IBM VM os dos anos 6070

Camada de abstraccedilotildees natildeo se apega a detalhes da camada mais baixa apenas trata com as camadas mais baixas abstratamente

Virtualizaccedilatildeo das redes

5

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1974 muacuteltiplas redes desconectadas ARPAnet redes de dados-sobre-cabo rede de pacote por sateacutelite (Aloha) rede de pacotes por raacutedio

hellip diferentes em convenccedilotildees de endereccedilamento formatos do pacote recuperaccedilatildeo de erros roteamento

Internet virtualizaccedilatildeo das redes

5

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Camada de rede da Internet (IP) Endereccedilamento internetwork

aparece como uma entidade uacutenica e uniforme escondendo a heterogeneidade das redes locais

Rede de redes

Gateway ldquoembute pacotes da Internet no

formato de um pacote local ou os extrairdquo

Rota (no niacutevel de internetwork) para o proacuteximo gateway

Internet virtualizaccedilatildeo das redes

5

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O que eacute virtualizado Duas camadas de endereccedilamento Internet e rede local Nova camada (IP) torna tudo homogecircneo na camada da Internet Tecnologia da rede local em questatildeo

Cabo Sateacutelite Modem telefocircnico de 56 K Hoje ATM MPLS

hellip ldquoinvisiacutevelrdquo na camada da Internet Parece com uma tecnologia de camada de enlace para o IP

Arquitetura da Internet de Cerf amp Kahn

5

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ATM MPLS redes separadas em seus proacuteprios direitos Modelos de serviccedilo endereccedilamento roteamento diferentes da Internet

Vistos pela Internet como um enlace loacutegico conectando roteadores IP Assim como o dialup link eacute realmente parte de uma rede separada

(rede telefocircnica)

ATM MPLS de interesse teacutecnico em seu proacuteprio direito

ATM e MPLS

5

5 - 85copy 2005 by Pearson Education

Padratildeo dos anos 8090 para altas taxas de transmissatildeo (155 Mbps a 622 Mbps e mais altas) arquitetura de Broadband Integrated Service Digital Network (B-ISDN)

Objetivo transporte integrado de voz dados e imagens com foco nas redes puacuteblicas de comunicaccedilatildeo Deve atender aos requisitos de tempoQoS para aplicaccedilotildees de voz

e de viacutedeo (versus o serviccedilo de melhor esforccedilo da Internet) Telefonia de ldquoproacutexima geraccedilatildeordquo fundamentos teacutecnicos no mundo da telefonia Comutaccedilatildeo de pacotes (pacotes de tamanho fixo chamados ldquoceacutelulasrdquo) usando circuitos virtuais

Modo de transferecircncia assiacutencrono ATM

5

5 - 86copy 2005 by Pearson Education

Camada de adaptaccedilatildeo apenas na borda de uma rede ATM Segmentaccedilatildeo e remontagem dos dados Grosseiramente anaacuteloga agrave camada de transporte da Internet

Camada ATM camada de ldquorederdquo Comutaccedilatildeo de ceacutelulas roteamento

Camada fiacutesica

Sistema final Sistema finalSwitch ATM Switch ATM

Arquitetura ATM

5

5 - 87copy 2005 by Pearson Education

Visatildeo transporte fim-a-fim ldquoATM de computador a computadorrdquo ATM eacute uma tecnologia de redeRealidade usada para conectar roteadores IP de backbone ldquoIP sobre ATMrdquo ATM como uma camada de enlace comutada conectando roteadores IP

ATM camada de rede ou de enlace

5

5 - 88copy 2005 by Pearson Education

Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL) ldquoadaptardquo camadas superiores (aplicaccedilotildees IP ou nativas ATM) para a camada ATM abaixo

AAL presente apenas nos sistemas finais natildeo nos comutadores ATM (ldquoswitchesrdquo)

O segmento da camada AAL (campo de cabeccedilalhotrailer e de dados) satildeo fragmentados em muacuteltiplas ceacutelulas ATM Analogia segmento TCP em muitos pacotes IP

Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL)

Sistema final Sistema finalSwitch ATM Switch ATM

5

5 - 89copy 2005 by Pearson Education

Diferentes versotildees da camada AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM AAL1 para serviccedilo CBR (taxa de bit constante) ex emulaccedilatildeo de circuitos AAL2 para serviccedilos VBR (taxa de bit variaacutevel) ex viacutedeo MPEG AAL5 para dados (ex datagramas IP)

AAL PDU

ceacutelula ATM

Dados de usuaacuterio

subcamadade convergecircncia

subcamadaSAR

Ceacutelula ATM

Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL)

5

5 - 90copy 2005 by Pearson Education

Serviccedilo transporte de ceacutelulas atraveacutes da rede ATM Anaacuteloga agrave camada de rede IP Serviccedilos muito diferentes da camada de rede IP

Arquiteturade rede

Internet

ATM

ATM

ATM

ATM

Modelo de serviccedilo

melhoresforccediloCBR

VBR

ABR

UBR

Banda

natildeo

taxaconstantetaxagarantidamiacutenimogarantidonatildeo

Perda

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Ordem

natildeo

sim

sim

sim

sim

Tempo

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Aviso decongestatildeo

natildeo (inferidopelas perdas)natildeo haacutecongestatildeonatildeo haacutecongestatildeosim

natildeo

Garantias

Camada ATM

5

5 - 91copy 2005 by Pearson Education

Transporte em VC ceacutelulas satildeo transportadas sobre VC da fonte ao destino Estabelecimento de conexatildeo necessaacuterio para cada chamada antes que o fluxo de dados possa ser iniciado Cada pacote transporta um identificador de VC (natildeo transporta o endereccedilo do destino) Cada comutador com caminho entre a fonte e o destino manteacutem o ldquoestadordquo para cada conexatildeo passante Recursos do enlace e do comutador (banda passante buffers) podem ser alocados por VC para obter um comportamento semelhante a um circuito fiacutesico

VCs permanentes (PVCs) Conexotildees de longa duraccedilatildeo Tipicamente rota ldquopermanenterdquo entre roteadores IP

VCs comutados (SVC) Dinamicamente criados numa base por chamada

Camadas ATM circuitos virtuais

5

5 - 92copy 2005 by Pearson Education

Vantagens do uso de circuitos virtuais no ATM Iacutendices de QoS garantidos para conexotildees mapeadas em

circuitos virtuais (banda passante atraso variacircncia de atraso)

Problemas no uso de circuitos virtuais O suporte de traacutefego datagrama eacute ineficiente Um PVC entre cada par origemdestino natildeo tem boa

escalabilidade (N2 conexotildees satildeo necessaacuterias) SVC introduz latecircncia de estabelecimento de conexatildeo e

atrasos de processamento para conexotildees de curta duraccedilatildeo

ATM VCs

5

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Cabeccedilalho da ceacutelula ATM com 5 bytes Carga uacutetil com 48-bytes

Por quecirc carga uacutetil pequena -gt pequeno atraso de criaccedilatildeo de ceacutelula para voz digitalizada

Meio do caminho entre 32 e 64 (compromisso)

cabeccedilalhoda ceacutelula

formato daceacutelula

3o bit no campo PTvalor 1 indica uacuteltima ceacutelula (AAL-indicate bit)

Camada ATM ceacutelula ATM

5

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VCI identificador de canal virtual Pode mudar de enlace para enlace atraveacutes da rede

PT tipo de carga uacutetil (ex ceacutelula RM versus ceacutelula de dados) CLP bit de prioridade de perda de ceacutelula

CLP = 1 implica ceacutelula de baixa prioridade pode ser descartada em caso de congestatildeo

HEC verificaccedilatildeo de erros no cabeccedilalho Verificaccedilatildeo ciacuteclica de erros

Cabeccedilalho da ceacutelula ATM

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A camada fiacutesica se compotildee de duas partes (subcamadas ) Subcamada de convergecircncia de transmissatildeo (TCS) adapta a camada

ATM acima agrave subcamada fiacutesica abaixo (PMD) Subcamada dependente do meio depende do tipo de meio fiacutesico que

estaacute sendo empregado

Funccedilotildees da TCS Geraccedilatildeo do checksum do cabeccedilalho 8 bits CRC Delineamento de ceacutelula Com uma subcamada PMD natildeo estruturada transmite ceacutelulas vazias

(ldquoidle cellsrdquo) quando natildeo haacute ceacutelulas de dados a enviar

Camada fiacutesica ATM

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Subcamada dependente do meio fiacutesico (PMD) SONETSDH estrutura de transmissatildeo de quadros (como um

container carregando bits) Sincronizaccedilatildeo de bits Particcedilotildees da banda passante (TDM) Vaacuterias velocidades OC1 = 5184 Mbps OC3 = 15552 Mbps OC12 = 62208 Mbps

T1T3 estrutura de transmissatildeo de quadros (velha hierarquia de telefonia 15 Mbps45 Mbps No Brasil usa-se a hierarquia europeacuteia E1E3 2 34 Mbps

Natildeo estruturada apenas ceacutelulas (ocupadasvazias)

Camada fiacutesica ATM

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Apenas IP claacutessico 3 ldquoredesrdquo (ex segmentos de LAN) Endereccedilos MAC (8023) e IP

IP sobre ATM Substitui ldquorederdquo (ex segmento

de LAN) com a rede ATM Endereccedilos ATM endereccedilos IP

redeATM

EthernetLANs

EthernetLANs

IP-sobre-ATM

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No endereccedilo de origem Camada IP encontra um mapeamento entre o endereccedilo IP e o endereccedilo de destino ATM (usando ARP) Passa o datagrama para a camada de adaptaccedilatildeo AAL5 AAL5 encapsula os dados segmenta em ceacutelulas e passa para a camada ATM

Rede ATM move a ceacutelula para o destino de acordo com o seu VC (circuito virtual)

No hospedeiro de destino AAL5 remonta o datagrama original a partir das ceacutelulas recebidas Se o CRC OK datagrama eacute passado ao IP

Viagem de um datagrama numa rede IP-sobre-ATM

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Questotildees Datagramas IP em ATM AAL5 PDUs Dos endereccedilos IP aos endereccedilos ATM

Da mesma forma que de endereccedilos IP para endereccedilos MAC 8023

redeATM

EthernetLANs

IP-sobre-ATM

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Objetivo inicial aumentar a velocidade de encaminhamento IP usando labels de tamanho fixo (em vez de endereccedilo IP) Mesma ideacuteia do meacutetodo de circuito virtual (VC) Mas o datagrama IP ainda manteacutem o endereccedilo IP

Multiprotocol label switching (MPLS)

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Roteador faz a funccedilatildeo de comutador de roacutetulo Pacotes encaminhados para interface de saiacuteda com base apenas no valor

do roacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP) Tabela de encaminhamento MPLS distinta das tabelas de encaminhamento IP

Protocolo de sinalizaccedilatildeo necessaacuterio para estabelecer o encaminhamento RSVP-TE Encaminhamento eacute possiacutevel por caminhos que o IP sozinho natildeo pode usar (ex roteamento de especificado pela origem) Use MPLS para engenharia de traacutefego

Deve coexistir com roteadores unicamente IP

Roteadores MPLS

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Tabelas de encaminhamento MPLS

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5 - 103copy 2005 by Pearson Education

Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace Detecccedilatildeo de erros correccedilatildeo Compartilhando um canal broadcast acesso muacuteltiplo Endereccedilamento da camada de enlace

Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de vaacuterias tecnologias da camada de enlace Ethernet LANS comutadas PPP Redes virtualizadas como uma camada de enlace ATM MPLS

Resumo

Page 68: Capítulo 5 Redes de computadores e a Internet A camada de enlace e redes locais

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Ambos satildeo dispositivos store-and-forward Roteadores dispositivos de camada de rede (examinam cabeccedilalhos

da camada de rede) Switches satildeo dispositivos da camada de enlace

Roteadores mantecircm tabelas de roteamento implementam algoritmos de roteamento Switches mantecircm tabelas de switch implementam filtragem algoritmos de aprendizagem

Switches vs roteadores

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hubs roteadores switches

isolaccedilatildeo detraacutefego

natildeo sim sim

plug amp play sim natildeo sim

roteamentooacutetimo

natildeo sim natildeo

cutthrough

sim natildeo sim

Resumo comparaccedilatildeo

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A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace de broadcast Sem Media Access Control Natildeo necessita de endereccedilamento MAC expliacutecito Ex dialup link linha ISDN

Protocolos ponto-a-ponto DLC populares PPP (point-to-point protocol) HDLC High level data link control (camada de enlace costumava ser considerada ldquocamada altardquo na pilha de protocolos)

Controle de enlace de dados ponto-a-ponto

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Enquadramento de pacote encapsulamento do datagrama da camada de rede no quadro da camada de enlace Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolo de rede (natildeo apenas o IP) ao mesmo tempo Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo

Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo de bit no campo de dados

Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo) Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do enlace

para a camada de rede Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos terminais

do enlace podem aprender e configurar o endereccedilo de rede dos outros

PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]

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Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros Natildeo haacute controle de fluxo Aceita entregas fora de ordem Natildeo haacute necessidade de suportar enlaces multiponto (ex polling)

Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeo dos dados satildeo todos relegados para as camadas mais altas

PPP natildeo requisitos

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Flag delimitador (enquadramento) Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura) Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacuteltiplos campos de

controle Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o conteuacutedo do

quadro deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)

PPP formato do quadro

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info dados da camada superior sendo transportados CRC verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de erros

PPP formato dos dados

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Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de dados deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt01111110gt

P Se for recebido o padratildeo lt01111110gt satildeo dados ou eacute flag Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte extra com o padratildeo lt

01111101gt (escape) antes de cada byte com o padratildeo de flag lt 01111110gt nos dados

Receptor Um byte 01111101 seguido de 01111110 em seguida descarta o primeiro e continua a recepccedilatildeo de dados Uacutenico byte 01111110 entatildeo eacute um flag

Byte stuffing

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byte com o padratildeodo flag nos dados a enviar

byte com o padratildeo de escape acrescentado nos dados transmitidos seguido por um byte com padratildeo de flag

Byte stuffing

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Antes de trocar dados da camada de rede os parceiros da camada de enlace devem A configurar o enlace PPP (tamanho maacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo) Aprenderconfigurar as informaccedilotildees da camada de rede

Para o IP transportar mensagens do protocolo de controle IP (IPCP) (campo de protocolo 8021) para configuraraprender os

endereccedilos IP

PPP protocolo de controle de dados

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A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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Virtualizaccedilatildeo dos recursos uma poderosa abstraccedilatildeo em engenharia de sistemas Exemplos em computaccedilatildeo memoacuteria virtual dispositivos virtuais

Maacutequinas virtuais ex java IBM VM os dos anos 6070

Camada de abstraccedilotildees natildeo se apega a detalhes da camada mais baixa apenas trata com as camadas mais baixas abstratamente

Virtualizaccedilatildeo das redes

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1974 muacuteltiplas redes desconectadas ARPAnet redes de dados-sobre-cabo rede de pacote por sateacutelite (Aloha) rede de pacotes por raacutedio

hellip diferentes em convenccedilotildees de endereccedilamento formatos do pacote recuperaccedilatildeo de erros roteamento

Internet virtualizaccedilatildeo das redes

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Camada de rede da Internet (IP) Endereccedilamento internetwork

aparece como uma entidade uacutenica e uniforme escondendo a heterogeneidade das redes locais

Rede de redes

Gateway ldquoembute pacotes da Internet no

formato de um pacote local ou os extrairdquo

Rota (no niacutevel de internetwork) para o proacuteximo gateway

Internet virtualizaccedilatildeo das redes

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O que eacute virtualizado Duas camadas de endereccedilamento Internet e rede local Nova camada (IP) torna tudo homogecircneo na camada da Internet Tecnologia da rede local em questatildeo

Cabo Sateacutelite Modem telefocircnico de 56 K Hoje ATM MPLS

hellip ldquoinvisiacutevelrdquo na camada da Internet Parece com uma tecnologia de camada de enlace para o IP

Arquitetura da Internet de Cerf amp Kahn

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ATM MPLS redes separadas em seus proacuteprios direitos Modelos de serviccedilo endereccedilamento roteamento diferentes da Internet

Vistos pela Internet como um enlace loacutegico conectando roteadores IP Assim como o dialup link eacute realmente parte de uma rede separada

(rede telefocircnica)

ATM MPLS de interesse teacutecnico em seu proacuteprio direito

ATM e MPLS

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Padratildeo dos anos 8090 para altas taxas de transmissatildeo (155 Mbps a 622 Mbps e mais altas) arquitetura de Broadband Integrated Service Digital Network (B-ISDN)

Objetivo transporte integrado de voz dados e imagens com foco nas redes puacuteblicas de comunicaccedilatildeo Deve atender aos requisitos de tempoQoS para aplicaccedilotildees de voz

e de viacutedeo (versus o serviccedilo de melhor esforccedilo da Internet) Telefonia de ldquoproacutexima geraccedilatildeordquo fundamentos teacutecnicos no mundo da telefonia Comutaccedilatildeo de pacotes (pacotes de tamanho fixo chamados ldquoceacutelulasrdquo) usando circuitos virtuais

Modo de transferecircncia assiacutencrono ATM

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Camada de adaptaccedilatildeo apenas na borda de uma rede ATM Segmentaccedilatildeo e remontagem dos dados Grosseiramente anaacuteloga agrave camada de transporte da Internet

Camada ATM camada de ldquorederdquo Comutaccedilatildeo de ceacutelulas roteamento

Camada fiacutesica

Sistema final Sistema finalSwitch ATM Switch ATM

Arquitetura ATM

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Visatildeo transporte fim-a-fim ldquoATM de computador a computadorrdquo ATM eacute uma tecnologia de redeRealidade usada para conectar roteadores IP de backbone ldquoIP sobre ATMrdquo ATM como uma camada de enlace comutada conectando roteadores IP

ATM camada de rede ou de enlace

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Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL) ldquoadaptardquo camadas superiores (aplicaccedilotildees IP ou nativas ATM) para a camada ATM abaixo

AAL presente apenas nos sistemas finais natildeo nos comutadores ATM (ldquoswitchesrdquo)

O segmento da camada AAL (campo de cabeccedilalhotrailer e de dados) satildeo fragmentados em muacuteltiplas ceacutelulas ATM Analogia segmento TCP em muitos pacotes IP

Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL)

Sistema final Sistema finalSwitch ATM Switch ATM

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Diferentes versotildees da camada AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM AAL1 para serviccedilo CBR (taxa de bit constante) ex emulaccedilatildeo de circuitos AAL2 para serviccedilos VBR (taxa de bit variaacutevel) ex viacutedeo MPEG AAL5 para dados (ex datagramas IP)

AAL PDU

ceacutelula ATM

Dados de usuaacuterio

subcamadade convergecircncia

subcamadaSAR

Ceacutelula ATM

Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL)

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Serviccedilo transporte de ceacutelulas atraveacutes da rede ATM Anaacuteloga agrave camada de rede IP Serviccedilos muito diferentes da camada de rede IP

Arquiteturade rede

Internet

ATM

ATM

ATM

ATM

Modelo de serviccedilo

melhoresforccediloCBR

VBR

ABR

UBR

Banda

natildeo

taxaconstantetaxagarantidamiacutenimogarantidonatildeo

Perda

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Ordem

natildeo

sim

sim

sim

sim

Tempo

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Aviso decongestatildeo

natildeo (inferidopelas perdas)natildeo haacutecongestatildeonatildeo haacutecongestatildeosim

natildeo

Garantias

Camada ATM

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Transporte em VC ceacutelulas satildeo transportadas sobre VC da fonte ao destino Estabelecimento de conexatildeo necessaacuterio para cada chamada antes que o fluxo de dados possa ser iniciado Cada pacote transporta um identificador de VC (natildeo transporta o endereccedilo do destino) Cada comutador com caminho entre a fonte e o destino manteacutem o ldquoestadordquo para cada conexatildeo passante Recursos do enlace e do comutador (banda passante buffers) podem ser alocados por VC para obter um comportamento semelhante a um circuito fiacutesico

VCs permanentes (PVCs) Conexotildees de longa duraccedilatildeo Tipicamente rota ldquopermanenterdquo entre roteadores IP

VCs comutados (SVC) Dinamicamente criados numa base por chamada

Camadas ATM circuitos virtuais

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Vantagens do uso de circuitos virtuais no ATM Iacutendices de QoS garantidos para conexotildees mapeadas em

circuitos virtuais (banda passante atraso variacircncia de atraso)

Problemas no uso de circuitos virtuais O suporte de traacutefego datagrama eacute ineficiente Um PVC entre cada par origemdestino natildeo tem boa

escalabilidade (N2 conexotildees satildeo necessaacuterias) SVC introduz latecircncia de estabelecimento de conexatildeo e

atrasos de processamento para conexotildees de curta duraccedilatildeo

ATM VCs

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Cabeccedilalho da ceacutelula ATM com 5 bytes Carga uacutetil com 48-bytes

Por quecirc carga uacutetil pequena -gt pequeno atraso de criaccedilatildeo de ceacutelula para voz digitalizada

Meio do caminho entre 32 e 64 (compromisso)

cabeccedilalhoda ceacutelula

formato daceacutelula

3o bit no campo PTvalor 1 indica uacuteltima ceacutelula (AAL-indicate bit)

Camada ATM ceacutelula ATM

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VCI identificador de canal virtual Pode mudar de enlace para enlace atraveacutes da rede

PT tipo de carga uacutetil (ex ceacutelula RM versus ceacutelula de dados) CLP bit de prioridade de perda de ceacutelula

CLP = 1 implica ceacutelula de baixa prioridade pode ser descartada em caso de congestatildeo

HEC verificaccedilatildeo de erros no cabeccedilalho Verificaccedilatildeo ciacuteclica de erros

Cabeccedilalho da ceacutelula ATM

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A camada fiacutesica se compotildee de duas partes (subcamadas ) Subcamada de convergecircncia de transmissatildeo (TCS) adapta a camada

ATM acima agrave subcamada fiacutesica abaixo (PMD) Subcamada dependente do meio depende do tipo de meio fiacutesico que

estaacute sendo empregado

Funccedilotildees da TCS Geraccedilatildeo do checksum do cabeccedilalho 8 bits CRC Delineamento de ceacutelula Com uma subcamada PMD natildeo estruturada transmite ceacutelulas vazias

(ldquoidle cellsrdquo) quando natildeo haacute ceacutelulas de dados a enviar

Camada fiacutesica ATM

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Subcamada dependente do meio fiacutesico (PMD) SONETSDH estrutura de transmissatildeo de quadros (como um

container carregando bits) Sincronizaccedilatildeo de bits Particcedilotildees da banda passante (TDM) Vaacuterias velocidades OC1 = 5184 Mbps OC3 = 15552 Mbps OC12 = 62208 Mbps

T1T3 estrutura de transmissatildeo de quadros (velha hierarquia de telefonia 15 Mbps45 Mbps No Brasil usa-se a hierarquia europeacuteia E1E3 2 34 Mbps

Natildeo estruturada apenas ceacutelulas (ocupadasvazias)

Camada fiacutesica ATM

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Apenas IP claacutessico 3 ldquoredesrdquo (ex segmentos de LAN) Endereccedilos MAC (8023) e IP

IP sobre ATM Substitui ldquorederdquo (ex segmento

de LAN) com a rede ATM Endereccedilos ATM endereccedilos IP

redeATM

EthernetLANs

EthernetLANs

IP-sobre-ATM

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No endereccedilo de origem Camada IP encontra um mapeamento entre o endereccedilo IP e o endereccedilo de destino ATM (usando ARP) Passa o datagrama para a camada de adaptaccedilatildeo AAL5 AAL5 encapsula os dados segmenta em ceacutelulas e passa para a camada ATM

Rede ATM move a ceacutelula para o destino de acordo com o seu VC (circuito virtual)

No hospedeiro de destino AAL5 remonta o datagrama original a partir das ceacutelulas recebidas Se o CRC OK datagrama eacute passado ao IP

Viagem de um datagrama numa rede IP-sobre-ATM

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Questotildees Datagramas IP em ATM AAL5 PDUs Dos endereccedilos IP aos endereccedilos ATM

Da mesma forma que de endereccedilos IP para endereccedilos MAC 8023

redeATM

EthernetLANs

IP-sobre-ATM

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Objetivo inicial aumentar a velocidade de encaminhamento IP usando labels de tamanho fixo (em vez de endereccedilo IP) Mesma ideacuteia do meacutetodo de circuito virtual (VC) Mas o datagrama IP ainda manteacutem o endereccedilo IP

Multiprotocol label switching (MPLS)

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Roteador faz a funccedilatildeo de comutador de roacutetulo Pacotes encaminhados para interface de saiacuteda com base apenas no valor

do roacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP) Tabela de encaminhamento MPLS distinta das tabelas de encaminhamento IP

Protocolo de sinalizaccedilatildeo necessaacuterio para estabelecer o encaminhamento RSVP-TE Encaminhamento eacute possiacutevel por caminhos que o IP sozinho natildeo pode usar (ex roteamento de especificado pela origem) Use MPLS para engenharia de traacutefego

Deve coexistir com roteadores unicamente IP

Roteadores MPLS

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Tabelas de encaminhamento MPLS

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5 - 103copy 2005 by Pearson Education

Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace Detecccedilatildeo de erros correccedilatildeo Compartilhando um canal broadcast acesso muacuteltiplo Endereccedilamento da camada de enlace

Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de vaacuterias tecnologias da camada de enlace Ethernet LANS comutadas PPP Redes virtualizadas como uma camada de enlace ATM MPLS

Resumo

Page 69: Capítulo 5 Redes de computadores e a Internet A camada de enlace e redes locais

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hubs roteadores switches

isolaccedilatildeo detraacutefego

natildeo sim sim

plug amp play sim natildeo sim

roteamentooacutetimo

natildeo sim natildeo

cutthrough

sim natildeo sim

Resumo comparaccedilatildeo

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A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace de broadcast Sem Media Access Control Natildeo necessita de endereccedilamento MAC expliacutecito Ex dialup link linha ISDN

Protocolos ponto-a-ponto DLC populares PPP (point-to-point protocol) HDLC High level data link control (camada de enlace costumava ser considerada ldquocamada altardquo na pilha de protocolos)

Controle de enlace de dados ponto-a-ponto

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Enquadramento de pacote encapsulamento do datagrama da camada de rede no quadro da camada de enlace Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolo de rede (natildeo apenas o IP) ao mesmo tempo Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo

Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo de bit no campo de dados

Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo) Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do enlace

para a camada de rede Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos terminais

do enlace podem aprender e configurar o endereccedilo de rede dos outros

PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]

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Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros Natildeo haacute controle de fluxo Aceita entregas fora de ordem Natildeo haacute necessidade de suportar enlaces multiponto (ex polling)

Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeo dos dados satildeo todos relegados para as camadas mais altas

PPP natildeo requisitos

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Flag delimitador (enquadramento) Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura) Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacuteltiplos campos de

controle Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o conteuacutedo do

quadro deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)

PPP formato do quadro

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info dados da camada superior sendo transportados CRC verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de erros

PPP formato dos dados

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Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de dados deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt01111110gt

P Se for recebido o padratildeo lt01111110gt satildeo dados ou eacute flag Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte extra com o padratildeo lt

01111101gt (escape) antes de cada byte com o padratildeo de flag lt 01111110gt nos dados

Receptor Um byte 01111101 seguido de 01111110 em seguida descarta o primeiro e continua a recepccedilatildeo de dados Uacutenico byte 01111110 entatildeo eacute um flag

Byte stuffing

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byte com o padratildeodo flag nos dados a enviar

byte com o padratildeo de escape acrescentado nos dados transmitidos seguido por um byte com padratildeo de flag

Byte stuffing

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Antes de trocar dados da camada de rede os parceiros da camada de enlace devem A configurar o enlace PPP (tamanho maacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo) Aprenderconfigurar as informaccedilotildees da camada de rede

Para o IP transportar mensagens do protocolo de controle IP (IPCP) (campo de protocolo 8021) para configuraraprender os

endereccedilos IP

PPP protocolo de controle de dados

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A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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Virtualizaccedilatildeo dos recursos uma poderosa abstraccedilatildeo em engenharia de sistemas Exemplos em computaccedilatildeo memoacuteria virtual dispositivos virtuais

Maacutequinas virtuais ex java IBM VM os dos anos 6070

Camada de abstraccedilotildees natildeo se apega a detalhes da camada mais baixa apenas trata com as camadas mais baixas abstratamente

Virtualizaccedilatildeo das redes

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1974 muacuteltiplas redes desconectadas ARPAnet redes de dados-sobre-cabo rede de pacote por sateacutelite (Aloha) rede de pacotes por raacutedio

hellip diferentes em convenccedilotildees de endereccedilamento formatos do pacote recuperaccedilatildeo de erros roteamento

Internet virtualizaccedilatildeo das redes

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Camada de rede da Internet (IP) Endereccedilamento internetwork

aparece como uma entidade uacutenica e uniforme escondendo a heterogeneidade das redes locais

Rede de redes

Gateway ldquoembute pacotes da Internet no

formato de um pacote local ou os extrairdquo

Rota (no niacutevel de internetwork) para o proacuteximo gateway

Internet virtualizaccedilatildeo das redes

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O que eacute virtualizado Duas camadas de endereccedilamento Internet e rede local Nova camada (IP) torna tudo homogecircneo na camada da Internet Tecnologia da rede local em questatildeo

Cabo Sateacutelite Modem telefocircnico de 56 K Hoje ATM MPLS

hellip ldquoinvisiacutevelrdquo na camada da Internet Parece com uma tecnologia de camada de enlace para o IP

Arquitetura da Internet de Cerf amp Kahn

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ATM MPLS redes separadas em seus proacuteprios direitos Modelos de serviccedilo endereccedilamento roteamento diferentes da Internet

Vistos pela Internet como um enlace loacutegico conectando roteadores IP Assim como o dialup link eacute realmente parte de uma rede separada

(rede telefocircnica)

ATM MPLS de interesse teacutecnico em seu proacuteprio direito

ATM e MPLS

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Padratildeo dos anos 8090 para altas taxas de transmissatildeo (155 Mbps a 622 Mbps e mais altas) arquitetura de Broadband Integrated Service Digital Network (B-ISDN)

Objetivo transporte integrado de voz dados e imagens com foco nas redes puacuteblicas de comunicaccedilatildeo Deve atender aos requisitos de tempoQoS para aplicaccedilotildees de voz

e de viacutedeo (versus o serviccedilo de melhor esforccedilo da Internet) Telefonia de ldquoproacutexima geraccedilatildeordquo fundamentos teacutecnicos no mundo da telefonia Comutaccedilatildeo de pacotes (pacotes de tamanho fixo chamados ldquoceacutelulasrdquo) usando circuitos virtuais

Modo de transferecircncia assiacutencrono ATM

5

5 - 86copy 2005 by Pearson Education

Camada de adaptaccedilatildeo apenas na borda de uma rede ATM Segmentaccedilatildeo e remontagem dos dados Grosseiramente anaacuteloga agrave camada de transporte da Internet

Camada ATM camada de ldquorederdquo Comutaccedilatildeo de ceacutelulas roteamento

Camada fiacutesica

Sistema final Sistema finalSwitch ATM Switch ATM

Arquitetura ATM

5

5 - 87copy 2005 by Pearson Education

Visatildeo transporte fim-a-fim ldquoATM de computador a computadorrdquo ATM eacute uma tecnologia de redeRealidade usada para conectar roteadores IP de backbone ldquoIP sobre ATMrdquo ATM como uma camada de enlace comutada conectando roteadores IP

ATM camada de rede ou de enlace

5

5 - 88copy 2005 by Pearson Education

Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL) ldquoadaptardquo camadas superiores (aplicaccedilotildees IP ou nativas ATM) para a camada ATM abaixo

AAL presente apenas nos sistemas finais natildeo nos comutadores ATM (ldquoswitchesrdquo)

O segmento da camada AAL (campo de cabeccedilalhotrailer e de dados) satildeo fragmentados em muacuteltiplas ceacutelulas ATM Analogia segmento TCP em muitos pacotes IP

Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL)

Sistema final Sistema finalSwitch ATM Switch ATM

5

5 - 89copy 2005 by Pearson Education

Diferentes versotildees da camada AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM AAL1 para serviccedilo CBR (taxa de bit constante) ex emulaccedilatildeo de circuitos AAL2 para serviccedilos VBR (taxa de bit variaacutevel) ex viacutedeo MPEG AAL5 para dados (ex datagramas IP)

AAL PDU

ceacutelula ATM

Dados de usuaacuterio

subcamadade convergecircncia

subcamadaSAR

Ceacutelula ATM

Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL)

5

5 - 90copy 2005 by Pearson Education

Serviccedilo transporte de ceacutelulas atraveacutes da rede ATM Anaacuteloga agrave camada de rede IP Serviccedilos muito diferentes da camada de rede IP

Arquiteturade rede

Internet

ATM

ATM

ATM

ATM

Modelo de serviccedilo

melhoresforccediloCBR

VBR

ABR

UBR

Banda

natildeo

taxaconstantetaxagarantidamiacutenimogarantidonatildeo

Perda

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Ordem

natildeo

sim

sim

sim

sim

Tempo

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Aviso decongestatildeo

natildeo (inferidopelas perdas)natildeo haacutecongestatildeonatildeo haacutecongestatildeosim

natildeo

Garantias

Camada ATM

5

5 - 91copy 2005 by Pearson Education

Transporte em VC ceacutelulas satildeo transportadas sobre VC da fonte ao destino Estabelecimento de conexatildeo necessaacuterio para cada chamada antes que o fluxo de dados possa ser iniciado Cada pacote transporta um identificador de VC (natildeo transporta o endereccedilo do destino) Cada comutador com caminho entre a fonte e o destino manteacutem o ldquoestadordquo para cada conexatildeo passante Recursos do enlace e do comutador (banda passante buffers) podem ser alocados por VC para obter um comportamento semelhante a um circuito fiacutesico

VCs permanentes (PVCs) Conexotildees de longa duraccedilatildeo Tipicamente rota ldquopermanenterdquo entre roteadores IP

VCs comutados (SVC) Dinamicamente criados numa base por chamada

Camadas ATM circuitos virtuais

5

5 - 92copy 2005 by Pearson Education

Vantagens do uso de circuitos virtuais no ATM Iacutendices de QoS garantidos para conexotildees mapeadas em

circuitos virtuais (banda passante atraso variacircncia de atraso)

Problemas no uso de circuitos virtuais O suporte de traacutefego datagrama eacute ineficiente Um PVC entre cada par origemdestino natildeo tem boa

escalabilidade (N2 conexotildees satildeo necessaacuterias) SVC introduz latecircncia de estabelecimento de conexatildeo e

atrasos de processamento para conexotildees de curta duraccedilatildeo

ATM VCs

5

5 - 93copy 2005 by Pearson Education

Cabeccedilalho da ceacutelula ATM com 5 bytes Carga uacutetil com 48-bytes

Por quecirc carga uacutetil pequena -gt pequeno atraso de criaccedilatildeo de ceacutelula para voz digitalizada

Meio do caminho entre 32 e 64 (compromisso)

cabeccedilalhoda ceacutelula

formato daceacutelula

3o bit no campo PTvalor 1 indica uacuteltima ceacutelula (AAL-indicate bit)

Camada ATM ceacutelula ATM

5

5 - 94copy 2005 by Pearson Education

VCI identificador de canal virtual Pode mudar de enlace para enlace atraveacutes da rede

PT tipo de carga uacutetil (ex ceacutelula RM versus ceacutelula de dados) CLP bit de prioridade de perda de ceacutelula

CLP = 1 implica ceacutelula de baixa prioridade pode ser descartada em caso de congestatildeo

HEC verificaccedilatildeo de erros no cabeccedilalho Verificaccedilatildeo ciacuteclica de erros

Cabeccedilalho da ceacutelula ATM

5

5 - 95copy 2005 by Pearson Education

A camada fiacutesica se compotildee de duas partes (subcamadas ) Subcamada de convergecircncia de transmissatildeo (TCS) adapta a camada

ATM acima agrave subcamada fiacutesica abaixo (PMD) Subcamada dependente do meio depende do tipo de meio fiacutesico que

estaacute sendo empregado

Funccedilotildees da TCS Geraccedilatildeo do checksum do cabeccedilalho 8 bits CRC Delineamento de ceacutelula Com uma subcamada PMD natildeo estruturada transmite ceacutelulas vazias

(ldquoidle cellsrdquo) quando natildeo haacute ceacutelulas de dados a enviar

Camada fiacutesica ATM

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5 - 96copy 2005 by Pearson Education

Subcamada dependente do meio fiacutesico (PMD) SONETSDH estrutura de transmissatildeo de quadros (como um

container carregando bits) Sincronizaccedilatildeo de bits Particcedilotildees da banda passante (TDM) Vaacuterias velocidades OC1 = 5184 Mbps OC3 = 15552 Mbps OC12 = 62208 Mbps

T1T3 estrutura de transmissatildeo de quadros (velha hierarquia de telefonia 15 Mbps45 Mbps No Brasil usa-se a hierarquia europeacuteia E1E3 2 34 Mbps

Natildeo estruturada apenas ceacutelulas (ocupadasvazias)

Camada fiacutesica ATM

5

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Apenas IP claacutessico 3 ldquoredesrdquo (ex segmentos de LAN) Endereccedilos MAC (8023) e IP

IP sobre ATM Substitui ldquorederdquo (ex segmento

de LAN) com a rede ATM Endereccedilos ATM endereccedilos IP

redeATM

EthernetLANs

EthernetLANs

IP-sobre-ATM

5

5 - 98copy 2005 by Pearson Education

No endereccedilo de origem Camada IP encontra um mapeamento entre o endereccedilo IP e o endereccedilo de destino ATM (usando ARP) Passa o datagrama para a camada de adaptaccedilatildeo AAL5 AAL5 encapsula os dados segmenta em ceacutelulas e passa para a camada ATM

Rede ATM move a ceacutelula para o destino de acordo com o seu VC (circuito virtual)

No hospedeiro de destino AAL5 remonta o datagrama original a partir das ceacutelulas recebidas Se o CRC OK datagrama eacute passado ao IP

Viagem de um datagrama numa rede IP-sobre-ATM

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5 - 99copy 2005 by Pearson Education

Questotildees Datagramas IP em ATM AAL5 PDUs Dos endereccedilos IP aos endereccedilos ATM

Da mesma forma que de endereccedilos IP para endereccedilos MAC 8023

redeATM

EthernetLANs

IP-sobre-ATM

5

5 - 100copy 2005 by Pearson Education

Objetivo inicial aumentar a velocidade de encaminhamento IP usando labels de tamanho fixo (em vez de endereccedilo IP) Mesma ideacuteia do meacutetodo de circuito virtual (VC) Mas o datagrama IP ainda manteacutem o endereccedilo IP

Multiprotocol label switching (MPLS)

5

5 - 101copy 2005 by Pearson Education

Roteador faz a funccedilatildeo de comutador de roacutetulo Pacotes encaminhados para interface de saiacuteda com base apenas no valor

do roacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP) Tabela de encaminhamento MPLS distinta das tabelas de encaminhamento IP

Protocolo de sinalizaccedilatildeo necessaacuterio para estabelecer o encaminhamento RSVP-TE Encaminhamento eacute possiacutevel por caminhos que o IP sozinho natildeo pode usar (ex roteamento de especificado pela origem) Use MPLS para engenharia de traacutefego

Deve coexistir com roteadores unicamente IP

Roteadores MPLS

5

5 - 102copy 2005 by Pearson Education

Tabelas de encaminhamento MPLS

5

5 - 103copy 2005 by Pearson Education

Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace Detecccedilatildeo de erros correccedilatildeo Compartilhando um canal broadcast acesso muacuteltiplo Endereccedilamento da camada de enlace

Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de vaacuterias tecnologias da camada de enlace Ethernet LANS comutadas PPP Redes virtualizadas como uma camada de enlace ATM MPLS

Resumo

Page 70: Capítulo 5 Redes de computadores e a Internet A camada de enlace e redes locais

5

5 - 70copy 2005 by Pearson Education

A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

5

5 - 71copy 2005 by Pearson Education

Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace de broadcast Sem Media Access Control Natildeo necessita de endereccedilamento MAC expliacutecito Ex dialup link linha ISDN

Protocolos ponto-a-ponto DLC populares PPP (point-to-point protocol) HDLC High level data link control (camada de enlace costumava ser considerada ldquocamada altardquo na pilha de protocolos)

Controle de enlace de dados ponto-a-ponto

5

5 - 72copy 2005 by Pearson Education

Enquadramento de pacote encapsulamento do datagrama da camada de rede no quadro da camada de enlace Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolo de rede (natildeo apenas o IP) ao mesmo tempo Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo

Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo de bit no campo de dados

Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo) Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do enlace

para a camada de rede Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos terminais

do enlace podem aprender e configurar o endereccedilo de rede dos outros

PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]

