UNIP Transmissão de Dados – Camada de Enlace de Dados Transmissão de Dados Modelo de Referência TCP/IP Camada de Enlace de Dados

UNIP Transmissão de Dados – Camada de Enlace de Dados

Transmissão de DadosTransmissão de Dados

Modelo de Referência TCP/IPModelo de Referência TCP/IP

Camada de Enlace de DadosCamada de Enlace de Dados


Camada de Aplicação

Camada de Transporte

Camada de Rede

Camada de Enlace de Dados

Camada de Física

Modelo de Referência TCP/IP


Definição de Quadro

Cabeçalho: Endereço de destino, endereço de origem, contagem de hops, tamanho do quadro, etc.

Dados do usuário: Parte útil do quadro, onde os dados são transportados

Fim: Marca de fim, soma de verificação.

Cabeçalho Dados do usuário Fim (“trailer”)


Funções Principais

1. Proporcionar uma interface de serviços bem definidos para a camada de Rede.

2. Determinar como os bits da camada Física são agrupados em quadros (enquadramento).

3. Lidar com os erros de transmissão.

4. Regular o fluxo de quadros para que transmissores rápidos não “afoguem” receptores lentos.


2. Enquadramento

2.1. Método da contagem de caracteres.

2.2. Método dos caracteres de início e fim, com preenchimento de caracteres.

2.3. Método dos caracteres de início e fim, com preenchimento de bits.


Utiliza um campo no cabeçalho (contador) para especificar o número de caracteres no quadro. Com esta informação, o receptor “sabe” onde está o final do quadro.

2.1. Método da contagem de caracteres



Bits a transmitir: 1o quadro: 1, 2, 3, 42o quadro: 5, 6, 7, 83o quadro: 10 e 11

Exemplo

Transmissor Receptor

51234567891011 3

Contador



Problema:

Se o contador for alterado por um erro de transmissão:

• Perde-se o sincronismo de final de quadro e início do seguinte.

• Não há como localizar o quadro danificado para solicitar uma retransmissão.


2.2. Método dos caracteres de início e fim, com preenchimento de caracteres

A) Resolve o problema de ressincronizar quadros depois de um erro.

B) Utilizando o conjunto de caracteres ASCII como padrão.

C) Cada quadro começa e termina com um padrão especial de caracteres:

C.1) Inicia com DLESTX

C.2) Termina com DLEETX



DLE - Data Link Escape

STX - Start of Text

ETX - End of Text

D) Se o destino perder o controle dos limites dos quadros é só procurar pelos caracteres DLESTX e DLEETX para ressincronizar.



ExemploBits a transmitir: A, B


XTEELDBAXTSELD

Marca de término

Marca de início



Problema:

Os caracteres DLESTX e DLEETX podem repetir-se na forma de dados, confundindo o controle de quadros.

Solução:

A camada de Enlace de Dados do transmissor insere um caracter DLE antes de cada DLE “acidental” nos dados, e a camada de Enlace de Dados do receptor retira-o.



ExemploBits a transmitir: A, D, L, E, S, T, X, B


XTEELDBXTSELDELDAXTSELD

Marca de término

Marca de início

DLE inserido



Restrição:

Este método está fortemente ligado ao conjunto de caracteres adotado (ASCII no exemplo). Ele não é universal, não funciona com outros conjuntos de caracteres.


A) Permite que os quadros tenham um número aleatório de bits.

B) Não depende do conjunto de caracteres em utilização.

C) Cada quadro começa e termina com um padrão especial de bits:

01111110

2.3. Método dos caracteres de início e fim, com preenchimento de bits

6 uns


D) Sempre que a camada de Enlace de Dados do transmissor encontra 5 uns consecutivos nos dados, ela insere um bit 0 (zero) (bit de enchimento) imediatamente depois.

E) Quando a camada de Enlace de Dados do receptor encontra um 0 (zero) após 5 uns consecutivos, ela descarta-o.



Exemplo


Bits a transmitir: 011011111111111111110010

16 unsTransmissor Receptor

01111110


Exemplo




01001011111011111011111011001111110

Bits de enchimento


Exemplo




0111111001001011111011111011111011001111110

Bits de enchimento


3. Lidar com erros de transmissão



Como ter certeza de que todos os quadros enviados são recebidos corretamente?

A única solução é o receptor informar ao transmissor o que ocorre com cada quadro.