5

5 - 73copy 2005 by Pearson Education

Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros Natildeo haacute controle de fluxo Aceita entregas fora de ordem Natildeo haacute necessidade de suportar enlaces multiponto (ex polling)

Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeo dos dados satildeo todos relegados para as camadas mais altas

PPP natildeo requisitos

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5 - 74copy 2005 by Pearson Education

Flag delimitador (enquadramento) Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura) Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacuteltiplos campos de

controle Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o conteuacutedo do

quadro deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)

PPP formato do quadro

5

5 - 75copy 2005 by Pearson Education

info dados da camada superior sendo transportados CRC verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de erros

PPP formato dos dados

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5 - 76copy 2005 by Pearson Education

Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de dados deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt01111110gt

P Se for recebido o padratildeo lt01111110gt satildeo dados ou eacute flag Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte extra com o padratildeo lt

01111101gt (escape) antes de cada byte com o padratildeo de flag lt 01111110gt nos dados

Receptor Um byte 01111101 seguido de 01111110 em seguida descarta o primeiro e continua a recepccedilatildeo de dados Uacutenico byte 01111110 entatildeo eacute um flag

Byte stuffing

5

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byte com o padratildeodo flag nos dados a enviar

byte com o padratildeo de escape acrescentado nos dados transmitidos seguido por um byte com padratildeo de flag

Byte stuffing

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Antes de trocar dados da camada de rede os parceiros da camada de enlace devem A configurar o enlace PPP (tamanho maacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo) Aprenderconfigurar as informaccedilotildees da camada de rede

Para o IP transportar mensagens do protocolo de controle IP (IPCP) (campo de protocolo 8021) para configuraraprender os

endereccedilos IP

PPP protocolo de controle de dados

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A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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Virtualizaccedilatildeo dos recursos uma poderosa abstraccedilatildeo em engenharia de sistemas Exemplos em computaccedilatildeo memoacuteria virtual dispositivos virtuais

Maacutequinas virtuais ex java IBM VM os dos anos 6070

Camada de abstraccedilotildees natildeo se apega a detalhes da camada mais baixa apenas trata com as camadas mais baixas abstratamente

Virtualizaccedilatildeo das redes

5

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1974 muacuteltiplas redes desconectadas ARPAnet redes de dados-sobre-cabo rede de pacote por sateacutelite (Aloha) rede de pacotes por raacutedio

hellip diferentes em convenccedilotildees de endereccedilamento formatos do pacote recuperaccedilatildeo de erros roteamento

Internet virtualizaccedilatildeo das redes

5

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Camada de rede da Internet (IP) Endereccedilamento internetwork

aparece como uma entidade uacutenica e uniforme escondendo a heterogeneidade das redes locais

Rede de redes

Gateway ldquoembute pacotes da Internet no

formato de um pacote local ou os extrairdquo

Rota (no niacutevel de internetwork) para o proacuteximo gateway

Internet virtualizaccedilatildeo das redes

5

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O que eacute virtualizado Duas camadas de endereccedilamento Internet e rede local Nova camada (IP) torna tudo homogecircneo na camada da Internet Tecnologia da rede local em questatildeo

Cabo Sateacutelite Modem telefocircnico de 56 K Hoje ATM MPLS

hellip ldquoinvisiacutevelrdquo na camada da Internet Parece com uma tecnologia de camada de enlace para o IP

Arquitetura da Internet de Cerf amp Kahn

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ATM MPLS redes separadas em seus proacuteprios direitos Modelos de serviccedilo endereccedilamento roteamento diferentes da Internet

Vistos pela Internet como um enlace loacutegico conectando roteadores IP Assim como o dialup link eacute realmente parte de uma rede separada

(rede telefocircnica)

ATM MPLS de interesse teacutecnico em seu proacuteprio direito

ATM e MPLS

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Padratildeo dos anos 8090 para altas taxas de transmissatildeo (155 Mbps a 622 Mbps e mais altas) arquitetura de Broadband Integrated Service Digital Network (B-ISDN)

Objetivo transporte integrado de voz dados e imagens com foco nas redes puacuteblicas de comunicaccedilatildeo Deve atender aos requisitos de tempoQoS para aplicaccedilotildees de voz

e de viacutedeo (versus o serviccedilo de melhor esforccedilo da Internet) Telefonia de ldquoproacutexima geraccedilatildeordquo fundamentos teacutecnicos no mundo da telefonia Comutaccedilatildeo de pacotes (pacotes de tamanho fixo chamados ldquoceacutelulasrdquo) usando circuitos virtuais

Modo de transferecircncia assiacutencrono ATM

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Camada de adaptaccedilatildeo apenas na borda de uma rede ATM Segmentaccedilatildeo e remontagem dos dados Grosseiramente anaacuteloga agrave camada de transporte da Internet

Camada ATM camada de ldquorederdquo Comutaccedilatildeo de ceacutelulas roteamento

Camada fiacutesica

Sistema final Sistema finalSwitch ATM Switch ATM

Arquitetura ATM

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5 - 87copy 2005 by Pearson Education

Visatildeo transporte fim-a-fim ldquoATM de computador a computadorrdquo ATM eacute uma tecnologia de redeRealidade usada para conectar roteadores IP de backbone ldquoIP sobre ATMrdquo ATM como uma camada de enlace comutada conectando roteadores IP

ATM camada de rede ou de enlace

5

5 - 88copy 2005 by Pearson Education

Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL) ldquoadaptardquo camadas superiores (aplicaccedilotildees IP ou nativas ATM) para a camada ATM abaixo

AAL presente apenas nos sistemas finais natildeo nos comutadores ATM (ldquoswitchesrdquo)

O segmento da camada AAL (campo de cabeccedilalhotrailer e de dados) satildeo fragmentados em muacuteltiplas ceacutelulas ATM Analogia segmento TCP em muitos pacotes IP

Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL)

Sistema final Sistema finalSwitch ATM Switch ATM

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5 - 89copy 2005 by Pearson Education

Diferentes versotildees da camada AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM AAL1 para serviccedilo CBR (taxa de bit constante) ex emulaccedilatildeo de circuitos AAL2 para serviccedilos VBR (taxa de bit variaacutevel) ex viacutedeo MPEG AAL5 para dados (ex datagramas IP)

AAL PDU

ceacutelula ATM

Dados de usuaacuterio

subcamadade convergecircncia

subcamadaSAR

Ceacutelula ATM

Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL)

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Serviccedilo transporte de ceacutelulas atraveacutes da rede ATM Anaacuteloga agrave camada de rede IP Serviccedilos muito diferentes da camada de rede IP

Arquiteturade rede

Internet

ATM

ATM

ATM

ATM

Modelo de serviccedilo

melhoresforccediloCBR

VBR

ABR

UBR

Banda

natildeo

taxaconstantetaxagarantidamiacutenimogarantidonatildeo

Perda

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Ordem

natildeo

sim

sim

sim

sim

Tempo

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Aviso decongestatildeo

natildeo (inferidopelas perdas)natildeo haacutecongestatildeonatildeo haacutecongestatildeosim

natildeo

Garantias

Camada ATM

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5 - 91copy 2005 by Pearson Education

Transporte em VC ceacutelulas satildeo transportadas sobre VC da fonte ao destino Estabelecimento de conexatildeo necessaacuterio para cada chamada antes que o fluxo de dados possa ser iniciado Cada pacote transporta um identificador de VC (natildeo transporta o endereccedilo do destino) Cada comutador com caminho entre a fonte e o destino manteacutem o ldquoestadordquo para cada conexatildeo passante Recursos do enlace e do comutador (banda passante buffers) podem ser alocados por VC para obter um comportamento semelhante a um circuito fiacutesico

VCs permanentes (PVCs) Conexotildees de longa duraccedilatildeo Tipicamente rota ldquopermanenterdquo entre roteadores IP

VCs comutados (SVC) Dinamicamente criados numa base por chamada

Camadas ATM circuitos virtuais

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5 - 92copy 2005 by Pearson Education

Vantagens do uso de circuitos virtuais no ATM Iacutendices de QoS garantidos para conexotildees mapeadas em

circuitos virtuais (banda passante atraso variacircncia de atraso)

Problemas no uso de circuitos virtuais O suporte de traacutefego datagrama eacute ineficiente Um PVC entre cada par origemdestino natildeo tem boa

escalabilidade (N2 conexotildees satildeo necessaacuterias) SVC introduz latecircncia de estabelecimento de conexatildeo e

atrasos de processamento para conexotildees de curta duraccedilatildeo

ATM VCs

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5 - 93copy 2005 by Pearson Education

Cabeccedilalho da ceacutelula ATM com 5 bytes Carga uacutetil com 48-bytes

Por quecirc carga uacutetil pequena -gt pequeno atraso de criaccedilatildeo de ceacutelula para voz digitalizada

Meio do caminho entre 32 e 64 (compromisso)

cabeccedilalhoda ceacutelula

formato daceacutelula

3o bit no campo PTvalor 1 indica uacuteltima ceacutelula (AAL-indicate bit)

Camada ATM ceacutelula ATM

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5 - 94copy 2005 by Pearson Education

VCI identificador de canal virtual Pode mudar de enlace para enlace atraveacutes da rede

PT tipo de carga uacutetil (ex ceacutelula RM versus ceacutelula de dados) CLP bit de prioridade de perda de ceacutelula

CLP = 1 implica ceacutelula de baixa prioridade pode ser descartada em caso de congestatildeo

HEC verificaccedilatildeo de erros no cabeccedilalho Verificaccedilatildeo ciacuteclica de erros

Cabeccedilalho da ceacutelula ATM

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5 - 95copy 2005 by Pearson Education

A camada fiacutesica se compotildee de duas partes (subcamadas ) Subcamada de convergecircncia de transmissatildeo (TCS) adapta a camada

ATM acima agrave subcamada fiacutesica abaixo (PMD) Subcamada dependente do meio depende do tipo de meio fiacutesico que

estaacute sendo empregado

Funccedilotildees da TCS Geraccedilatildeo do checksum do cabeccedilalho 8 bits CRC Delineamento de ceacutelula Com uma subcamada PMD natildeo estruturada transmite ceacutelulas vazias

(ldquoidle cellsrdquo) quando natildeo haacute ceacutelulas de dados a enviar

Camada fiacutesica ATM

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Subcamada dependente do meio fiacutesico (PMD) SONETSDH estrutura de transmissatildeo de quadros (como um

container carregando bits) Sincronizaccedilatildeo de bits Particcedilotildees da banda passante (TDM) Vaacuterias velocidades OC1 = 5184 Mbps OC3 = 15552 Mbps OC12 = 62208 Mbps

T1T3 estrutura de transmissatildeo de quadros (velha hierarquia de telefonia 15 Mbps45 Mbps No Brasil usa-se a hierarquia europeacuteia E1E3 2 34 Mbps

Natildeo estruturada apenas ceacutelulas (ocupadasvazias)

Camada fiacutesica ATM

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Apenas IP claacutessico 3 ldquoredesrdquo (ex segmentos de LAN) Endereccedilos MAC (8023) e IP

IP sobre ATM Substitui ldquorederdquo (ex segmento

de LAN) com a rede ATM Endereccedilos ATM endereccedilos IP

redeATM

EthernetLANs

EthernetLANs

IP-sobre-ATM

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5 - 98copy 2005 by Pearson Education

No endereccedilo de origem Camada IP encontra um mapeamento entre o endereccedilo IP e o endereccedilo de destino ATM (usando ARP) Passa o datagrama para a camada de adaptaccedilatildeo AAL5 AAL5 encapsula os dados segmenta em ceacutelulas e passa para a camada ATM

Rede ATM move a ceacutelula para o destino de acordo com o seu VC (circuito virtual)

No hospedeiro de destino AAL5 remonta o datagrama original a partir das ceacutelulas recebidas Se o CRC OK datagrama eacute passado ao IP

Viagem de um datagrama numa rede IP-sobre-ATM

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5 - 99copy 2005 by Pearson Education

Questotildees Datagramas IP em ATM AAL5 PDUs Dos endereccedilos IP aos endereccedilos ATM

Da mesma forma que de endereccedilos IP para endereccedilos MAC 8023

redeATM

EthernetLANs

IP-sobre-ATM

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5 - 100copy 2005 by Pearson Education

Objetivo inicial aumentar a velocidade de encaminhamento IP usando labels de tamanho fixo (em vez de endereccedilo IP) Mesma ideacuteia do meacutetodo de circuito virtual (VC) Mas o datagrama IP ainda manteacutem o endereccedilo IP

Multiprotocol label switching (MPLS)

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5 - 101copy 2005 by Pearson Education

Roteador faz a funccedilatildeo de comutador de roacutetulo Pacotes encaminhados para interface de saiacuteda com base apenas no valor

do roacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP) Tabela de encaminhamento MPLS distinta das tabelas de encaminhamento IP

Protocolo de sinalizaccedilatildeo necessaacuterio para estabelecer o encaminhamento RSVP-TE Encaminhamento eacute possiacutevel por caminhos que o IP sozinho natildeo pode usar (ex roteamento de especificado pela origem) Use MPLS para engenharia de traacutefego

Deve coexistir com roteadores unicamente IP

Roteadores MPLS

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5 - 102copy 2005 by Pearson Education

Tabelas de encaminhamento MPLS

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5 - 103copy 2005 by Pearson Education

Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace Detecccedilatildeo de erros correccedilatildeo Compartilhando um canal broadcast acesso muacuteltiplo Endereccedilamento da camada de enlace

Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de vaacuterias tecnologias da camada de enlace Ethernet LANS comutadas PPP Redes virtualizadas como uma camada de enlace ATM MPLS

Resumo

Page 71: Capítulo 5 Redes de computadores e a Internet A camada de enlace e redes locais

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Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil do que enlace de broadcast Sem Media Access Control Natildeo necessita de endereccedilamento MAC expliacutecito Ex dialup link linha ISDN

Protocolos ponto-a-ponto DLC populares PPP (point-to-point protocol) HDLC High level data link control (camada de enlace costumava ser considerada ldquocamada altardquo na pilha de protocolos)

Controle de enlace de dados ponto-a-ponto

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5 - 72copy 2005 by Pearson Education

Enquadramento de pacote encapsulamento do datagrama da camada de rede no quadro da camada de enlace Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolo de rede (natildeo apenas o IP) ao mesmo tempo Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo

Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo de bit no campo de dados

Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo) Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do enlace

para a camada de rede Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos terminais

do enlace podem aprender e configurar o endereccedilo de rede dos outros

PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]

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5 - 73copy 2005 by Pearson Education

Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros Natildeo haacute controle de fluxo Aceita entregas fora de ordem Natildeo haacute necessidade de suportar enlaces multiponto (ex polling)

Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeo dos dados satildeo todos relegados para as camadas mais altas

PPP natildeo requisitos

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5 - 74copy 2005 by Pearson Education

Flag delimitador (enquadramento) Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura) Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacuteltiplos campos de

controle Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o conteuacutedo do

quadro deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)

PPP formato do quadro

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info dados da camada superior sendo transportados CRC verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de erros

PPP formato dos dados

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5 - 76copy 2005 by Pearson Education

Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de dados deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt01111110gt

P Se for recebido o padratildeo lt01111110gt satildeo dados ou eacute flag Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte extra com o padratildeo lt

01111101gt (escape) antes de cada byte com o padratildeo de flag lt 01111110gt nos dados

Receptor Um byte 01111101 seguido de 01111110 em seguida descarta o primeiro e continua a recepccedilatildeo de dados Uacutenico byte 01111110 entatildeo eacute um flag

Byte stuffing

5

5 - 77copy 2005 by Pearson Education

byte com o padratildeodo flag nos dados a enviar

byte com o padratildeo de escape acrescentado nos dados transmitidos seguido por um byte com padratildeo de flag

Byte stuffing

5

5 - 78copy 2005 by Pearson Education

Antes de trocar dados da camada de rede os parceiros da camada de enlace devem A configurar o enlace PPP (tamanho maacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo) Aprenderconfigurar as informaccedilotildees da camada de rede

Para o IP transportar mensagens do protocolo de controle IP (IPCP) (campo de protocolo 8021) para configuraraprender os

endereccedilos IP

PPP protocolo de controle de dados

5

5 - 79copy 2005 by Pearson Education

A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

5

5 - 80copy 2005 by Pearson Education

Virtualizaccedilatildeo dos recursos uma poderosa abstraccedilatildeo em engenharia de sistemas Exemplos em computaccedilatildeo memoacuteria virtual dispositivos virtuais

Maacutequinas virtuais ex java IBM VM os dos anos 6070

Camada de abstraccedilotildees natildeo se apega a detalhes da camada mais baixa apenas trata com as camadas mais baixas abstratamente

Virtualizaccedilatildeo das redes

5

5 - 81copy 2005 by Pearson Education

1974 muacuteltiplas redes desconectadas ARPAnet redes de dados-sobre-cabo rede de pacote por sateacutelite (Aloha) rede de pacotes por raacutedio

hellip diferentes em convenccedilotildees de endereccedilamento formatos do pacote recuperaccedilatildeo de erros roteamento

Internet virtualizaccedilatildeo das redes

5

5 - 82copy 2005 by Pearson Education

Camada de rede da Internet (IP) Endereccedilamento internetwork

aparece como uma entidade uacutenica e uniforme escondendo a heterogeneidade das redes locais

Rede de redes

Gateway ldquoembute pacotes da Internet no

formato de um pacote local ou os extrairdquo

Rota (no niacutevel de internetwork) para o proacuteximo gateway

Internet virtualizaccedilatildeo das redes

5

5 - 83copy 2005 by Pearson Education

O que eacute virtualizado Duas camadas de endereccedilamento Internet e rede local Nova camada (IP) torna tudo homogecircneo na camada da Internet Tecnologia da rede local em questatildeo

Cabo Sateacutelite Modem telefocircnico de 56 K Hoje ATM MPLS

hellip ldquoinvisiacutevelrdquo na camada da Internet Parece com uma tecnologia de camada de enlace para o IP

Arquitetura da Internet de Cerf amp Kahn

5

5 - 84copy 2005 by Pearson Education

ATM MPLS redes separadas em seus proacuteprios direitos Modelos de serviccedilo endereccedilamento roteamento diferentes da Internet

Vistos pela Internet como um enlace loacutegico conectando roteadores IP Assim como o dialup link eacute realmente parte de uma rede separada

(rede telefocircnica)

ATM MPLS de interesse teacutecnico em seu proacuteprio direito

ATM e MPLS

5

5 - 85copy 2005 by Pearson Education

Padratildeo dos anos 8090 para altas taxas de transmissatildeo (155 Mbps a 622 Mbps e mais altas) arquitetura de Broadband Integrated Service Digital Network (B-ISDN)

Objetivo transporte integrado de voz dados e imagens com foco nas redes puacuteblicas de comunicaccedilatildeo Deve atender aos requisitos de tempoQoS para aplicaccedilotildees de voz

e de viacutedeo (versus o serviccedilo de melhor esforccedilo da Internet) Telefonia de ldquoproacutexima geraccedilatildeordquo fundamentos teacutecnicos no mundo da telefonia Comutaccedilatildeo de pacotes (pacotes de tamanho fixo chamados ldquoceacutelulasrdquo) usando circuitos virtuais

Modo de transferecircncia assiacutencrono ATM

5

5 - 86copy 2005 by Pearson Education

Camada de adaptaccedilatildeo apenas na borda de uma rede ATM Segmentaccedilatildeo e remontagem dos dados Grosseiramente anaacuteloga agrave camada de transporte da Internet

Camada ATM camada de ldquorederdquo Comutaccedilatildeo de ceacutelulas roteamento

Camada fiacutesica

Sistema final Sistema finalSwitch ATM Switch ATM

Arquitetura ATM

5

5 - 87copy 2005 by Pearson Education

Visatildeo transporte fim-a-fim ldquoATM de computador a computadorrdquo ATM eacute uma tecnologia de redeRealidade usada para conectar roteadores IP de backbone ldquoIP sobre ATMrdquo ATM como uma camada de enlace comutada conectando roteadores IP

ATM camada de rede ou de enlace

5

5 - 88copy 2005 by Pearson Education

Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL) ldquoadaptardquo camadas superiores (aplicaccedilotildees IP ou nativas ATM) para a camada ATM abaixo

AAL presente apenas nos sistemas finais natildeo nos comutadores ATM (ldquoswitchesrdquo)

O segmento da camada AAL (campo de cabeccedilalhotrailer e de dados) satildeo fragmentados em muacuteltiplas ceacutelulas ATM Analogia segmento TCP em muitos pacotes IP

Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL)

Sistema final Sistema finalSwitch ATM Switch ATM

5

5 - 89copy 2005 by Pearson Education

Diferentes versotildees da camada AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM AAL1 para serviccedilo CBR (taxa de bit constante) ex emulaccedilatildeo de circuitos AAL2 para serviccedilos VBR (taxa de bit variaacutevel) ex viacutedeo MPEG AAL5 para dados (ex datagramas IP)

AAL PDU

ceacutelula ATM

Dados de usuaacuterio

subcamadade convergecircncia

subcamadaSAR

Ceacutelula ATM

Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL)

5

5 - 90copy 2005 by Pearson Education

Serviccedilo transporte de ceacutelulas atraveacutes da rede ATM Anaacuteloga agrave camada de rede IP Serviccedilos muito diferentes da camada de rede IP

Arquiteturade rede

Internet

ATM

ATM

ATM

ATM

Modelo de serviccedilo

melhoresforccediloCBR

VBR

ABR

UBR

Banda

natildeo

taxaconstantetaxagarantidamiacutenimogarantidonatildeo

Perda

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Ordem

natildeo

sim

sim

sim

sim

Tempo

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Aviso decongestatildeo

natildeo (inferidopelas perdas)natildeo haacutecongestatildeonatildeo haacutecongestatildeosim

natildeo

Garantias

Camada ATM

5

5 - 91copy 2005 by Pearson Education

Transporte em VC ceacutelulas satildeo transportadas sobre VC da fonte ao destino Estabelecimento de conexatildeo necessaacuterio para cada chamada antes que o fluxo de dados possa ser iniciado Cada pacote transporta um identificador de VC (natildeo transporta o endereccedilo do destino) Cada comutador com caminho entre a fonte e o destino manteacutem o ldquoestadordquo para cada conexatildeo passante Recursos do enlace e do comutador (banda passante buffers) podem ser alocados por VC para obter um comportamento semelhante a um circuito fiacutesico

VCs permanentes (PVCs) Conexotildees de longa duraccedilatildeo Tipicamente rota ldquopermanenterdquo entre roteadores IP

VCs comutados (SVC) Dinamicamente criados numa base por chamada

Camadas ATM circuitos virtuais

5

5 - 92copy 2005 by Pearson Education

Vantagens do uso de circuitos virtuais no ATM Iacutendices de QoS garantidos para conexotildees mapeadas em

circuitos virtuais (banda passante atraso variacircncia de atraso)

Problemas no uso de circuitos virtuais O suporte de traacutefego datagrama eacute ineficiente Um PVC entre cada par origemdestino natildeo tem boa

escalabilidade (N2 conexotildees satildeo necessaacuterias) SVC introduz latecircncia de estabelecimento de conexatildeo e

atrasos de processamento para conexotildees de curta duraccedilatildeo

ATM VCs

5

5 - 93copy 2005 by Pearson Education

Cabeccedilalho da ceacutelula ATM com 5 bytes Carga uacutetil com 48-bytes

Por quecirc carga uacutetil pequena -gt pequeno atraso de criaccedilatildeo de ceacutelula para voz digitalizada

Meio do caminho entre 32 e 64 (compromisso)

cabeccedilalhoda ceacutelula

formato daceacutelula

3o bit no campo PTvalor 1 indica uacuteltima ceacutelula (AAL-indicate bit)

Camada ATM ceacutelula ATM

5

5 - 94copy 2005 by Pearson Education

VCI identificador de canal virtual Pode mudar de enlace para enlace atraveacutes da rede

PT tipo de carga uacutetil (ex ceacutelula RM versus ceacutelula de dados) CLP bit de prioridade de perda de ceacutelula

CLP = 1 implica ceacutelula de baixa prioridade pode ser descartada em caso de congestatildeo

HEC verificaccedilatildeo de erros no cabeccedilalho Verificaccedilatildeo ciacuteclica de erros

Cabeccedilalho da ceacutelula ATM

5

5 - 95copy 2005 by Pearson Education

A camada fiacutesica se compotildee de duas partes (subcamadas ) Subcamada de convergecircncia de transmissatildeo (TCS) adapta a camada

ATM acima agrave subcamada fiacutesica abaixo (PMD) Subcamada dependente do meio depende do tipo de meio fiacutesico que

estaacute sendo empregado

Funccedilotildees da TCS Geraccedilatildeo do checksum do cabeccedilalho 8 bits CRC Delineamento de ceacutelula Com uma subcamada PMD natildeo estruturada transmite ceacutelulas vazias

(ldquoidle cellsrdquo) quando natildeo haacute ceacutelulas de dados a enviar

Camada fiacutesica ATM

5

5 - 96copy 2005 by Pearson Education

Subcamada dependente do meio fiacutesico (PMD) SONETSDH estrutura de transmissatildeo de quadros (como um

container carregando bits) Sincronizaccedilatildeo de bits Particcedilotildees da banda passante (TDM) Vaacuterias velocidades OC1 = 5184 Mbps OC3 = 15552 Mbps OC12 = 62208 Mbps

T1T3 estrutura de transmissatildeo de quadros (velha hierarquia de telefonia 15 Mbps45 Mbps No Brasil usa-se a hierarquia europeacuteia E1E3 2 34 Mbps

Natildeo estruturada apenas ceacutelulas (ocupadasvazias)

Camada fiacutesica ATM

5

5 - 97copy 2005 by Pearson Education

Apenas IP claacutessico 3 ldquoredesrdquo (ex segmentos de LAN) Endereccedilos MAC (8023) e IP

IP sobre ATM Substitui ldquorederdquo (ex segmento

de LAN) com a rede ATM Endereccedilos ATM endereccedilos IP

redeATM

EthernetLANs

EthernetLANs

IP-sobre-ATM

5

5 - 98copy 2005 by Pearson Education

No endereccedilo de origem Camada IP encontra um mapeamento entre o endereccedilo IP e o endereccedilo de destino ATM (usando ARP) Passa o datagrama para a camada de adaptaccedilatildeo AAL5 AAL5 encapsula os dados segmenta em ceacutelulas e passa para a camada ATM

Rede ATM move a ceacutelula para o destino de acordo com o seu VC (circuito virtual)

No hospedeiro de destino AAL5 remonta o datagrama original a partir das ceacutelulas recebidas Se o CRC OK datagrama eacute passado ao IP

Viagem de um datagrama numa rede IP-sobre-ATM

5

5 - 99copy 2005 by Pearson Education

Questotildees Datagramas IP em ATM AAL5 PDUs Dos endereccedilos IP aos endereccedilos ATM

Da mesma forma que de endereccedilos IP para endereccedilos MAC 8023

redeATM

EthernetLANs

IP-sobre-ATM

5

5 - 100copy 2005 by Pearson Education

Objetivo inicial aumentar a velocidade de encaminhamento IP usando labels de tamanho fixo (em vez de endereccedilo IP) Mesma ideacuteia do meacutetodo de circuito virtual (VC) Mas o datagrama IP ainda manteacutem o endereccedilo IP

Multiprotocol label switching (MPLS)

5

5 - 101copy 2005 by Pearson Education

Roteador faz a funccedilatildeo de comutador de roacutetulo Pacotes encaminhados para interface de saiacuteda com base apenas no valor

do roacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP) Tabela de encaminhamento MPLS distinta das tabelas de encaminhamento IP

Protocolo de sinalizaccedilatildeo necessaacuterio para estabelecer o encaminhamento RSVP-TE Encaminhamento eacute possiacutevel por caminhos que o IP sozinho natildeo pode usar (ex roteamento de especificado pela origem) Use MPLS para engenharia de traacutefego

Deve coexistir com roteadores unicamente IP

Roteadores MPLS

5

5 - 102copy 2005 by Pearson Education

Tabelas de encaminhamento MPLS

5

5 - 103copy 2005 by Pearson Education

Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace Detecccedilatildeo de erros correccedilatildeo Compartilhando um canal broadcast acesso muacuteltiplo Endereccedilamento da camada de enlace

Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de vaacuterias tecnologias da camada de enlace Ethernet LANS comutadas PPP Redes virtualizadas como uma camada de enlace ATM MPLS

Resumo

Page 72: Capítulo 5 Redes de computadores e a Internet A camada de enlace e redes locais

5

5 - 72copy 2005 by Pearson Education

Enquadramento de pacote encapsulamento do datagrama da camada de rede no quadro da camada de enlace Transporta dados da camada de rede de qualquer protocolo de rede (natildeo apenas o IP) ao mesmo tempo Capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeo

Transparecircncia de bits deve transportar qualquer padratildeo de bit no campo de dados

Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo) Gerenciamento da conexatildeo detecta e informa falhas do enlace

para a camada de rede Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede os pontos terminais

do enlace podem aprender e configurar o endereccedilo de rede dos outros

PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]

5

5 - 73copy 2005 by Pearson Education

Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros Natildeo haacute controle de fluxo Aceita entregas fora de ordem Natildeo haacute necessidade de suportar enlaces multiponto (ex polling)

Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeo dos dados satildeo todos relegados para as camadas mais altas

PPP natildeo requisitos

5

5 - 74copy 2005 by Pearson Education

Flag delimitador (enquadramento) Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura) Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacuteltiplos campos de

controle Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o conteuacutedo do

quadro deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)

PPP formato do quadro

5

5 - 75copy 2005 by Pearson Education

info dados da camada superior sendo transportados CRC verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de erros

PPP formato dos dados

5

5 - 76copy 2005 by Pearson Education

Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de dados deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt01111110gt

P Se for recebido o padratildeo lt01111110gt satildeo dados ou eacute flag Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte extra com o padratildeo lt

01111101gt (escape) antes de cada byte com o padratildeo de flag lt 01111110gt nos dados

Receptor Um byte 01111101 seguido de 01111110 em seguida descarta o primeiro e continua a recepccedilatildeo de dados Uacutenico byte 01111110 entatildeo eacute um flag

Byte stuffing

5

5 - 77copy 2005 by Pearson Education

byte com o padratildeodo flag nos dados a enviar

byte com o padratildeo de escape acrescentado nos dados transmitidos seguido por um byte com padratildeo de flag

Byte stuffing

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5 - 78copy 2005 by Pearson Education

Antes de trocar dados da camada de rede os parceiros da camada de enlace devem A configurar o enlace PPP (tamanho maacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo) Aprenderconfigurar as informaccedilotildees da camada de rede

Para o IP transportar mensagens do protocolo de controle IP (IPCP) (campo de protocolo 8021) para configuraraprender os

endereccedilos IP

PPP protocolo de controle de dados

5

5 - 79copy 2005 by Pearson Education

A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

5

5 - 80copy 2005 by Pearson Education

Virtualizaccedilatildeo dos recursos uma poderosa abstraccedilatildeo em engenharia de sistemas Exemplos em computaccedilatildeo memoacuteria virtual dispositivos virtuais

Maacutequinas virtuais ex java IBM VM os dos anos 6070

Camada de abstraccedilotildees natildeo se apega a detalhes da camada mais baixa apenas trata com as camadas mais baixas abstratamente

Virtualizaccedilatildeo das redes

5

5 - 81copy 2005 by Pearson Education

1974 muacuteltiplas redes desconectadas ARPAnet redes de dados-sobre-cabo rede de pacote por sateacutelite (Aloha) rede de pacotes por raacutedio

hellip diferentes em convenccedilotildees de endereccedilamento formatos do pacote recuperaccedilatildeo de erros roteamento

Internet virtualizaccedilatildeo das redes

5

5 - 82copy 2005 by Pearson Education

Camada de rede da Internet (IP) Endereccedilamento internetwork

aparece como uma entidade uacutenica e uniforme escondendo a heterogeneidade das redes locais

Rede de redes

Gateway ldquoembute pacotes da Internet no

formato de um pacote local ou os extrairdquo

Rota (no niacutevel de internetwork) para o proacuteximo gateway

Internet virtualizaccedilatildeo das redes

5

5 - 83copy 2005 by Pearson Education

O que eacute virtualizado Duas camadas de endereccedilamento Internet e rede local Nova camada (IP) torna tudo homogecircneo na camada da Internet Tecnologia da rede local em questatildeo

Cabo Sateacutelite Modem telefocircnico de 56 K Hoje ATM MPLS

hellip ldquoinvisiacutevelrdquo na camada da Internet Parece com uma tecnologia de camada de enlace para o IP

Arquitetura da Internet de Cerf amp Kahn

5

5 - 84copy 2005 by Pearson Education

ATM MPLS redes separadas em seus proacuteprios direitos Modelos de serviccedilo endereccedilamento roteamento diferentes da Internet

Vistos pela Internet como um enlace loacutegico conectando roteadores IP Assim como o dialup link eacute realmente parte de uma rede separada

(rede telefocircnica)

ATM MPLS de interesse teacutecnico em seu proacuteprio direito

ATM e MPLS

5

5 - 85copy 2005 by Pearson Education

Padratildeo dos anos 8090 para altas taxas de transmissatildeo (155 Mbps a 622 Mbps e mais altas) arquitetura de Broadband Integrated Service Digital Network (B-ISDN)

Objetivo transporte integrado de voz dados e imagens com foco nas redes puacuteblicas de comunicaccedilatildeo Deve atender aos requisitos de tempoQoS para aplicaccedilotildees de voz

e de viacutedeo (versus o serviccedilo de melhor esforccedilo da Internet) Telefonia de ldquoproacutexima geraccedilatildeordquo fundamentos teacutecnicos no mundo da telefonia Comutaccedilatildeo de pacotes (pacotes de tamanho fixo chamados ldquoceacutelulasrdquo) usando circuitos virtuais

Modo de transferecircncia assiacutencrono ATM

5

5 - 86copy 2005 by Pearson Education

Camada de adaptaccedilatildeo apenas na borda de uma rede ATM Segmentaccedilatildeo e remontagem dos dados Grosseiramente anaacuteloga agrave camada de transporte da Internet

Camada ATM camada de ldquorederdquo Comutaccedilatildeo de ceacutelulas roteamento

Camada fiacutesica

Sistema final Sistema finalSwitch ATM Switch ATM

Arquitetura ATM

5

5 - 87copy 2005 by Pearson Education

Visatildeo transporte fim-a-fim ldquoATM de computador a computadorrdquo ATM eacute uma tecnologia de redeRealidade usada para conectar roteadores IP de backbone ldquoIP sobre ATMrdquo ATM como uma camada de enlace comutada conectando roteadores IP

ATM camada de rede ou de enlace

5

5 - 88copy 2005 by Pearson Education

Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL) ldquoadaptardquo camadas superiores (aplicaccedilotildees IP ou nativas ATM) para a camada ATM abaixo

AAL presente apenas nos sistemas finais natildeo nos comutadores ATM (ldquoswitchesrdquo)

O segmento da camada AAL (campo de cabeccedilalhotrailer e de dados) satildeo fragmentados em muacuteltiplas ceacutelulas ATM Analogia segmento TCP em muitos pacotes IP

Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL)

Sistema final Sistema finalSwitch ATM Switch ATM

5

5 - 89copy 2005 by Pearson Education

Diferentes versotildees da camada AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM AAL1 para serviccedilo CBR (taxa de bit constante) ex emulaccedilatildeo de circuitos AAL2 para serviccedilos VBR (taxa de bit variaacutevel) ex viacutedeo MPEG AAL5 para dados (ex datagramas IP)

AAL PDU

ceacutelula ATM

Dados de usuaacuterio

subcamadade convergecircncia

subcamadaSAR

Ceacutelula ATM

Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL)

5

5 - 90copy 2005 by Pearson Education

Serviccedilo transporte de ceacutelulas atraveacutes da rede ATM Anaacuteloga agrave camada de rede IP Serviccedilos muito diferentes da camada de rede IP

Arquiteturade rede

Internet

ATM

ATM

ATM

ATM

Modelo de serviccedilo

melhoresforccediloCBR

VBR

ABR

UBR

Banda

natildeo

taxaconstantetaxagarantidamiacutenimogarantidonatildeo

Perda

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Ordem

natildeo

sim

sim

sim

sim

Tempo

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Aviso decongestatildeo

natildeo (inferidopelas perdas)natildeo haacutecongestatildeonatildeo haacutecongestatildeosim

natildeo

Garantias

Camada ATM

5

5 - 91copy 2005 by Pearson Education

Transporte em VC ceacutelulas satildeo transportadas sobre VC da fonte ao destino Estabelecimento de conexatildeo necessaacuterio para cada chamada antes que o fluxo de dados possa ser iniciado Cada pacote transporta um identificador de VC (natildeo transporta o endereccedilo do destino) Cada comutador com caminho entre a fonte e o destino manteacutem o ldquoestadordquo para cada conexatildeo passante Recursos do enlace e do comutador (banda passante buffers) podem ser alocados por VC para obter um comportamento semelhante a um circuito fiacutesico

VCs permanentes (PVCs) Conexotildees de longa duraccedilatildeo Tipicamente rota ldquopermanenterdquo entre roteadores IP

VCs comutados (SVC) Dinamicamente criados numa base por chamada

Camadas ATM circuitos virtuais

5

5 - 92copy 2005 by Pearson Education

Vantagens do uso de circuitos virtuais no ATM Iacutendices de QoS garantidos para conexotildees mapeadas em

circuitos virtuais (banda passante atraso variacircncia de atraso)

Problemas no uso de circuitos virtuais O suporte de traacutefego datagrama eacute ineficiente Um PVC entre cada par origemdestino natildeo tem boa

escalabilidade (N2 conexotildees satildeo necessaacuterias) SVC introduz latecircncia de estabelecimento de conexatildeo e

atrasos de processamento para conexotildees de curta duraccedilatildeo

ATM VCs

5

5 - 93copy 2005 by Pearson Education

Cabeccedilalho da ceacutelula ATM com 5 bytes Carga uacutetil com 48-bytes

Por quecirc carga uacutetil pequena -gt pequeno atraso de criaccedilatildeo de ceacutelula para voz digitalizada

Meio do caminho entre 32 e 64 (compromisso)

cabeccedilalhoda ceacutelula

formato daceacutelula

3o bit no campo PTvalor 1 indica uacuteltima ceacutelula (AAL-indicate bit)

Camada ATM ceacutelula ATM

5

5 - 94copy 2005 by Pearson Education

VCI identificador de canal virtual Pode mudar de enlace para enlace atraveacutes da rede

PT tipo de carga uacutetil (ex ceacutelula RM versus ceacutelula de dados) CLP bit de prioridade de perda de ceacutelula

CLP = 1 implica ceacutelula de baixa prioridade pode ser descartada em caso de congestatildeo

HEC verificaccedilatildeo de erros no cabeccedilalho Verificaccedilatildeo ciacuteclica de erros

Cabeccedilalho da ceacutelula ATM

5

5 - 95copy 2005 by Pearson Education

A camada fiacutesica se compotildee de duas partes (subcamadas ) Subcamada de convergecircncia de transmissatildeo (TCS) adapta a camada

ATM acima agrave subcamada fiacutesica abaixo (PMD) Subcamada dependente do meio depende do tipo de meio fiacutesico que

estaacute sendo empregado

Funccedilotildees da TCS Geraccedilatildeo do checksum do cabeccedilalho 8 bits CRC Delineamento de ceacutelula Com uma subcamada PMD natildeo estruturada transmite ceacutelulas vazias

(ldquoidle cellsrdquo) quando natildeo haacute ceacutelulas de dados a enviar

Camada fiacutesica ATM

5

5 - 96copy 2005 by Pearson Education

Subcamada dependente do meio fiacutesico (PMD) SONETSDH estrutura de transmissatildeo de quadros (como um

container carregando bits) Sincronizaccedilatildeo de bits Particcedilotildees da banda passante (TDM) Vaacuterias velocidades OC1 = 5184 Mbps OC3 = 15552 Mbps OC12 = 62208 Mbps

T1T3 estrutura de transmissatildeo de quadros (velha hierarquia de telefonia 15 Mbps45 Mbps No Brasil usa-se a hierarquia europeacuteia E1E3 2 34 Mbps

Natildeo estruturada apenas ceacutelulas (ocupadasvazias)

Camada fiacutesica ATM

5

5 - 97copy 2005 by Pearson Education

Apenas IP claacutessico 3 ldquoredesrdquo (ex segmentos de LAN) Endereccedilos MAC (8023) e IP

IP sobre ATM Substitui ldquorederdquo (ex segmento

de LAN) com a rede ATM Endereccedilos ATM endereccedilos IP

redeATM

EthernetLANs

EthernetLANs

IP-sobre-ATM

5

5 - 98copy 2005 by Pearson Education

No endereccedilo de origem Camada IP encontra um mapeamento entre o endereccedilo IP e o endereccedilo de destino ATM (usando ARP) Passa o datagrama para a camada de adaptaccedilatildeo AAL5 AAL5 encapsula os dados segmenta em ceacutelulas e passa para a camada ATM