3. Lidar com erros de transmissãoTr

ansm

isso

r

Rec

epto

r

Envia quadro 1

Envia confirmação positiva do quadro 1

Envia quadro 2

Envia confirmação negativa do quadro 2

Retransmite o quadro 2


Perda do quadro


3. Lidar com erros de transmissãoTr

ansm

isso

r

Rec

epto

r



Time out do quadro 2


Descarte do quadro 2




Estratégias para lidar com erros


• Incluir muita informação redundante em cada quadro enviado para possibilitar, ao receptor, perceber e corrigir o problema.

• Incluir redundância suficiente para permitir ao receptor perceber que houve um erro e solicitar uma retransmissão ao transmissor.

• A utilização de algoritmos de detecção / correção de erros gera menos carga (tráfego) na rede.


Conclusões


• É necessária a utilização de cronômetros temporizadores (“timers”) no transmissor.

• Cada quadro enviado dispara o cronômetro.

• O tempo máximo de espera antes da retransmissão de um quadro é parametrizado.

• A camada de Enlace de Dados no receptor deve descartar quadros duplicados, se houver.


Situação:

Um transmissor rápido, ou pouco carregado, enviando quadros para um receptor lento (ou sobrecarregado com outras recepções).

4. Regular o fluxo de dados

Problema:

O receptor pode perder quadros.

Solução:

Adotar um controle de fluxo para regular a velocidade de transmissão do transmissor.


4. Regular o fluxo de dadosTr

ansm

isso

r

Rec

epto

r

Envia quadro 1


Envia quadro 2


Envia quadro de controle de fluxo

Envia quadro 3

Veloc. A

Veloc. BEnvia confirmação positiva do quadro 3


Protocolos de Enlace de Dados

• Que as camadas Física, de Enlace de Dados e de Rede são processos independentes.

• Que o Host A deseja enviar dados para o Host B usando um serviço confiável baseado em conexões.

• Que o Host A já tem todos os dados a serem transmitidos e não precisa esperar que eles sejam gerados.

Pressupostos simplificadores adotados



• Protocolo simplex (modelo)

• Protocolo simplex “stop-and-wait”

• Protocolo simplex para um canal ruidoso

O autor (Tanenbaum) propõe três protocolos que tratam progressivamente os problemas dessa camada:



• Os dados são transmitidos em apenas um sentido.

• As camadas de Rede (do transmissor e do receptor) estão sempre prontas.

• Não há danos aos quadros.

• O receptor pode absorver todos os quadros enviados.

Protocolo Simplex:



• O tempo de processamento pode ser ignorado.

• Há dois eventos: “Espera” e “Chegou quadro”.

Protocolo Simplex:



• O receptor não pode absorver todos os quadros enviados.

• Há dois eventos no transmissor: “Envia quadro” e “Espera”.

• Há três eventos no receptor: “Recebe quadro”, “Processa quadro” e “Pede quadro”.

Protocolo Simplex “stop-and-wait”:



Protocolo Simplex “stop-and-wait”:

Tran

smis

sor

Rec

epto

r

Envia quadro 2

Envia autorização para o quadro 2

Envia quadro 1

Envia autorização para o quadro 3

Eventos:

• Envia quadro

• Espera

Eventos:

• Recebe quadro

• Processa quadro

• Pede quadro



• Há danos aos quadros.

• Há dois eventos no transmissor: “Pára e espera” e “Quadro a enviar”.

• Há três eventos no receptor: “Espera”, “Recebe quadro” e “Aguarda quadro”.

Protocolo Simplex para um canal ruidoso:


Tran

smis

sor

Rec

epto

r

Envia quadro 1


Envia quadro 2

Envia confirmação negativa do quadro 2



Perda do quadro




Tran

smis

sor

Rec

epto

r



Time out do quadro 2


Descarte do quadro 2



Eventos:

• Pára e espera

• Quadro a enviar

Eventos:• Espera• Recebe quadro• Aguarda quadro


Protocolos de Janelas Deslizantes

O protocolo de janela deslizante é um dos protocolos mais divulgados do nível de dados.

O protocolo permite acompanhar quadros enviados e as respectivas confirmações. Os dados são transmitidos por um canal não confiável do nível físico ligando ponto a ponto. Com este protocolo, o nível de dados torna-se confiável para a rede.

O protocolo de janela deslizante apresenta maior desempenho do que o protocolo simples de entrega.

Objetivo



No protocolo simples, após enviar um quadro, o processo fica bloqueado à espera da confirmação da entrega: se a confirmação não chegar a tempo, o quadro é reenviado.

No protocolo de janela deslizante, os processos de dados possuem uma memória tampão (``buffer'') de dimensão 2n. Cada processo mantém dois índices SentN e AckN que, respectivamente, determinam o numero do próximo quadro a enviar e o último quadro transmitido com sucesso. De início, SentN=1,AckN=0.

Quando um quadro é enviado, o transmissor dispara um temporizador. O protocolo é executado de acordo com os lados do canal:

Características


Protocolos de Janelas DeslizantesNo transmissor

• Pedido de envio de novo quadro: se a distância entre SentN e AckN for menor que a dimensão da memória tampão, o transmissor lê o pedido e:

Chama a primitiva do nível físico para enviar o quadro. Incrementa SentN. Se SentN=AckN, dispara o temporizador.

• Recepção de confirmação de entrega: o número enviado não é cumulativo (i.e., reconhece um a um). Avança AckN.

• Erro na recepção de um quadro: o transmissor volta a enviar o quadro errado, cujo numero é indicado pelo receptor.

• Fim de temporização: Chama a primitiva do nível físico para envio de todos os quadros,

desde o mais antigo não confirmado até o último enviado, Reinicia o temporizador.


Protocolos de Janelas DeslizantesNo receptor

• Chegada de um quadro errado: envia pedido de reenvio do quadro.

• Chegada de um quadro correto: Se o quadro recebido for diferente do AckN (por

exemplo, porque um se perdeu ou porque houve atrasos), pára e espera. Se o quadro recebido completar uma seqüência

de entregas com sucesso desde AckN até número superior, entrega todos os dados, envia confirmação da seqüência e incrementa AckN para valor recebido.



• A transmissão dos dados ocorre no modo “Full Duplex”.

• Os quadros de dados e de confirmações trafegam nos dois sentidos.

• A identificação se o quadro é de dados ou de confirmação fica no cabeçalho do quadro.

• Para se aumentar a performance da rede é possível retardar o envio da confirmação para acoplar um quadro de confirmação a outro de dados:

Características



Características

Hos

t A

Hos

t BQuadro A2 + Confirmação B1

Confirmação A2 + Quadro B2

Quadro A1

Confirmação A1 + Quadro B1



Quadro de confirmação acoplado ao de dados

Cabeçalho Confirmação Dados Fim (“trailer”)

Problema:Se o tempo de retardo > tempo do temporizador do transmissor, o quadro será retransmitido aumentando, desnecessariamente, o tráfego na rede.

Solução:Se tempo de retardo <= X mseg, há o acoplamento.Se tempo de retardo > X mseg, não há o acoplamento e é enviado um quadro de confirmação independente do quadro de dados.



• Cada quadro transmitido tem um número de seqüência.

• O transmissor tem uma lista dos quadros a enviar.

• O receptor tem uma lista dos quadros que pode receber.

• O transmissor mantém uma janela de transmissão e o receptor uma janela de recepção (não precisam ter o mesmo tamanho).

Características



• A janela de transmissão contém quadros enviados mas não confirmados.

• A janela de recepção contém quadros já recebidos e em processamento.

• Procedimento:

Características



• Procedimento: Transmitir um número finito de quadros antes de

parar e esperar pela confirmação. O transmissor possui uma janela de tamanho

variável contendo todos os quadros que pode transmitir. Cada quadro recebe uma numeração seqüencial.

Características



Uma janela deslizante de tamanho 1, com um número de seqüência de 3 bits.(a) Inicialmente.(b) Depois que o primeiro quadro é enviado.(c) Depois que o primeiro quadro é recebido.(d) Depois que a primeira confirmação é recebida.

Transmissor

Receptor


A camada de Enlace de Dados na Internet

A comunicação ponto a ponto é utilizada, principalmente, em duas situações:

• Nas sub-redes de comunicação, compostas por roteadores e linhas privadas, de muitas organizações.

• Na comunicação usuário x provedor de acesso.



As funções da camada de Enlace de Dados para conexões ponto a ponto na Internet exigem protocolos específicos como, por exemplo:

SLIP – Serial Line IP

Trata da conexão de PCs à Internet.

PPP – Point to Point Protocol

É uma evolução do SLIP e tornou-se o padrão da Internet.



O PPP possui três recursos:

• Um método de enquadramento

• Um protocolo para ativar linhas, testá-las, transmitir e desativá-las.

• Um protocolo de comunicação com a Camada de Rede: NCP (Network Control Protocol).

PPP – Point to Point Protocol



Um computador pessoal doméstico que atua como um Um computador pessoal doméstico que atua como um hosthost da Internet (protocolo PPP): da Internet (protocolo PPP):



Formato do quadro PPP



Diagrama simplificado de fases para ativar e desativar uma linha:

NCP – Network Control Protocol


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