Rede ATM move a ceacutelula para o destino de acordo com o seu VC (circuito virtual)

No hospedeiro de destino AAL5 remonta o datagrama original a partir das ceacutelulas recebidas Se o CRC OK datagrama eacute passado ao IP

Viagem de um datagrama numa rede IP-sobre-ATM

5

5 - 99copy 2005 by Pearson Education

Questotildees Datagramas IP em ATM AAL5 PDUs Dos endereccedilos IP aos endereccedilos ATM

Da mesma forma que de endereccedilos IP para endereccedilos MAC 8023

redeATM

EthernetLANs

IP-sobre-ATM

5

5 - 100copy 2005 by Pearson Education

Objetivo inicial aumentar a velocidade de encaminhamento IP usando labels de tamanho fixo (em vez de endereccedilo IP) Mesma ideacuteia do meacutetodo de circuito virtual (VC) Mas o datagrama IP ainda manteacutem o endereccedilo IP

Multiprotocol label switching (MPLS)

5

5 - 101copy 2005 by Pearson Education

Roteador faz a funccedilatildeo de comutador de roacutetulo Pacotes encaminhados para interface de saiacuteda com base apenas no valor

do roacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP) Tabela de encaminhamento MPLS distinta das tabelas de encaminhamento IP

Protocolo de sinalizaccedilatildeo necessaacuterio para estabelecer o encaminhamento RSVP-TE Encaminhamento eacute possiacutevel por caminhos que o IP sozinho natildeo pode usar (ex roteamento de especificado pela origem) Use MPLS para engenharia de traacutefego

Deve coexistir com roteadores unicamente IP

Roteadores MPLS

5

5 - 102copy 2005 by Pearson Education

Tabelas de encaminhamento MPLS

5

5 - 103copy 2005 by Pearson Education

Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace Detecccedilatildeo de erros correccedilatildeo Compartilhando um canal broadcast acesso muacuteltiplo Endereccedilamento da camada de enlace

Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de vaacuterias tecnologias da camada de enlace Ethernet LANS comutadas PPP Redes virtualizadas como uma camada de enlace ATM MPLS

Resumo

Page 73: Capítulo 5 Redes de computadores e a Internet A camada de enlace e redes locais

5

5 - 73copy 2005 by Pearson Education

Natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros Natildeo haacute controle de fluxo Aceita entregas fora de ordem Natildeo haacute necessidade de suportar enlaces multiponto (ex polling)

Recuperaccedilatildeo de erros controle de fluxo reordenaccedilatildeo dos dados satildeo todos relegados para as camadas mais altas

PPP natildeo requisitos

5

5 - 74copy 2005 by Pearson Education

Flag delimitador (enquadramento) Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura) Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacuteltiplos campos de

controle Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o conteuacutedo do

quadro deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)

PPP formato do quadro

5

5 - 75copy 2005 by Pearson Education

info dados da camada superior sendo transportados CRC verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de erros

PPP formato dos dados

5

5 - 76copy 2005 by Pearson Education

Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de dados deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt01111110gt

P Se for recebido o padratildeo lt01111110gt satildeo dados ou eacute flag Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte extra com o padratildeo lt

01111101gt (escape) antes de cada byte com o padratildeo de flag lt 01111110gt nos dados

Receptor Um byte 01111101 seguido de 01111110 em seguida descarta o primeiro e continua a recepccedilatildeo de dados Uacutenico byte 01111110 entatildeo eacute um flag

Byte stuffing

5

5 - 77copy 2005 by Pearson Education

byte com o padratildeodo flag nos dados a enviar

byte com o padratildeo de escape acrescentado nos dados transmitidos seguido por um byte com padratildeo de flag

Byte stuffing

5

5 - 78copy 2005 by Pearson Education

Antes de trocar dados da camada de rede os parceiros da camada de enlace devem A configurar o enlace PPP (tamanho maacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo) Aprenderconfigurar as informaccedilotildees da camada de rede

Para o IP transportar mensagens do protocolo de controle IP (IPCP) (campo de protocolo 8021) para configuraraprender os

endereccedilos IP

PPP protocolo de controle de dados

5

5 - 79copy 2005 by Pearson Education

A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

5

5 - 80copy 2005 by Pearson Education

Virtualizaccedilatildeo dos recursos uma poderosa abstraccedilatildeo em engenharia de sistemas Exemplos em computaccedilatildeo memoacuteria virtual dispositivos virtuais

Maacutequinas virtuais ex java IBM VM os dos anos 6070

Camada de abstraccedilotildees natildeo se apega a detalhes da camada mais baixa apenas trata com as camadas mais baixas abstratamente

Virtualizaccedilatildeo das redes

5

5 - 81copy 2005 by Pearson Education

1974 muacuteltiplas redes desconectadas ARPAnet redes de dados-sobre-cabo rede de pacote por sateacutelite (Aloha) rede de pacotes por raacutedio

hellip diferentes em convenccedilotildees de endereccedilamento formatos do pacote recuperaccedilatildeo de erros roteamento

Internet virtualizaccedilatildeo das redes

5

5 - 82copy 2005 by Pearson Education

Camada de rede da Internet (IP) Endereccedilamento internetwork

aparece como uma entidade uacutenica e uniforme escondendo a heterogeneidade das redes locais

Rede de redes

Gateway ldquoembute pacotes da Internet no

formato de um pacote local ou os extrairdquo

Rota (no niacutevel de internetwork) para o proacuteximo gateway

Internet virtualizaccedilatildeo das redes

5

5 - 83copy 2005 by Pearson Education

O que eacute virtualizado Duas camadas de endereccedilamento Internet e rede local Nova camada (IP) torna tudo homogecircneo na camada da Internet Tecnologia da rede local em questatildeo

Cabo Sateacutelite Modem telefocircnico de 56 K Hoje ATM MPLS

hellip ldquoinvisiacutevelrdquo na camada da Internet Parece com uma tecnologia de camada de enlace para o IP

Arquitetura da Internet de Cerf amp Kahn

5

5 - 84copy 2005 by Pearson Education

ATM MPLS redes separadas em seus proacuteprios direitos Modelos de serviccedilo endereccedilamento roteamento diferentes da Internet

Vistos pela Internet como um enlace loacutegico conectando roteadores IP Assim como o dialup link eacute realmente parte de uma rede separada

(rede telefocircnica)

ATM MPLS de interesse teacutecnico em seu proacuteprio direito

ATM e MPLS

5

5 - 85copy 2005 by Pearson Education

Padratildeo dos anos 8090 para altas taxas de transmissatildeo (155 Mbps a 622 Mbps e mais altas) arquitetura de Broadband Integrated Service Digital Network (B-ISDN)

Objetivo transporte integrado de voz dados e imagens com foco nas redes puacuteblicas de comunicaccedilatildeo Deve atender aos requisitos de tempoQoS para aplicaccedilotildees de voz

e de viacutedeo (versus o serviccedilo de melhor esforccedilo da Internet) Telefonia de ldquoproacutexima geraccedilatildeordquo fundamentos teacutecnicos no mundo da telefonia Comutaccedilatildeo de pacotes (pacotes de tamanho fixo chamados ldquoceacutelulasrdquo) usando circuitos virtuais

Modo de transferecircncia assiacutencrono ATM

5

5 - 86copy 2005 by Pearson Education

Camada de adaptaccedilatildeo apenas na borda de uma rede ATM Segmentaccedilatildeo e remontagem dos dados Grosseiramente anaacuteloga agrave camada de transporte da Internet

Camada ATM camada de ldquorederdquo Comutaccedilatildeo de ceacutelulas roteamento

Camada fiacutesica

Sistema final Sistema finalSwitch ATM Switch ATM

Arquitetura ATM

5

5 - 87copy 2005 by Pearson Education

Visatildeo transporte fim-a-fim ldquoATM de computador a computadorrdquo ATM eacute uma tecnologia de redeRealidade usada para conectar roteadores IP de backbone ldquoIP sobre ATMrdquo ATM como uma camada de enlace comutada conectando roteadores IP

ATM camada de rede ou de enlace

5

5 - 88copy 2005 by Pearson Education

Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL) ldquoadaptardquo camadas superiores (aplicaccedilotildees IP ou nativas ATM) para a camada ATM abaixo

AAL presente apenas nos sistemas finais natildeo nos comutadores ATM (ldquoswitchesrdquo)

O segmento da camada AAL (campo de cabeccedilalhotrailer e de dados) satildeo fragmentados em muacuteltiplas ceacutelulas ATM Analogia segmento TCP em muitos pacotes IP

Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL)

Sistema final Sistema finalSwitch ATM Switch ATM

5

5 - 89copy 2005 by Pearson Education

Diferentes versotildees da camada AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM AAL1 para serviccedilo CBR (taxa de bit constante) ex emulaccedilatildeo de circuitos AAL2 para serviccedilos VBR (taxa de bit variaacutevel) ex viacutedeo MPEG AAL5 para dados (ex datagramas IP)

AAL PDU

ceacutelula ATM

Dados de usuaacuterio

subcamadade convergecircncia

subcamadaSAR

Ceacutelula ATM

Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL)

5

5 - 90copy 2005 by Pearson Education

Serviccedilo transporte de ceacutelulas atraveacutes da rede ATM Anaacuteloga agrave camada de rede IP Serviccedilos muito diferentes da camada de rede IP

Arquiteturade rede

Internet

ATM

ATM

ATM

ATM

Modelo de serviccedilo

melhoresforccediloCBR

VBR

ABR

UBR

Banda

natildeo

taxaconstantetaxagarantidamiacutenimogarantidonatildeo

Perda

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Ordem

natildeo

sim

sim

sim

sim

Tempo

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Aviso decongestatildeo

natildeo (inferidopelas perdas)natildeo haacutecongestatildeonatildeo haacutecongestatildeosim

natildeo

Garantias

Camada ATM

5

5 - 91copy 2005 by Pearson Education

Transporte em VC ceacutelulas satildeo transportadas sobre VC da fonte ao destino Estabelecimento de conexatildeo necessaacuterio para cada chamada antes que o fluxo de dados possa ser iniciado Cada pacote transporta um identificador de VC (natildeo transporta o endereccedilo do destino) Cada comutador com caminho entre a fonte e o destino manteacutem o ldquoestadordquo para cada conexatildeo passante Recursos do enlace e do comutador (banda passante buffers) podem ser alocados por VC para obter um comportamento semelhante a um circuito fiacutesico

VCs permanentes (PVCs) Conexotildees de longa duraccedilatildeo Tipicamente rota ldquopermanenterdquo entre roteadores IP

VCs comutados (SVC) Dinamicamente criados numa base por chamada

Camadas ATM circuitos virtuais

5

5 - 92copy 2005 by Pearson Education

Vantagens do uso de circuitos virtuais no ATM Iacutendices de QoS garantidos para conexotildees mapeadas em

circuitos virtuais (banda passante atraso variacircncia de atraso)

Problemas no uso de circuitos virtuais O suporte de traacutefego datagrama eacute ineficiente Um PVC entre cada par origemdestino natildeo tem boa

escalabilidade (N2 conexotildees satildeo necessaacuterias) SVC introduz latecircncia de estabelecimento de conexatildeo e

atrasos de processamento para conexotildees de curta duraccedilatildeo

ATM VCs

5

5 - 93copy 2005 by Pearson Education

Cabeccedilalho da ceacutelula ATM com 5 bytes Carga uacutetil com 48-bytes

Por quecirc carga uacutetil pequena -gt pequeno atraso de criaccedilatildeo de ceacutelula para voz digitalizada

Meio do caminho entre 32 e 64 (compromisso)

cabeccedilalhoda ceacutelula

formato daceacutelula

3o bit no campo PTvalor 1 indica uacuteltima ceacutelula (AAL-indicate bit)

Camada ATM ceacutelula ATM

5

5 - 94copy 2005 by Pearson Education

VCI identificador de canal virtual Pode mudar de enlace para enlace atraveacutes da rede

PT tipo de carga uacutetil (ex ceacutelula RM versus ceacutelula de dados) CLP bit de prioridade de perda de ceacutelula

CLP = 1 implica ceacutelula de baixa prioridade pode ser descartada em caso de congestatildeo

HEC verificaccedilatildeo de erros no cabeccedilalho Verificaccedilatildeo ciacuteclica de erros

Cabeccedilalho da ceacutelula ATM

5

5 - 95copy 2005 by Pearson Education

A camada fiacutesica se compotildee de duas partes (subcamadas ) Subcamada de convergecircncia de transmissatildeo (TCS) adapta a camada

ATM acima agrave subcamada fiacutesica abaixo (PMD) Subcamada dependente do meio depende do tipo de meio fiacutesico que

estaacute sendo empregado

Funccedilotildees da TCS Geraccedilatildeo do checksum do cabeccedilalho 8 bits CRC Delineamento de ceacutelula Com uma subcamada PMD natildeo estruturada transmite ceacutelulas vazias

(ldquoidle cellsrdquo) quando natildeo haacute ceacutelulas de dados a enviar

Camada fiacutesica ATM

5

5 - 96copy 2005 by Pearson Education

Subcamada dependente do meio fiacutesico (PMD) SONETSDH estrutura de transmissatildeo de quadros (como um

container carregando bits) Sincronizaccedilatildeo de bits Particcedilotildees da banda passante (TDM) Vaacuterias velocidades OC1 = 5184 Mbps OC3 = 15552 Mbps OC12 = 62208 Mbps

T1T3 estrutura de transmissatildeo de quadros (velha hierarquia de telefonia 15 Mbps45 Mbps No Brasil usa-se a hierarquia europeacuteia E1E3 2 34 Mbps

Natildeo estruturada apenas ceacutelulas (ocupadasvazias)

Camada fiacutesica ATM

5

5 - 97copy 2005 by Pearson Education

Apenas IP claacutessico 3 ldquoredesrdquo (ex segmentos de LAN) Endereccedilos MAC (8023) e IP

IP sobre ATM Substitui ldquorederdquo (ex segmento

de LAN) com a rede ATM Endereccedilos ATM endereccedilos IP

redeATM

EthernetLANs

EthernetLANs

IP-sobre-ATM

5

5 - 98copy 2005 by Pearson Education

No endereccedilo de origem Camada IP encontra um mapeamento entre o endereccedilo IP e o endereccedilo de destino ATM (usando ARP) Passa o datagrama para a camada de adaptaccedilatildeo AAL5 AAL5 encapsula os dados segmenta em ceacutelulas e passa para a camada ATM

Rede ATM move a ceacutelula para o destino de acordo com o seu VC (circuito virtual)

No hospedeiro de destino AAL5 remonta o datagrama original a partir das ceacutelulas recebidas Se o CRC OK datagrama eacute passado ao IP

Viagem de um datagrama numa rede IP-sobre-ATM

5

5 - 99copy 2005 by Pearson Education

Questotildees Datagramas IP em ATM AAL5 PDUs Dos endereccedilos IP aos endereccedilos ATM

Da mesma forma que de endereccedilos IP para endereccedilos MAC 8023

redeATM

EthernetLANs

IP-sobre-ATM

5

5 - 100copy 2005 by Pearson Education

Objetivo inicial aumentar a velocidade de encaminhamento IP usando labels de tamanho fixo (em vez de endereccedilo IP) Mesma ideacuteia do meacutetodo de circuito virtual (VC) Mas o datagrama IP ainda manteacutem o endereccedilo IP

Multiprotocol label switching (MPLS)

5

5 - 101copy 2005 by Pearson Education

Roteador faz a funccedilatildeo de comutador de roacutetulo Pacotes encaminhados para interface de saiacuteda com base apenas no valor

do roacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP) Tabela de encaminhamento MPLS distinta das tabelas de encaminhamento IP

Protocolo de sinalizaccedilatildeo necessaacuterio para estabelecer o encaminhamento RSVP-TE Encaminhamento eacute possiacutevel por caminhos que o IP sozinho natildeo pode usar (ex roteamento de especificado pela origem) Use MPLS para engenharia de traacutefego

Deve coexistir com roteadores unicamente IP

Roteadores MPLS

5

5 - 102copy 2005 by Pearson Education

Tabelas de encaminhamento MPLS

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5 - 103copy 2005 by Pearson Education

Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace Detecccedilatildeo de erros correccedilatildeo Compartilhando um canal broadcast acesso muacuteltiplo Endereccedilamento da camada de enlace

Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de vaacuterias tecnologias da camada de enlace Ethernet LANS comutadas PPP Redes virtualizadas como uma camada de enlace ATM MPLS

Resumo

Page 74: Capítulo 5 Redes de computadores e a Internet A camada de enlace e redes locais

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5 - 74copy 2005 by Pearson Education

Flag delimitador (enquadramento) Endereccedilo natildeo tem funccedilatildeo (apenas uma opccedilatildeo futura) Controle natildeo tem funccedilatildeo no futuro eacute possiacutevel ter muacuteltiplos campos de

controle Protocolo indica o protocolo da camada superior ao qual o conteuacutedo do

quadro deve ser entregue (ex PPP-LCP IP IPCP etc)

PPP formato do quadro

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5 - 75copy 2005 by Pearson Education

info dados da camada superior sendo transportados CRC verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de erros

PPP formato dos dados

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5 - 76copy 2005 by Pearson Education

Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de dados deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt01111110gt

P Se for recebido o padratildeo lt01111110gt satildeo dados ou eacute flag Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte extra com o padratildeo lt

01111101gt (escape) antes de cada byte com o padratildeo de flag lt 01111110gt nos dados

Receptor Um byte 01111101 seguido de 01111110 em seguida descarta o primeiro e continua a recepccedilatildeo de dados Uacutenico byte 01111110 entatildeo eacute um flag

Byte stuffing

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5 - 77copy 2005 by Pearson Education

byte com o padratildeodo flag nos dados a enviar

byte com o padratildeo de escape acrescentado nos dados transmitidos seguido por um byte com padratildeo de flag

Byte stuffing

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5 - 78copy 2005 by Pearson Education

Antes de trocar dados da camada de rede os parceiros da camada de enlace devem A configurar o enlace PPP (tamanho maacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo) Aprenderconfigurar as informaccedilotildees da camada de rede

Para o IP transportar mensagens do protocolo de controle IP (IPCP) (campo de protocolo 8021) para configuraraprender os

endereccedilos IP

PPP protocolo de controle de dados

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5 - 79copy 2005 by Pearson Education

A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

5

5 - 80copy 2005 by Pearson Education

Virtualizaccedilatildeo dos recursos uma poderosa abstraccedilatildeo em engenharia de sistemas Exemplos em computaccedilatildeo memoacuteria virtual dispositivos virtuais

Maacutequinas virtuais ex java IBM VM os dos anos 6070

Camada de abstraccedilotildees natildeo se apega a detalhes da camada mais baixa apenas trata com as camadas mais baixas abstratamente

Virtualizaccedilatildeo das redes

5

5 - 81copy 2005 by Pearson Education

1974 muacuteltiplas redes desconectadas ARPAnet redes de dados-sobre-cabo rede de pacote por sateacutelite (Aloha) rede de pacotes por raacutedio

hellip diferentes em convenccedilotildees de endereccedilamento formatos do pacote recuperaccedilatildeo de erros roteamento

Internet virtualizaccedilatildeo das redes

5

5 - 82copy 2005 by Pearson Education

Camada de rede da Internet (IP) Endereccedilamento internetwork

aparece como uma entidade uacutenica e uniforme escondendo a heterogeneidade das redes locais

Rede de redes

Gateway ldquoembute pacotes da Internet no

formato de um pacote local ou os extrairdquo

Rota (no niacutevel de internetwork) para o proacuteximo gateway

Internet virtualizaccedilatildeo das redes

5

5 - 83copy 2005 by Pearson Education

O que eacute virtualizado Duas camadas de endereccedilamento Internet e rede local Nova camada (IP) torna tudo homogecircneo na camada da Internet Tecnologia da rede local em questatildeo

Cabo Sateacutelite Modem telefocircnico de 56 K Hoje ATM MPLS

hellip ldquoinvisiacutevelrdquo na camada da Internet Parece com uma tecnologia de camada de enlace para o IP

Arquitetura da Internet de Cerf amp Kahn

5

5 - 84copy 2005 by Pearson Education

ATM MPLS redes separadas em seus proacuteprios direitos Modelos de serviccedilo endereccedilamento roteamento diferentes da Internet

Vistos pela Internet como um enlace loacutegico conectando roteadores IP Assim como o dialup link eacute realmente parte de uma rede separada

(rede telefocircnica)

ATM MPLS de interesse teacutecnico em seu proacuteprio direito

ATM e MPLS

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5 - 85copy 2005 by Pearson Education

Padratildeo dos anos 8090 para altas taxas de transmissatildeo (155 Mbps a 622 Mbps e mais altas) arquitetura de Broadband Integrated Service Digital Network (B-ISDN)

Objetivo transporte integrado de voz dados e imagens com foco nas redes puacuteblicas de comunicaccedilatildeo Deve atender aos requisitos de tempoQoS para aplicaccedilotildees de voz

e de viacutedeo (versus o serviccedilo de melhor esforccedilo da Internet) Telefonia de ldquoproacutexima geraccedilatildeordquo fundamentos teacutecnicos no mundo da telefonia Comutaccedilatildeo de pacotes (pacotes de tamanho fixo chamados ldquoceacutelulasrdquo) usando circuitos virtuais

Modo de transferecircncia assiacutencrono ATM

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5 - 86copy 2005 by Pearson Education

Camada de adaptaccedilatildeo apenas na borda de uma rede ATM Segmentaccedilatildeo e remontagem dos dados Grosseiramente anaacuteloga agrave camada de transporte da Internet

Camada ATM camada de ldquorederdquo Comutaccedilatildeo de ceacutelulas roteamento

Camada fiacutesica

Sistema final Sistema finalSwitch ATM Switch ATM

Arquitetura ATM

5

5 - 87copy 2005 by Pearson Education

Visatildeo transporte fim-a-fim ldquoATM de computador a computadorrdquo ATM eacute uma tecnologia de redeRealidade usada para conectar roteadores IP de backbone ldquoIP sobre ATMrdquo ATM como uma camada de enlace comutada conectando roteadores IP

ATM camada de rede ou de enlace

5

5 - 88copy 2005 by Pearson Education

Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL) ldquoadaptardquo camadas superiores (aplicaccedilotildees IP ou nativas ATM) para a camada ATM abaixo

AAL presente apenas nos sistemas finais natildeo nos comutadores ATM (ldquoswitchesrdquo)

O segmento da camada AAL (campo de cabeccedilalhotrailer e de dados) satildeo fragmentados em muacuteltiplas ceacutelulas ATM Analogia segmento TCP em muitos pacotes IP

Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL)

Sistema final Sistema finalSwitch ATM Switch ATM

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5 - 89copy 2005 by Pearson Education

Diferentes versotildees da camada AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM AAL1 para serviccedilo CBR (taxa de bit constante) ex emulaccedilatildeo de circuitos AAL2 para serviccedilos VBR (taxa de bit variaacutevel) ex viacutedeo MPEG AAL5 para dados (ex datagramas IP)

AAL PDU

ceacutelula ATM

Dados de usuaacuterio

subcamadade convergecircncia

subcamadaSAR

Ceacutelula ATM

Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL)

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5 - 90copy 2005 by Pearson Education

Serviccedilo transporte de ceacutelulas atraveacutes da rede ATM Anaacuteloga agrave camada de rede IP Serviccedilos muito diferentes da camada de rede IP

Arquiteturade rede

Internet

ATM

ATM

ATM

ATM

Modelo de serviccedilo

melhoresforccediloCBR

VBR

ABR

UBR

Banda

natildeo

taxaconstantetaxagarantidamiacutenimogarantidonatildeo

Perda

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Ordem

natildeo

sim

sim

sim

sim

Tempo

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Aviso decongestatildeo

natildeo (inferidopelas perdas)natildeo haacutecongestatildeonatildeo haacutecongestatildeosim

natildeo

Garantias

Camada ATM

5

5 - 91copy 2005 by Pearson Education

Transporte em VC ceacutelulas satildeo transportadas sobre VC da fonte ao destino Estabelecimento de conexatildeo necessaacuterio para cada chamada antes que o fluxo de dados possa ser iniciado Cada pacote transporta um identificador de VC (natildeo transporta o endereccedilo do destino) Cada comutador com caminho entre a fonte e o destino manteacutem o ldquoestadordquo para cada conexatildeo passante Recursos do enlace e do comutador (banda passante buffers) podem ser alocados por VC para obter um comportamento semelhante a um circuito fiacutesico

VCs permanentes (PVCs) Conexotildees de longa duraccedilatildeo Tipicamente rota ldquopermanenterdquo entre roteadores IP

VCs comutados (SVC) Dinamicamente criados numa base por chamada

Camadas ATM circuitos virtuais

5

5 - 92copy 2005 by Pearson Education

Vantagens do uso de circuitos virtuais no ATM Iacutendices de QoS garantidos para conexotildees mapeadas em

circuitos virtuais (banda passante atraso variacircncia de atraso)

Problemas no uso de circuitos virtuais O suporte de traacutefego datagrama eacute ineficiente Um PVC entre cada par origemdestino natildeo tem boa

escalabilidade (N2 conexotildees satildeo necessaacuterias) SVC introduz latecircncia de estabelecimento de conexatildeo e

atrasos de processamento para conexotildees de curta duraccedilatildeo

ATM VCs

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5 - 93copy 2005 by Pearson Education

Cabeccedilalho da ceacutelula ATM com 5 bytes Carga uacutetil com 48-bytes

Por quecirc carga uacutetil pequena -gt pequeno atraso de criaccedilatildeo de ceacutelula para voz digitalizada

Meio do caminho entre 32 e 64 (compromisso)

cabeccedilalhoda ceacutelula

formato daceacutelula

3o bit no campo PTvalor 1 indica uacuteltima ceacutelula (AAL-indicate bit)

Camada ATM ceacutelula ATM

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5 - 94copy 2005 by Pearson Education

VCI identificador de canal virtual Pode mudar de enlace para enlace atraveacutes da rede

PT tipo de carga uacutetil (ex ceacutelula RM versus ceacutelula de dados) CLP bit de prioridade de perda de ceacutelula

CLP = 1 implica ceacutelula de baixa prioridade pode ser descartada em caso de congestatildeo

HEC verificaccedilatildeo de erros no cabeccedilalho Verificaccedilatildeo ciacuteclica de erros

Cabeccedilalho da ceacutelula ATM

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5 - 95copy 2005 by Pearson Education

A camada fiacutesica se compotildee de duas partes (subcamadas ) Subcamada de convergecircncia de transmissatildeo (TCS) adapta a camada

ATM acima agrave subcamada fiacutesica abaixo (PMD) Subcamada dependente do meio depende do tipo de meio fiacutesico que

estaacute sendo empregado

Funccedilotildees da TCS Geraccedilatildeo do checksum do cabeccedilalho 8 bits CRC Delineamento de ceacutelula Com uma subcamada PMD natildeo estruturada transmite ceacutelulas vazias

(ldquoidle cellsrdquo) quando natildeo haacute ceacutelulas de dados a enviar

Camada fiacutesica ATM

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5 - 96copy 2005 by Pearson Education

Subcamada dependente do meio fiacutesico (PMD) SONETSDH estrutura de transmissatildeo de quadros (como um

container carregando bits) Sincronizaccedilatildeo de bits Particcedilotildees da banda passante (TDM) Vaacuterias velocidades OC1 = 5184 Mbps OC3 = 15552 Mbps OC12 = 62208 Mbps

T1T3 estrutura de transmissatildeo de quadros (velha hierarquia de telefonia 15 Mbps45 Mbps No Brasil usa-se a hierarquia europeacuteia E1E3 2 34 Mbps

Natildeo estruturada apenas ceacutelulas (ocupadasvazias)

Camada fiacutesica ATM

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5 - 97copy 2005 by Pearson Education

Apenas IP claacutessico 3 ldquoredesrdquo (ex segmentos de LAN) Endereccedilos MAC (8023) e IP

IP sobre ATM Substitui ldquorederdquo (ex segmento

de LAN) com a rede ATM Endereccedilos ATM endereccedilos IP

redeATM

EthernetLANs

EthernetLANs

IP-sobre-ATM

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5 - 98copy 2005 by Pearson Education

No endereccedilo de origem Camada IP encontra um mapeamento entre o endereccedilo IP e o endereccedilo de destino ATM (usando ARP) Passa o datagrama para a camada de adaptaccedilatildeo AAL5 AAL5 encapsula os dados segmenta em ceacutelulas e passa para a camada ATM

Rede ATM move a ceacutelula para o destino de acordo com o seu VC (circuito virtual)

No hospedeiro de destino AAL5 remonta o datagrama original a partir das ceacutelulas recebidas Se o CRC OK datagrama eacute passado ao IP

Viagem de um datagrama numa rede IP-sobre-ATM

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5 - 99copy 2005 by Pearson Education

Questotildees Datagramas IP em ATM AAL5 PDUs Dos endereccedilos IP aos endereccedilos ATM

Da mesma forma que de endereccedilos IP para endereccedilos MAC 8023

redeATM

EthernetLANs

IP-sobre-ATM

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Objetivo inicial aumentar a velocidade de encaminhamento IP usando labels de tamanho fixo (em vez de endereccedilo IP) Mesma ideacuteia do meacutetodo de circuito virtual (VC) Mas o datagrama IP ainda manteacutem o endereccedilo IP

Multiprotocol label switching (MPLS)

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5 - 101copy 2005 by Pearson Education

Roteador faz a funccedilatildeo de comutador de roacutetulo Pacotes encaminhados para interface de saiacuteda com base apenas no valor

do roacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP) Tabela de encaminhamento MPLS distinta das tabelas de encaminhamento IP

Protocolo de sinalizaccedilatildeo necessaacuterio para estabelecer o encaminhamento RSVP-TE Encaminhamento eacute possiacutevel por caminhos que o IP sozinho natildeo pode usar (ex roteamento de especificado pela origem) Use MPLS para engenharia de traacutefego

Deve coexistir com roteadores unicamente IP

Roteadores MPLS

5

5 - 102copy 2005 by Pearson Education

Tabelas de encaminhamento MPLS

5

5 - 103copy 2005 by Pearson Education

Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace Detecccedilatildeo de erros correccedilatildeo Compartilhando um canal broadcast acesso muacuteltiplo Endereccedilamento da camada de enlace

Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de vaacuterias tecnologias da camada de enlace Ethernet LANS comutadas PPP Redes virtualizadas como uma camada de enlace ATM MPLS

Resumo

Page 75: Capítulo 5 Redes de computadores e a Internet A camada de enlace e redes locais

5

5 - 75copy 2005 by Pearson Education

info dados da camada superior sendo transportados CRC verificaccedilatildeo de redundacircncia ciacuteclica para detecccedilatildeo de erros

PPP formato dos dados

5

5 - 76copy 2005 by Pearson Education

Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de dados deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt01111110gt

P Se for recebido o padratildeo lt01111110gt satildeo dados ou eacute flag Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte extra com o padratildeo lt

01111101gt (escape) antes de cada byte com o padratildeo de flag lt 01111110gt nos dados

Receptor Um byte 01111101 seguido de 01111110 em seguida descarta o primeiro e continua a recepccedilatildeo de dados Uacutenico byte 01111110 entatildeo eacute um flag

Byte stuffing

5

5 - 77copy 2005 by Pearson Education

byte com o padratildeodo flag nos dados a enviar

byte com o padratildeo de escape acrescentado nos dados transmitidos seguido por um byte com padratildeo de flag

Byte stuffing

5

5 - 78copy 2005 by Pearson Education

Antes de trocar dados da camada de rede os parceiros da camada de enlace devem A configurar o enlace PPP (tamanho maacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo) Aprenderconfigurar as informaccedilotildees da camada de rede

Para o IP transportar mensagens do protocolo de controle IP (IPCP) (campo de protocolo 8021) para configuraraprender os

endereccedilos IP

PPP protocolo de controle de dados

5

5 - 79copy 2005 by Pearson Education

A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

5

5 - 80copy 2005 by Pearson Education

Virtualizaccedilatildeo dos recursos uma poderosa abstraccedilatildeo em engenharia de sistemas Exemplos em computaccedilatildeo memoacuteria virtual dispositivos virtuais

Maacutequinas virtuais ex java IBM VM os dos anos 6070

Camada de abstraccedilotildees natildeo se apega a detalhes da camada mais baixa apenas trata com as camadas mais baixas abstratamente

Virtualizaccedilatildeo das redes

5

5 - 81copy 2005 by Pearson Education

1974 muacuteltiplas redes desconectadas ARPAnet redes de dados-sobre-cabo rede de pacote por sateacutelite (Aloha) rede de pacotes por raacutedio

hellip diferentes em convenccedilotildees de endereccedilamento formatos do pacote recuperaccedilatildeo de erros roteamento

Internet virtualizaccedilatildeo das redes

5

5 - 82copy 2005 by Pearson Education

Camada de rede da Internet (IP) Endereccedilamento internetwork

aparece como uma entidade uacutenica e uniforme escondendo a heterogeneidade das redes locais

Rede de redes

Gateway ldquoembute pacotes da Internet no

formato de um pacote local ou os extrairdquo

Rota (no niacutevel de internetwork) para o proacuteximo gateway

Internet virtualizaccedilatildeo das redes

5

5 - 83copy 2005 by Pearson Education

O que eacute virtualizado Duas camadas de endereccedilamento Internet e rede local Nova camada (IP) torna tudo homogecircneo na camada da Internet Tecnologia da rede local em questatildeo

Cabo Sateacutelite Modem telefocircnico de 56 K Hoje ATM MPLS

hellip ldquoinvisiacutevelrdquo na camada da Internet Parece com uma tecnologia de camada de enlace para o IP

Arquitetura da Internet de Cerf amp Kahn

5

5 - 84copy 2005 by Pearson Education

ATM MPLS redes separadas em seus proacuteprios direitos Modelos de serviccedilo endereccedilamento roteamento diferentes da Internet

Vistos pela Internet como um enlace loacutegico conectando roteadores IP Assim como o dialup link eacute realmente parte de uma rede separada

(rede telefocircnica)

ATM MPLS de interesse teacutecnico em seu proacuteprio direito

ATM e MPLS

5

5 - 85copy 2005 by Pearson Education

Padratildeo dos anos 8090 para altas taxas de transmissatildeo (155 Mbps a 622 Mbps e mais altas) arquitetura de Broadband Integrated Service Digital Network (B-ISDN)

Objetivo transporte integrado de voz dados e imagens com foco nas redes puacuteblicas de comunicaccedilatildeo Deve atender aos requisitos de tempoQoS para aplicaccedilotildees de voz

e de viacutedeo (versus o serviccedilo de melhor esforccedilo da Internet) Telefonia de ldquoproacutexima geraccedilatildeordquo fundamentos teacutecnicos no mundo da telefonia Comutaccedilatildeo de pacotes (pacotes de tamanho fixo chamados ldquoceacutelulasrdquo) usando circuitos virtuais

Modo de transferecircncia assiacutencrono ATM

5

5 - 86copy 2005 by Pearson Education

Camada de adaptaccedilatildeo apenas na borda de uma rede ATM Segmentaccedilatildeo e remontagem dos dados Grosseiramente anaacuteloga agrave camada de transporte da Internet

Camada ATM camada de ldquorederdquo Comutaccedilatildeo de ceacutelulas roteamento

Camada fiacutesica

Sistema final Sistema finalSwitch ATM Switch ATM

Arquitetura ATM

5

5 - 87copy 2005 by Pearson Education

Visatildeo transporte fim-a-fim ldquoATM de computador a computadorrdquo ATM eacute uma tecnologia de redeRealidade usada para conectar roteadores IP de backbone ldquoIP sobre ATMrdquo ATM como uma camada de enlace comutada conectando roteadores IP

ATM camada de rede ou de enlace

5

5 - 88copy 2005 by Pearson Education

Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL) ldquoadaptardquo camadas superiores (aplicaccedilotildees IP ou nativas ATM) para a camada ATM abaixo

AAL presente apenas nos sistemas finais natildeo nos comutadores ATM (ldquoswitchesrdquo)

O segmento da camada AAL (campo de cabeccedilalhotrailer e de dados) satildeo fragmentados em muacuteltiplas ceacutelulas ATM Analogia segmento TCP em muitos pacotes IP

Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL)

Sistema final Sistema finalSwitch ATM Switch ATM

5

5 - 89copy 2005 by Pearson Education

Diferentes versotildees da camada AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM AAL1 para serviccedilo CBR (taxa de bit constante) ex emulaccedilatildeo de circuitos AAL2 para serviccedilos VBR (taxa de bit variaacutevel) ex viacutedeo MPEG AAL5 para dados (ex datagramas IP)

AAL PDU

ceacutelula ATM

Dados de usuaacuterio

subcamadade convergecircncia

subcamadaSAR

Ceacutelula ATM

Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL)

5

5 - 90copy 2005 by Pearson Education

Serviccedilo transporte de ceacutelulas atraveacutes da rede ATM Anaacuteloga agrave camada de rede IP Serviccedilos muito diferentes da camada de rede IP

Arquiteturade rede

Internet

ATM

ATM

ATM

ATM

Modelo de serviccedilo

melhoresforccediloCBR

VBR

ABR

UBR

Banda

natildeo

taxaconstantetaxagarantidamiacutenimogarantidonatildeo

Perda

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Ordem

natildeo

sim

sim

sim

sim

Tempo

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Aviso decongestatildeo

natildeo (inferidopelas perdas)natildeo haacutecongestatildeonatildeo haacutecongestatildeosim

natildeo

Garantias

Camada ATM

5

5 - 91copy 2005 by Pearson Education

Transporte em VC ceacutelulas satildeo transportadas sobre VC da fonte ao destino Estabelecimento de conexatildeo necessaacuterio para cada chamada antes que o fluxo de dados possa ser iniciado Cada pacote transporta um identificador de VC (natildeo transporta o endereccedilo do destino) Cada comutador com caminho entre a fonte e o destino manteacutem o ldquoestadordquo para cada conexatildeo passante Recursos do enlace e do comutador (banda passante buffers) podem ser alocados por VC para obter um comportamento semelhante a um circuito fiacutesico

VCs permanentes (PVCs) Conexotildees de longa duraccedilatildeo Tipicamente rota ldquopermanenterdquo entre roteadores IP

VCs comutados (SVC) Dinamicamente criados numa base por chamada

Camadas ATM circuitos virtuais

5

5 - 92copy 2005 by Pearson Education

Vantagens do uso de circuitos virtuais no ATM Iacutendices de QoS garantidos para conexotildees mapeadas em

circuitos virtuais (banda passante atraso variacircncia de atraso)

Problemas no uso de circuitos virtuais O suporte de traacutefego datagrama eacute ineficiente Um PVC entre cada par origemdestino natildeo tem boa

escalabilidade (N2 conexotildees satildeo necessaacuterias) SVC introduz latecircncia de estabelecimento de conexatildeo e

atrasos de processamento para conexotildees de curta duraccedilatildeo

ATM VCs

5

5 - 93copy 2005 by Pearson Education

Cabeccedilalho da ceacutelula ATM com 5 bytes Carga uacutetil com 48-bytes

Por quecirc carga uacutetil pequena -gt pequeno atraso de criaccedilatildeo de ceacutelula para voz digitalizada

Meio do caminho entre 32 e 64 (compromisso)

cabeccedilalhoda ceacutelula

formato daceacutelula

3o bit no campo PTvalor 1 indica uacuteltima ceacutelula (AAL-indicate bit)

Camada ATM ceacutelula ATM

5

5 - 94copy 2005 by Pearson Education

VCI identificador de canal virtual Pode mudar de enlace para enlace atraveacutes da rede

PT tipo de carga uacutetil (ex ceacutelula RM versus ceacutelula de dados) CLP bit de prioridade de perda de ceacutelula

CLP = 1 implica ceacutelula de baixa prioridade pode ser descartada em caso de congestatildeo

HEC verificaccedilatildeo de erros no cabeccedilalho Verificaccedilatildeo ciacuteclica de erros

Cabeccedilalho da ceacutelula ATM

5

5 - 95copy 2005 by Pearson Education

A camada fiacutesica se compotildee de duas partes (subcamadas ) Subcamada de convergecircncia de transmissatildeo (TCS) adapta a camada

ATM acima agrave subcamada fiacutesica abaixo (PMD) Subcamada dependente do meio depende do tipo de meio fiacutesico que

estaacute sendo empregado

Funccedilotildees da TCS Geraccedilatildeo do checksum do cabeccedilalho 8 bits CRC Delineamento de ceacutelula Com uma subcamada PMD natildeo estruturada transmite ceacutelulas vazias

(ldquoidle cellsrdquo) quando natildeo haacute ceacutelulas de dados a enviar

Camada fiacutesica ATM

5

5 - 96copy 2005 by Pearson Education

Subcamada dependente do meio fiacutesico (PMD) SONETSDH estrutura de transmissatildeo de quadros (como um

container carregando bits) Sincronizaccedilatildeo de bits Particcedilotildees da banda passante (TDM) Vaacuterias velocidades OC1 = 5184 Mbps OC3 = 15552 Mbps OC12 = 62208 Mbps

T1T3 estrutura de transmissatildeo de quadros (velha hierarquia de telefonia 15 Mbps45 Mbps No Brasil usa-se a hierarquia europeacuteia E1E3 2 34 Mbps

Natildeo estruturada apenas ceacutelulas (ocupadasvazias)

Camada fiacutesica ATM

5

5 - 97copy 2005 by Pearson Education

Apenas IP claacutessico 3 ldquoredesrdquo (ex segmentos de LAN) Endereccedilos MAC (8023) e IP

IP sobre ATM Substitui ldquorederdquo (ex segmento

de LAN) com a rede ATM Endereccedilos ATM endereccedilos IP

redeATM

EthernetLANs

EthernetLANs

IP-sobre-ATM

5

5 - 98copy 2005 by Pearson Education

No endereccedilo de origem Camada IP encontra um mapeamento entre o endereccedilo IP e o endereccedilo de destino ATM (usando ARP) Passa o datagrama para a camada de adaptaccedilatildeo AAL5 AAL5 encapsula os dados segmenta em ceacutelulas e passa para a camada ATM

Rede ATM move a ceacutelula para o destino de acordo com o seu VC (circuito virtual)

No hospedeiro de destino AAL5 remonta o datagrama original a partir das ceacutelulas recebidas Se o CRC OK datagrama eacute passado ao IP

Viagem de um datagrama numa rede IP-sobre-ATM

5

5 - 99copy 2005 by Pearson Education

Questotildees Datagramas IP em ATM AAL5 PDUs Dos endereccedilos IP aos endereccedilos ATM

Da mesma forma que de endereccedilos IP para endereccedilos MAC 8023

redeATM

EthernetLANs

IP-sobre-ATM

5

5 - 100copy 2005 by Pearson Education

Objetivo inicial aumentar a velocidade de encaminhamento IP usando labels de tamanho fixo (em vez de endereccedilo IP) Mesma ideacuteia do meacutetodo de circuito virtual (VC) Mas o datagrama IP ainda manteacutem o endereccedilo IP

Multiprotocol label switching (MPLS)

5

5 - 101copy 2005 by Pearson Education

Roteador faz a funccedilatildeo de comutador de roacutetulo Pacotes encaminhados para interface de saiacuteda com base apenas no valor

do roacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP) Tabela de encaminhamento MPLS distinta das tabelas de encaminhamento IP

Protocolo de sinalizaccedilatildeo necessaacuterio para estabelecer o encaminhamento RSVP-TE Encaminhamento eacute possiacutevel por caminhos que o IP sozinho natildeo pode usar (ex roteamento de especificado pela origem) Use MPLS para engenharia de traacutefego

Deve coexistir com roteadores unicamente IP

Roteadores MPLS

5

5 - 102copy 2005 by Pearson Education

Tabelas de encaminhamento MPLS

5

5 - 103copy 2005 by Pearson Education

Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace Detecccedilatildeo de erros correccedilatildeo Compartilhando um canal broadcast acesso muacuteltiplo Endereccedilamento da camada de enlace

Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de vaacuterias tecnologias da camada de enlace Ethernet LANS comutadas PPP Redes virtualizadas como uma camada de enlace ATM MPLS

Resumo

Page 76: Capítulo 5 Redes de computadores e a Internet A camada de enlace e redes locais

5

5 - 76copy 2005 by Pearson Education

Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de dados deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt01111110gt

P Se for recebido o padratildeo lt01111110gt satildeo dados ou eacute flag Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte extra com o padratildeo lt

01111101gt (escape) antes de cada byte com o padratildeo de flag lt 01111110gt nos dados

Receptor Um byte 01111101 seguido de 01111110 em seguida descarta o primeiro e continua a recepccedilatildeo de dados Uacutenico byte 01111110 entatildeo eacute um flag

Byte stuffing

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5 - 77copy 2005 by Pearson Education

byte com o padratildeodo flag nos dados a enviar

byte com o padratildeo de escape acrescentado nos dados transmitidos seguido por um byte com padratildeo de flag

Byte stuffing

5

5 - 78copy 2005 by Pearson Education

Antes de trocar dados da camada de rede os parceiros da camada de enlace devem A configurar o enlace PPP (tamanho maacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo) Aprenderconfigurar as informaccedilotildees da camada de rede

Para o IP transportar mensagens do protocolo de controle IP (IPCP) (campo de protocolo 8021) para configuraraprender os

endereccedilos IP

PPP protocolo de controle de dados

5

5 - 79copy 2005 by Pearson Education

A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

5

5 - 80copy 2005 by Pearson Education

Virtualizaccedilatildeo dos recursos uma poderosa abstraccedilatildeo em engenharia de sistemas Exemplos em computaccedilatildeo memoacuteria virtual dispositivos virtuais

Maacutequinas virtuais ex java IBM VM os dos anos 6070

Camada de abstraccedilotildees natildeo se apega a detalhes da camada mais baixa apenas trata com as camadas mais baixas abstratamente

Virtualizaccedilatildeo das redes

5

5 - 81copy 2005 by Pearson Education

1974 muacuteltiplas redes desconectadas ARPAnet redes de dados-sobre-cabo rede de pacote por sateacutelite (Aloha) rede de pacotes por raacutedio

hellip diferentes em convenccedilotildees de endereccedilamento formatos do pacote recuperaccedilatildeo de erros roteamento

Internet virtualizaccedilatildeo das redes

5

5 - 82copy 2005 by Pearson Education

Camada de rede da Internet (IP) Endereccedilamento internetwork

aparece como uma entidade uacutenica e uniforme escondendo a heterogeneidade das redes locais

Rede de redes

Gateway ldquoembute pacotes da Internet no

formato de um pacote local ou os extrairdquo

Rota (no niacutevel de internetwork) para o proacuteximo gateway

Internet virtualizaccedilatildeo das redes

5

5 - 83copy 2005 by Pearson Education

O que eacute virtualizado Duas camadas de endereccedilamento Internet e rede local Nova camada (IP) torna tudo homogecircneo na camada da Internet Tecnologia da rede local em questatildeo

Cabo Sateacutelite Modem telefocircnico de 56 K Hoje ATM MPLS

hellip ldquoinvisiacutevelrdquo na camada da Internet Parece com uma tecnologia de camada de enlace para o IP

Arquitetura da Internet de Cerf amp Kahn

5

5 - 84copy 2005 by Pearson Education

ATM MPLS redes separadas em seus proacuteprios direitos Modelos de serviccedilo endereccedilamento roteamento diferentes da Internet

Vistos pela Internet como um enlace loacutegico conectando roteadores IP Assim como o dialup link eacute realmente parte de uma rede separada

(rede telefocircnica)

ATM MPLS de interesse teacutecnico em seu proacuteprio direito

ATM e MPLS

5

5 - 85copy 2005 by Pearson Education

Padratildeo dos anos 8090 para altas taxas de transmissatildeo (155 Mbps a 622 Mbps e mais altas) arquitetura de Broadband Integrated Service Digital Network (B-ISDN)

Objetivo transporte integrado de voz dados e imagens com foco nas redes puacuteblicas de comunicaccedilatildeo Deve atender aos requisitos de tempoQoS para aplicaccedilotildees de voz

e de viacutedeo (versus o serviccedilo de melhor esforccedilo da Internet) Telefonia de ldquoproacutexima geraccedilatildeordquo fundamentos teacutecnicos no mundo da telefonia Comutaccedilatildeo de pacotes (pacotes de tamanho fixo chamados ldquoceacutelulasrdquo) usando circuitos virtuais

Modo de transferecircncia assiacutencrono ATM

5

5 - 86copy 2005 by Pearson Education

Camada de adaptaccedilatildeo apenas na borda de uma rede ATM Segmentaccedilatildeo e remontagem dos dados Grosseiramente anaacuteloga agrave camada de transporte da Internet

Camada ATM camada de ldquorederdquo Comutaccedilatildeo de ceacutelulas roteamento

Camada fiacutesica

Sistema final Sistema finalSwitch ATM Switch ATM

Arquitetura ATM

5

5 - 87copy 2005 by Pearson Education

Visatildeo transporte fim-a-fim ldquoATM de computador a computadorrdquo ATM eacute uma tecnologia de redeRealidade usada para conectar roteadores IP de backbone ldquoIP sobre ATMrdquo ATM como uma camada de enlace comutada conectando roteadores IP

ATM camada de rede ou de enlace

5

5 - 88copy 2005 by Pearson Education

Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL) ldquoadaptardquo camadas superiores (aplicaccedilotildees IP ou nativas ATM) para a camada ATM abaixo

AAL presente apenas nos sistemas finais natildeo nos comutadores ATM (ldquoswitchesrdquo)

O segmento da camada AAL (campo de cabeccedilalhotrailer e de dados) satildeo fragmentados em muacuteltiplas ceacutelulas ATM Analogia segmento TCP em muitos pacotes IP

Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL)

Sistema final Sistema finalSwitch ATM Switch ATM

5

5 - 89copy 2005 by Pearson Education

Diferentes versotildees da camada AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM AAL1 para serviccedilo CBR (taxa de bit constante) ex emulaccedilatildeo de circuitos AAL2 para serviccedilos VBR (taxa de bit variaacutevel) ex viacutedeo MPEG AAL5 para dados (ex datagramas IP)

AAL PDU

ceacutelula ATM

Dados de usuaacuterio

subcamadade convergecircncia

subcamadaSAR

Ceacutelula ATM

Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL)

5

5 - 90copy 2005 by Pearson Education

Serviccedilo transporte de ceacutelulas atraveacutes da rede ATM Anaacuteloga agrave camada de rede IP Serviccedilos muito diferentes da camada de rede IP

Arquiteturade rede

Internet

ATM

ATM

ATM

ATM

Modelo de serviccedilo

melhoresforccediloCBR

VBR

ABR

UBR

Banda

natildeo

taxaconstantetaxagarantidamiacutenimogarantidonatildeo

Perda

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Ordem

natildeo

sim

sim

sim

sim

Tempo

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Aviso decongestatildeo

natildeo (inferidopelas perdas)natildeo haacutecongestatildeonatildeo haacutecongestatildeosim

natildeo

Garantias

Camada ATM

5

5 - 91copy 2005 by Pearson Education

Transporte em VC ceacutelulas satildeo transportadas sobre VC da fonte ao destino Estabelecimento de conexatildeo necessaacuterio para cada chamada antes que o fluxo de dados possa ser iniciado Cada pacote transporta um identificador de VC (natildeo transporta o endereccedilo do destino) Cada comutador com caminho entre a fonte e o destino manteacutem o ldquoestadordquo para cada conexatildeo passante Recursos do enlace e do comutador (banda passante buffers) podem ser alocados por VC para obter um comportamento semelhante a um circuito fiacutesico

VCs permanentes (PVCs) Conexotildees de longa duraccedilatildeo Tipicamente rota ldquopermanenterdquo entre roteadores IP

VCs comutados (SVC) Dinamicamente criados numa base por chamada

Camadas ATM circuitos virtuais

5

5 - 92copy 2005 by Pearson Education

Vantagens do uso de circuitos virtuais no ATM Iacutendices de QoS garantidos para conexotildees mapeadas em

circuitos virtuais (banda passante atraso variacircncia de atraso)

Problemas no uso de circuitos virtuais O suporte de traacutefego datagrama eacute ineficiente Um PVC entre cada par origemdestino natildeo tem boa

escalabilidade (N2 conexotildees satildeo necessaacuterias) SVC introduz latecircncia de estabelecimento de conexatildeo e

atrasos de processamento para conexotildees de curta duraccedilatildeo

ATM VCs

5

5 - 93copy 2005 by Pearson Education

Cabeccedilalho da ceacutelula ATM com 5 bytes Carga uacutetil com 48-bytes

Por quecirc carga uacutetil pequena -gt pequeno atraso de criaccedilatildeo de ceacutelula para voz digitalizada

Meio do caminho entre 32 e 64 (compromisso)

cabeccedilalhoda ceacutelula

formato daceacutelula

3o bit no campo PTvalor 1 indica uacuteltima ceacutelula (AAL-indicate bit)

Camada ATM ceacutelula ATM

5

5 - 94copy 2005 by Pearson Education

VCI identificador de canal virtual Pode mudar de enlace para enlace atraveacutes da rede

PT tipo de carga uacutetil (ex ceacutelula RM versus ceacutelula de dados) CLP bit de prioridade de perda de ceacutelula

CLP = 1 implica ceacutelula de baixa prioridade pode ser descartada em caso de congestatildeo

HEC verificaccedilatildeo de erros no cabeccedilalho Verificaccedilatildeo ciacuteclica de erros

Cabeccedilalho da ceacutelula ATM

5

5 - 95copy 2005 by Pearson Education

A camada fiacutesica se compotildee de duas partes (subcamadas ) Subcamada de convergecircncia de transmissatildeo (TCS) adapta a camada

ATM acima agrave subcamada fiacutesica abaixo (PMD) Subcamada dependente do meio depende do tipo de meio fiacutesico que

estaacute sendo empregado

Funccedilotildees da TCS Geraccedilatildeo do checksum do cabeccedilalho 8 bits CRC Delineamento de ceacutelula Com uma subcamada PMD natildeo estruturada transmite ceacutelulas vazias

(ldquoidle cellsrdquo) quando natildeo haacute ceacutelulas de dados a enviar

Camada fiacutesica ATM

5

5 - 96copy 2005 by Pearson Education

Subcamada dependente do meio fiacutesico (PMD) SONETSDH estrutura de transmissatildeo de quadros (como um

container carregando bits) Sincronizaccedilatildeo de bits Particcedilotildees da banda passante (TDM) Vaacuterias velocidades OC1 = 5184 Mbps OC3 = 15552 Mbps OC12 = 62208 Mbps

T1T3 estrutura de transmissatildeo de quadros (velha hierarquia de telefonia 15 Mbps45 Mbps No Brasil usa-se a hierarquia europeacuteia E1E3 2 34 Mbps

Natildeo estruturada apenas ceacutelulas (ocupadasvazias)

Camada fiacutesica ATM

5

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Apenas IP claacutessico 3 ldquoredesrdquo (ex segmentos de LAN) Endereccedilos MAC (8023) e IP

IP sobre ATM Substitui ldquorederdquo (ex segmento

de LAN) com a rede ATM Endereccedilos ATM endereccedilos IP

redeATM

EthernetLANs

EthernetLANs

IP-sobre-ATM

5

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No endereccedilo de origem Camada IP encontra um mapeamento entre o endereccedilo IP e o endereccedilo de destino ATM (usando ARP) Passa o datagrama para a camada de adaptaccedilatildeo AAL5 AAL5 encapsula os dados segmenta em ceacutelulas e passa para a camada ATM

Rede ATM move a ceacutelula para o destino de acordo com o seu VC (circuito virtual)

No hospedeiro de destino AAL5 remonta o datagrama original a partir das ceacutelulas recebidas Se o CRC OK datagrama eacute passado ao IP

Viagem de um datagrama numa rede IP-sobre-ATM

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5 - 99copy 2005 by Pearson Education

Questotildees Datagramas IP em ATM AAL5 PDUs Dos endereccedilos IP aos endereccedilos ATM

Da mesma forma que de endereccedilos IP para endereccedilos MAC 8023

redeATM

EthernetLANs

IP-sobre-ATM

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Objetivo inicial aumentar a velocidade de encaminhamento IP usando labels de tamanho fixo (em vez de endereccedilo IP) Mesma ideacuteia do meacutetodo de circuito virtual (VC) Mas o datagrama IP ainda manteacutem o endereccedilo IP

Multiprotocol label switching (MPLS)

5

5 - 101copy 2005 by Pearson Education

Roteador faz a funccedilatildeo de comutador de roacutetulo Pacotes encaminhados para interface de saiacuteda com base apenas no valor

do roacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP) Tabela de encaminhamento MPLS distinta das tabelas de encaminhamento IP

Protocolo de sinalizaccedilatildeo necessaacuterio para estabelecer o encaminhamento RSVP-TE Encaminhamento eacute possiacutevel por caminhos que o IP sozinho natildeo pode usar (ex roteamento de especificado pela origem) Use MPLS para engenharia de traacutefego

Deve coexistir com roteadores unicamente IP

Roteadores MPLS

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5 - 102copy 2005 by Pearson Education

Tabelas de encaminhamento MPLS

5

5 - 103copy 2005 by Pearson Education

Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace Detecccedilatildeo de erros correccedilatildeo Compartilhando um canal broadcast acesso muacuteltiplo Endereccedilamento da camada de enlace

Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de vaacuterias tecnologias da camada de enlace Ethernet LANS comutadas PPP Redes virtualizadas como uma camada de enlace ATM MPLS

Resumo

Page 77: Capítulo 5 Redes de computadores e a Internet A camada de enlace e redes locais

5

5 - 77copy 2005 by Pearson Education

byte com o padratildeodo flag nos dados a enviar

byte com o padratildeo de escape acrescentado nos dados transmitidos seguido por um byte com padratildeo de flag

Byte stuffing

5

5 - 78copy 2005 by Pearson Education

Antes de trocar dados da camada de rede os parceiros da camada de enlace devem A configurar o enlace PPP (tamanho maacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo) Aprenderconfigurar as informaccedilotildees da camada de rede

Para o IP transportar mensagens do protocolo de controle IP (IPCP) (campo de protocolo 8021) para configuraraprender os

endereccedilos IP

PPP protocolo de controle de dados

5

5 - 79copy 2005 by Pearson Education

A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

5

5 - 80copy 2005 by Pearson Education

Virtualizaccedilatildeo dos recursos uma poderosa abstraccedilatildeo em engenharia de sistemas Exemplos em computaccedilatildeo memoacuteria virtual dispositivos virtuais

Maacutequinas virtuais ex java IBM VM os dos anos 6070

Camada de abstraccedilotildees natildeo se apega a detalhes da camada mais baixa apenas trata com as camadas mais baixas abstratamente

Virtualizaccedilatildeo das redes

5

5 - 81copy 2005 by Pearson Education

1974 muacuteltiplas redes desconectadas ARPAnet redes de dados-sobre-cabo rede de pacote por sateacutelite (Aloha) rede de pacotes por raacutedio

hellip diferentes em convenccedilotildees de endereccedilamento formatos do pacote recuperaccedilatildeo de erros roteamento

Internet virtualizaccedilatildeo das redes

5

5 - 82copy 2005 by Pearson Education

Camada de rede da Internet (IP) Endereccedilamento internetwork

aparece como uma entidade uacutenica e uniforme escondendo a heterogeneidade das redes locais

Rede de redes

Gateway ldquoembute pacotes da Internet no

formato de um pacote local ou os extrairdquo

Rota (no niacutevel de internetwork) para o proacuteximo gateway

Internet virtualizaccedilatildeo das redes

5

5 - 83copy 2005 by Pearson Education

O que eacute virtualizado Duas camadas de endereccedilamento Internet e rede local Nova camada (IP) torna tudo homogecircneo na camada da Internet Tecnologia da rede local em questatildeo

Cabo Sateacutelite Modem telefocircnico de 56 K Hoje ATM MPLS

hellip ldquoinvisiacutevelrdquo na camada da Internet Parece com uma tecnologia de camada de enlace para o IP

Arquitetura da Internet de Cerf amp Kahn

5

5 - 84copy 2005 by Pearson Education

ATM MPLS redes separadas em seus proacuteprios direitos Modelos de serviccedilo endereccedilamento roteamento diferentes da Internet

Vistos pela Internet como um enlace loacutegico conectando roteadores IP Assim como o dialup link eacute realmente parte de uma rede separada

(rede telefocircnica)

ATM MPLS de interesse teacutecnico em seu proacuteprio direito

ATM e MPLS

5

5 - 85copy 2005 by Pearson Education

Padratildeo dos anos 8090 para altas taxas de transmissatildeo (155 Mbps a 622 Mbps e mais altas) arquitetura de Broadband Integrated Service Digital Network (B-ISDN)

Objetivo transporte integrado de voz dados e imagens com foco nas redes puacuteblicas de comunicaccedilatildeo Deve atender aos requisitos de tempoQoS para aplicaccedilotildees de voz

e de viacutedeo (versus o serviccedilo de melhor esforccedilo da Internet) Telefonia de ldquoproacutexima geraccedilatildeordquo fundamentos teacutecnicos no mundo da telefonia Comutaccedilatildeo de pacotes (pacotes de tamanho fixo chamados ldquoceacutelulasrdquo) usando circuitos virtuais

Modo de transferecircncia assiacutencrono ATM

5

5 - 86copy 2005 by Pearson Education

Camada de adaptaccedilatildeo apenas na borda de uma rede ATM Segmentaccedilatildeo e remontagem dos dados Grosseiramente anaacuteloga agrave camada de transporte da Internet

Camada ATM camada de ldquorederdquo Comutaccedilatildeo de ceacutelulas roteamento

Camada fiacutesica

Sistema final Sistema finalSwitch ATM Switch ATM

Arquitetura ATM

5

5 - 87copy 2005 by Pearson Education

Visatildeo transporte fim-a-fim ldquoATM de computador a computadorrdquo ATM eacute uma tecnologia de redeRealidade usada para conectar roteadores IP de backbone ldquoIP sobre ATMrdquo ATM como uma camada de enlace comutada conectando roteadores IP

ATM camada de rede ou de enlace

5

5 - 88copy 2005 by Pearson Education

Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL) ldquoadaptardquo camadas superiores (aplicaccedilotildees IP ou nativas ATM) para a camada ATM abaixo

AAL presente apenas nos sistemas finais natildeo nos comutadores ATM (ldquoswitchesrdquo)

O segmento da camada AAL (campo de cabeccedilalhotrailer e de dados) satildeo fragmentados em muacuteltiplas ceacutelulas ATM Analogia segmento TCP em muitos pacotes IP

Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL)

Sistema final Sistema finalSwitch ATM Switch ATM

5

5 - 89copy 2005 by Pearson Education

Diferentes versotildees da camada AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM AAL1 para serviccedilo CBR (taxa de bit constante) ex emulaccedilatildeo de circuitos AAL2 para serviccedilos VBR (taxa de bit variaacutevel) ex viacutedeo MPEG AAL5 para dados (ex datagramas IP)

AAL PDU

ceacutelula ATM

Dados de usuaacuterio

subcamadade convergecircncia

subcamadaSAR

Ceacutelula ATM

Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL)

5

5 - 90copy 2005 by Pearson Education

Serviccedilo transporte de ceacutelulas atraveacutes da rede ATM Anaacuteloga agrave camada de rede IP Serviccedilos muito diferentes da camada de rede IP

Arquiteturade rede

Internet

ATM

ATM

ATM

ATM

Modelo de serviccedilo

melhoresforccediloCBR

VBR

ABR

UBR

Banda

natildeo

taxaconstantetaxagarantidamiacutenimogarantidonatildeo

Perda

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Ordem

natildeo

sim

sim

sim

sim

Tempo

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Aviso decongestatildeo

natildeo (inferidopelas perdas)natildeo haacutecongestatildeonatildeo haacutecongestatildeosim

natildeo

Garantias

Camada ATM

5

5 - 91copy 2005 by Pearson Education

Transporte em VC ceacutelulas satildeo transportadas sobre VC da fonte ao destino Estabelecimento de conexatildeo necessaacuterio para cada chamada antes que o fluxo de dados possa ser iniciado Cada pacote transporta um identificador de VC (natildeo transporta o endereccedilo do destino) Cada comutador com caminho entre a fonte e o destino manteacutem o ldquoestadordquo para cada conexatildeo passante Recursos do enlace e do comutador (banda passante buffers) podem ser alocados por VC para obter um comportamento semelhante a um circuito fiacutesico

VCs permanentes (PVCs) Conexotildees de longa duraccedilatildeo Tipicamente rota ldquopermanenterdquo entre roteadores IP

VCs comutados (SVC) Dinamicamente criados numa base por chamada

Camadas ATM circuitos virtuais

5

5 - 92copy 2005 by Pearson Education

Vantagens do uso de circuitos virtuais no ATM Iacutendices de QoS garantidos para conexotildees mapeadas em

circuitos virtuais (banda passante atraso variacircncia de atraso)

Problemas no uso de circuitos virtuais O suporte de traacutefego datagrama eacute ineficiente Um PVC entre cada par origemdestino natildeo tem boa

escalabilidade (N2 conexotildees satildeo necessaacuterias) SVC introduz latecircncia de estabelecimento de conexatildeo e

atrasos de processamento para conexotildees de curta duraccedilatildeo

ATM VCs

5

5 - 93copy 2005 by Pearson Education

Cabeccedilalho da ceacutelula ATM com 5 bytes Carga uacutetil com 48-bytes

Por quecirc carga uacutetil pequena -gt pequeno atraso de criaccedilatildeo de ceacutelula para voz digitalizada

Meio do caminho entre 32 e 64 (compromisso)

cabeccedilalhoda ceacutelula

formato daceacutelula

3o bit no campo PTvalor 1 indica uacuteltima ceacutelula (AAL-indicate bit)

Camada ATM ceacutelula ATM

5

5 - 94copy 2005 by Pearson Education

VCI identificador de canal virtual Pode mudar de enlace para enlace atraveacutes da rede

PT tipo de carga uacutetil (ex ceacutelula RM versus ceacutelula de dados) CLP bit de prioridade de perda de ceacutelula

CLP = 1 implica ceacutelula de baixa prioridade pode ser descartada em caso de congestatildeo

HEC verificaccedilatildeo de erros no cabeccedilalho Verificaccedilatildeo ciacuteclica de erros

Cabeccedilalho da ceacutelula ATM

5

5 - 95copy 2005 by Pearson Education

A camada fiacutesica se compotildee de duas partes (subcamadas ) Subcamada de convergecircncia de transmissatildeo (TCS) adapta a camada

ATM acima agrave subcamada fiacutesica abaixo (PMD) Subcamada dependente do meio depende do tipo de meio fiacutesico que

estaacute sendo empregado

Funccedilotildees da TCS Geraccedilatildeo do checksum do cabeccedilalho 8 bits CRC Delineamento de ceacutelula Com uma subcamada PMD natildeo estruturada transmite ceacutelulas vazias

(ldquoidle cellsrdquo) quando natildeo haacute ceacutelulas de dados a enviar

Camada fiacutesica ATM

5

5 - 96copy 2005 by Pearson Education

Subcamada dependente do meio fiacutesico (PMD) SONETSDH estrutura de transmissatildeo de quadros (como um

container carregando bits) Sincronizaccedilatildeo de bits Particcedilotildees da banda passante (TDM) Vaacuterias velocidades OC1 = 5184 Mbps OC3 = 15552 Mbps OC12 = 62208 Mbps

T1T3 estrutura de transmissatildeo de quadros (velha hierarquia de telefonia 15 Mbps45 Mbps No Brasil usa-se a hierarquia europeacuteia E1E3 2 34 Mbps

Natildeo estruturada apenas ceacutelulas (ocupadasvazias)

Camada fiacutesica ATM

5

5 - 97copy 2005 by Pearson Education

Apenas IP claacutessico 3 ldquoredesrdquo (ex segmentos de LAN) Endereccedilos MAC (8023) e IP

IP sobre ATM Substitui ldquorederdquo (ex segmento

de LAN) com a rede ATM Endereccedilos ATM endereccedilos IP

redeATM

EthernetLANs

EthernetLANs

IP-sobre-ATM

5

5 - 98copy 2005 by Pearson Education

No endereccedilo de origem Camada IP encontra um mapeamento entre o endereccedilo IP e o endereccedilo de destino ATM (usando ARP) Passa o datagrama para a camada de adaptaccedilatildeo AAL5 AAL5 encapsula os dados segmenta em ceacutelulas e passa para a camada ATM

Rede ATM move a ceacutelula para o destino de acordo com o seu VC (circuito virtual)

No hospedeiro de destino AAL5 remonta o datagrama original a partir das ceacutelulas recebidas Se o CRC OK datagrama eacute passado ao IP

Viagem de um datagrama numa rede IP-sobre-ATM

5

5 - 99copy 2005 by Pearson Education

Questotildees Datagramas IP em ATM AAL5 PDUs Dos endereccedilos IP aos endereccedilos ATM

Da mesma forma que de endereccedilos IP para endereccedilos MAC 8023

redeATM

EthernetLANs

IP-sobre-ATM

5

5 - 100copy 2005 by Pearson Education

Objetivo inicial aumentar a velocidade de encaminhamento IP usando labels de tamanho fixo (em vez de endereccedilo IP) Mesma ideacuteia do meacutetodo de circuito virtual (VC) Mas o datagrama IP ainda manteacutem o endereccedilo IP

Multiprotocol label switching (MPLS)

5

5 - 101copy 2005 by Pearson Education

Roteador faz a funccedilatildeo de comutador de roacutetulo Pacotes encaminhados para interface de saiacuteda com base apenas no valor

do roacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP) Tabela de encaminhamento MPLS distinta das tabelas de encaminhamento IP

Protocolo de sinalizaccedilatildeo necessaacuterio para estabelecer o encaminhamento RSVP-TE Encaminhamento eacute possiacutevel por caminhos que o IP sozinho natildeo pode usar (ex roteamento de especificado pela origem) Use MPLS para engenharia de traacutefego

Deve coexistir com roteadores unicamente IP

Roteadores MPLS

5

5 - 102copy 2005 by Pearson Education

Tabelas de encaminhamento MPLS

5

5 - 103copy 2005 by Pearson Education

Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace Detecccedilatildeo de erros correccedilatildeo Compartilhando um canal broadcast acesso muacuteltiplo Endereccedilamento da camada de enlace

Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de vaacuterias tecnologias da camada de enlace Ethernet LANS comutadas PPP Redes virtualizadas como uma camada de enlace ATM MPLS

Resumo

Page 78: Capítulo 5 Redes de computadores e a Internet A camada de enlace e redes locais

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5 - 78copy 2005 by Pearson Education

Antes de trocar dados da camada de rede os parceiros da camada de enlace devem A configurar o enlace PPP (tamanho maacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo) Aprenderconfigurar as informaccedilotildees da camada de rede

Para o IP transportar mensagens do protocolo de controle IP (IPCP) (campo de protocolo 8021) para configuraraprender os

endereccedilos IP

PPP protocolo de controle de dados

5

5 - 79copy 2005 by Pearson Education

A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

5

5 - 80copy 2005 by Pearson Education

Virtualizaccedilatildeo dos recursos uma poderosa abstraccedilatildeo em engenharia de sistemas Exemplos em computaccedilatildeo memoacuteria virtual dispositivos virtuais

Maacutequinas virtuais ex java IBM VM os dos anos 6070

Camada de abstraccedilotildees natildeo se apega a detalhes da camada mais baixa apenas trata com as camadas mais baixas abstratamente

Virtualizaccedilatildeo das redes

5

5 - 81copy 2005 by Pearson Education

1974 muacuteltiplas redes desconectadas ARPAnet redes de dados-sobre-cabo rede de pacote por sateacutelite (Aloha) rede de pacotes por raacutedio

hellip diferentes em convenccedilotildees de endereccedilamento formatos do pacote recuperaccedilatildeo de erros roteamento

Internet virtualizaccedilatildeo das redes

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5 - 82copy 2005 by Pearson Education

Camada de rede da Internet (IP) Endereccedilamento internetwork

aparece como uma entidade uacutenica e uniforme escondendo a heterogeneidade das redes locais

Rede de redes

Gateway ldquoembute pacotes da Internet no

formato de um pacote local ou os extrairdquo

Rota (no niacutevel de internetwork) para o proacuteximo gateway

Internet virtualizaccedilatildeo das redes

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5 - 83copy 2005 by Pearson Education

O que eacute virtualizado Duas camadas de endereccedilamento Internet e rede local Nova camada (IP) torna tudo homogecircneo na camada da Internet Tecnologia da rede local em questatildeo

Cabo Sateacutelite Modem telefocircnico de 56 K Hoje ATM MPLS

hellip ldquoinvisiacutevelrdquo na camada da Internet Parece com uma tecnologia de camada de enlace para o IP

Arquitetura da Internet de Cerf amp Kahn

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5 - 84copy 2005 by Pearson Education

ATM MPLS redes separadas em seus proacuteprios direitos Modelos de serviccedilo endereccedilamento roteamento diferentes da Internet

Vistos pela Internet como um enlace loacutegico conectando roteadores IP Assim como o dialup link eacute realmente parte de uma rede separada

(rede telefocircnica)

ATM MPLS de interesse teacutecnico em seu proacuteprio direito

ATM e MPLS

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5 - 85copy 2005 by Pearson Education

Padratildeo dos anos 8090 para altas taxas de transmissatildeo (155 Mbps a 622 Mbps e mais altas) arquitetura de Broadband Integrated Service Digital Network (B-ISDN)

Objetivo transporte integrado de voz dados e imagens com foco nas redes puacuteblicas de comunicaccedilatildeo Deve atender aos requisitos de tempoQoS para aplicaccedilotildees de voz

e de viacutedeo (versus o serviccedilo de melhor esforccedilo da Internet) Telefonia de ldquoproacutexima geraccedilatildeordquo fundamentos teacutecnicos no mundo da telefonia Comutaccedilatildeo de pacotes (pacotes de tamanho fixo chamados ldquoceacutelulasrdquo) usando circuitos virtuais

Modo de transferecircncia assiacutencrono ATM

5

5 - 86copy 2005 by Pearson Education

Camada de adaptaccedilatildeo apenas na borda de uma rede ATM Segmentaccedilatildeo e remontagem dos dados Grosseiramente anaacuteloga agrave camada de transporte da Internet

Camada ATM camada de ldquorederdquo Comutaccedilatildeo de ceacutelulas roteamento

Camada fiacutesica

Sistema final Sistema finalSwitch ATM Switch ATM

Arquitetura ATM

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5 - 87copy 2005 by Pearson Education

Visatildeo transporte fim-a-fim ldquoATM de computador a computadorrdquo ATM eacute uma tecnologia de redeRealidade usada para conectar roteadores IP de backbone ldquoIP sobre ATMrdquo ATM como uma camada de enlace comutada conectando roteadores IP

ATM camada de rede ou de enlace

5

5 - 88copy 2005 by Pearson Education

Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL) ldquoadaptardquo camadas superiores (aplicaccedilotildees IP ou nativas ATM) para a camada ATM abaixo

AAL presente apenas nos sistemas finais natildeo nos comutadores ATM (ldquoswitchesrdquo)

O segmento da camada AAL (campo de cabeccedilalhotrailer e de dados) satildeo fragmentados em muacuteltiplas ceacutelulas ATM Analogia segmento TCP em muitos pacotes IP

Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL)

Sistema final Sistema finalSwitch ATM Switch ATM

5

5 - 89copy 2005 by Pearson Education

Diferentes versotildees da camada AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM AAL1 para serviccedilo CBR (taxa de bit constante) ex emulaccedilatildeo de circuitos AAL2 para serviccedilos VBR (taxa de bit variaacutevel) ex viacutedeo MPEG AAL5 para dados (ex datagramas IP)

AAL PDU

ceacutelula ATM

Dados de usuaacuterio

subcamadade convergecircncia

subcamadaSAR

Ceacutelula ATM

Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL)

5

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Serviccedilo transporte de ceacutelulas atraveacutes da rede ATM Anaacuteloga agrave camada de rede IP Serviccedilos muito diferentes da camada de rede IP

Arquiteturade rede

Internet

ATM

ATM

ATM

ATM

Modelo de serviccedilo

melhoresforccediloCBR

VBR

ABR

UBR

Banda

natildeo

taxaconstantetaxagarantidamiacutenimogarantidonatildeo

Perda

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Ordem

natildeo

sim

sim

sim

sim

Tempo

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Aviso decongestatildeo

natildeo (inferidopelas perdas)natildeo haacutecongestatildeonatildeo haacutecongestatildeosim

natildeo

Garantias

Camada ATM

5

5 - 91copy 2005 by Pearson Education

Transporte em VC ceacutelulas satildeo transportadas sobre VC da fonte ao destino Estabelecimento de conexatildeo necessaacuterio para cada chamada antes que o fluxo de dados possa ser iniciado Cada pacote transporta um identificador de VC (natildeo transporta o endereccedilo do destino) Cada comutador com caminho entre a fonte e o destino manteacutem o ldquoestadordquo para cada conexatildeo passante Recursos do enlace e do comutador (banda passante buffers) podem ser alocados por VC para obter um comportamento semelhante a um circuito fiacutesico

VCs permanentes (PVCs) Conexotildees de longa duraccedilatildeo Tipicamente rota ldquopermanenterdquo entre roteadores IP

VCs comutados (SVC) Dinamicamente criados numa base por chamada

Camadas ATM circuitos virtuais

5

5 - 92copy 2005 by Pearson Education

Vantagens do uso de circuitos virtuais no ATM Iacutendices de QoS garantidos para conexotildees mapeadas em

circuitos virtuais (banda passante atraso variacircncia de atraso)

Problemas no uso de circuitos virtuais O suporte de traacutefego datagrama eacute ineficiente Um PVC entre cada par origemdestino natildeo tem boa

escalabilidade (N2 conexotildees satildeo necessaacuterias) SVC introduz latecircncia de estabelecimento de conexatildeo e

atrasos de processamento para conexotildees de curta duraccedilatildeo

ATM VCs

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5 - 93copy 2005 by Pearson Education

Cabeccedilalho da ceacutelula ATM com 5 bytes Carga uacutetil com 48-bytes

Por quecirc carga uacutetil pequena -gt pequeno atraso de criaccedilatildeo de ceacutelula para voz digitalizada

Meio do caminho entre 32 e 64 (compromisso)

cabeccedilalhoda ceacutelula

formato daceacutelula

3o bit no campo PTvalor 1 indica uacuteltima ceacutelula (AAL-indicate bit)

Camada ATM ceacutelula ATM

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5 - 94copy 2005 by Pearson Education

VCI identificador de canal virtual Pode mudar de enlace para enlace atraveacutes da rede

PT tipo de carga uacutetil (ex ceacutelula RM versus ceacutelula de dados) CLP bit de prioridade de perda de ceacutelula

CLP = 1 implica ceacutelula de baixa prioridade pode ser descartada em caso de congestatildeo

HEC verificaccedilatildeo de erros no cabeccedilalho Verificaccedilatildeo ciacuteclica de erros

Cabeccedilalho da ceacutelula ATM

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5 - 95copy 2005 by Pearson Education

A camada fiacutesica se compotildee de duas partes (subcamadas ) Subcamada de convergecircncia de transmissatildeo (TCS) adapta a camada

ATM acima agrave subcamada fiacutesica abaixo (PMD) Subcamada dependente do meio depende do tipo de meio fiacutesico que

estaacute sendo empregado

Funccedilotildees da TCS Geraccedilatildeo do checksum do cabeccedilalho 8 bits CRC Delineamento de ceacutelula Com uma subcamada PMD natildeo estruturada transmite ceacutelulas vazias

(ldquoidle cellsrdquo) quando natildeo haacute ceacutelulas de dados a enviar

Camada fiacutesica ATM

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Subcamada dependente do meio fiacutesico (PMD) SONETSDH estrutura de transmissatildeo de quadros (como um

container carregando bits) Sincronizaccedilatildeo de bits Particcedilotildees da banda passante (TDM) Vaacuterias velocidades OC1 = 5184 Mbps OC3 = 15552 Mbps OC12 = 62208 Mbps

T1T3 estrutura de transmissatildeo de quadros (velha hierarquia de telefonia 15 Mbps45 Mbps No Brasil usa-se a hierarquia europeacuteia E1E3 2 34 Mbps

Natildeo estruturada apenas ceacutelulas (ocupadasvazias)

Camada fiacutesica ATM

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Apenas IP claacutessico 3 ldquoredesrdquo (ex segmentos de LAN) Endereccedilos MAC (8023) e IP

IP sobre ATM Substitui ldquorederdquo (ex segmento

de LAN) com a rede ATM Endereccedilos ATM endereccedilos IP

redeATM

EthernetLANs

EthernetLANs

IP-sobre-ATM

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No endereccedilo de origem Camada IP encontra um mapeamento entre o endereccedilo IP e o endereccedilo de destino ATM (usando ARP) Passa o datagrama para a camada de adaptaccedilatildeo AAL5 AAL5 encapsula os dados segmenta em ceacutelulas e passa para a camada ATM

Rede ATM move a ceacutelula para o destino de acordo com o seu VC (circuito virtual)

No hospedeiro de destino AAL5 remonta o datagrama original a partir das ceacutelulas recebidas Se o CRC OK datagrama eacute passado ao IP

Viagem de um datagrama numa rede IP-sobre-ATM

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5 - 99copy 2005 by Pearson Education

Questotildees Datagramas IP em ATM AAL5 PDUs Dos endereccedilos IP aos endereccedilos ATM

Da mesma forma que de endereccedilos IP para endereccedilos MAC 8023

redeATM

EthernetLANs

IP-sobre-ATM

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Objetivo inicial aumentar a velocidade de encaminhamento IP usando labels de tamanho fixo (em vez de endereccedilo IP) Mesma ideacuteia do meacutetodo de circuito virtual (VC) Mas o datagrama IP ainda manteacutem o endereccedilo IP

Multiprotocol label switching (MPLS)

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Roteador faz a funccedilatildeo de comutador de roacutetulo Pacotes encaminhados para interface de saiacuteda com base apenas no valor

do roacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP) Tabela de encaminhamento MPLS distinta das tabelas de encaminhamento IP

Protocolo de sinalizaccedilatildeo necessaacuterio para estabelecer o encaminhamento RSVP-TE Encaminhamento eacute possiacutevel por caminhos que o IP sozinho natildeo pode usar (ex roteamento de especificado pela origem) Use MPLS para engenharia de traacutefego

Deve coexistir com roteadores unicamente IP

Roteadores MPLS

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Tabelas de encaminhamento MPLS

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Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace Detecccedilatildeo de erros correccedilatildeo Compartilhando um canal broadcast acesso muacuteltiplo Endereccedilamento da camada de enlace

Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de vaacuterias tecnologias da camada de enlace Ethernet LANS comutadas PPP Redes virtualizadas como uma camada de enlace ATM MPLS

Resumo

Page 79: Capítulo 5 Redes de computadores e a Internet A camada de enlace e redes locais

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A camada de enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de muacuteltiplo acesso

54 Endereccedilamento da camada de enlace

55 Ethernet

56 Hubs e switches

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

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Virtualizaccedilatildeo dos recursos uma poderosa abstraccedilatildeo em engenharia de sistemas Exemplos em computaccedilatildeo memoacuteria virtual dispositivos virtuais

Maacutequinas virtuais ex java IBM VM os dos anos 6070

Camada de abstraccedilotildees natildeo se apega a detalhes da camada mais baixa apenas trata com as camadas mais baixas abstratamente

Virtualizaccedilatildeo das redes

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5 - 81copy 2005 by Pearson Education

1974 muacuteltiplas redes desconectadas ARPAnet redes de dados-sobre-cabo rede de pacote por sateacutelite (Aloha) rede de pacotes por raacutedio

hellip diferentes em convenccedilotildees de endereccedilamento formatos do pacote recuperaccedilatildeo de erros roteamento

Internet virtualizaccedilatildeo das redes

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5 - 82copy 2005 by Pearson Education

Camada de rede da Internet (IP) Endereccedilamento internetwork

aparece como uma entidade uacutenica e uniforme escondendo a heterogeneidade das redes locais

Rede de redes

Gateway ldquoembute pacotes da Internet no

formato de um pacote local ou os extrairdquo

Rota (no niacutevel de internetwork) para o proacuteximo gateway

Internet virtualizaccedilatildeo das redes

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O que eacute virtualizado Duas camadas de endereccedilamento Internet e rede local Nova camada (IP) torna tudo homogecircneo na camada da Internet Tecnologia da rede local em questatildeo

Cabo Sateacutelite Modem telefocircnico de 56 K Hoje ATM MPLS

hellip ldquoinvisiacutevelrdquo na camada da Internet Parece com uma tecnologia de camada de enlace para o IP

Arquitetura da Internet de Cerf amp Kahn

5

5 - 84copy 2005 by Pearson Education

ATM MPLS redes separadas em seus proacuteprios direitos Modelos de serviccedilo endereccedilamento roteamento diferentes da Internet

Vistos pela Internet como um enlace loacutegico conectando roteadores IP Assim como o dialup link eacute realmente parte de uma rede separada

(rede telefocircnica)

ATM MPLS de interesse teacutecnico em seu proacuteprio direito

ATM e MPLS

5

5 - 85copy 2005 by Pearson Education

Padratildeo dos anos 8090 para altas taxas de transmissatildeo (155 Mbps a 622 Mbps e mais altas) arquitetura de Broadband Integrated Service Digital Network (B-ISDN)

Objetivo transporte integrado de voz dados e imagens com foco nas redes puacuteblicas de comunicaccedilatildeo Deve atender aos requisitos de tempoQoS para aplicaccedilotildees de voz

e de viacutedeo (versus o serviccedilo de melhor esforccedilo da Internet) Telefonia de ldquoproacutexima geraccedilatildeordquo fundamentos teacutecnicos no mundo da telefonia Comutaccedilatildeo de pacotes (pacotes de tamanho fixo chamados ldquoceacutelulasrdquo) usando circuitos virtuais

Modo de transferecircncia assiacutencrono ATM

5

5 - 86copy 2005 by Pearson Education

Camada de adaptaccedilatildeo apenas na borda de uma rede ATM Segmentaccedilatildeo e remontagem dos dados Grosseiramente anaacuteloga agrave camada de transporte da Internet

Camada ATM camada de ldquorederdquo Comutaccedilatildeo de ceacutelulas roteamento

Camada fiacutesica

Sistema final Sistema finalSwitch ATM Switch ATM

Arquitetura ATM

5

5 - 87copy 2005 by Pearson Education

Visatildeo transporte fim-a-fim ldquoATM de computador a computadorrdquo ATM eacute uma tecnologia de redeRealidade usada para conectar roteadores IP de backbone ldquoIP sobre ATMrdquo ATM como uma camada de enlace comutada conectando roteadores IP

ATM camada de rede ou de enlace

5

5 - 88copy 2005 by Pearson Education

Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL) ldquoadaptardquo camadas superiores (aplicaccedilotildees IP ou nativas ATM) para a camada ATM abaixo

AAL presente apenas nos sistemas finais natildeo nos comutadores ATM (ldquoswitchesrdquo)

O segmento da camada AAL (campo de cabeccedilalhotrailer e de dados) satildeo fragmentados em muacuteltiplas ceacutelulas ATM Analogia segmento TCP em muitos pacotes IP

Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL)

Sistema final Sistema finalSwitch ATM Switch ATM

5

5 - 89copy 2005 by Pearson Education

Diferentes versotildees da camada AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM AAL1 para serviccedilo CBR (taxa de bit constante) ex emulaccedilatildeo de circuitos AAL2 para serviccedilos VBR (taxa de bit variaacutevel) ex viacutedeo MPEG AAL5 para dados (ex datagramas IP)

AAL PDU

ceacutelula ATM

Dados de usuaacuterio

subcamadade convergecircncia

subcamadaSAR

Ceacutelula ATM

Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL)

5

5 - 90copy 2005 by Pearson Education

Serviccedilo transporte de ceacutelulas atraveacutes da rede ATM Anaacuteloga agrave camada de rede IP Serviccedilos muito diferentes da camada de rede IP

Arquiteturade rede

Internet

ATM

ATM

ATM

ATM

Modelo de serviccedilo

melhoresforccediloCBR

VBR

ABR

UBR

Banda

natildeo

taxaconstantetaxagarantidamiacutenimogarantidonatildeo

Perda

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Ordem

natildeo

sim

sim

sim

sim

Tempo

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Aviso decongestatildeo

natildeo (inferidopelas perdas)natildeo haacutecongestatildeonatildeo haacutecongestatildeosim

natildeo

Garantias

Camada ATM

5

5 - 91copy 2005 by Pearson Education

Transporte em VC ceacutelulas satildeo transportadas sobre VC da fonte ao destino Estabelecimento de conexatildeo necessaacuterio para cada chamada antes que o fluxo de dados possa ser iniciado Cada pacote transporta um identificador de VC (natildeo transporta o endereccedilo do destino) Cada comutador com caminho entre a fonte e o destino manteacutem o ldquoestadordquo para cada conexatildeo passante Recursos do enlace e do comutador (banda passante buffers) podem ser alocados por VC para obter um comportamento semelhante a um circuito fiacutesico

VCs permanentes (PVCs) Conexotildees de longa duraccedilatildeo Tipicamente rota ldquopermanenterdquo entre roteadores IP

VCs comutados (SVC) Dinamicamente criados numa base por chamada

Camadas ATM circuitos virtuais

5

5 - 92copy 2005 by Pearson Education

Vantagens do uso de circuitos virtuais no ATM Iacutendices de QoS garantidos para conexotildees mapeadas em

circuitos virtuais (banda passante atraso variacircncia de atraso)

Problemas no uso de circuitos virtuais O suporte de traacutefego datagrama eacute ineficiente Um PVC entre cada par origemdestino natildeo tem boa

escalabilidade (N2 conexotildees satildeo necessaacuterias) SVC introduz latecircncia de estabelecimento de conexatildeo e

atrasos de processamento para conexotildees de curta duraccedilatildeo

ATM VCs

5

5 - 93copy 2005 by Pearson Education

Cabeccedilalho da ceacutelula ATM com 5 bytes Carga uacutetil com 48-bytes

Por quecirc carga uacutetil pequena -gt pequeno atraso de criaccedilatildeo de ceacutelula para voz digitalizada

Meio do caminho entre 32 e 64 (compromisso)

cabeccedilalhoda ceacutelula

formato daceacutelula

3o bit no campo PTvalor 1 indica uacuteltima ceacutelula (AAL-indicate bit)

Camada ATM ceacutelula ATM

5

5 - 94copy 2005 by Pearson Education

VCI identificador de canal virtual Pode mudar de enlace para enlace atraveacutes da rede

PT tipo de carga uacutetil (ex ceacutelula RM versus ceacutelula de dados) CLP bit de prioridade de perda de ceacutelula

CLP = 1 implica ceacutelula de baixa prioridade pode ser descartada em caso de congestatildeo

HEC verificaccedilatildeo de erros no cabeccedilalho Verificaccedilatildeo ciacuteclica de erros

Cabeccedilalho da ceacutelula ATM

5

5 - 95copy 2005 by Pearson Education

A camada fiacutesica se compotildee de duas partes (subcamadas ) Subcamada de convergecircncia de transmissatildeo (TCS) adapta a camada

ATM acima agrave subcamada fiacutesica abaixo (PMD) Subcamada dependente do meio depende do tipo de meio fiacutesico que

estaacute sendo empregado

Funccedilotildees da TCS Geraccedilatildeo do checksum do cabeccedilalho 8 bits CRC Delineamento de ceacutelula Com uma subcamada PMD natildeo estruturada transmite ceacutelulas vazias

(ldquoidle cellsrdquo) quando natildeo haacute ceacutelulas de dados a enviar

Camada fiacutesica ATM

5

5 - 96copy 2005 by Pearson Education

Subcamada dependente do meio fiacutesico (PMD) SONETSDH estrutura de transmissatildeo de quadros (como um

container carregando bits) Sincronizaccedilatildeo de bits Particcedilotildees da banda passante (TDM) Vaacuterias velocidades OC1 = 5184 Mbps OC3 = 15552 Mbps OC12 = 62208 Mbps

T1T3 estrutura de transmissatildeo de quadros (velha hierarquia de telefonia 15 Mbps45 Mbps No Brasil usa-se a hierarquia europeacuteia E1E3 2 34 Mbps

Natildeo estruturada apenas ceacutelulas (ocupadasvazias)

Camada fiacutesica ATM

5

5 - 97copy 2005 by Pearson Education

Apenas IP claacutessico 3 ldquoredesrdquo (ex segmentos de LAN) Endereccedilos MAC (8023) e IP

IP sobre ATM Substitui ldquorederdquo (ex segmento

de LAN) com a rede ATM Endereccedilos ATM endereccedilos IP

redeATM

EthernetLANs

EthernetLANs

IP-sobre-ATM

5

5 - 98copy 2005 by Pearson Education

No endereccedilo de origem Camada IP encontra um mapeamento entre o endereccedilo IP e o endereccedilo de destino ATM (usando ARP) Passa o datagrama para a camada de adaptaccedilatildeo AAL5 AAL5 encapsula os dados segmenta em ceacutelulas e passa para a camada ATM

Rede ATM move a ceacutelula para o destino de acordo com o seu VC (circuito virtual)

No hospedeiro de destino AAL5 remonta o datagrama original a partir das ceacutelulas recebidas Se o CRC OK datagrama eacute passado ao IP

Viagem de um datagrama numa rede IP-sobre-ATM

5

5 - 99copy 2005 by Pearson Education

Questotildees Datagramas IP em ATM AAL5 PDUs Dos endereccedilos IP aos endereccedilos ATM

Da mesma forma que de endereccedilos IP para endereccedilos MAC 8023

redeATM

EthernetLANs

IP-sobre-ATM

5

5 - 100copy 2005 by Pearson Education

Objetivo inicial aumentar a velocidade de encaminhamento IP usando labels de tamanho fixo (em vez de endereccedilo IP) Mesma ideacuteia do meacutetodo de circuito virtual (VC) Mas o datagrama IP ainda manteacutem o endereccedilo IP

Multiprotocol label switching (MPLS)

5

5 - 101copy 2005 by Pearson Education

Roteador faz a funccedilatildeo de comutador de roacutetulo Pacotes encaminhados para interface de saiacuteda com base apenas no valor

do roacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP) Tabela de encaminhamento MPLS distinta das tabelas de encaminhamento IP

Protocolo de sinalizaccedilatildeo necessaacuterio para estabelecer o encaminhamento RSVP-TE Encaminhamento eacute possiacutevel por caminhos que o IP sozinho natildeo pode usar (ex roteamento de especificado pela origem) Use MPLS para engenharia de traacutefego

Deve coexistir com roteadores unicamente IP

Roteadores MPLS

5

5 - 102copy 2005 by Pearson Education

Tabelas de encaminhamento MPLS

5

5 - 103copy 2005 by Pearson Education

Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace Detecccedilatildeo de erros correccedilatildeo Compartilhando um canal broadcast acesso muacuteltiplo Endereccedilamento da camada de enlace

Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de vaacuterias tecnologias da camada de enlace Ethernet LANS comutadas PPP Redes virtualizadas como uma camada de enlace ATM MPLS

Resumo

Page 80: Capítulo 5 Redes de computadores e a Internet A camada de enlace e redes locais

5

5 - 80copy 2005 by Pearson Education

Virtualizaccedilatildeo dos recursos uma poderosa abstraccedilatildeo em engenharia de sistemas Exemplos em computaccedilatildeo memoacuteria virtual dispositivos virtuais

Maacutequinas virtuais ex java IBM VM os dos anos 6070

Camada de abstraccedilotildees natildeo se apega a detalhes da camada mais baixa apenas trata com as camadas mais baixas abstratamente

Virtualizaccedilatildeo das redes

5

5 - 81copy 2005 by Pearson Education

1974 muacuteltiplas redes desconectadas ARPAnet redes de dados-sobre-cabo rede de pacote por sateacutelite (Aloha) rede de pacotes por raacutedio

hellip diferentes em convenccedilotildees de endereccedilamento formatos do pacote recuperaccedilatildeo de erros roteamento

Internet virtualizaccedilatildeo das redes

5

5 - 82copy 2005 by Pearson Education

Camada de rede da Internet (IP) Endereccedilamento internetwork

aparece como uma entidade uacutenica e uniforme escondendo a heterogeneidade das redes locais

Rede de redes

Gateway ldquoembute pacotes da Internet no

formato de um pacote local ou os extrairdquo

Rota (no niacutevel de internetwork) para o proacuteximo gateway

Internet virtualizaccedilatildeo das redes

5

5 - 83copy 2005 by Pearson Education

O que eacute virtualizado Duas camadas de endereccedilamento Internet e rede local Nova camada (IP) torna tudo homogecircneo na camada da Internet Tecnologia da rede local em questatildeo

Cabo Sateacutelite Modem telefocircnico de 56 K Hoje ATM MPLS

hellip ldquoinvisiacutevelrdquo na camada da Internet Parece com uma tecnologia de camada de enlace para o IP

Arquitetura da Internet de Cerf amp Kahn

5

5 - 84copy 2005 by Pearson Education

ATM MPLS redes separadas em seus proacuteprios direitos Modelos de serviccedilo endereccedilamento roteamento diferentes da Internet

Vistos pela Internet como um enlace loacutegico conectando roteadores IP Assim como o dialup link eacute realmente parte de uma rede separada

(rede telefocircnica)

ATM MPLS de interesse teacutecnico em seu proacuteprio direito

ATM e MPLS

5

5 - 85copy 2005 by Pearson Education

Padratildeo dos anos 8090 para altas taxas de transmissatildeo (155 Mbps a 622 Mbps e mais altas) arquitetura de Broadband Integrated Service Digital Network (B-ISDN)

Objetivo transporte integrado de voz dados e imagens com foco nas redes puacuteblicas de comunicaccedilatildeo Deve atender aos requisitos de tempoQoS para aplicaccedilotildees de voz

e de viacutedeo (versus o serviccedilo de melhor esforccedilo da Internet) Telefonia de ldquoproacutexima geraccedilatildeordquo fundamentos teacutecnicos no mundo da telefonia Comutaccedilatildeo de pacotes (pacotes de tamanho fixo chamados ldquoceacutelulasrdquo) usando circuitos virtuais

Modo de transferecircncia assiacutencrono ATM

5

5 - 86copy 2005 by Pearson Education

Camada de adaptaccedilatildeo apenas na borda de uma rede ATM Segmentaccedilatildeo e remontagem dos dados Grosseiramente anaacuteloga agrave camada de transporte da Internet

Camada ATM camada de ldquorederdquo Comutaccedilatildeo de ceacutelulas roteamento

Camada fiacutesica

Sistema final Sistema finalSwitch ATM Switch ATM

Arquitetura ATM

5

5 - 87copy 2005 by Pearson Education

Visatildeo transporte fim-a-fim ldquoATM de computador a computadorrdquo ATM eacute uma tecnologia de redeRealidade usada para conectar roteadores IP de backbone ldquoIP sobre ATMrdquo ATM como uma camada de enlace comutada conectando roteadores IP

ATM camada de rede ou de enlace

5

5 - 88copy 2005 by Pearson Education

Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL) ldquoadaptardquo camadas superiores (aplicaccedilotildees IP ou nativas ATM) para a camada ATM abaixo

AAL presente apenas nos sistemas finais natildeo nos comutadores ATM (ldquoswitchesrdquo)

O segmento da camada AAL (campo de cabeccedilalhotrailer e de dados) satildeo fragmentados em muacuteltiplas ceacutelulas ATM Analogia segmento TCP em muitos pacotes IP

Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL)

Sistema final Sistema finalSwitch ATM Switch ATM

5

5 - 89copy 2005 by Pearson Education

Diferentes versotildees da camada AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM AAL1 para serviccedilo CBR (taxa de bit constante) ex emulaccedilatildeo de circuitos AAL2 para serviccedilos VBR (taxa de bit variaacutevel) ex viacutedeo MPEG AAL5 para dados (ex datagramas IP)

AAL PDU

ceacutelula ATM

Dados de usuaacuterio

subcamadade convergecircncia

subcamadaSAR

Ceacutelula ATM

Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL)

5

5 - 90copy 2005 by Pearson Education

Serviccedilo transporte de ceacutelulas atraveacutes da rede ATM Anaacuteloga agrave camada de rede IP Serviccedilos muito diferentes da camada de rede IP

Arquiteturade rede

Internet

ATM

ATM

ATM

ATM

Modelo de serviccedilo

melhoresforccediloCBR

VBR

ABR

UBR

Banda

natildeo

taxaconstantetaxagarantidamiacutenimogarantidonatildeo

Perda

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Ordem

natildeo

sim

sim

sim

sim

Tempo

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Aviso decongestatildeo

natildeo (inferidopelas perdas)natildeo haacutecongestatildeonatildeo haacutecongestatildeosim

natildeo

Garantias

Camada ATM

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5 - 91copy 2005 by Pearson Education

Transporte em VC ceacutelulas satildeo transportadas sobre VC da fonte ao destino Estabelecimento de conexatildeo necessaacuterio para cada chamada antes que o fluxo de dados possa ser iniciado Cada pacote transporta um identificador de VC (natildeo transporta o endereccedilo do destino) Cada comutador com caminho entre a fonte e o destino manteacutem o ldquoestadordquo para cada conexatildeo passante Recursos do enlace e do comutador (banda passante buffers) podem ser alocados por VC para obter um comportamento semelhante a um circuito fiacutesico

VCs permanentes (PVCs) Conexotildees de longa duraccedilatildeo Tipicamente rota ldquopermanenterdquo entre roteadores IP

VCs comutados (SVC) Dinamicamente criados numa base por chamada

Camadas ATM circuitos virtuais

5

5 - 92copy 2005 by Pearson Education

Vantagens do uso de circuitos virtuais no ATM Iacutendices de QoS garantidos para conexotildees mapeadas em

circuitos virtuais (banda passante atraso variacircncia de atraso)

Problemas no uso de circuitos virtuais O suporte de traacutefego datagrama eacute ineficiente Um PVC entre cada par origemdestino natildeo tem boa

escalabilidade (N2 conexotildees satildeo necessaacuterias) SVC introduz latecircncia de estabelecimento de conexatildeo e

atrasos de processamento para conexotildees de curta duraccedilatildeo

ATM VCs

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5 - 93copy 2005 by Pearson Education

Cabeccedilalho da ceacutelula ATM com 5 bytes Carga uacutetil com 48-bytes

Por quecirc carga uacutetil pequena -gt pequeno atraso de criaccedilatildeo de ceacutelula para voz digitalizada

Meio do caminho entre 32 e 64 (compromisso)

cabeccedilalhoda ceacutelula

formato daceacutelula

3o bit no campo PTvalor 1 indica uacuteltima ceacutelula (AAL-indicate bit)

Camada ATM ceacutelula ATM

5

5 - 94copy 2005 by Pearson Education

VCI identificador de canal virtual Pode mudar de enlace para enlace atraveacutes da rede

PT tipo de carga uacutetil (ex ceacutelula RM versus ceacutelula de dados) CLP bit de prioridade de perda de ceacutelula

CLP = 1 implica ceacutelula de baixa prioridade pode ser descartada em caso de congestatildeo

HEC verificaccedilatildeo de erros no cabeccedilalho Verificaccedilatildeo ciacuteclica de erros

Cabeccedilalho da ceacutelula ATM

5

5 - 95copy 2005 by Pearson Education

A camada fiacutesica se compotildee de duas partes (subcamadas ) Subcamada de convergecircncia de transmissatildeo (TCS) adapta a camada

ATM acima agrave subcamada fiacutesica abaixo (PMD) Subcamada dependente do meio depende do tipo de meio fiacutesico que

estaacute sendo empregado

Funccedilotildees da TCS Geraccedilatildeo do checksum do cabeccedilalho 8 bits CRC Delineamento de ceacutelula Com uma subcamada PMD natildeo estruturada transmite ceacutelulas vazias

(ldquoidle cellsrdquo) quando natildeo haacute ceacutelulas de dados a enviar

Camada fiacutesica ATM

5

5 - 96copy 2005 by Pearson Education

Subcamada dependente do meio fiacutesico (PMD) SONETSDH estrutura de transmissatildeo de quadros (como um

container carregando bits) Sincronizaccedilatildeo de bits Particcedilotildees da banda passante (TDM) Vaacuterias velocidades OC1 = 5184 Mbps OC3 = 15552 Mbps OC12 = 62208 Mbps

T1T3 estrutura de transmissatildeo de quadros (velha hierarquia de telefonia 15 Mbps45 Mbps No Brasil usa-se a hierarquia europeacuteia E1E3 2 34 Mbps

Natildeo estruturada apenas ceacutelulas (ocupadasvazias)

Camada fiacutesica ATM

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5 - 97copy 2005 by Pearson Education

Apenas IP claacutessico 3 ldquoredesrdquo (ex segmentos de LAN) Endereccedilos MAC (8023) e IP

IP sobre ATM Substitui ldquorederdquo (ex segmento

de LAN) com a rede ATM Endereccedilos ATM endereccedilos IP

redeATM

EthernetLANs

EthernetLANs

IP-sobre-ATM

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5 - 98copy 2005 by Pearson Education

No endereccedilo de origem Camada IP encontra um mapeamento entre o endereccedilo IP e o endereccedilo de destino ATM (usando ARP) Passa o datagrama para a camada de adaptaccedilatildeo AAL5 AAL5 encapsula os dados segmenta em ceacutelulas e passa para a camada ATM

Rede ATM move a ceacutelula para o destino de acordo com o seu VC (circuito virtual)

No hospedeiro de destino AAL5 remonta o datagrama original a partir das ceacutelulas recebidas Se o CRC OK datagrama eacute passado ao IP

Viagem de um datagrama numa rede IP-sobre-ATM

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5 - 99copy 2005 by Pearson Education

Questotildees Datagramas IP em ATM AAL5 PDUs Dos endereccedilos IP aos endereccedilos ATM

Da mesma forma que de endereccedilos IP para endereccedilos MAC 8023

redeATM

EthernetLANs

IP-sobre-ATM

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5 - 100copy 2005 by Pearson Education

Objetivo inicial aumentar a velocidade de encaminhamento IP usando labels de tamanho fixo (em vez de endereccedilo IP) Mesma ideacuteia do meacutetodo de circuito virtual (VC) Mas o datagrama IP ainda manteacutem o endereccedilo IP

Multiprotocol label switching (MPLS)

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5 - 101copy 2005 by Pearson Education

Roteador faz a funccedilatildeo de comutador de roacutetulo Pacotes encaminhados para interface de saiacuteda com base apenas no valor

do roacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP) Tabela de encaminhamento MPLS distinta das tabelas de encaminhamento IP

Protocolo de sinalizaccedilatildeo necessaacuterio para estabelecer o encaminhamento RSVP-TE Encaminhamento eacute possiacutevel por caminhos que o IP sozinho natildeo pode usar (ex roteamento de especificado pela origem) Use MPLS para engenharia de traacutefego

Deve coexistir com roteadores unicamente IP

Roteadores MPLS

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5 - 102copy 2005 by Pearson Education

Tabelas de encaminhamento MPLS

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5 - 103copy 2005 by Pearson Education

Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace Detecccedilatildeo de erros correccedilatildeo Compartilhando um canal broadcast acesso muacuteltiplo Endereccedilamento da camada de enlace

Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de vaacuterias tecnologias da camada de enlace Ethernet LANS comutadas PPP Redes virtualizadas como uma camada de enlace ATM MPLS

Resumo

Page 81: Capítulo 5 Redes de computadores e a Internet A camada de enlace e redes locais

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5 - 81copy 2005 by Pearson Education

1974 muacuteltiplas redes desconectadas ARPAnet redes de dados-sobre-cabo rede de pacote por sateacutelite (Aloha) rede de pacotes por raacutedio

hellip diferentes em convenccedilotildees de endereccedilamento formatos do pacote recuperaccedilatildeo de erros roteamento

Internet virtualizaccedilatildeo das redes

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5 - 82copy 2005 by Pearson Education

Camada de rede da Internet (IP) Endereccedilamento internetwork

aparece como uma entidade uacutenica e uniforme escondendo a heterogeneidade das redes locais

Rede de redes

Gateway ldquoembute pacotes da Internet no

formato de um pacote local ou os extrairdquo

Rota (no niacutevel de internetwork) para o proacuteximo gateway

Internet virtualizaccedilatildeo das redes

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5 - 83copy 2005 by Pearson Education

O que eacute virtualizado Duas camadas de endereccedilamento Internet e rede local Nova camada (IP) torna tudo homogecircneo na camada da Internet Tecnologia da rede local em questatildeo

Cabo Sateacutelite Modem telefocircnico de 56 K Hoje ATM MPLS

hellip ldquoinvisiacutevelrdquo na camada da Internet Parece com uma tecnologia de camada de enlace para o IP

Arquitetura da Internet de Cerf amp Kahn

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5 - 84copy 2005 by Pearson Education

ATM MPLS redes separadas em seus proacuteprios direitos Modelos de serviccedilo endereccedilamento roteamento diferentes da Internet

Vistos pela Internet como um enlace loacutegico conectando roteadores IP Assim como o dialup link eacute realmente parte de uma rede separada

(rede telefocircnica)

ATM MPLS de interesse teacutecnico em seu proacuteprio direito

ATM e MPLS

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5 - 85copy 2005 by Pearson Education

Padratildeo dos anos 8090 para altas taxas de transmissatildeo (155 Mbps a 622 Mbps e mais altas) arquitetura de Broadband Integrated Service Digital Network (B-ISDN)

Objetivo transporte integrado de voz dados e imagens com foco nas redes puacuteblicas de comunicaccedilatildeo Deve atender aos requisitos de tempoQoS para aplicaccedilotildees de voz

e de viacutedeo (versus o serviccedilo de melhor esforccedilo da Internet) Telefonia de ldquoproacutexima geraccedilatildeordquo fundamentos teacutecnicos no mundo da telefonia Comutaccedilatildeo de pacotes (pacotes de tamanho fixo chamados ldquoceacutelulasrdquo) usando circuitos virtuais

Modo de transferecircncia assiacutencrono ATM

5

5 - 86copy 2005 by Pearson Education

Camada de adaptaccedilatildeo apenas na borda de uma rede ATM Segmentaccedilatildeo e remontagem dos dados Grosseiramente anaacuteloga agrave camada de transporte da Internet

Camada ATM camada de ldquorederdquo Comutaccedilatildeo de ceacutelulas roteamento

Camada fiacutesica

Sistema final Sistema finalSwitch ATM Switch ATM

Arquitetura ATM

5

5 - 87copy 2005 by Pearson Education

Visatildeo transporte fim-a-fim ldquoATM de computador a computadorrdquo ATM eacute uma tecnologia de redeRealidade usada para conectar roteadores IP de backbone ldquoIP sobre ATMrdquo ATM como uma camada de enlace comutada conectando roteadores IP

ATM camada de rede ou de enlace

5

5 - 88copy 2005 by Pearson Education

Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL) ldquoadaptardquo camadas superiores (aplicaccedilotildees IP ou nativas ATM) para a camada ATM abaixo

AAL presente apenas nos sistemas finais natildeo nos comutadores ATM (ldquoswitchesrdquo)

O segmento da camada AAL (campo de cabeccedilalhotrailer e de dados) satildeo fragmentados em muacuteltiplas ceacutelulas ATM Analogia segmento TCP em muitos pacotes IP

Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL)

Sistema final Sistema finalSwitch ATM Switch ATM

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5 - 89copy 2005 by Pearson Education

Diferentes versotildees da camada AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM AAL1 para serviccedilo CBR (taxa de bit constante) ex emulaccedilatildeo de circuitos AAL2 para serviccedilos VBR (taxa de bit variaacutevel) ex viacutedeo MPEG AAL5 para dados (ex datagramas IP)

AAL PDU

ceacutelula ATM

Dados de usuaacuterio

subcamadade convergecircncia

subcamadaSAR

Ceacutelula ATM

Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL)

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5 - 90copy 2005 by Pearson Education

Serviccedilo transporte de ceacutelulas atraveacutes da rede ATM Anaacuteloga agrave camada de rede IP Serviccedilos muito diferentes da camada de rede IP

Arquiteturade rede

Internet

ATM

ATM

ATM

ATM

Modelo de serviccedilo

melhoresforccediloCBR

VBR

ABR

UBR

Banda

natildeo

taxaconstantetaxagarantidamiacutenimogarantidonatildeo

Perda

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Ordem

natildeo

sim

sim

sim

sim

Tempo

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Aviso decongestatildeo

natildeo (inferidopelas perdas)natildeo haacutecongestatildeonatildeo haacutecongestatildeosim

natildeo

Garantias

Camada ATM

5

5 - 91copy 2005 by Pearson Education

Transporte em VC ceacutelulas satildeo transportadas sobre VC da fonte ao destino Estabelecimento de conexatildeo necessaacuterio para cada chamada antes que o fluxo de dados possa ser iniciado Cada pacote transporta um identificador de VC (natildeo transporta o endereccedilo do destino) Cada comutador com caminho entre a fonte e o destino manteacutem o ldquoestadordquo para cada conexatildeo passante Recursos do enlace e do comutador (banda passante buffers) podem ser alocados por VC para obter um comportamento semelhante a um circuito fiacutesico

VCs permanentes (PVCs) Conexotildees de longa duraccedilatildeo Tipicamente rota ldquopermanenterdquo entre roteadores IP

VCs comutados (SVC) Dinamicamente criados numa base por chamada

Camadas ATM circuitos virtuais

5

5 - 92copy 2005 by Pearson Education

Vantagens do uso de circuitos virtuais no ATM Iacutendices de QoS garantidos para conexotildees mapeadas em

circuitos virtuais (banda passante atraso variacircncia de atraso)

Problemas no uso de circuitos virtuais O suporte de traacutefego datagrama eacute ineficiente Um PVC entre cada par origemdestino natildeo tem boa

escalabilidade (N2 conexotildees satildeo necessaacuterias) SVC introduz latecircncia de estabelecimento de conexatildeo e

atrasos de processamento para conexotildees de curta duraccedilatildeo

ATM VCs

5

5 - 93copy 2005 by Pearson Education

Cabeccedilalho da ceacutelula ATM com 5 bytes Carga uacutetil com 48-bytes

Por quecirc carga uacutetil pequena -gt pequeno atraso de criaccedilatildeo de ceacutelula para voz digitalizada

Meio do caminho entre 32 e 64 (compromisso)

cabeccedilalhoda ceacutelula

formato daceacutelula

3o bit no campo PTvalor 1 indica uacuteltima ceacutelula (AAL-indicate bit)

Camada ATM ceacutelula ATM

5

5 - 94copy 2005 by Pearson Education

VCI identificador de canal virtual Pode mudar de enlace para enlace atraveacutes da rede

PT tipo de carga uacutetil (ex ceacutelula RM versus ceacutelula de dados) CLP bit de prioridade de perda de ceacutelula

CLP = 1 implica ceacutelula de baixa prioridade pode ser descartada em caso de congestatildeo

HEC verificaccedilatildeo de erros no cabeccedilalho Verificaccedilatildeo ciacuteclica de erros

Cabeccedilalho da ceacutelula ATM

5

5 - 95copy 2005 by Pearson Education

A camada fiacutesica se compotildee de duas partes (subcamadas ) Subcamada de convergecircncia de transmissatildeo (TCS) adapta a camada

ATM acima agrave subcamada fiacutesica abaixo (PMD) Subcamada dependente do meio depende do tipo de meio fiacutesico que

estaacute sendo empregado

Funccedilotildees da TCS Geraccedilatildeo do checksum do cabeccedilalho 8 bits CRC Delineamento de ceacutelula Com uma subcamada PMD natildeo estruturada transmite ceacutelulas vazias

(ldquoidle cellsrdquo) quando natildeo haacute ceacutelulas de dados a enviar

Camada fiacutesica ATM

5

5 - 96copy 2005 by Pearson Education

Subcamada dependente do meio fiacutesico (PMD) SONETSDH estrutura de transmissatildeo de quadros (como um

container carregando bits) Sincronizaccedilatildeo de bits Particcedilotildees da banda passante (TDM) Vaacuterias velocidades OC1 = 5184 Mbps OC3 = 15552 Mbps OC12 = 62208 Mbps

T1T3 estrutura de transmissatildeo de quadros (velha hierarquia de telefonia 15 Mbps45 Mbps No Brasil usa-se a hierarquia europeacuteia E1E3 2 34 Mbps

Natildeo estruturada apenas ceacutelulas (ocupadasvazias)

Camada fiacutesica ATM

5

5 - 97copy 2005 by Pearson Education

Apenas IP claacutessico 3 ldquoredesrdquo (ex segmentos de LAN) Endereccedilos MAC (8023) e IP

IP sobre ATM Substitui ldquorederdquo (ex segmento

de LAN) com a rede ATM Endereccedilos ATM endereccedilos IP

redeATM

EthernetLANs

EthernetLANs

IP-sobre-ATM

5

5 - 98copy 2005 by Pearson Education

No endereccedilo de origem Camada IP encontra um mapeamento entre o endereccedilo IP e o endereccedilo de destino ATM (usando ARP) Passa o datagrama para a camada de adaptaccedilatildeo AAL5 AAL5 encapsula os dados segmenta em ceacutelulas e passa para a camada ATM

Rede ATM move a ceacutelula para o destino de acordo com o seu VC (circuito virtual)

No hospedeiro de destino AAL5 remonta o datagrama original a partir das ceacutelulas recebidas Se o CRC OK datagrama eacute passado ao IP

Viagem de um datagrama numa rede IP-sobre-ATM

5

5 - 99copy 2005 by Pearson Education

Questotildees Datagramas IP em ATM AAL5 PDUs Dos endereccedilos IP aos endereccedilos ATM

Da mesma forma que de endereccedilos IP para endereccedilos MAC 8023

redeATM

EthernetLANs

IP-sobre-ATM

5

5 - 100copy 2005 by Pearson Education

Objetivo inicial aumentar a velocidade de encaminhamento IP usando labels de tamanho fixo (em vez de endereccedilo IP) Mesma ideacuteia do meacutetodo de circuito virtual (VC) Mas o datagrama IP ainda manteacutem o endereccedilo IP

Multiprotocol label switching (MPLS)

5

5 - 101copy 2005 by Pearson Education

Roteador faz a funccedilatildeo de comutador de roacutetulo Pacotes encaminhados para interface de saiacuteda com base apenas no valor

do roacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP) Tabela de encaminhamento MPLS distinta das tabelas de encaminhamento IP

Protocolo de sinalizaccedilatildeo necessaacuterio para estabelecer o encaminhamento RSVP-TE Encaminhamento eacute possiacutevel por caminhos que o IP sozinho natildeo pode usar (ex roteamento de especificado pela origem) Use MPLS para engenharia de traacutefego

Deve coexistir com roteadores unicamente IP

Roteadores MPLS

5

5 - 102copy 2005 by Pearson Education

Tabelas de encaminhamento MPLS

5

5 - 103copy 2005 by Pearson Education

Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace Detecccedilatildeo de erros correccedilatildeo Compartilhando um canal broadcast acesso muacuteltiplo Endereccedilamento da camada de enlace

Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de vaacuterias tecnologias da camada de enlace Ethernet LANS comutadas PPP Redes virtualizadas como uma camada de enlace ATM MPLS

Resumo

Page 82: Capítulo 5 Redes de computadores e a Internet A camada de enlace e redes locais

5

5 - 82copy 2005 by Pearson Education

Camada de rede da Internet (IP) Endereccedilamento internetwork

aparece como uma entidade uacutenica e uniforme escondendo a heterogeneidade das redes locais

Rede de redes

Gateway ldquoembute pacotes da Internet no

formato de um pacote local ou os extrairdquo

Rota (no niacutevel de internetwork) para o proacuteximo gateway

Internet virtualizaccedilatildeo das redes

5

5 - 83copy 2005 by Pearson Education

O que eacute virtualizado Duas camadas de endereccedilamento Internet e rede local Nova camada (IP) torna tudo homogecircneo na camada da Internet Tecnologia da rede local em questatildeo

Cabo Sateacutelite Modem telefocircnico de 56 K Hoje ATM MPLS

hellip ldquoinvisiacutevelrdquo na camada da Internet Parece com uma tecnologia de camada de enlace para o IP

Arquitetura da Internet de Cerf amp Kahn

5

5 - 84copy 2005 by Pearson Education

ATM MPLS redes separadas em seus proacuteprios direitos Modelos de serviccedilo endereccedilamento roteamento diferentes da Internet

Vistos pela Internet como um enlace loacutegico conectando roteadores IP Assim como o dialup link eacute realmente parte de uma rede separada

(rede telefocircnica)

ATM MPLS de interesse teacutecnico em seu proacuteprio direito

ATM e MPLS

5

5 - 85copy 2005 by Pearson Education

Padratildeo dos anos 8090 para altas taxas de transmissatildeo (155 Mbps a 622 Mbps e mais altas) arquitetura de Broadband Integrated Service Digital Network (B-ISDN)

Objetivo transporte integrado de voz dados e imagens com foco nas redes puacuteblicas de comunicaccedilatildeo Deve atender aos requisitos de tempoQoS para aplicaccedilotildees de voz

e de viacutedeo (versus o serviccedilo de melhor esforccedilo da Internet) Telefonia de ldquoproacutexima geraccedilatildeordquo fundamentos teacutecnicos no mundo da telefonia Comutaccedilatildeo de pacotes (pacotes de tamanho fixo chamados ldquoceacutelulasrdquo) usando circuitos virtuais

Modo de transferecircncia assiacutencrono ATM

5

5 - 86copy 2005 by Pearson Education

Camada de adaptaccedilatildeo apenas na borda de uma rede ATM Segmentaccedilatildeo e remontagem dos dados Grosseiramente anaacuteloga agrave camada de transporte da Internet

Camada ATM camada de ldquorederdquo Comutaccedilatildeo de ceacutelulas roteamento

Camada fiacutesica

Sistema final Sistema finalSwitch ATM Switch ATM

Arquitetura ATM

5

5 - 87copy 2005 by Pearson Education

Visatildeo transporte fim-a-fim ldquoATM de computador a computadorrdquo ATM eacute uma tecnologia de redeRealidade usada para conectar roteadores IP de backbone ldquoIP sobre ATMrdquo ATM como uma camada de enlace comutada conectando roteadores IP

ATM camada de rede ou de enlace

5

5 - 88copy 2005 by Pearson Education

Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL) ldquoadaptardquo camadas superiores (aplicaccedilotildees IP ou nativas ATM) para a camada ATM abaixo

AAL presente apenas nos sistemas finais natildeo nos comutadores ATM (ldquoswitchesrdquo)

O segmento da camada AAL (campo de cabeccedilalhotrailer e de dados) satildeo fragmentados em muacuteltiplas ceacutelulas ATM Analogia segmento TCP em muitos pacotes IP

Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL)

Sistema final Sistema finalSwitch ATM Switch ATM

5

5 - 89copy 2005 by Pearson Education

Diferentes versotildees da camada AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM AAL1 para serviccedilo CBR (taxa de bit constante) ex emulaccedilatildeo de circuitos AAL2 para serviccedilos VBR (taxa de bit variaacutevel) ex viacutedeo MPEG AAL5 para dados (ex datagramas IP)

AAL PDU

ceacutelula ATM

Dados de usuaacuterio

subcamadade convergecircncia

subcamadaSAR

Ceacutelula ATM

Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL)

5

5 - 90copy 2005 by Pearson Education

Serviccedilo transporte de ceacutelulas atraveacutes da rede ATM Anaacuteloga agrave camada de rede IP Serviccedilos muito diferentes da camada de rede IP

Arquiteturade rede

Internet

ATM

ATM

ATM

ATM

Modelo de serviccedilo

melhoresforccediloCBR

VBR

ABR

UBR

Banda

natildeo

taxaconstantetaxagarantidamiacutenimogarantidonatildeo

Perda

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Ordem

natildeo

sim

sim

sim

sim

Tempo

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Aviso decongestatildeo

natildeo (inferidopelas perdas)natildeo haacutecongestatildeonatildeo haacutecongestatildeosim

natildeo

Garantias

Camada ATM

5

5 - 91copy 2005 by Pearson Education

Transporte em VC ceacutelulas satildeo transportadas sobre VC da fonte ao destino Estabelecimento de conexatildeo necessaacuterio para cada chamada antes que o fluxo de dados possa ser iniciado Cada pacote transporta um identificador de VC (natildeo transporta o endereccedilo do destino) Cada comutador com caminho entre a fonte e o destino manteacutem o ldquoestadordquo para cada conexatildeo passante Recursos do enlace e do comutador (banda passante buffers) podem ser alocados por VC para obter um comportamento semelhante a um circuito fiacutesico

VCs permanentes (PVCs) Conexotildees de longa duraccedilatildeo Tipicamente rota ldquopermanenterdquo entre roteadores IP

VCs comutados (SVC) Dinamicamente criados numa base por chamada

Camadas ATM circuitos virtuais

5

5 - 92copy 2005 by Pearson Education

Vantagens do uso de circuitos virtuais no ATM Iacutendices de QoS garantidos para conexotildees mapeadas em

circuitos virtuais (banda passante atraso variacircncia de atraso)

Problemas no uso de circuitos virtuais O suporte de traacutefego datagrama eacute ineficiente Um PVC entre cada par origemdestino natildeo tem boa

escalabilidade (N2 conexotildees satildeo necessaacuterias) SVC introduz latecircncia de estabelecimento de conexatildeo e

atrasos de processamento para conexotildees de curta duraccedilatildeo

ATM VCs

5

5 - 93copy 2005 by Pearson Education

Cabeccedilalho da ceacutelula ATM com 5 bytes Carga uacutetil com 48-bytes

Por quecirc carga uacutetil pequena -gt pequeno atraso de criaccedilatildeo de ceacutelula para voz digitalizada

Meio do caminho entre 32 e 64 (compromisso)

cabeccedilalhoda ceacutelula

formato daceacutelula

3o bit no campo PTvalor 1 indica uacuteltima ceacutelula (AAL-indicate bit)

Camada ATM ceacutelula ATM

5

5 - 94copy 2005 by Pearson Education

VCI identificador de canal virtual Pode mudar de enlace para enlace atraveacutes da rede

PT tipo de carga uacutetil (ex ceacutelula RM versus ceacutelula de dados) CLP bit de prioridade de perda de ceacutelula

CLP = 1 implica ceacutelula de baixa prioridade pode ser descartada em caso de congestatildeo

HEC verificaccedilatildeo de erros no cabeccedilalho Verificaccedilatildeo ciacuteclica de erros

Cabeccedilalho da ceacutelula ATM

5

5 - 95copy 2005 by Pearson Education

A camada fiacutesica se compotildee de duas partes (subcamadas ) Subcamada de convergecircncia de transmissatildeo (TCS) adapta a camada

ATM acima agrave subcamada fiacutesica abaixo (PMD) Subcamada dependente do meio depende do tipo de meio fiacutesico que

estaacute sendo empregado

Funccedilotildees da TCS Geraccedilatildeo do checksum do cabeccedilalho 8 bits CRC Delineamento de ceacutelula Com uma subcamada PMD natildeo estruturada transmite ceacutelulas vazias

(ldquoidle cellsrdquo) quando natildeo haacute ceacutelulas de dados a enviar

Camada fiacutesica ATM

5

5 - 96copy 2005 by Pearson Education

Subcamada dependente do meio fiacutesico (PMD) SONETSDH estrutura de transmissatildeo de quadros (como um

container carregando bits) Sincronizaccedilatildeo de bits Particcedilotildees da banda passante (TDM) Vaacuterias velocidades OC1 = 5184 Mbps OC3 = 15552 Mbps OC12 = 62208 Mbps

T1T3 estrutura de transmissatildeo de quadros (velha hierarquia de telefonia 15 Mbps45 Mbps No Brasil usa-se a hierarquia europeacuteia E1E3 2 34 Mbps

Natildeo estruturada apenas ceacutelulas (ocupadasvazias)

Camada fiacutesica ATM

5

5 - 97copy 2005 by Pearson Education

Apenas IP claacutessico 3 ldquoredesrdquo (ex segmentos de LAN) Endereccedilos MAC (8023) e IP

IP sobre ATM Substitui ldquorederdquo (ex segmento

de LAN) com a rede ATM Endereccedilos ATM endereccedilos IP

redeATM

EthernetLANs

EthernetLANs

IP-sobre-ATM

5

5 - 98copy 2005 by Pearson Education

No endereccedilo de origem Camada IP encontra um mapeamento entre o endereccedilo IP e o endereccedilo de destino ATM (usando ARP) Passa o datagrama para a camada de adaptaccedilatildeo AAL5 AAL5 encapsula os dados segmenta em ceacutelulas e passa para a camada ATM

Rede ATM move a ceacutelula para o destino de acordo com o seu VC (circuito virtual)

No hospedeiro de destino AAL5 remonta o datagrama original a partir das ceacutelulas recebidas Se o CRC OK datagrama eacute passado ao IP

Viagem de um datagrama numa rede IP-sobre-ATM

5

5 - 99copy 2005 by Pearson Education

Questotildees Datagramas IP em ATM AAL5 PDUs Dos endereccedilos IP aos endereccedilos ATM

Da mesma forma que de endereccedilos IP para endereccedilos MAC 8023

redeATM

EthernetLANs

IP-sobre-ATM

5

5 - 100copy 2005 by Pearson Education

Objetivo inicial aumentar a velocidade de encaminhamento IP usando labels de tamanho fixo (em vez de endereccedilo IP) Mesma ideacuteia do meacutetodo de circuito virtual (VC) Mas o datagrama IP ainda manteacutem o endereccedilo IP

Multiprotocol label switching (MPLS)

5

5 - 101copy 2005 by Pearson Education

Roteador faz a funccedilatildeo de comutador de roacutetulo Pacotes encaminhados para interface de saiacuteda com base apenas no valor

do roacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP) Tabela de encaminhamento MPLS distinta das tabelas de encaminhamento IP

Protocolo de sinalizaccedilatildeo necessaacuterio para estabelecer o encaminhamento RSVP-TE Encaminhamento eacute possiacutevel por caminhos que o IP sozinho natildeo pode usar (ex roteamento de especificado pela origem) Use MPLS para engenharia de traacutefego

Deve coexistir com roteadores unicamente IP

Roteadores MPLS

5

5 - 102copy 2005 by Pearson Education

Tabelas de encaminhamento MPLS

5

5 - 103copy 2005 by Pearson Education

Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace Detecccedilatildeo de erros correccedilatildeo Compartilhando um canal broadcast acesso muacuteltiplo Endereccedilamento da camada de enlace

Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de vaacuterias tecnologias da camada de enlace Ethernet LANS comutadas PPP Redes virtualizadas como uma camada de enlace ATM MPLS

Resumo

Page 83: Capítulo 5 Redes de computadores e a Internet A camada de enlace e redes locais

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5 - 83copy 2005 by Pearson Education

O que eacute virtualizado Duas camadas de endereccedilamento Internet e rede local Nova camada (IP) torna tudo homogecircneo na camada da Internet Tecnologia da rede local em questatildeo

Cabo Sateacutelite Modem telefocircnico de 56 K Hoje ATM MPLS

hellip ldquoinvisiacutevelrdquo na camada da Internet Parece com uma tecnologia de camada de enlace para o IP

Arquitetura da Internet de Cerf amp Kahn

5

5 - 84copy 2005 by Pearson Education

ATM MPLS redes separadas em seus proacuteprios direitos Modelos de serviccedilo endereccedilamento roteamento diferentes da Internet

Vistos pela Internet como um enlace loacutegico conectando roteadores IP Assim como o dialup link eacute realmente parte de uma rede separada

(rede telefocircnica)

ATM MPLS de interesse teacutecnico em seu proacuteprio direito

ATM e MPLS

5

5 - 85copy 2005 by Pearson Education

Padratildeo dos anos 8090 para altas taxas de transmissatildeo (155 Mbps a 622 Mbps e mais altas) arquitetura de Broadband Integrated Service Digital Network (B-ISDN)

Objetivo transporte integrado de voz dados e imagens com foco nas redes puacuteblicas de comunicaccedilatildeo Deve atender aos requisitos de tempoQoS para aplicaccedilotildees de voz

e de viacutedeo (versus o serviccedilo de melhor esforccedilo da Internet) Telefonia de ldquoproacutexima geraccedilatildeordquo fundamentos teacutecnicos no mundo da telefonia Comutaccedilatildeo de pacotes (pacotes de tamanho fixo chamados ldquoceacutelulasrdquo) usando circuitos virtuais

Modo de transferecircncia assiacutencrono ATM

5

5 - 86copy 2005 by Pearson Education

Camada de adaptaccedilatildeo apenas na borda de uma rede ATM Segmentaccedilatildeo e remontagem dos dados Grosseiramente anaacuteloga agrave camada de transporte da Internet

Camada ATM camada de ldquorederdquo Comutaccedilatildeo de ceacutelulas roteamento

Camada fiacutesica

Sistema final Sistema finalSwitch ATM Switch ATM

Arquitetura ATM

5

5 - 87copy 2005 by Pearson Education

Visatildeo transporte fim-a-fim ldquoATM de computador a computadorrdquo ATM eacute uma tecnologia de redeRealidade usada para conectar roteadores IP de backbone ldquoIP sobre ATMrdquo ATM como uma camada de enlace comutada conectando roteadores IP

ATM camada de rede ou de enlace

5

5 - 88copy 2005 by Pearson Education

Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL) ldquoadaptardquo camadas superiores (aplicaccedilotildees IP ou nativas ATM) para a camada ATM abaixo

AAL presente apenas nos sistemas finais natildeo nos comutadores ATM (ldquoswitchesrdquo)

O segmento da camada AAL (campo de cabeccedilalhotrailer e de dados) satildeo fragmentados em muacuteltiplas ceacutelulas ATM Analogia segmento TCP em muitos pacotes IP

Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL)

Sistema final Sistema finalSwitch ATM Switch ATM

5

5 - 89copy 2005 by Pearson Education

Diferentes versotildees da camada AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM AAL1 para serviccedilo CBR (taxa de bit constante) ex emulaccedilatildeo de circuitos AAL2 para serviccedilos VBR (taxa de bit variaacutevel) ex viacutedeo MPEG AAL5 para dados (ex datagramas IP)

AAL PDU

ceacutelula ATM

Dados de usuaacuterio

subcamadade convergecircncia

subcamadaSAR

Ceacutelula ATM

Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL)

5

5 - 90copy 2005 by Pearson Education

Serviccedilo transporte de ceacutelulas atraveacutes da rede ATM Anaacuteloga agrave camada de rede IP Serviccedilos muito diferentes da camada de rede IP

Arquiteturade rede

Internet

ATM

ATM

ATM

ATM

Modelo de serviccedilo

melhoresforccediloCBR

VBR

ABR

UBR

Banda

natildeo

taxaconstantetaxagarantidamiacutenimogarantidonatildeo

Perda

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Ordem

natildeo

sim

sim

sim

sim

Tempo

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Aviso decongestatildeo

natildeo (inferidopelas perdas)natildeo haacutecongestatildeonatildeo haacutecongestatildeosim

natildeo

Garantias

Camada ATM

5

5 - 91copy 2005 by Pearson Education

Transporte em VC ceacutelulas satildeo transportadas sobre VC da fonte ao destino Estabelecimento de conexatildeo necessaacuterio para cada chamada antes que o fluxo de dados possa ser iniciado Cada pacote transporta um identificador de VC (natildeo transporta o endereccedilo do destino) Cada comutador com caminho entre a fonte e o destino manteacutem o ldquoestadordquo para cada conexatildeo passante Recursos do enlace e do comutador (banda passante buffers) podem ser alocados por VC para obter um comportamento semelhante a um circuito fiacutesico

VCs permanentes (PVCs) Conexotildees de longa duraccedilatildeo Tipicamente rota ldquopermanenterdquo entre roteadores IP

VCs comutados (SVC) Dinamicamente criados numa base por chamada

Camadas ATM circuitos virtuais

5

5 - 92copy 2005 by Pearson Education

Vantagens do uso de circuitos virtuais no ATM Iacutendices de QoS garantidos para conexotildees mapeadas em

circuitos virtuais (banda passante atraso variacircncia de atraso)

Problemas no uso de circuitos virtuais O suporte de traacutefego datagrama eacute ineficiente Um PVC entre cada par origemdestino natildeo tem boa

escalabilidade (N2 conexotildees satildeo necessaacuterias) SVC introduz latecircncia de estabelecimento de conexatildeo e

atrasos de processamento para conexotildees de curta duraccedilatildeo

ATM VCs

5

5 - 93copy 2005 by Pearson Education

Cabeccedilalho da ceacutelula ATM com 5 bytes Carga uacutetil com 48-bytes

Por quecirc carga uacutetil pequena -gt pequeno atraso de criaccedilatildeo de ceacutelula para voz digitalizada

Meio do caminho entre 32 e 64 (compromisso)

cabeccedilalhoda ceacutelula

formato daceacutelula

3o bit no campo PTvalor 1 indica uacuteltima ceacutelula (AAL-indicate bit)

Camada ATM ceacutelula ATM

5

5 - 94copy 2005 by Pearson Education

VCI identificador de canal virtual Pode mudar de enlace para enlace atraveacutes da rede

PT tipo de carga uacutetil (ex ceacutelula RM versus ceacutelula de dados) CLP bit de prioridade de perda de ceacutelula

CLP = 1 implica ceacutelula de baixa prioridade pode ser descartada em caso de congestatildeo

HEC verificaccedilatildeo de erros no cabeccedilalho Verificaccedilatildeo ciacuteclica de erros

Cabeccedilalho da ceacutelula ATM

5

5 - 95copy 2005 by Pearson Education

A camada fiacutesica se compotildee de duas partes (subcamadas ) Subcamada de convergecircncia de transmissatildeo (TCS) adapta a camada

ATM acima agrave subcamada fiacutesica abaixo (PMD) Subcamada dependente do meio depende do tipo de meio fiacutesico que

estaacute sendo empregado

Funccedilotildees da TCS Geraccedilatildeo do checksum do cabeccedilalho 8 bits CRC Delineamento de ceacutelula Com uma subcamada PMD natildeo estruturada transmite ceacutelulas vazias

(ldquoidle cellsrdquo) quando natildeo haacute ceacutelulas de dados a enviar

Camada fiacutesica ATM

5

5 - 96copy 2005 by Pearson Education

Subcamada dependente do meio fiacutesico (PMD) SONETSDH estrutura de transmissatildeo de quadros (como um

container carregando bits) Sincronizaccedilatildeo de bits Particcedilotildees da banda passante (TDM) Vaacuterias velocidades OC1 = 5184 Mbps OC3 = 15552 Mbps OC12 = 62208 Mbps

T1T3 estrutura de transmissatildeo de quadros (velha hierarquia de telefonia 15 Mbps45 Mbps No Brasil usa-se a hierarquia europeacuteia E1E3 2 34 Mbps

Natildeo estruturada apenas ceacutelulas (ocupadasvazias)

Camada fiacutesica ATM

5

5 - 97copy 2005 by Pearson Education

Apenas IP claacutessico 3 ldquoredesrdquo (ex segmentos de LAN) Endereccedilos MAC (8023) e IP

IP sobre ATM Substitui ldquorederdquo (ex segmento

de LAN) com a rede ATM Endereccedilos ATM endereccedilos IP

redeATM

EthernetLANs

EthernetLANs

IP-sobre-ATM

5

5 - 98copy 2005 by Pearson Education

No endereccedilo de origem Camada IP encontra um mapeamento entre o endereccedilo IP e o endereccedilo de destino ATM (usando ARP) Passa o datagrama para a camada de adaptaccedilatildeo AAL5 AAL5 encapsula os dados segmenta em ceacutelulas e passa para a camada ATM

Rede ATM move a ceacutelula para o destino de acordo com o seu VC (circuito virtual)

No hospedeiro de destino AAL5 remonta o datagrama original a partir das ceacutelulas recebidas Se o CRC OK datagrama eacute passado ao IP

Viagem de um datagrama numa rede IP-sobre-ATM

5

5 - 99copy 2005 by Pearson Education

Questotildees Datagramas IP em ATM AAL5 PDUs Dos endereccedilos IP aos endereccedilos ATM

Da mesma forma que de endereccedilos IP para endereccedilos MAC 8023

redeATM

EthernetLANs

IP-sobre-ATM

5

5 - 100copy 2005 by Pearson Education

Objetivo inicial aumentar a velocidade de encaminhamento IP usando labels de tamanho fixo (em vez de endereccedilo IP) Mesma ideacuteia do meacutetodo de circuito virtual (VC) Mas o datagrama IP ainda manteacutem o endereccedilo IP

Multiprotocol label switching (MPLS)

5

5 - 101copy 2005 by Pearson Education

Roteador faz a funccedilatildeo de comutador de roacutetulo Pacotes encaminhados para interface de saiacuteda com base apenas no valor

do roacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP) Tabela de encaminhamento MPLS distinta das tabelas de encaminhamento IP

Protocolo de sinalizaccedilatildeo necessaacuterio para estabelecer o encaminhamento RSVP-TE Encaminhamento eacute possiacutevel por caminhos que o IP sozinho natildeo pode usar (ex roteamento de especificado pela origem) Use MPLS para engenharia de traacutefego

Deve coexistir com roteadores unicamente IP

Roteadores MPLS

5

5 - 102copy 2005 by Pearson Education

Tabelas de encaminhamento MPLS

5

5 - 103copy 2005 by Pearson Education

Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace Detecccedilatildeo de erros correccedilatildeo Compartilhando um canal broadcast acesso muacuteltiplo Endereccedilamento da camada de enlace

Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de vaacuterias tecnologias da camada de enlace Ethernet LANS comutadas PPP Redes virtualizadas como uma camada de enlace ATM MPLS

Resumo

Page 84: Capítulo 5 Redes de computadores e a Internet A camada de enlace e redes locais

5

5 - 84copy 2005 by Pearson Education

ATM MPLS redes separadas em seus proacuteprios direitos Modelos de serviccedilo endereccedilamento roteamento diferentes da Internet

Vistos pela Internet como um enlace loacutegico conectando roteadores IP Assim como o dialup link eacute realmente parte de uma rede separada

(rede telefocircnica)

ATM MPLS de interesse teacutecnico em seu proacuteprio direito

ATM e MPLS

5

5 - 85copy 2005 by Pearson Education

Padratildeo dos anos 8090 para altas taxas de transmissatildeo (155 Mbps a 622 Mbps e mais altas) arquitetura de Broadband Integrated Service Digital Network (B-ISDN)

Objetivo transporte integrado de voz dados e imagens com foco nas redes puacuteblicas de comunicaccedilatildeo Deve atender aos requisitos de tempoQoS para aplicaccedilotildees de voz

e de viacutedeo (versus o serviccedilo de melhor esforccedilo da Internet) Telefonia de ldquoproacutexima geraccedilatildeordquo fundamentos teacutecnicos no mundo da telefonia Comutaccedilatildeo de pacotes (pacotes de tamanho fixo chamados ldquoceacutelulasrdquo) usando circuitos virtuais

Modo de transferecircncia assiacutencrono ATM

5

5 - 86copy 2005 by Pearson Education

Camada de adaptaccedilatildeo apenas na borda de uma rede ATM Segmentaccedilatildeo e remontagem dos dados Grosseiramente anaacuteloga agrave camada de transporte da Internet

Camada ATM camada de ldquorederdquo Comutaccedilatildeo de ceacutelulas roteamento

Camada fiacutesica

Sistema final Sistema finalSwitch ATM Switch ATM

Arquitetura ATM

5

5 - 87copy 2005 by Pearson Education

Visatildeo transporte fim-a-fim ldquoATM de computador a computadorrdquo ATM eacute uma tecnologia de redeRealidade usada para conectar roteadores IP de backbone ldquoIP sobre ATMrdquo ATM como uma camada de enlace comutada conectando roteadores IP

ATM camada de rede ou de enlace

5

5 - 88copy 2005 by Pearson Education

Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL) ldquoadaptardquo camadas superiores (aplicaccedilotildees IP ou nativas ATM) para a camada ATM abaixo

AAL presente apenas nos sistemas finais natildeo nos comutadores ATM (ldquoswitchesrdquo)

O segmento da camada AAL (campo de cabeccedilalhotrailer e de dados) satildeo fragmentados em muacuteltiplas ceacutelulas ATM Analogia segmento TCP em muitos pacotes IP

Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL)

Sistema final Sistema finalSwitch ATM Switch ATM

5

5 - 89copy 2005 by Pearson Education

Diferentes versotildees da camada AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM AAL1 para serviccedilo CBR (taxa de bit constante) ex emulaccedilatildeo de circuitos AAL2 para serviccedilos VBR (taxa de bit variaacutevel) ex viacutedeo MPEG AAL5 para dados (ex datagramas IP)

AAL PDU

ceacutelula ATM

Dados de usuaacuterio

subcamadade convergecircncia

subcamadaSAR

Ceacutelula ATM

Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL)

5

5 - 90copy 2005 by Pearson Education

Serviccedilo transporte de ceacutelulas atraveacutes da rede ATM Anaacuteloga agrave camada de rede IP Serviccedilos muito diferentes da camada de rede IP

Arquiteturade rede

Internet

ATM

ATM

ATM

ATM

Modelo de serviccedilo

melhoresforccediloCBR

VBR

ABR

UBR

Banda

natildeo

taxaconstantetaxagarantidamiacutenimogarantidonatildeo

Perda

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Ordem

natildeo

sim

sim

sim

sim

Tempo

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Aviso decongestatildeo

natildeo (inferidopelas perdas)natildeo haacutecongestatildeonatildeo haacutecongestatildeosim

natildeo

Garantias

Camada ATM

5

5 - 91copy 2005 by Pearson Education

Transporte em VC ceacutelulas satildeo transportadas sobre VC da fonte ao destino Estabelecimento de conexatildeo necessaacuterio para cada chamada antes que o fluxo de dados possa ser iniciado Cada pacote transporta um identificador de VC (natildeo transporta o endereccedilo do destino) Cada comutador com caminho entre a fonte e o destino manteacutem o ldquoestadordquo para cada conexatildeo passante Recursos do enlace e do comutador (banda passante buffers) podem ser alocados por VC para obter um comportamento semelhante a um circuito fiacutesico

VCs permanentes (PVCs) Conexotildees de longa duraccedilatildeo Tipicamente rota ldquopermanenterdquo entre roteadores IP

VCs comutados (SVC) Dinamicamente criados numa base por chamada

Camadas ATM circuitos virtuais

5

5 - 92copy 2005 by Pearson Education

Vantagens do uso de circuitos virtuais no ATM Iacutendices de QoS garantidos para conexotildees mapeadas em

circuitos virtuais (banda passante atraso variacircncia de atraso)

Problemas no uso de circuitos virtuais O suporte de traacutefego datagrama eacute ineficiente Um PVC entre cada par origemdestino natildeo tem boa

escalabilidade (N2 conexotildees satildeo necessaacuterias) SVC introduz latecircncia de estabelecimento de conexatildeo e

atrasos de processamento para conexotildees de curta duraccedilatildeo

ATM VCs

5

5 - 93copy 2005 by Pearson Education

Cabeccedilalho da ceacutelula ATM com 5 bytes Carga uacutetil com 48-bytes

Por quecirc carga uacutetil pequena -gt pequeno atraso de criaccedilatildeo de ceacutelula para voz digitalizada

Meio do caminho entre 32 e 64 (compromisso)

cabeccedilalhoda ceacutelula

formato daceacutelula

3o bit no campo PTvalor 1 indica uacuteltima ceacutelula (AAL-indicate bit)

Camada ATM ceacutelula ATM

5

5 - 94copy 2005 by Pearson Education

VCI identificador de canal virtual Pode mudar de enlace para enlace atraveacutes da rede

PT tipo de carga uacutetil (ex ceacutelula RM versus ceacutelula de dados) CLP bit de prioridade de perda de ceacutelula

CLP = 1 implica ceacutelula de baixa prioridade pode ser descartada em caso de congestatildeo

HEC verificaccedilatildeo de erros no cabeccedilalho Verificaccedilatildeo ciacuteclica de erros

Cabeccedilalho da ceacutelula ATM

5

5 - 95copy 2005 by Pearson Education

A camada fiacutesica se compotildee de duas partes (subcamadas ) Subcamada de convergecircncia de transmissatildeo (TCS) adapta a camada

ATM acima agrave subcamada fiacutesica abaixo (PMD) Subcamada dependente do meio depende do tipo de meio fiacutesico que

estaacute sendo empregado

Funccedilotildees da TCS Geraccedilatildeo do checksum do cabeccedilalho 8 bits CRC Delineamento de ceacutelula Com uma subcamada PMD natildeo estruturada transmite ceacutelulas vazias

(ldquoidle cellsrdquo) quando natildeo haacute ceacutelulas de dados a enviar

Camada fiacutesica ATM

5

5 - 96copy 2005 by Pearson Education

Subcamada dependente do meio fiacutesico (PMD) SONETSDH estrutura de transmissatildeo de quadros (como um

container carregando bits) Sincronizaccedilatildeo de bits Particcedilotildees da banda passante (TDM) Vaacuterias velocidades OC1 = 5184 Mbps OC3 = 15552 Mbps OC12 = 62208 Mbps

T1T3 estrutura de transmissatildeo de quadros (velha hierarquia de telefonia 15 Mbps45 Mbps No Brasil usa-se a hierarquia europeacuteia E1E3 2 34 Mbps

Natildeo estruturada apenas ceacutelulas (ocupadasvazias)

Camada fiacutesica ATM

5

5 - 97copy 2005 by Pearson Education

Apenas IP claacutessico 3 ldquoredesrdquo (ex segmentos de LAN) Endereccedilos MAC (8023) e IP

IP sobre ATM Substitui ldquorederdquo (ex segmento

de LAN) com a rede ATM Endereccedilos ATM endereccedilos IP

redeATM

EthernetLANs

EthernetLANs

IP-sobre-ATM

5

5 - 98copy 2005 by Pearson Education

No endereccedilo de origem Camada IP encontra um mapeamento entre o endereccedilo IP e o endereccedilo de destino ATM (usando ARP) Passa o datagrama para a camada de adaptaccedilatildeo AAL5 AAL5 encapsula os dados segmenta em ceacutelulas e passa para a camada ATM

Rede ATM move a ceacutelula para o destino de acordo com o seu VC (circuito virtual)

No hospedeiro de destino AAL5 remonta o datagrama original a partir das ceacutelulas recebidas Se o CRC OK datagrama eacute passado ao IP

Viagem de um datagrama numa rede IP-sobre-ATM

5

5 - 99copy 2005 by Pearson Education

Questotildees Datagramas IP em ATM AAL5 PDUs Dos endereccedilos IP aos endereccedilos ATM

Da mesma forma que de endereccedilos IP para endereccedilos MAC 8023

redeATM

EthernetLANs

IP-sobre-ATM

5

5 - 100copy 2005 by Pearson Education

Objetivo inicial aumentar a velocidade de encaminhamento IP usando labels de tamanho fixo (em vez de endereccedilo IP) Mesma ideacuteia do meacutetodo de circuito virtual (VC) Mas o datagrama IP ainda manteacutem o endereccedilo IP

Multiprotocol label switching (MPLS)

5

5 - 101copy 2005 by Pearson Education

Roteador faz a funccedilatildeo de comutador de roacutetulo Pacotes encaminhados para interface de saiacuteda com base apenas no valor

do roacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP) Tabela de encaminhamento MPLS distinta das tabelas de encaminhamento IP

Protocolo de sinalizaccedilatildeo necessaacuterio para estabelecer o encaminhamento RSVP-TE Encaminhamento eacute possiacutevel por caminhos que o IP sozinho natildeo pode usar (ex roteamento de especificado pela origem) Use MPLS para engenharia de traacutefego

Deve coexistir com roteadores unicamente IP

Roteadores MPLS

5

5 - 102copy 2005 by Pearson Education

Tabelas de encaminhamento MPLS

5

5 - 103copy 2005 by Pearson Education

Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace Detecccedilatildeo de erros correccedilatildeo Compartilhando um canal broadcast acesso muacuteltiplo Endereccedilamento da camada de enlace

Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de vaacuterias tecnologias da camada de enlace Ethernet LANS comutadas PPP Redes virtualizadas como uma camada de enlace ATM MPLS

Resumo

Page 85: Capítulo 5 Redes de computadores e a Internet A camada de enlace e redes locais

5

5 - 85copy 2005 by Pearson Education

Padratildeo dos anos 8090 para altas taxas de transmissatildeo (155 Mbps a 622 Mbps e mais altas) arquitetura de Broadband Integrated Service Digital Network (B-ISDN)

Objetivo transporte integrado de voz dados e imagens com foco nas redes puacuteblicas de comunicaccedilatildeo Deve atender aos requisitos de tempoQoS para aplicaccedilotildees de voz

e de viacutedeo (versus o serviccedilo de melhor esforccedilo da Internet) Telefonia de ldquoproacutexima geraccedilatildeordquo fundamentos teacutecnicos no mundo da telefonia Comutaccedilatildeo de pacotes (pacotes de tamanho fixo chamados ldquoceacutelulasrdquo) usando circuitos virtuais

Modo de transferecircncia assiacutencrono ATM

5

5 - 86copy 2005 by Pearson Education

Camada de adaptaccedilatildeo apenas na borda de uma rede ATM Segmentaccedilatildeo e remontagem dos dados Grosseiramente anaacuteloga agrave camada de transporte da Internet

Camada ATM camada de ldquorederdquo Comutaccedilatildeo de ceacutelulas roteamento

Camada fiacutesica

Sistema final Sistema finalSwitch ATM Switch ATM

Arquitetura ATM

5

5 - 87copy 2005 by Pearson Education

Visatildeo transporte fim-a-fim ldquoATM de computador a computadorrdquo ATM eacute uma tecnologia de redeRealidade usada para conectar roteadores IP de backbone ldquoIP sobre ATMrdquo ATM como uma camada de enlace comutada conectando roteadores IP

ATM camada de rede ou de enlace

5

5 - 88copy 2005 by Pearson Education

Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL) ldquoadaptardquo camadas superiores (aplicaccedilotildees IP ou nativas ATM) para a camada ATM abaixo

AAL presente apenas nos sistemas finais natildeo nos comutadores ATM (ldquoswitchesrdquo)

O segmento da camada AAL (campo de cabeccedilalhotrailer e de dados) satildeo fragmentados em muacuteltiplas ceacutelulas ATM Analogia segmento TCP em muitos pacotes IP

Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL)

Sistema final Sistema finalSwitch ATM Switch ATM

5

5 - 89copy 2005 by Pearson Education

Diferentes versotildees da camada AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM AAL1 para serviccedilo CBR (taxa de bit constante) ex emulaccedilatildeo de circuitos AAL2 para serviccedilos VBR (taxa de bit variaacutevel) ex viacutedeo MPEG AAL5 para dados (ex datagramas IP)

AAL PDU

ceacutelula ATM

Dados de usuaacuterio

subcamadade convergecircncia

subcamadaSAR

Ceacutelula ATM

Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL)

5

5 - 90copy 2005 by Pearson Education

Serviccedilo transporte de ceacutelulas atraveacutes da rede ATM Anaacuteloga agrave camada de rede IP Serviccedilos muito diferentes da camada de rede IP

Arquiteturade rede

Internet

ATM

ATM

ATM

ATM

Modelo de serviccedilo

melhoresforccediloCBR

VBR

ABR

UBR

Banda

natildeo

taxaconstantetaxagarantidamiacutenimogarantidonatildeo

Perda

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Ordem

natildeo

sim

sim

sim

sim

Tempo

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Aviso decongestatildeo

natildeo (inferidopelas perdas)natildeo haacutecongestatildeonatildeo haacutecongestatildeosim

natildeo

Garantias

Camada ATM

5

5 - 91copy 2005 by Pearson Education

Transporte em VC ceacutelulas satildeo transportadas sobre VC da fonte ao destino Estabelecimento de conexatildeo necessaacuterio para cada chamada antes que o fluxo de dados possa ser iniciado Cada pacote transporta um identificador de VC (natildeo transporta o endereccedilo do destino) Cada comutador com caminho entre a fonte e o destino manteacutem o ldquoestadordquo para cada conexatildeo passante Recursos do enlace e do comutador (banda passante buffers) podem ser alocados por VC para obter um comportamento semelhante a um circuito fiacutesico

VCs permanentes (PVCs) Conexotildees de longa duraccedilatildeo Tipicamente rota ldquopermanenterdquo entre roteadores IP

VCs comutados (SVC) Dinamicamente criados numa base por chamada

Camadas ATM circuitos virtuais

5

5 - 92copy 2005 by Pearson Education

Vantagens do uso de circuitos virtuais no ATM Iacutendices de QoS garantidos para conexotildees mapeadas em

circuitos virtuais (banda passante atraso variacircncia de atraso)

Problemas no uso de circuitos virtuais O suporte de traacutefego datagrama eacute ineficiente Um PVC entre cada par origemdestino natildeo tem boa

escalabilidade (N2 conexotildees satildeo necessaacuterias) SVC introduz latecircncia de estabelecimento de conexatildeo e

atrasos de processamento para conexotildees de curta duraccedilatildeo

ATM VCs

5

5 - 93copy 2005 by Pearson Education

Cabeccedilalho da ceacutelula ATM com 5 bytes Carga uacutetil com 48-bytes

Por quecirc carga uacutetil pequena -gt pequeno atraso de criaccedilatildeo de ceacutelula para voz digitalizada

Meio do caminho entre 32 e 64 (compromisso)

cabeccedilalhoda ceacutelula

formato daceacutelula

3o bit no campo PTvalor 1 indica uacuteltima ceacutelula (AAL-indicate bit)

Camada ATM ceacutelula ATM

5

5 - 94copy 2005 by Pearson Education

VCI identificador de canal virtual Pode mudar de enlace para enlace atraveacutes da rede

PT tipo de carga uacutetil (ex ceacutelula RM versus ceacutelula de dados) CLP bit de prioridade de perda de ceacutelula

CLP = 1 implica ceacutelula de baixa prioridade pode ser descartada em caso de congestatildeo

HEC verificaccedilatildeo de erros no cabeccedilalho Verificaccedilatildeo ciacuteclica de erros

Cabeccedilalho da ceacutelula ATM

5

5 - 95copy 2005 by Pearson Education

A camada fiacutesica se compotildee de duas partes (subcamadas ) Subcamada de convergecircncia de transmissatildeo (TCS) adapta a camada

ATM acima agrave subcamada fiacutesica abaixo (PMD) Subcamada dependente do meio depende do tipo de meio fiacutesico que

estaacute sendo empregado

Funccedilotildees da TCS Geraccedilatildeo do checksum do cabeccedilalho 8 bits CRC Delineamento de ceacutelula Com uma subcamada PMD natildeo estruturada transmite ceacutelulas vazias

(ldquoidle cellsrdquo) quando natildeo haacute ceacutelulas de dados a enviar

Camada fiacutesica ATM

5

5 - 96copy 2005 by Pearson Education

Subcamada dependente do meio fiacutesico (PMD) SONETSDH estrutura de transmissatildeo de quadros (como um

container carregando bits) Sincronizaccedilatildeo de bits Particcedilotildees da banda passante (TDM) Vaacuterias velocidades OC1 = 5184 Mbps OC3 = 15552 Mbps OC12 = 62208 Mbps

T1T3 estrutura de transmissatildeo de quadros (velha hierarquia de telefonia 15 Mbps45 Mbps No Brasil usa-se a hierarquia europeacuteia E1E3 2 34 Mbps

Natildeo estruturada apenas ceacutelulas (ocupadasvazias)

Camada fiacutesica ATM

5

5 - 97copy 2005 by Pearson Education

Apenas IP claacutessico 3 ldquoredesrdquo (ex segmentos de LAN) Endereccedilos MAC (8023) e IP

IP sobre ATM Substitui ldquorederdquo (ex segmento

de LAN) com a rede ATM Endereccedilos ATM endereccedilos IP

redeATM

EthernetLANs

EthernetLANs

IP-sobre-ATM

5

5 - 98copy 2005 by Pearson Education

No endereccedilo de origem Camada IP encontra um mapeamento entre o endereccedilo IP e o endereccedilo de destino ATM (usando ARP) Passa o datagrama para a camada de adaptaccedilatildeo AAL5 AAL5 encapsula os dados segmenta em ceacutelulas e passa para a camada ATM

Rede ATM move a ceacutelula para o destino de acordo com o seu VC (circuito virtual)

No hospedeiro de destino AAL5 remonta o datagrama original a partir das ceacutelulas recebidas Se o CRC OK datagrama eacute passado ao IP

Viagem de um datagrama numa rede IP-sobre-ATM

5

5 - 99copy 2005 by Pearson Education

Questotildees Datagramas IP em ATM AAL5 PDUs Dos endereccedilos IP aos endereccedilos ATM

Da mesma forma que de endereccedilos IP para endereccedilos MAC 8023

redeATM

EthernetLANs

IP-sobre-ATM

5

5 - 100copy 2005 by Pearson Education

Objetivo inicial aumentar a velocidade de encaminhamento IP usando labels de tamanho fixo (em vez de endereccedilo IP) Mesma ideacuteia do meacutetodo de circuito virtual (VC) Mas o datagrama IP ainda manteacutem o endereccedilo IP

Multiprotocol label switching (MPLS)

5

5 - 101copy 2005 by Pearson Education

Roteador faz a funccedilatildeo de comutador de roacutetulo Pacotes encaminhados para interface de saiacuteda com base apenas no valor

do roacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP) Tabela de encaminhamento MPLS distinta das tabelas de encaminhamento IP

Protocolo de sinalizaccedilatildeo necessaacuterio para estabelecer o encaminhamento RSVP-TE Encaminhamento eacute possiacutevel por caminhos que o IP sozinho natildeo pode usar (ex roteamento de especificado pela origem) Use MPLS para engenharia de traacutefego

Deve coexistir com roteadores unicamente IP

Roteadores MPLS

5

5 - 102copy 2005 by Pearson Education

Tabelas de encaminhamento MPLS

5

5 - 103copy 2005 by Pearson Education

Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace Detecccedilatildeo de erros correccedilatildeo Compartilhando um canal broadcast acesso muacuteltiplo Endereccedilamento da camada de enlace

Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de vaacuterias tecnologias da camada de enlace Ethernet LANS comutadas PPP Redes virtualizadas como uma camada de enlace ATM MPLS

Resumo

Page 86: Capítulo 5 Redes de computadores e a Internet A camada de enlace e redes locais

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5 - 86copy 2005 by Pearson Education

Camada de adaptaccedilatildeo apenas na borda de uma rede ATM Segmentaccedilatildeo e remontagem dos dados Grosseiramente anaacuteloga agrave camada de transporte da Internet

Camada ATM camada de ldquorederdquo Comutaccedilatildeo de ceacutelulas roteamento

Camada fiacutesica

Sistema final Sistema finalSwitch ATM Switch ATM

Arquitetura ATM

5

5 - 87copy 2005 by Pearson Education

Visatildeo transporte fim-a-fim ldquoATM de computador a computadorrdquo ATM eacute uma tecnologia de redeRealidade usada para conectar roteadores IP de backbone ldquoIP sobre ATMrdquo ATM como uma camada de enlace comutada conectando roteadores IP

ATM camada de rede ou de enlace

5

5 - 88copy 2005 by Pearson Education

Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL) ldquoadaptardquo camadas superiores (aplicaccedilotildees IP ou nativas ATM) para a camada ATM abaixo

AAL presente apenas nos sistemas finais natildeo nos comutadores ATM (ldquoswitchesrdquo)

O segmento da camada AAL (campo de cabeccedilalhotrailer e de dados) satildeo fragmentados em muacuteltiplas ceacutelulas ATM Analogia segmento TCP em muitos pacotes IP

Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL)

Sistema final Sistema finalSwitch ATM Switch ATM

5

5 - 89copy 2005 by Pearson Education

Diferentes versotildees da camada AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM AAL1 para serviccedilo CBR (taxa de bit constante) ex emulaccedilatildeo de circuitos AAL2 para serviccedilos VBR (taxa de bit variaacutevel) ex viacutedeo MPEG AAL5 para dados (ex datagramas IP)

AAL PDU

ceacutelula ATM

Dados de usuaacuterio

subcamadade convergecircncia

subcamadaSAR

Ceacutelula ATM

Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL)

5

5 - 90copy 2005 by Pearson Education

Serviccedilo transporte de ceacutelulas atraveacutes da rede ATM Anaacuteloga agrave camada de rede IP Serviccedilos muito diferentes da camada de rede IP

Arquiteturade rede

Internet

ATM

ATM

ATM

ATM

Modelo de serviccedilo

melhoresforccediloCBR

VBR

ABR

UBR

Banda

natildeo

taxaconstantetaxagarantidamiacutenimogarantidonatildeo

Perda

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Ordem

natildeo

sim

sim

sim

sim

Tempo

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Aviso decongestatildeo

natildeo (inferidopelas perdas)natildeo haacutecongestatildeonatildeo haacutecongestatildeosim

natildeo

Garantias

Camada ATM

5

5 - 91copy 2005 by Pearson Education

Transporte em VC ceacutelulas satildeo transportadas sobre VC da fonte ao destino Estabelecimento de conexatildeo necessaacuterio para cada chamada antes que o fluxo de dados possa ser iniciado Cada pacote transporta um identificador de VC (natildeo transporta o endereccedilo do destino) Cada comutador com caminho entre a fonte e o destino manteacutem o ldquoestadordquo para cada conexatildeo passante Recursos do enlace e do comutador (banda passante buffers) podem ser alocados por VC para obter um comportamento semelhante a um circuito fiacutesico

VCs permanentes (PVCs) Conexotildees de longa duraccedilatildeo Tipicamente rota ldquopermanenterdquo entre roteadores IP

VCs comutados (SVC) Dinamicamente criados numa base por chamada

Camadas ATM circuitos virtuais

5

5 - 92copy 2005 by Pearson Education

Vantagens do uso de circuitos virtuais no ATM Iacutendices de QoS garantidos para conexotildees mapeadas em

circuitos virtuais (banda passante atraso variacircncia de atraso)

Problemas no uso de circuitos virtuais O suporte de traacutefego datagrama eacute ineficiente Um PVC entre cada par origemdestino natildeo tem boa

escalabilidade (N2 conexotildees satildeo necessaacuterias) SVC introduz latecircncia de estabelecimento de conexatildeo e

atrasos de processamento para conexotildees de curta duraccedilatildeo

ATM VCs

5

5 - 93copy 2005 by Pearson Education

Cabeccedilalho da ceacutelula ATM com 5 bytes Carga uacutetil com 48-bytes

Por quecirc carga uacutetil pequena -gt pequeno atraso de criaccedilatildeo de ceacutelula para voz digitalizada

Meio do caminho entre 32 e 64 (compromisso)

cabeccedilalhoda ceacutelula

formato daceacutelula

3o bit no campo PTvalor 1 indica uacuteltima ceacutelula (AAL-indicate bit)

Camada ATM ceacutelula ATM

5

5 - 94copy 2005 by Pearson Education

VCI identificador de canal virtual Pode mudar de enlace para enlace atraveacutes da rede

PT tipo de carga uacutetil (ex ceacutelula RM versus ceacutelula de dados) CLP bit de prioridade de perda de ceacutelula

CLP = 1 implica ceacutelula de baixa prioridade pode ser descartada em caso de congestatildeo

HEC verificaccedilatildeo de erros no cabeccedilalho Verificaccedilatildeo ciacuteclica de erros

Cabeccedilalho da ceacutelula ATM

5

5 - 95copy 2005 by Pearson Education

A camada fiacutesica se compotildee de duas partes (subcamadas ) Subcamada de convergecircncia de transmissatildeo (TCS) adapta a camada

ATM acima agrave subcamada fiacutesica abaixo (PMD) Subcamada dependente do meio depende do tipo de meio fiacutesico que

estaacute sendo empregado

Funccedilotildees da TCS Geraccedilatildeo do checksum do cabeccedilalho 8 bits CRC Delineamento de ceacutelula Com uma subcamada PMD natildeo estruturada transmite ceacutelulas vazias

(ldquoidle cellsrdquo) quando natildeo haacute ceacutelulas de dados a enviar

Camada fiacutesica ATM

5

5 - 96copy 2005 by Pearson Education

Subcamada dependente do meio fiacutesico (PMD) SONETSDH estrutura de transmissatildeo de quadros (como um

container carregando bits) Sincronizaccedilatildeo de bits Particcedilotildees da banda passante (TDM) Vaacuterias velocidades OC1 = 5184 Mbps OC3 = 15552 Mbps OC12 = 62208 Mbps

T1T3 estrutura de transmissatildeo de quadros (velha hierarquia de telefonia 15 Mbps45 Mbps No Brasil usa-se a hierarquia europeacuteia E1E3 2 34 Mbps

Natildeo estruturada apenas ceacutelulas (ocupadasvazias)

Camada fiacutesica ATM

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5 - 97copy 2005 by Pearson Education

Apenas IP claacutessico 3 ldquoredesrdquo (ex segmentos de LAN) Endereccedilos MAC (8023) e IP

IP sobre ATM Substitui ldquorederdquo (ex segmento

de LAN) com a rede ATM Endereccedilos ATM endereccedilos IP

redeATM

EthernetLANs

EthernetLANs

IP-sobre-ATM

5

5 - 98copy 2005 by Pearson Education

No endereccedilo de origem Camada IP encontra um mapeamento entre o endereccedilo IP e o endereccedilo de destino ATM (usando ARP) Passa o datagrama para a camada de adaptaccedilatildeo AAL5 AAL5 encapsula os dados segmenta em ceacutelulas e passa para a camada ATM

Rede ATM move a ceacutelula para o destino de acordo com o seu VC (circuito virtual)

No hospedeiro de destino AAL5 remonta o datagrama original a partir das ceacutelulas recebidas Se o CRC OK datagrama eacute passado ao IP

Viagem de um datagrama numa rede IP-sobre-ATM

5

5 - 99copy 2005 by Pearson Education

Questotildees Datagramas IP em ATM AAL5 PDUs Dos endereccedilos IP aos endereccedilos ATM

Da mesma forma que de endereccedilos IP para endereccedilos MAC 8023

redeATM

EthernetLANs

IP-sobre-ATM

5

5 - 100copy 2005 by Pearson Education

Objetivo inicial aumentar a velocidade de encaminhamento IP usando labels de tamanho fixo (em vez de endereccedilo IP) Mesma ideacuteia do meacutetodo de circuito virtual (VC) Mas o datagrama IP ainda manteacutem o endereccedilo IP

Multiprotocol label switching (MPLS)

5

5 - 101copy 2005 by Pearson Education

Roteador faz a funccedilatildeo de comutador de roacutetulo Pacotes encaminhados para interface de saiacuteda com base apenas no valor

do roacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP) Tabela de encaminhamento MPLS distinta das tabelas de encaminhamento IP

Protocolo de sinalizaccedilatildeo necessaacuterio para estabelecer o encaminhamento RSVP-TE Encaminhamento eacute possiacutevel por caminhos que o IP sozinho natildeo pode usar (ex roteamento de especificado pela origem) Use MPLS para engenharia de traacutefego

Deve coexistir com roteadores unicamente IP

Roteadores MPLS

5

5 - 102copy 2005 by Pearson Education

Tabelas de encaminhamento MPLS

5

5 - 103copy 2005 by Pearson Education

Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace Detecccedilatildeo de erros correccedilatildeo Compartilhando um canal broadcast acesso muacuteltiplo Endereccedilamento da camada de enlace

Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de vaacuterias tecnologias da camada de enlace Ethernet LANS comutadas PPP Redes virtualizadas como uma camada de enlace ATM MPLS

Resumo

Page 87: Capítulo 5 Redes de computadores e a Internet A camada de enlace e redes locais

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5 - 87copy 2005 by Pearson Education

Visatildeo transporte fim-a-fim ldquoATM de computador a computadorrdquo ATM eacute uma tecnologia de redeRealidade usada para conectar roteadores IP de backbone ldquoIP sobre ATMrdquo ATM como uma camada de enlace comutada conectando roteadores IP

ATM camada de rede ou de enlace

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5 - 88copy 2005 by Pearson Education

Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL) ldquoadaptardquo camadas superiores (aplicaccedilotildees IP ou nativas ATM) para a camada ATM abaixo

AAL presente apenas nos sistemas finais natildeo nos comutadores ATM (ldquoswitchesrdquo)

O segmento da camada AAL (campo de cabeccedilalhotrailer e de dados) satildeo fragmentados em muacuteltiplas ceacutelulas ATM Analogia segmento TCP em muitos pacotes IP

Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL)

Sistema final Sistema finalSwitch ATM Switch ATM

5

5 - 89copy 2005 by Pearson Education

Diferentes versotildees da camada AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM AAL1 para serviccedilo CBR (taxa de bit constante) ex emulaccedilatildeo de circuitos AAL2 para serviccedilos VBR (taxa de bit variaacutevel) ex viacutedeo MPEG AAL5 para dados (ex datagramas IP)

AAL PDU

ceacutelula ATM

Dados de usuaacuterio

subcamadade convergecircncia

subcamadaSAR

Ceacutelula ATM

Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL)

5

5 - 90copy 2005 by Pearson Education

Serviccedilo transporte de ceacutelulas atraveacutes da rede ATM Anaacuteloga agrave camada de rede IP Serviccedilos muito diferentes da camada de rede IP

Arquiteturade rede

Internet

ATM

ATM

ATM

ATM

Modelo de serviccedilo

melhoresforccediloCBR

VBR

ABR

UBR

Banda

natildeo

taxaconstantetaxagarantidamiacutenimogarantidonatildeo

Perda

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Ordem

natildeo

sim

sim

sim

sim

Tempo

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Aviso decongestatildeo

natildeo (inferidopelas perdas)natildeo haacutecongestatildeonatildeo haacutecongestatildeosim

natildeo

Garantias

Camada ATM

5

5 - 91copy 2005 by Pearson Education

Transporte em VC ceacutelulas satildeo transportadas sobre VC da fonte ao destino Estabelecimento de conexatildeo necessaacuterio para cada chamada antes que o fluxo de dados possa ser iniciado Cada pacote transporta um identificador de VC (natildeo transporta o endereccedilo do destino) Cada comutador com caminho entre a fonte e o destino manteacutem o ldquoestadordquo para cada conexatildeo passante Recursos do enlace e do comutador (banda passante buffers) podem ser alocados por VC para obter um comportamento semelhante a um circuito fiacutesico

VCs permanentes (PVCs) Conexotildees de longa duraccedilatildeo Tipicamente rota ldquopermanenterdquo entre roteadores IP

VCs comutados (SVC) Dinamicamente criados numa base por chamada

Camadas ATM circuitos virtuais

5

5 - 92copy 2005 by Pearson Education

Vantagens do uso de circuitos virtuais no ATM Iacutendices de QoS garantidos para conexotildees mapeadas em

circuitos virtuais (banda passante atraso variacircncia de atraso)

Problemas no uso de circuitos virtuais O suporte de traacutefego datagrama eacute ineficiente Um PVC entre cada par origemdestino natildeo tem boa

escalabilidade (N2 conexotildees satildeo necessaacuterias) SVC introduz latecircncia de estabelecimento de conexatildeo e

atrasos de processamento para conexotildees de curta duraccedilatildeo

ATM VCs

5

5 - 93copy 2005 by Pearson Education

Cabeccedilalho da ceacutelula ATM com 5 bytes Carga uacutetil com 48-bytes

Por quecirc carga uacutetil pequena -gt pequeno atraso de criaccedilatildeo de ceacutelula para voz digitalizada

Meio do caminho entre 32 e 64 (compromisso)

cabeccedilalhoda ceacutelula

formato daceacutelula

3o bit no campo PTvalor 1 indica uacuteltima ceacutelula (AAL-indicate bit)

Camada ATM ceacutelula ATM

5

5 - 94copy 2005 by Pearson Education

VCI identificador de canal virtual Pode mudar de enlace para enlace atraveacutes da rede

PT tipo de carga uacutetil (ex ceacutelula RM versus ceacutelula de dados) CLP bit de prioridade de perda de ceacutelula

CLP = 1 implica ceacutelula de baixa prioridade pode ser descartada em caso de congestatildeo

HEC verificaccedilatildeo de erros no cabeccedilalho Verificaccedilatildeo ciacuteclica de erros

Cabeccedilalho da ceacutelula ATM

5

5 - 95copy 2005 by Pearson Education

A camada fiacutesica se compotildee de duas partes (subcamadas ) Subcamada de convergecircncia de transmissatildeo (TCS) adapta a camada

ATM acima agrave subcamada fiacutesica abaixo (PMD) Subcamada dependente do meio depende do tipo de meio fiacutesico que

estaacute sendo empregado

Funccedilotildees da TCS Geraccedilatildeo do checksum do cabeccedilalho 8 bits CRC Delineamento de ceacutelula Com uma subcamada PMD natildeo estruturada transmite ceacutelulas vazias

(ldquoidle cellsrdquo) quando natildeo haacute ceacutelulas de dados a enviar

Camada fiacutesica ATM

5

5 - 96copy 2005 by Pearson Education

Subcamada dependente do meio fiacutesico (PMD) SONETSDH estrutura de transmissatildeo de quadros (como um

container carregando bits) Sincronizaccedilatildeo de bits Particcedilotildees da banda passante (TDM) Vaacuterias velocidades OC1 = 5184 Mbps OC3 = 15552 Mbps OC12 = 62208 Mbps

T1T3 estrutura de transmissatildeo de quadros (velha hierarquia de telefonia 15 Mbps45 Mbps No Brasil usa-se a hierarquia europeacuteia E1E3 2 34 Mbps

Natildeo estruturada apenas ceacutelulas (ocupadasvazias)

Camada fiacutesica ATM

5

5 - 97copy 2005 by Pearson Education

Apenas IP claacutessico 3 ldquoredesrdquo (ex segmentos de LAN) Endereccedilos MAC (8023) e IP

IP sobre ATM Substitui ldquorederdquo (ex segmento

de LAN) com a rede ATM Endereccedilos ATM endereccedilos IP

redeATM

EthernetLANs

EthernetLANs

IP-sobre-ATM

5

5 - 98copy 2005 by Pearson Education

No endereccedilo de origem Camada IP encontra um mapeamento entre o endereccedilo IP e o endereccedilo de destino ATM (usando ARP) Passa o datagrama para a camada de adaptaccedilatildeo AAL5 AAL5 encapsula os dados segmenta em ceacutelulas e passa para a camada ATM

Rede ATM move a ceacutelula para o destino de acordo com o seu VC (circuito virtual)

No hospedeiro de destino AAL5 remonta o datagrama original a partir das ceacutelulas recebidas Se o CRC OK datagrama eacute passado ao IP

Viagem de um datagrama numa rede IP-sobre-ATM

5

5 - 99copy 2005 by Pearson Education

Questotildees Datagramas IP em ATM AAL5 PDUs Dos endereccedilos IP aos endereccedilos ATM

Da mesma forma que de endereccedilos IP para endereccedilos MAC 8023

redeATM

EthernetLANs

IP-sobre-ATM

5

5 - 100copy 2005 by Pearson Education

Objetivo inicial aumentar a velocidade de encaminhamento IP usando labels de tamanho fixo (em vez de endereccedilo IP) Mesma ideacuteia do meacutetodo de circuito virtual (VC) Mas o datagrama IP ainda manteacutem o endereccedilo IP

Multiprotocol label switching (MPLS)

5

5 - 101copy 2005 by Pearson Education

Roteador faz a funccedilatildeo de comutador de roacutetulo Pacotes encaminhados para interface de saiacuteda com base apenas no valor

do roacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP) Tabela de encaminhamento MPLS distinta das tabelas de encaminhamento IP

Protocolo de sinalizaccedilatildeo necessaacuterio para estabelecer o encaminhamento RSVP-TE Encaminhamento eacute possiacutevel por caminhos que o IP sozinho natildeo pode usar (ex roteamento de especificado pela origem) Use MPLS para engenharia de traacutefego

Deve coexistir com roteadores unicamente IP

Roteadores MPLS

5

5 - 102copy 2005 by Pearson Education

Tabelas de encaminhamento MPLS

5

5 - 103copy 2005 by Pearson Education

Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace Detecccedilatildeo de erros correccedilatildeo Compartilhando um canal broadcast acesso muacuteltiplo Endereccedilamento da camada de enlace

Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de vaacuterias tecnologias da camada de enlace Ethernet LANS comutadas PPP Redes virtualizadas como uma camada de enlace ATM MPLS

Resumo

Page 88: Capítulo 5 Redes de computadores e a Internet A camada de enlace e redes locais

5

5 - 88copy 2005 by Pearson Education

Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL) ldquoadaptardquo camadas superiores (aplicaccedilotildees IP ou nativas ATM) para a camada ATM abaixo

AAL presente apenas nos sistemas finais natildeo nos comutadores ATM (ldquoswitchesrdquo)

O segmento da camada AAL (campo de cabeccedilalhotrailer e de dados) satildeo fragmentados em muacuteltiplas ceacutelulas ATM Analogia segmento TCP em muitos pacotes IP

Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL)

Sistema final Sistema finalSwitch ATM Switch ATM

5

5 - 89copy 2005 by Pearson Education

Diferentes versotildees da camada AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM AAL1 para serviccedilo CBR (taxa de bit constante) ex emulaccedilatildeo de circuitos AAL2 para serviccedilos VBR (taxa de bit variaacutevel) ex viacutedeo MPEG AAL5 para dados (ex datagramas IP)

AAL PDU

ceacutelula ATM

Dados de usuaacuterio

subcamadade convergecircncia

subcamadaSAR

Ceacutelula ATM

Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL)

5

5 - 90copy 2005 by Pearson Education

Serviccedilo transporte de ceacutelulas atraveacutes da rede ATM Anaacuteloga agrave camada de rede IP Serviccedilos muito diferentes da camada de rede IP

Arquiteturade rede

Internet

ATM

ATM

ATM

ATM

Modelo de serviccedilo

melhoresforccediloCBR

VBR

ABR

UBR

Banda

natildeo

taxaconstantetaxagarantidamiacutenimogarantidonatildeo

Perda

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Ordem

natildeo

sim

sim

sim

sim

Tempo

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Aviso decongestatildeo

natildeo (inferidopelas perdas)natildeo haacutecongestatildeonatildeo haacutecongestatildeosim

natildeo

Garantias

Camada ATM

5

5 - 91copy 2005 by Pearson Education

Transporte em VC ceacutelulas satildeo transportadas sobre VC da fonte ao destino Estabelecimento de conexatildeo necessaacuterio para cada chamada antes que o fluxo de dados possa ser iniciado Cada pacote transporta um identificador de VC (natildeo transporta o endereccedilo do destino) Cada comutador com caminho entre a fonte e o destino manteacutem o ldquoestadordquo para cada conexatildeo passante Recursos do enlace e do comutador (banda passante buffers) podem ser alocados por VC para obter um comportamento semelhante a um circuito fiacutesico

VCs permanentes (PVCs) Conexotildees de longa duraccedilatildeo Tipicamente rota ldquopermanenterdquo entre roteadores IP

VCs comutados (SVC) Dinamicamente criados numa base por chamada

Camadas ATM circuitos virtuais

5

5 - 92copy 2005 by Pearson Education

Vantagens do uso de circuitos virtuais no ATM Iacutendices de QoS garantidos para conexotildees mapeadas em

circuitos virtuais (banda passante atraso variacircncia de atraso)

Problemas no uso de circuitos virtuais O suporte de traacutefego datagrama eacute ineficiente Um PVC entre cada par origemdestino natildeo tem boa

escalabilidade (N2 conexotildees satildeo necessaacuterias) SVC introduz latecircncia de estabelecimento de conexatildeo e

atrasos de processamento para conexotildees de curta duraccedilatildeo

ATM VCs

5

5 - 93copy 2005 by Pearson Education

Cabeccedilalho da ceacutelula ATM com 5 bytes Carga uacutetil com 48-bytes

Por quecirc carga uacutetil pequena -gt pequeno atraso de criaccedilatildeo de ceacutelula para voz digitalizada

Meio do caminho entre 32 e 64 (compromisso)

cabeccedilalhoda ceacutelula

formato daceacutelula

3o bit no campo PTvalor 1 indica uacuteltima ceacutelula (AAL-indicate bit)

Camada ATM ceacutelula ATM

5

5 - 94copy 2005 by Pearson Education

VCI identificador de canal virtual Pode mudar de enlace para enlace atraveacutes da rede

PT tipo de carga uacutetil (ex ceacutelula RM versus ceacutelula de dados) CLP bit de prioridade de perda de ceacutelula

CLP = 1 implica ceacutelula de baixa prioridade pode ser descartada em caso de congestatildeo

HEC verificaccedilatildeo de erros no cabeccedilalho Verificaccedilatildeo ciacuteclica de erros

Cabeccedilalho da ceacutelula ATM

5

5 - 95copy 2005 by Pearson Education

A camada fiacutesica se compotildee de duas partes (subcamadas ) Subcamada de convergecircncia de transmissatildeo (TCS) adapta a camada

ATM acima agrave subcamada fiacutesica abaixo (PMD) Subcamada dependente do meio depende do tipo de meio fiacutesico que

estaacute sendo empregado

Funccedilotildees da TCS Geraccedilatildeo do checksum do cabeccedilalho 8 bits CRC Delineamento de ceacutelula Com uma subcamada PMD natildeo estruturada transmite ceacutelulas vazias

(ldquoidle cellsrdquo) quando natildeo haacute ceacutelulas de dados a enviar

Camada fiacutesica ATM

5

5 - 96copy 2005 by Pearson Education

Subcamada dependente do meio fiacutesico (PMD) SONETSDH estrutura de transmissatildeo de quadros (como um

container carregando bits) Sincronizaccedilatildeo de bits Particcedilotildees da banda passante (TDM) Vaacuterias velocidades OC1 = 5184 Mbps OC3 = 15552 Mbps OC12 = 62208 Mbps

T1T3 estrutura de transmissatildeo de quadros (velha hierarquia de telefonia 15 Mbps45 Mbps No Brasil usa-se a hierarquia europeacuteia E1E3 2 34 Mbps

Natildeo estruturada apenas ceacutelulas (ocupadasvazias)

Camada fiacutesica ATM

5

5 - 97copy 2005 by Pearson Education

Apenas IP claacutessico 3 ldquoredesrdquo (ex segmentos de LAN) Endereccedilos MAC (8023) e IP

IP sobre ATM Substitui ldquorederdquo (ex segmento

de LAN) com a rede ATM Endereccedilos ATM endereccedilos IP

redeATM

EthernetLANs

EthernetLANs

IP-sobre-ATM

5

5 - 98copy 2005 by Pearson Education

No endereccedilo de origem Camada IP encontra um mapeamento entre o endereccedilo IP e o endereccedilo de destino ATM (usando ARP) Passa o datagrama para a camada de adaptaccedilatildeo AAL5 AAL5 encapsula os dados segmenta em ceacutelulas e passa para a camada ATM

Rede ATM move a ceacutelula para o destino de acordo com o seu VC (circuito virtual)

No hospedeiro de destino AAL5 remonta o datagrama original a partir das ceacutelulas recebidas Se o CRC OK datagrama eacute passado ao IP

Viagem de um datagrama numa rede IP-sobre-ATM

5

5 - 99copy 2005 by Pearson Education

Questotildees Datagramas IP em ATM AAL5 PDUs Dos endereccedilos IP aos endereccedilos ATM

Da mesma forma que de endereccedilos IP para endereccedilos MAC 8023

redeATM

EthernetLANs

IP-sobre-ATM

5

5 - 100copy 2005 by Pearson Education

Objetivo inicial aumentar a velocidade de encaminhamento IP usando labels de tamanho fixo (em vez de endereccedilo IP) Mesma ideacuteia do meacutetodo de circuito virtual (VC) Mas o datagrama IP ainda manteacutem o endereccedilo IP

Multiprotocol label switching (MPLS)

5

5 - 101copy 2005 by Pearson Education

Roteador faz a funccedilatildeo de comutador de roacutetulo Pacotes encaminhados para interface de saiacuteda com base apenas no valor

do roacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP) Tabela de encaminhamento MPLS distinta das tabelas de encaminhamento IP

Protocolo de sinalizaccedilatildeo necessaacuterio para estabelecer o encaminhamento RSVP-TE Encaminhamento eacute possiacutevel por caminhos que o IP sozinho natildeo pode usar (ex roteamento de especificado pela origem) Use MPLS para engenharia de traacutefego

Deve coexistir com roteadores unicamente IP

Roteadores MPLS

5

5 - 102copy 2005 by Pearson Education

Tabelas de encaminhamento MPLS

5

5 - 103copy 2005 by Pearson Education

Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace Detecccedilatildeo de erros correccedilatildeo Compartilhando um canal broadcast acesso muacuteltiplo Endereccedilamento da camada de enlace

Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de vaacuterias tecnologias da camada de enlace Ethernet LANS comutadas PPP Redes virtualizadas como uma camada de enlace ATM MPLS

Resumo

Page 89: Capítulo 5 Redes de computadores e a Internet A camada de enlace e redes locais

5

5 - 89copy 2005 by Pearson Education

Diferentes versotildees da camada AAL dependendo da classe de serviccedilo ATM AAL1 para serviccedilo CBR (taxa de bit constante) ex emulaccedilatildeo de circuitos AAL2 para serviccedilos VBR (taxa de bit variaacutevel) ex viacutedeo MPEG AAL5 para dados (ex datagramas IP)

AAL PDU

ceacutelula ATM

Dados de usuaacuterio

subcamadade convergecircncia

subcamadaSAR

Ceacutelula ATM

Camada de adaptaccedilatildeo ATM (AAL)

5

5 - 90copy 2005 by Pearson Education

Serviccedilo transporte de ceacutelulas atraveacutes da rede ATM Anaacuteloga agrave camada de rede IP Serviccedilos muito diferentes da camada de rede IP

Arquiteturade rede

Internet

ATM

ATM

ATM

ATM

Modelo de serviccedilo

melhoresforccediloCBR

VBR

ABR

UBR

Banda

natildeo

taxaconstantetaxagarantidamiacutenimogarantidonatildeo

Perda

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Ordem

natildeo

sim

sim

sim

sim

Tempo

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Aviso decongestatildeo

natildeo (inferidopelas perdas)natildeo haacutecongestatildeonatildeo haacutecongestatildeosim

natildeo

Garantias

Camada ATM

5

5 - 91copy 2005 by Pearson Education

Transporte em VC ceacutelulas satildeo transportadas sobre VC da fonte ao destino Estabelecimento de conexatildeo necessaacuterio para cada chamada antes que o fluxo de dados possa ser iniciado Cada pacote transporta um identificador de VC (natildeo transporta o endereccedilo do destino) Cada comutador com caminho entre a fonte e o destino manteacutem o ldquoestadordquo para cada conexatildeo passante Recursos do enlace e do comutador (banda passante buffers) podem ser alocados por VC para obter um comportamento semelhante a um circuito fiacutesico

VCs permanentes (PVCs) Conexotildees de longa duraccedilatildeo Tipicamente rota ldquopermanenterdquo entre roteadores IP

VCs comutados (SVC) Dinamicamente criados numa base por chamada

Camadas ATM circuitos virtuais

5

5 - 92copy 2005 by Pearson Education

Vantagens do uso de circuitos virtuais no ATM Iacutendices de QoS garantidos para conexotildees mapeadas em

circuitos virtuais (banda passante atraso variacircncia de atraso)

Problemas no uso de circuitos virtuais O suporte de traacutefego datagrama eacute ineficiente Um PVC entre cada par origemdestino natildeo tem boa

escalabilidade (N2 conexotildees satildeo necessaacuterias) SVC introduz latecircncia de estabelecimento de conexatildeo e

atrasos de processamento para conexotildees de curta duraccedilatildeo

ATM VCs

5

5 - 93copy 2005 by Pearson Education

Cabeccedilalho da ceacutelula ATM com 5 bytes Carga uacutetil com 48-bytes

Por quecirc carga uacutetil pequena -gt pequeno atraso de criaccedilatildeo de ceacutelula para voz digitalizada

Meio do caminho entre 32 e 64 (compromisso)

cabeccedilalhoda ceacutelula

formato daceacutelula

3o bit no campo PTvalor 1 indica uacuteltima ceacutelula (AAL-indicate bit)

Camada ATM ceacutelula ATM

5

5 - 94copy 2005 by Pearson Education

VCI identificador de canal virtual Pode mudar de enlace para enlace atraveacutes da rede

PT tipo de carga uacutetil (ex ceacutelula RM versus ceacutelula de dados) CLP bit de prioridade de perda de ceacutelula

CLP = 1 implica ceacutelula de baixa prioridade pode ser descartada em caso de congestatildeo

HEC verificaccedilatildeo de erros no cabeccedilalho Verificaccedilatildeo ciacuteclica de erros

Cabeccedilalho da ceacutelula ATM

5

5 - 95copy 2005 by Pearson Education

A camada fiacutesica se compotildee de duas partes (subcamadas ) Subcamada de convergecircncia de transmissatildeo (TCS) adapta a camada

ATM acima agrave subcamada fiacutesica abaixo (PMD) Subcamada dependente do meio depende do tipo de meio fiacutesico que

estaacute sendo empregado

Funccedilotildees da TCS Geraccedilatildeo do checksum do cabeccedilalho 8 bits CRC Delineamento de ceacutelula Com uma subcamada PMD natildeo estruturada transmite ceacutelulas vazias

(ldquoidle cellsrdquo) quando natildeo haacute ceacutelulas de dados a enviar

Camada fiacutesica ATM

5

5 - 96copy 2005 by Pearson Education

Subcamada dependente do meio fiacutesico (PMD) SONETSDH estrutura de transmissatildeo de quadros (como um

container carregando bits) Sincronizaccedilatildeo de bits Particcedilotildees da banda passante (TDM) Vaacuterias velocidades OC1 = 5184 Mbps OC3 = 15552 Mbps OC12 = 62208 Mbps

T1T3 estrutura de transmissatildeo de quadros (velha hierarquia de telefonia 15 Mbps45 Mbps No Brasil usa-se a hierarquia europeacuteia E1E3 2 34 Mbps

Natildeo estruturada apenas ceacutelulas (ocupadasvazias)

Camada fiacutesica ATM

5

5 - 97copy 2005 by Pearson Education

Apenas IP claacutessico 3 ldquoredesrdquo (ex segmentos de LAN) Endereccedilos MAC (8023) e IP

IP sobre ATM Substitui ldquorederdquo (ex segmento

de LAN) com a rede ATM Endereccedilos ATM endereccedilos IP

redeATM

EthernetLANs

EthernetLANs

IP-sobre-ATM

5

5 - 98copy 2005 by Pearson Education

No endereccedilo de origem Camada IP encontra um mapeamento entre o endereccedilo IP e o endereccedilo de destino ATM (usando ARP) Passa o datagrama para a camada de adaptaccedilatildeo AAL5 AAL5 encapsula os dados segmenta em ceacutelulas e passa para a camada ATM

Rede ATM move a ceacutelula para o destino de acordo com o seu VC (circuito virtual)

No hospedeiro de destino AAL5 remonta o datagrama original a partir das ceacutelulas recebidas Se o CRC OK datagrama eacute passado ao IP

Viagem de um datagrama numa rede IP-sobre-ATM

5

5 - 99copy 2005 by Pearson Education

Questotildees Datagramas IP em ATM AAL5 PDUs Dos endereccedilos IP aos endereccedilos ATM

Da mesma forma que de endereccedilos IP para endereccedilos MAC 8023

redeATM

EthernetLANs

IP-sobre-ATM

5

5 - 100copy 2005 by Pearson Education

Objetivo inicial aumentar a velocidade de encaminhamento IP usando labels de tamanho fixo (em vez de endereccedilo IP) Mesma ideacuteia do meacutetodo de circuito virtual (VC) Mas o datagrama IP ainda manteacutem o endereccedilo IP

Multiprotocol label switching (MPLS)

5

5 - 101copy 2005 by Pearson Education

Roteador faz a funccedilatildeo de comutador de roacutetulo Pacotes encaminhados para interface de saiacuteda com base apenas no valor

do roacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP) Tabela de encaminhamento MPLS distinta das tabelas de encaminhamento IP

Protocolo de sinalizaccedilatildeo necessaacuterio para estabelecer o encaminhamento RSVP-TE Encaminhamento eacute possiacutevel por caminhos que o IP sozinho natildeo pode usar (ex roteamento de especificado pela origem) Use MPLS para engenharia de traacutefego

Deve coexistir com roteadores unicamente IP

Roteadores MPLS

5

5 - 102copy 2005 by Pearson Education

Tabelas de encaminhamento MPLS

5

5 - 103copy 2005 by Pearson Education

Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace Detecccedilatildeo de erros correccedilatildeo Compartilhando um canal broadcast acesso muacuteltiplo Endereccedilamento da camada de enlace

Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de vaacuterias tecnologias da camada de enlace Ethernet LANS comutadas PPP Redes virtualizadas como uma camada de enlace ATM MPLS

Resumo

Page 90: Capítulo 5 Redes de computadores e a Internet A camada de enlace e redes locais

5

5 - 90copy 2005 by Pearson Education

Serviccedilo transporte de ceacutelulas atraveacutes da rede ATM Anaacuteloga agrave camada de rede IP Serviccedilos muito diferentes da camada de rede IP

Arquiteturade rede

Internet

ATM

ATM

ATM

ATM

Modelo de serviccedilo

melhoresforccediloCBR

VBR

ABR

UBR

Banda

natildeo

taxaconstantetaxagarantidamiacutenimogarantidonatildeo

Perda

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Ordem

natildeo

sim

sim

sim

sim

Tempo

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Aviso decongestatildeo

natildeo (inferidopelas perdas)natildeo haacutecongestatildeonatildeo haacutecongestatildeosim

natildeo

Garantias

Camada ATM

5

5 - 91copy 2005 by Pearson Education

Transporte em VC ceacutelulas satildeo transportadas sobre VC da fonte ao destino Estabelecimento de conexatildeo necessaacuterio para cada chamada antes que o fluxo de dados possa ser iniciado Cada pacote transporta um identificador de VC (natildeo transporta o endereccedilo do destino) Cada comutador com caminho entre a fonte e o destino manteacutem o ldquoestadordquo para cada conexatildeo passante Recursos do enlace e do comutador (banda passante buffers) podem ser alocados por VC para obter um comportamento semelhante a um circuito fiacutesico

VCs permanentes (PVCs) Conexotildees de longa duraccedilatildeo Tipicamente rota ldquopermanenterdquo entre roteadores IP

VCs comutados (SVC) Dinamicamente criados numa base por chamada

Camadas ATM circuitos virtuais

5

5 - 92copy 2005 by Pearson Education

Vantagens do uso de circuitos virtuais no ATM Iacutendices de QoS garantidos para conexotildees mapeadas em

circuitos virtuais (banda passante atraso variacircncia de atraso)

Problemas no uso de circuitos virtuais O suporte de traacutefego datagrama eacute ineficiente Um PVC entre cada par origemdestino natildeo tem boa

escalabilidade (N2 conexotildees satildeo necessaacuterias) SVC introduz latecircncia de estabelecimento de conexatildeo e

atrasos de processamento para conexotildees de curta duraccedilatildeo

ATM VCs

5

5 - 93copy 2005 by Pearson Education

Cabeccedilalho da ceacutelula ATM com 5 bytes Carga uacutetil com 48-bytes

Por quecirc carga uacutetil pequena -gt pequeno atraso de criaccedilatildeo de ceacutelula para voz digitalizada

Meio do caminho entre 32 e 64 (compromisso)

cabeccedilalhoda ceacutelula

formato daceacutelula

3o bit no campo PTvalor 1 indica uacuteltima ceacutelula (AAL-indicate bit)

Camada ATM ceacutelula ATM

5

5 - 94copy 2005 by Pearson Education

VCI identificador de canal virtual Pode mudar de enlace para enlace atraveacutes da rede

PT tipo de carga uacutetil (ex ceacutelula RM versus ceacutelula de dados) CLP bit de prioridade de perda de ceacutelula

CLP = 1 implica ceacutelula de baixa prioridade pode ser descartada em caso de congestatildeo

HEC verificaccedilatildeo de erros no cabeccedilalho Verificaccedilatildeo ciacuteclica de erros

Cabeccedilalho da ceacutelula ATM

5

5 - 95copy 2005 by Pearson Education

A camada fiacutesica se compotildee de duas partes (subcamadas ) Subcamada de convergecircncia de transmissatildeo (TCS) adapta a camada

ATM acima agrave subcamada fiacutesica abaixo (PMD) Subcamada dependente do meio depende do tipo de meio fiacutesico que

estaacute sendo empregado

Funccedilotildees da TCS Geraccedilatildeo do checksum do cabeccedilalho 8 bits CRC Delineamento de ceacutelula Com uma subcamada PMD natildeo estruturada transmite ceacutelulas vazias

(ldquoidle cellsrdquo) quando natildeo haacute ceacutelulas de dados a enviar

Camada fiacutesica ATM

5

5 - 96copy 2005 by Pearson Education

Subcamada dependente do meio fiacutesico (PMD) SONETSDH estrutura de transmissatildeo de quadros (como um

container carregando bits) Sincronizaccedilatildeo de bits Particcedilotildees da banda passante (TDM) Vaacuterias velocidades OC1 = 5184 Mbps OC3 = 15552 Mbps OC12 = 62208 Mbps

T1T3 estrutura de transmissatildeo de quadros (velha hierarquia de telefonia 15 Mbps45 Mbps No Brasil usa-se a hierarquia europeacuteia E1E3 2 34 Mbps

Natildeo estruturada apenas ceacutelulas (ocupadasvazias)

Camada fiacutesica ATM

5

5 - 97copy 2005 by Pearson Education

Apenas IP claacutessico 3 ldquoredesrdquo (ex segmentos de LAN) Endereccedilos MAC (8023) e IP

IP sobre ATM Substitui ldquorederdquo (ex segmento

de LAN) com a rede ATM Endereccedilos ATM endereccedilos IP

redeATM

EthernetLANs

EthernetLANs

IP-sobre-ATM

5

5 - 98copy 2005 by Pearson Education

No endereccedilo de origem Camada IP encontra um mapeamento entre o endereccedilo IP e o endereccedilo de destino ATM (usando ARP) Passa o datagrama para a camada de adaptaccedilatildeo AAL5 AAL5 encapsula os dados segmenta em ceacutelulas e passa para a camada ATM

Rede ATM move a ceacutelula para o destino de acordo com o seu VC (circuito virtual)

No hospedeiro de destino AAL5 remonta o datagrama original a partir das ceacutelulas recebidas Se o CRC OK datagrama eacute passado ao IP

Viagem de um datagrama numa rede IP-sobre-ATM

5

5 - 99copy 2005 by Pearson Education

Questotildees Datagramas IP em ATM AAL5 PDUs Dos endereccedilos IP aos endereccedilos ATM

Da mesma forma que de endereccedilos IP para endereccedilos MAC 8023

redeATM

EthernetLANs

IP-sobre-ATM

5

5 - 100copy 2005 by Pearson Education

Objetivo inicial aumentar a velocidade de encaminhamento IP usando labels de tamanho fixo (em vez de endereccedilo IP) Mesma ideacuteia do meacutetodo de circuito virtual (VC) Mas o datagrama IP ainda manteacutem o endereccedilo IP

Multiprotocol label switching (MPLS)

5

5 - 101copy 2005 by Pearson Education

Roteador faz a funccedilatildeo de comutador de roacutetulo Pacotes encaminhados para interface de saiacuteda com base apenas no valor

do roacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP) Tabela de encaminhamento MPLS distinta das tabelas de encaminhamento IP

Protocolo de sinalizaccedilatildeo necessaacuterio para estabelecer o encaminhamento RSVP-TE Encaminhamento eacute possiacutevel por caminhos que o IP sozinho natildeo pode usar (ex roteamento de especificado pela origem) Use MPLS para engenharia de traacutefego

Deve coexistir com roteadores unicamente IP

Roteadores MPLS

5

5 - 102copy 2005 by Pearson Education

Tabelas de encaminhamento MPLS

5

5 - 103copy 2005 by Pearson Education

Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace Detecccedilatildeo de erros correccedilatildeo Compartilhando um canal broadcast acesso muacuteltiplo Endereccedilamento da camada de enlace

Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de vaacuterias tecnologias da camada de enlace Ethernet LANS comutadas PPP Redes virtualizadas como uma camada de enlace ATM MPLS

Resumo

Page 91: Capítulo 5 Redes de computadores e a Internet A camada de enlace e redes locais

5

5 - 91copy 2005 by Pearson Education

Transporte em VC ceacutelulas satildeo transportadas sobre VC da fonte ao destino Estabelecimento de conexatildeo necessaacuterio para cada chamada antes que o fluxo de dados possa ser iniciado Cada pacote transporta um identificador de VC (natildeo transporta o endereccedilo do destino) Cada comutador com caminho entre a fonte e o destino manteacutem o ldquoestadordquo para cada conexatildeo passante Recursos do enlace e do comutador (banda passante buffers) podem ser alocados por VC para obter um comportamento semelhante a um circuito fiacutesico

VCs permanentes (PVCs) Conexotildees de longa duraccedilatildeo Tipicamente rota ldquopermanenterdquo entre roteadores IP

VCs comutados (SVC) Dinamicamente criados numa base por chamada

Camadas ATM circuitos virtuais

5

5 - 92copy 2005 by Pearson Education

Vantagens do uso de circuitos virtuais no ATM Iacutendices de QoS garantidos para conexotildees mapeadas em

circuitos virtuais (banda passante atraso variacircncia de atraso)

Problemas no uso de circuitos virtuais O suporte de traacutefego datagrama eacute ineficiente Um PVC entre cada par origemdestino natildeo tem boa

escalabilidade (N2 conexotildees satildeo necessaacuterias) SVC introduz latecircncia de estabelecimento de conexatildeo e

atrasos de processamento para conexotildees de curta duraccedilatildeo

ATM VCs

5

5 - 93copy 2005 by Pearson Education

Cabeccedilalho da ceacutelula ATM com 5 bytes Carga uacutetil com 48-bytes

Por quecirc carga uacutetil pequena -gt pequeno atraso de criaccedilatildeo de ceacutelula para voz digitalizada

Meio do caminho entre 32 e 64 (compromisso)

cabeccedilalhoda ceacutelula

formato daceacutelula

3o bit no campo PTvalor 1 indica uacuteltima ceacutelula (AAL-indicate bit)

Camada ATM ceacutelula ATM

5

5 - 94copy 2005 by Pearson Education

VCI identificador de canal virtual Pode mudar de enlace para enlace atraveacutes da rede

PT tipo de carga uacutetil (ex ceacutelula RM versus ceacutelula de dados) CLP bit de prioridade de perda de ceacutelula

CLP = 1 implica ceacutelula de baixa prioridade pode ser descartada em caso de congestatildeo

HEC verificaccedilatildeo de erros no cabeccedilalho Verificaccedilatildeo ciacuteclica de erros

Cabeccedilalho da ceacutelula ATM

5

5 - 95copy 2005 by Pearson Education

A camada fiacutesica se compotildee de duas partes (subcamadas ) Subcamada de convergecircncia de transmissatildeo (TCS) adapta a camada

ATM acima agrave subcamada fiacutesica abaixo (PMD) Subcamada dependente do meio depende do tipo de meio fiacutesico que

estaacute sendo empregado

Funccedilotildees da TCS Geraccedilatildeo do checksum do cabeccedilalho 8 bits CRC Delineamento de ceacutelula Com uma subcamada PMD natildeo estruturada transmite ceacutelulas vazias

(ldquoidle cellsrdquo) quando natildeo haacute ceacutelulas de dados a enviar

Camada fiacutesica ATM

5

5 - 96copy 2005 by Pearson Education

Subcamada dependente do meio fiacutesico (PMD) SONETSDH estrutura de transmissatildeo de quadros (como um

container carregando bits) Sincronizaccedilatildeo de bits Particcedilotildees da banda passante (TDM) Vaacuterias velocidades OC1 = 5184 Mbps OC3 = 15552 Mbps OC12 = 62208 Mbps

T1T3 estrutura de transmissatildeo de quadros (velha hierarquia de telefonia 15 Mbps45 Mbps No Brasil usa-se a hierarquia europeacuteia E1E3 2 34 Mbps

Natildeo estruturada apenas ceacutelulas (ocupadasvazias)

Camada fiacutesica ATM

5

5 - 97copy 2005 by Pearson Education

Apenas IP claacutessico 3 ldquoredesrdquo (ex segmentos de LAN) Endereccedilos MAC (8023) e IP

IP sobre ATM Substitui ldquorederdquo (ex segmento

de LAN) com a rede ATM Endereccedilos ATM endereccedilos IP

redeATM

EthernetLANs

EthernetLANs

IP-sobre-ATM

5

5 - 98copy 2005 by Pearson Education

No endereccedilo de origem Camada IP encontra um mapeamento entre o endereccedilo IP e o endereccedilo de destino ATM (usando ARP) Passa o datagrama para a camada de adaptaccedilatildeo AAL5 AAL5 encapsula os dados segmenta em ceacutelulas e passa para a camada ATM

Rede ATM move a ceacutelula para o destino de acordo com o seu VC (circuito virtual)

No hospedeiro de destino AAL5 remonta o datagrama original a partir das ceacutelulas recebidas Se o CRC OK datagrama eacute passado ao IP

Viagem de um datagrama numa rede IP-sobre-ATM

5

5 - 99copy 2005 by Pearson Education

Questotildees Datagramas IP em ATM AAL5 PDUs Dos endereccedilos IP aos endereccedilos ATM

Da mesma forma que de endereccedilos IP para endereccedilos MAC 8023

redeATM

EthernetLANs

IP-sobre-ATM

5

5 - 100copy 2005 by Pearson Education

Objetivo inicial aumentar a velocidade de encaminhamento IP usando labels de tamanho fixo (em vez de endereccedilo IP) Mesma ideacuteia do meacutetodo de circuito virtual (VC) Mas o datagrama IP ainda manteacutem o endereccedilo IP

Multiprotocol label switching (MPLS)

5

5 - 101copy 2005 by Pearson Education

Roteador faz a funccedilatildeo de comutador de roacutetulo Pacotes encaminhados para interface de saiacuteda com base apenas no valor

do roacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP) Tabela de encaminhamento MPLS distinta das tabelas de encaminhamento IP

Protocolo de sinalizaccedilatildeo necessaacuterio para estabelecer o encaminhamento RSVP-TE Encaminhamento eacute possiacutevel por caminhos que o IP sozinho natildeo pode usar (ex roteamento de especificado pela origem) Use MPLS para engenharia de traacutefego

Deve coexistir com roteadores unicamente IP

Roteadores MPLS

5

5 - 102copy 2005 by Pearson Education

Tabelas de encaminhamento MPLS

5

5 - 103copy 2005 by Pearson Education

Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace Detecccedilatildeo de erros correccedilatildeo Compartilhando um canal broadcast acesso muacuteltiplo Endereccedilamento da camada de enlace

Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de vaacuterias tecnologias da camada de enlace Ethernet LANS comutadas PPP Redes virtualizadas como uma camada de enlace ATM MPLS

Resumo

Page 92: Capítulo 5 Redes de computadores e a Internet A camada de enlace e redes locais

5

5 - 92copy 2005 by Pearson Education

Vantagens do uso de circuitos virtuais no ATM Iacutendices de QoS garantidos para conexotildees mapeadas em

circuitos virtuais (banda passante atraso variacircncia de atraso)

Problemas no uso de circuitos virtuais O suporte de traacutefego datagrama eacute ineficiente Um PVC entre cada par origemdestino natildeo tem boa

escalabilidade (N2 conexotildees satildeo necessaacuterias) SVC introduz latecircncia de estabelecimento de conexatildeo e

atrasos de processamento para conexotildees de curta duraccedilatildeo

ATM VCs

5

5 - 93copy 2005 by Pearson Education

Cabeccedilalho da ceacutelula ATM com 5 bytes Carga uacutetil com 48-bytes

Por quecirc carga uacutetil pequena -gt pequeno atraso de criaccedilatildeo de ceacutelula para voz digitalizada

Meio do caminho entre 32 e 64 (compromisso)

cabeccedilalhoda ceacutelula

formato daceacutelula

3o bit no campo PTvalor 1 indica uacuteltima ceacutelula (AAL-indicate bit)

Camada ATM ceacutelula ATM

5

5 - 94copy 2005 by Pearson Education

VCI identificador de canal virtual Pode mudar de enlace para enlace atraveacutes da rede

PT tipo de carga uacutetil (ex ceacutelula RM versus ceacutelula de dados) CLP bit de prioridade de perda de ceacutelula

CLP = 1 implica ceacutelula de baixa prioridade pode ser descartada em caso de congestatildeo

HEC verificaccedilatildeo de erros no cabeccedilalho Verificaccedilatildeo ciacuteclica de erros

Cabeccedilalho da ceacutelula ATM

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5 - 95copy 2005 by Pearson Education

A camada fiacutesica se compotildee de duas partes (subcamadas ) Subcamada de convergecircncia de transmissatildeo (TCS) adapta a camada

ATM acima agrave subcamada fiacutesica abaixo (PMD) Subcamada dependente do meio depende do tipo de meio fiacutesico que

estaacute sendo empregado

Funccedilotildees da TCS Geraccedilatildeo do checksum do cabeccedilalho 8 bits CRC Delineamento de ceacutelula Com uma subcamada PMD natildeo estruturada transmite ceacutelulas vazias

(ldquoidle cellsrdquo) quando natildeo haacute ceacutelulas de dados a enviar

Camada fiacutesica ATM

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5 - 96copy 2005 by Pearson Education

Subcamada dependente do meio fiacutesico (PMD) SONETSDH estrutura de transmissatildeo de quadros (como um

container carregando bits) Sincronizaccedilatildeo de bits Particcedilotildees da banda passante (TDM) Vaacuterias velocidades OC1 = 5184 Mbps OC3 = 15552 Mbps OC12 = 62208 Mbps

T1T3 estrutura de transmissatildeo de quadros (velha hierarquia de telefonia 15 Mbps45 Mbps No Brasil usa-se a hierarquia europeacuteia E1E3 2 34 Mbps

Natildeo estruturada apenas ceacutelulas (ocupadasvazias)

Camada fiacutesica ATM

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5 - 97copy 2005 by Pearson Education

Apenas IP claacutessico 3 ldquoredesrdquo (ex segmentos de LAN) Endereccedilos MAC (8023) e IP

IP sobre ATM Substitui ldquorederdquo (ex segmento

de LAN) com a rede ATM Endereccedilos ATM endereccedilos IP

redeATM

EthernetLANs

EthernetLANs

IP-sobre-ATM

5

5 - 98copy 2005 by Pearson Education

No endereccedilo de origem Camada IP encontra um mapeamento entre o endereccedilo IP e o endereccedilo de destino ATM (usando ARP) Passa o datagrama para a camada de adaptaccedilatildeo AAL5 AAL5 encapsula os dados segmenta em ceacutelulas e passa para a camada ATM

Rede ATM move a ceacutelula para o destino de acordo com o seu VC (circuito virtual)

No hospedeiro de destino AAL5 remonta o datagrama original a partir das ceacutelulas recebidas Se o CRC OK datagrama eacute passado ao IP

Viagem de um datagrama numa rede IP-sobre-ATM

5

5 - 99copy 2005 by Pearson Education

Questotildees Datagramas IP em ATM AAL5 PDUs Dos endereccedilos IP aos endereccedilos ATM

Da mesma forma que de endereccedilos IP para endereccedilos MAC 8023

redeATM

EthernetLANs

IP-sobre-ATM

5

5 - 100copy 2005 by Pearson Education

Objetivo inicial aumentar a velocidade de encaminhamento IP usando labels de tamanho fixo (em vez de endereccedilo IP) Mesma ideacuteia do meacutetodo de circuito virtual (VC) Mas o datagrama IP ainda manteacutem o endereccedilo IP

Multiprotocol label switching (MPLS)

5

5 - 101copy 2005 by Pearson Education

Roteador faz a funccedilatildeo de comutador de roacutetulo Pacotes encaminhados para interface de saiacuteda com base apenas no valor

do roacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP) Tabela de encaminhamento MPLS distinta das tabelas de encaminhamento IP

Protocolo de sinalizaccedilatildeo necessaacuterio para estabelecer o encaminhamento RSVP-TE Encaminhamento eacute possiacutevel por caminhos que o IP sozinho natildeo pode usar (ex roteamento de especificado pela origem) Use MPLS para engenharia de traacutefego

Deve coexistir com roteadores unicamente IP

Roteadores MPLS

5

5 - 102copy 2005 by Pearson Education

Tabelas de encaminhamento MPLS

5

5 - 103copy 2005 by Pearson Education

Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace Detecccedilatildeo de erros correccedilatildeo Compartilhando um canal broadcast acesso muacuteltiplo Endereccedilamento da camada de enlace

Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de vaacuterias tecnologias da camada de enlace Ethernet LANS comutadas PPP Redes virtualizadas como uma camada de enlace ATM MPLS

Resumo

Page 93: Capítulo 5 Redes de computadores e a Internet A camada de enlace e redes locais

5

5 - 93copy 2005 by Pearson Education

Cabeccedilalho da ceacutelula ATM com 5 bytes Carga uacutetil com 48-bytes

Por quecirc carga uacutetil pequena -gt pequeno atraso de criaccedilatildeo de ceacutelula para voz digitalizada

Meio do caminho entre 32 e 64 (compromisso)

cabeccedilalhoda ceacutelula

formato daceacutelula

3o bit no campo PTvalor 1 indica uacuteltima ceacutelula (AAL-indicate bit)

Camada ATM ceacutelula ATM

5

5 - 94copy 2005 by Pearson Education

VCI identificador de canal virtual Pode mudar de enlace para enlace atraveacutes da rede

PT tipo de carga uacutetil (ex ceacutelula RM versus ceacutelula de dados) CLP bit de prioridade de perda de ceacutelula

CLP = 1 implica ceacutelula de baixa prioridade pode ser descartada em caso de congestatildeo

HEC verificaccedilatildeo de erros no cabeccedilalho Verificaccedilatildeo ciacuteclica de erros

Cabeccedilalho da ceacutelula ATM

5

5 - 95copy 2005 by Pearson Education

A camada fiacutesica se compotildee de duas partes (subcamadas ) Subcamada de convergecircncia de transmissatildeo (TCS) adapta a camada

ATM acima agrave subcamada fiacutesica abaixo (PMD) Subcamada dependente do meio depende do tipo de meio fiacutesico que

estaacute sendo empregado

Funccedilotildees da TCS Geraccedilatildeo do checksum do cabeccedilalho 8 bits CRC Delineamento de ceacutelula Com uma subcamada PMD natildeo estruturada transmite ceacutelulas vazias

(ldquoidle cellsrdquo) quando natildeo haacute ceacutelulas de dados a enviar

Camada fiacutesica ATM

5

5 - 96copy 2005 by Pearson Education

Subcamada dependente do meio fiacutesico (PMD) SONETSDH estrutura de transmissatildeo de quadros (como um

container carregando bits) Sincronizaccedilatildeo de bits Particcedilotildees da banda passante (TDM) Vaacuterias velocidades OC1 = 5184 Mbps OC3 = 15552 Mbps OC12 = 62208 Mbps

T1T3 estrutura de transmissatildeo de quadros (velha hierarquia de telefonia 15 Mbps45 Mbps No Brasil usa-se a hierarquia europeacuteia E1E3 2 34 Mbps

Natildeo estruturada apenas ceacutelulas (ocupadasvazias)

Camada fiacutesica ATM

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5 - 97copy 2005 by Pearson Education

Apenas IP claacutessico 3 ldquoredesrdquo (ex segmentos de LAN) Endereccedilos MAC (8023) e IP

IP sobre ATM Substitui ldquorederdquo (ex segmento

de LAN) com a rede ATM Endereccedilos ATM endereccedilos IP

redeATM

EthernetLANs

EthernetLANs

IP-sobre-ATM

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5 - 98copy 2005 by Pearson Education

No endereccedilo de origem Camada IP encontra um mapeamento entre o endereccedilo IP e o endereccedilo de destino ATM (usando ARP) Passa o datagrama para a camada de adaptaccedilatildeo AAL5 AAL5 encapsula os dados segmenta em ceacutelulas e passa para a camada ATM

Rede ATM move a ceacutelula para o destino de acordo com o seu VC (circuito virtual)

No hospedeiro de destino AAL5 remonta o datagrama original a partir das ceacutelulas recebidas Se o CRC OK datagrama eacute passado ao IP

Viagem de um datagrama numa rede IP-sobre-ATM

5

5 - 99copy 2005 by Pearson Education

Questotildees Datagramas IP em ATM AAL5 PDUs Dos endereccedilos IP aos endereccedilos ATM

Da mesma forma que de endereccedilos IP para endereccedilos MAC 8023

redeATM

EthernetLANs

IP-sobre-ATM

5

5 - 100copy 2005 by Pearson Education

Objetivo inicial aumentar a velocidade de encaminhamento IP usando labels de tamanho fixo (em vez de endereccedilo IP) Mesma ideacuteia do meacutetodo de circuito virtual (VC) Mas o datagrama IP ainda manteacutem o endereccedilo IP

Multiprotocol label switching (MPLS)

5

5 - 101copy 2005 by Pearson Education

Roteador faz a funccedilatildeo de comutador de roacutetulo Pacotes encaminhados para interface de saiacuteda com base apenas no valor

do roacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP) Tabela de encaminhamento MPLS distinta das tabelas de encaminhamento IP

Protocolo de sinalizaccedilatildeo necessaacuterio para estabelecer o encaminhamento RSVP-TE Encaminhamento eacute possiacutevel por caminhos que o IP sozinho natildeo pode usar (ex roteamento de especificado pela origem) Use MPLS para engenharia de traacutefego

Deve coexistir com roteadores unicamente IP

Roteadores MPLS

5

5 - 102copy 2005 by Pearson Education

Tabelas de encaminhamento MPLS

5

5 - 103copy 2005 by Pearson Education

Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace Detecccedilatildeo de erros correccedilatildeo Compartilhando um canal broadcast acesso muacuteltiplo Endereccedilamento da camada de enlace

Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de vaacuterias tecnologias da camada de enlace Ethernet LANS comutadas PPP Redes virtualizadas como uma camada de enlace ATM MPLS

Resumo

Page 94: Capítulo 5 Redes de computadores e a Internet A camada de enlace e redes locais

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5 - 94copy 2005 by Pearson Education

VCI identificador de canal virtual Pode mudar de enlace para enlace atraveacutes da rede

PT tipo de carga uacutetil (ex ceacutelula RM versus ceacutelula de dados) CLP bit de prioridade de perda de ceacutelula

CLP = 1 implica ceacutelula de baixa prioridade pode ser descartada em caso de congestatildeo

HEC verificaccedilatildeo de erros no cabeccedilalho Verificaccedilatildeo ciacuteclica de erros

Cabeccedilalho da ceacutelula ATM

5

5 - 95copy 2005 by Pearson Education

A camada fiacutesica se compotildee de duas partes (subcamadas ) Subcamada de convergecircncia de transmissatildeo (TCS) adapta a camada

ATM acima agrave subcamada fiacutesica abaixo (PMD) Subcamada dependente do meio depende do tipo de meio fiacutesico que

estaacute sendo empregado

Funccedilotildees da TCS Geraccedilatildeo do checksum do cabeccedilalho 8 bits CRC Delineamento de ceacutelula Com uma subcamada PMD natildeo estruturada transmite ceacutelulas vazias

(ldquoidle cellsrdquo) quando natildeo haacute ceacutelulas de dados a enviar

Camada fiacutesica ATM

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5 - 96copy 2005 by Pearson Education

Subcamada dependente do meio fiacutesico (PMD) SONETSDH estrutura de transmissatildeo de quadros (como um

container carregando bits) Sincronizaccedilatildeo de bits Particcedilotildees da banda passante (TDM) Vaacuterias velocidades OC1 = 5184 Mbps OC3 = 15552 Mbps OC12 = 62208 Mbps

T1T3 estrutura de transmissatildeo de quadros (velha hierarquia de telefonia 15 Mbps45 Mbps No Brasil usa-se a hierarquia europeacuteia E1E3 2 34 Mbps

Natildeo estruturada apenas ceacutelulas (ocupadasvazias)

Camada fiacutesica ATM

5

5 - 97copy 2005 by Pearson Education

Apenas IP claacutessico 3 ldquoredesrdquo (ex segmentos de LAN) Endereccedilos MAC (8023) e IP

IP sobre ATM Substitui ldquorederdquo (ex segmento

de LAN) com a rede ATM Endereccedilos ATM endereccedilos IP

redeATM

EthernetLANs

EthernetLANs

IP-sobre-ATM

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5 - 98copy 2005 by Pearson Education

No endereccedilo de origem Camada IP encontra um mapeamento entre o endereccedilo IP e o endereccedilo de destino ATM (usando ARP) Passa o datagrama para a camada de adaptaccedilatildeo AAL5 AAL5 encapsula os dados segmenta em ceacutelulas e passa para a camada ATM

Rede ATM move a ceacutelula para o destino de acordo com o seu VC (circuito virtual)

No hospedeiro de destino AAL5 remonta o datagrama original a partir das ceacutelulas recebidas Se o CRC OK datagrama eacute passado ao IP

Viagem de um datagrama numa rede IP-sobre-ATM

5

5 - 99copy 2005 by Pearson Education

Questotildees Datagramas IP em ATM AAL5 PDUs Dos endereccedilos IP aos endereccedilos ATM

Da mesma forma que de endereccedilos IP para endereccedilos MAC 8023

redeATM

EthernetLANs

IP-sobre-ATM

5

5 - 100copy 2005 by Pearson Education

Objetivo inicial aumentar a velocidade de encaminhamento IP usando labels de tamanho fixo (em vez de endereccedilo IP) Mesma ideacuteia do meacutetodo de circuito virtual (VC) Mas o datagrama IP ainda manteacutem o endereccedilo IP

Multiprotocol label switching (MPLS)

5

5 - 101copy 2005 by Pearson Education

Roteador faz a funccedilatildeo de comutador de roacutetulo Pacotes encaminhados para interface de saiacuteda com base apenas no valor

do roacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP) Tabela de encaminhamento MPLS distinta das tabelas de encaminhamento IP

Protocolo de sinalizaccedilatildeo necessaacuterio para estabelecer o encaminhamento RSVP-TE Encaminhamento eacute possiacutevel por caminhos que o IP sozinho natildeo pode usar (ex roteamento de especificado pela origem) Use MPLS para engenharia de traacutefego

Deve coexistir com roteadores unicamente IP

Roteadores MPLS

5

5 - 102copy 2005 by Pearson Education

Tabelas de encaminhamento MPLS

5

5 - 103copy 2005 by Pearson Education

Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace Detecccedilatildeo de erros correccedilatildeo Compartilhando um canal broadcast acesso muacuteltiplo Endereccedilamento da camada de enlace

Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de vaacuterias tecnologias da camada de enlace Ethernet LANS comutadas PPP Redes virtualizadas como uma camada de enlace ATM MPLS

Resumo

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5 - 95copy 2005 by Pearson Education

A camada fiacutesica se compotildee de duas partes (subcamadas ) Subcamada de convergecircncia de transmissatildeo (TCS) adapta a camada

ATM acima agrave subcamada fiacutesica abaixo (PMD) Subcamada dependente do meio depende do tipo de meio fiacutesico que

estaacute sendo empregado

Funccedilotildees da TCS Geraccedilatildeo do checksum do cabeccedilalho 8 bits CRC Delineamento de ceacutelula Com uma subcamada PMD natildeo estruturada transmite ceacutelulas vazias

(ldquoidle cellsrdquo) quando natildeo haacute ceacutelulas de dados a enviar

Camada fiacutesica ATM

5

5 - 96copy 2005 by Pearson Education

Subcamada dependente do meio fiacutesico (PMD) SONETSDH estrutura de transmissatildeo de quadros (como um

container carregando bits) Sincronizaccedilatildeo de bits Particcedilotildees da banda passante (TDM) Vaacuterias velocidades OC1 = 5184 Mbps OC3 = 15552 Mbps OC12 = 62208 Mbps

T1T3 estrutura de transmissatildeo de quadros (velha hierarquia de telefonia 15 Mbps45 Mbps No Brasil usa-se a hierarquia europeacuteia E1E3 2 34 Mbps

Natildeo estruturada apenas ceacutelulas (ocupadasvazias)

Camada fiacutesica ATM

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5 - 97copy 2005 by Pearson Education

Apenas IP claacutessico 3 ldquoredesrdquo (ex segmentos de LAN) Endereccedilos MAC (8023) e IP

IP sobre ATM Substitui ldquorederdquo (ex segmento

de LAN) com a rede ATM Endereccedilos ATM endereccedilos IP

redeATM

EthernetLANs

EthernetLANs

IP-sobre-ATM

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5 - 98copy 2005 by Pearson Education

No endereccedilo de origem Camada IP encontra um mapeamento entre o endereccedilo IP e o endereccedilo de destino ATM (usando ARP) Passa o datagrama para a camada de adaptaccedilatildeo AAL5 AAL5 encapsula os dados segmenta em ceacutelulas e passa para a camada ATM

Rede ATM move a ceacutelula para o destino de acordo com o seu VC (circuito virtual)

No hospedeiro de destino AAL5 remonta o datagrama original a partir das ceacutelulas recebidas Se o CRC OK datagrama eacute passado ao IP

Viagem de um datagrama numa rede IP-sobre-ATM

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5 - 99copy 2005 by Pearson Education

Questotildees Datagramas IP em ATM AAL5 PDUs Dos endereccedilos IP aos endereccedilos ATM

Da mesma forma que de endereccedilos IP para endereccedilos MAC 8023

redeATM

EthernetLANs

IP-sobre-ATM

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5 - 100copy 2005 by Pearson Education

Objetivo inicial aumentar a velocidade de encaminhamento IP usando labels de tamanho fixo (em vez de endereccedilo IP) Mesma ideacuteia do meacutetodo de circuito virtual (VC) Mas o datagrama IP ainda manteacutem o endereccedilo IP

Multiprotocol label switching (MPLS)

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5 - 101copy 2005 by Pearson Education

Roteador faz a funccedilatildeo de comutador de roacutetulo Pacotes encaminhados para interface de saiacuteda com base apenas no valor

do roacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP) Tabela de encaminhamento MPLS distinta das tabelas de encaminhamento IP

Protocolo de sinalizaccedilatildeo necessaacuterio para estabelecer o encaminhamento RSVP-TE Encaminhamento eacute possiacutevel por caminhos que o IP sozinho natildeo pode usar (ex roteamento de especificado pela origem) Use MPLS para engenharia de traacutefego

Deve coexistir com roteadores unicamente IP

Roteadores MPLS

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5 - 102copy 2005 by Pearson Education

Tabelas de encaminhamento MPLS

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5 - 103copy 2005 by Pearson Education

Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace Detecccedilatildeo de erros correccedilatildeo Compartilhando um canal broadcast acesso muacuteltiplo Endereccedilamento da camada de enlace

Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de vaacuterias tecnologias da camada de enlace Ethernet LANS comutadas PPP Redes virtualizadas como uma camada de enlace ATM MPLS

Resumo

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Subcamada dependente do meio fiacutesico (PMD) SONETSDH estrutura de transmissatildeo de quadros (como um

container carregando bits) Sincronizaccedilatildeo de bits Particcedilotildees da banda passante (TDM) Vaacuterias velocidades OC1 = 5184 Mbps OC3 = 15552 Mbps OC12 = 62208 Mbps

T1T3 estrutura de transmissatildeo de quadros (velha hierarquia de telefonia 15 Mbps45 Mbps No Brasil usa-se a hierarquia europeacuteia E1E3 2 34 Mbps

Natildeo estruturada apenas ceacutelulas (ocupadasvazias)

Camada fiacutesica ATM

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Apenas IP claacutessico 3 ldquoredesrdquo (ex segmentos de LAN) Endereccedilos MAC (8023) e IP

IP sobre ATM Substitui ldquorederdquo (ex segmento

de LAN) com a rede ATM Endereccedilos ATM endereccedilos IP

redeATM

EthernetLANs

EthernetLANs

IP-sobre-ATM

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5 - 98copy 2005 by Pearson Education

No endereccedilo de origem Camada IP encontra um mapeamento entre o endereccedilo IP e o endereccedilo de destino ATM (usando ARP) Passa o datagrama para a camada de adaptaccedilatildeo AAL5 AAL5 encapsula os dados segmenta em ceacutelulas e passa para a camada ATM

Rede ATM move a ceacutelula para o destino de acordo com o seu VC (circuito virtual)

No hospedeiro de destino AAL5 remonta o datagrama original a partir das ceacutelulas recebidas Se o CRC OK datagrama eacute passado ao IP

Viagem de um datagrama numa rede IP-sobre-ATM

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Questotildees Datagramas IP em ATM AAL5 PDUs Dos endereccedilos IP aos endereccedilos ATM

Da mesma forma que de endereccedilos IP para endereccedilos MAC 8023

redeATM

EthernetLANs

IP-sobre-ATM

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5 - 100copy 2005 by Pearson Education

Objetivo inicial aumentar a velocidade de encaminhamento IP usando labels de tamanho fixo (em vez de endereccedilo IP) Mesma ideacuteia do meacutetodo de circuito virtual (VC) Mas o datagrama IP ainda manteacutem o endereccedilo IP

Multiprotocol label switching (MPLS)

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5 - 101copy 2005 by Pearson Education

Roteador faz a funccedilatildeo de comutador de roacutetulo Pacotes encaminhados para interface de saiacuteda com base apenas no valor

do roacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP) Tabela de encaminhamento MPLS distinta das tabelas de encaminhamento IP

Protocolo de sinalizaccedilatildeo necessaacuterio para estabelecer o encaminhamento RSVP-TE Encaminhamento eacute possiacutevel por caminhos que o IP sozinho natildeo pode usar (ex roteamento de especificado pela origem) Use MPLS para engenharia de traacutefego

Deve coexistir com roteadores unicamente IP

Roteadores MPLS

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Tabelas de encaminhamento MPLS

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Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace Detecccedilatildeo de erros correccedilatildeo Compartilhando um canal broadcast acesso muacuteltiplo Endereccedilamento da camada de enlace

Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de vaacuterias tecnologias da camada de enlace Ethernet LANS comutadas PPP Redes virtualizadas como uma camada de enlace ATM MPLS

Resumo

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Apenas IP claacutessico 3 ldquoredesrdquo (ex segmentos de LAN) Endereccedilos MAC (8023) e IP

IP sobre ATM Substitui ldquorederdquo (ex segmento

de LAN) com a rede ATM Endereccedilos ATM endereccedilos IP

redeATM

EthernetLANs

EthernetLANs

IP-sobre-ATM

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5 - 98copy 2005 by Pearson Education

No endereccedilo de origem Camada IP encontra um mapeamento entre o endereccedilo IP e o endereccedilo de destino ATM (usando ARP) Passa o datagrama para a camada de adaptaccedilatildeo AAL5 AAL5 encapsula os dados segmenta em ceacutelulas e passa para a camada ATM

Rede ATM move a ceacutelula para o destino de acordo com o seu VC (circuito virtual)

No hospedeiro de destino AAL5 remonta o datagrama original a partir das ceacutelulas recebidas Se o CRC OK datagrama eacute passado ao IP

Viagem de um datagrama numa rede IP-sobre-ATM

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5 - 99copy 2005 by Pearson Education

Questotildees Datagramas IP em ATM AAL5 PDUs Dos endereccedilos IP aos endereccedilos ATM

Da mesma forma que de endereccedilos IP para endereccedilos MAC 8023

redeATM

EthernetLANs

IP-sobre-ATM

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Objetivo inicial aumentar a velocidade de encaminhamento IP usando labels de tamanho fixo (em vez de endereccedilo IP) Mesma ideacuteia do meacutetodo de circuito virtual (VC) Mas o datagrama IP ainda manteacutem o endereccedilo IP

Multiprotocol label switching (MPLS)

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5 - 101copy 2005 by Pearson Education

Roteador faz a funccedilatildeo de comutador de roacutetulo Pacotes encaminhados para interface de saiacuteda com base apenas no valor

do roacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP) Tabela de encaminhamento MPLS distinta das tabelas de encaminhamento IP

Protocolo de sinalizaccedilatildeo necessaacuterio para estabelecer o encaminhamento RSVP-TE Encaminhamento eacute possiacutevel por caminhos que o IP sozinho natildeo pode usar (ex roteamento de especificado pela origem) Use MPLS para engenharia de traacutefego

Deve coexistir com roteadores unicamente IP

Roteadores MPLS

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Tabelas de encaminhamento MPLS

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5 - 103copy 2005 by Pearson Education

Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace Detecccedilatildeo de erros correccedilatildeo Compartilhando um canal broadcast acesso muacuteltiplo Endereccedilamento da camada de enlace

Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de vaacuterias tecnologias da camada de enlace Ethernet LANS comutadas PPP Redes virtualizadas como uma camada de enlace ATM MPLS

Resumo

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5 - 98copy 2005 by Pearson Education

No endereccedilo de origem Camada IP encontra um mapeamento entre o endereccedilo IP e o endereccedilo de destino ATM (usando ARP) Passa o datagrama para a camada de adaptaccedilatildeo AAL5 AAL5 encapsula os dados segmenta em ceacutelulas e passa para a camada ATM

Rede ATM move a ceacutelula para o destino de acordo com o seu VC (circuito virtual)

No hospedeiro de destino AAL5 remonta o datagrama original a partir das ceacutelulas recebidas Se o CRC OK datagrama eacute passado ao IP

Viagem de um datagrama numa rede IP-sobre-ATM

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Questotildees Datagramas IP em ATM AAL5 PDUs Dos endereccedilos IP aos endereccedilos ATM

Da mesma forma que de endereccedilos IP para endereccedilos MAC 8023

redeATM

EthernetLANs

IP-sobre-ATM

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Objetivo inicial aumentar a velocidade de encaminhamento IP usando labels de tamanho fixo (em vez de endereccedilo IP) Mesma ideacuteia do meacutetodo de circuito virtual (VC) Mas o datagrama IP ainda manteacutem o endereccedilo IP

Multiprotocol label switching (MPLS)

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5 - 101copy 2005 by Pearson Education

Roteador faz a funccedilatildeo de comutador de roacutetulo Pacotes encaminhados para interface de saiacuteda com base apenas no valor

do roacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP) Tabela de encaminhamento MPLS distinta das tabelas de encaminhamento IP

Protocolo de sinalizaccedilatildeo necessaacuterio para estabelecer o encaminhamento RSVP-TE Encaminhamento eacute possiacutevel por caminhos que o IP sozinho natildeo pode usar (ex roteamento de especificado pela origem) Use MPLS para engenharia de traacutefego

Deve coexistir com roteadores unicamente IP

Roteadores MPLS

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5 - 102copy 2005 by Pearson Education

Tabelas de encaminhamento MPLS

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Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace Detecccedilatildeo de erros correccedilatildeo Compartilhando um canal broadcast acesso muacuteltiplo Endereccedilamento da camada de enlace

Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de vaacuterias tecnologias da camada de enlace Ethernet LANS comutadas PPP Redes virtualizadas como uma camada de enlace ATM MPLS

Resumo

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Questotildees Datagramas IP em ATM AAL5 PDUs Dos endereccedilos IP aos endereccedilos ATM

Da mesma forma que de endereccedilos IP para endereccedilos MAC 8023

redeATM

EthernetLANs

IP-sobre-ATM

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5 - 100copy 2005 by Pearson Education

Objetivo inicial aumentar a velocidade de encaminhamento IP usando labels de tamanho fixo (em vez de endereccedilo IP) Mesma ideacuteia do meacutetodo de circuito virtual (VC) Mas o datagrama IP ainda manteacutem o endereccedilo IP

Multiprotocol label switching (MPLS)

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5 - 101copy 2005 by Pearson Education

Roteador faz a funccedilatildeo de comutador de roacutetulo Pacotes encaminhados para interface de saiacuteda com base apenas no valor

do roacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP) Tabela de encaminhamento MPLS distinta das tabelas de encaminhamento IP

Protocolo de sinalizaccedilatildeo necessaacuterio para estabelecer o encaminhamento RSVP-TE Encaminhamento eacute possiacutevel por caminhos que o IP sozinho natildeo pode usar (ex roteamento de especificado pela origem) Use MPLS para engenharia de traacutefego

Deve coexistir com roteadores unicamente IP

Roteadores MPLS

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Tabelas de encaminhamento MPLS

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Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace Detecccedilatildeo de erros correccedilatildeo Compartilhando um canal broadcast acesso muacuteltiplo Endereccedilamento da camada de enlace

Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de vaacuterias tecnologias da camada de enlace Ethernet LANS comutadas PPP Redes virtualizadas como uma camada de enlace ATM MPLS

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Objetivo inicial aumentar a velocidade de encaminhamento IP usando labels de tamanho fixo (em vez de endereccedilo IP) Mesma ideacuteia do meacutetodo de circuito virtual (VC) Mas o datagrama IP ainda manteacutem o endereccedilo IP

Multiprotocol label switching (MPLS)

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5 - 101copy 2005 by Pearson Education

Roteador faz a funccedilatildeo de comutador de roacutetulo Pacotes encaminhados para interface de saiacuteda com base apenas no valor

do roacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP) Tabela de encaminhamento MPLS distinta das tabelas de encaminhamento IP

Protocolo de sinalizaccedilatildeo necessaacuterio para estabelecer o encaminhamento RSVP-TE Encaminhamento eacute possiacutevel por caminhos que o IP sozinho natildeo pode usar (ex roteamento de especificado pela origem) Use MPLS para engenharia de traacutefego

Deve coexistir com roteadores unicamente IP

Roteadores MPLS

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Tabelas de encaminhamento MPLS

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Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace Detecccedilatildeo de erros correccedilatildeo Compartilhando um canal broadcast acesso muacuteltiplo Endereccedilamento da camada de enlace

Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de vaacuterias tecnologias da camada de enlace Ethernet LANS comutadas PPP Redes virtualizadas como uma camada de enlace ATM MPLS

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Roteador faz a funccedilatildeo de comutador de roacutetulo Pacotes encaminhados para interface de saiacuteda com base apenas no valor

do roacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP) Tabela de encaminhamento MPLS distinta das tabelas de encaminhamento IP

Protocolo de sinalizaccedilatildeo necessaacuterio para estabelecer o encaminhamento RSVP-TE Encaminhamento eacute possiacutevel por caminhos que o IP sozinho natildeo pode usar (ex roteamento de especificado pela origem) Use MPLS para engenharia de traacutefego

Deve coexistir com roteadores unicamente IP

Roteadores MPLS

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Tabelas de encaminhamento MPLS

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Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace Detecccedilatildeo de erros correccedilatildeo Compartilhando um canal broadcast acesso muacuteltiplo Endereccedilamento da camada de enlace

Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de vaacuterias tecnologias da camada de enlace Ethernet LANS comutadas PPP Redes virtualizadas como uma camada de enlace ATM MPLS

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Tabelas de encaminhamento MPLS

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Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace Detecccedilatildeo de erros correccedilatildeo Compartilhando um canal broadcast acesso muacuteltiplo Endereccedilamento da camada de enlace

Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de vaacuterias tecnologias da camada de enlace Ethernet LANS comutadas PPP Redes virtualizadas como uma camada de enlace ATM MPLS

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Princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da camada de enlace Detecccedilatildeo de erros correccedilatildeo Compartilhando um canal broadcast acesso muacuteltiplo Endereccedilamento da camada de enlace

Instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de vaacuterias tecnologias da camada de enlace Ethernet LANS comutadas PPP Redes virtualizadas como uma camada de enlace ATM MPLS

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