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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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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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
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A camada de enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de muacuteltiplo acesso
54 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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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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5 - 15copy 2005 by Pearson Education
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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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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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
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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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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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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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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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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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5 - 4copy 2005 by Pearson Education
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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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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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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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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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
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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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5 - 10copy 2005 by Pearson Education
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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5 - 16copy 2005 by Pearson Education
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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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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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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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
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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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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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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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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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5 - 51copy 2005 by Pearson Education
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
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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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5 - 12copy 2005 by Pearson Education
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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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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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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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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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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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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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
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A camada de enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de muacuteltiplo acesso
54 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
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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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5 - 15copy 2005 by Pearson Education
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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5 - 28copy 2005 by Pearson Education
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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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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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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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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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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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
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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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5 - 46copy 2005 by Pearson Education
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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5 - 47copy 2005 by Pearson Education
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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A camada de enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de muacuteltiplo acesso
54 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
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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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5 - 28copy 2005 by Pearson Education
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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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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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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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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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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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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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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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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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
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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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5 - 15copy 2005 by Pearson Education
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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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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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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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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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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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
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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
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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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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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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
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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
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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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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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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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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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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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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
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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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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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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
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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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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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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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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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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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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
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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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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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A camada de enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de muacuteltiplo acesso
54 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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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)
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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
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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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5 - 40copy 2005 by Pearson Education
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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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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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
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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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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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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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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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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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5 - 23copy 2005 by Pearson Education
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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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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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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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
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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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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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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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5 - 38copy 2005 by Pearson Education
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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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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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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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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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
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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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5 - 32copy 2005 by Pearson Education
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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5 - 33copy 2005 by Pearson Education
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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5 - 34copy 2005 by Pearson Education
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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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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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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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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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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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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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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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
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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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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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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
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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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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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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
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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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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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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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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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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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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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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
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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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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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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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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
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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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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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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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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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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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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
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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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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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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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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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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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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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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
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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
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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
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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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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
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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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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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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
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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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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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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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5 - 47copy 2005 by Pearson Education
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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5 - 49copy 2005 by Pearson Education
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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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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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
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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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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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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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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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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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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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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
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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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5 - 46copy 2005 by Pearson Education
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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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5 - 46copy 2005 by Pearson Education
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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5 - 49copy 2005 by Pearson Education
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
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
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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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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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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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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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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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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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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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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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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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5 - 46copy 2005 by Pearson Education
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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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)
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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
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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
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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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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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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5 - 46copy 2005 by Pearson Education
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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5 - 47copy 2005 by Pearson Education
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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5 - 49copy 2005 by Pearson Education
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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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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A camada de enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de muacuteltiplo acesso
54 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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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)
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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
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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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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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
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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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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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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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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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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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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)
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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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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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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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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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5 - 46copy 2005 by Pearson Education
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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5 - 47copy 2005 by Pearson Education
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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5 - 49copy 2005 by Pearson Education
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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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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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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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
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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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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
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
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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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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
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
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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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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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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5 - 46copy 2005 by Pearson Education
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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5 - 47copy 2005 by Pearson Education
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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5 - 49copy 2005 by Pearson Education
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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5 - 51copy 2005 by Pearson Education
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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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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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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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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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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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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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
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
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A camada de enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de muacuteltiplo acesso
54 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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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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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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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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5 - 47copy 2005 by Pearson Education
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
5
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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5 - 49copy 2005 by Pearson Education
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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5 - 51copy 2005 by Pearson Education
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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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
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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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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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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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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
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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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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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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
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A camada de enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de muacuteltiplo acesso
54 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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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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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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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
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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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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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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5 - 49copy 2005 by Pearson Education
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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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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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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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
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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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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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)
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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
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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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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
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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
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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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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
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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
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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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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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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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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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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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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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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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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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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
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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)
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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
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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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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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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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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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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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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
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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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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
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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
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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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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
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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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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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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
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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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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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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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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
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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
5
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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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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
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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
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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)
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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
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
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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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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
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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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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
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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
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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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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
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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
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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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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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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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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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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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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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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
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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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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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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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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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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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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
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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
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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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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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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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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
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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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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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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)
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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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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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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
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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
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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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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
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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
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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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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
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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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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
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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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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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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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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
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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
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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)
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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
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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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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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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
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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
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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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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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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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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
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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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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
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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
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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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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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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
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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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A camada de enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de muacuteltiplo acesso
54 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
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
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
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
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
5
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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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)
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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
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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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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
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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
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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
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
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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
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
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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
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
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
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
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
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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
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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
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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
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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
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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
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
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
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
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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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
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A camada de enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de muacuteltiplo acesso
54 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
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
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
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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
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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
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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)
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
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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
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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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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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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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
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
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
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
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
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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
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
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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
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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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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
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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
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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
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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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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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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
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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
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
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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
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
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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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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
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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
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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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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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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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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
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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
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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
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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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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
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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
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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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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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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
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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
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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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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
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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
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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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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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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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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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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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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
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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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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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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
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
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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)
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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
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
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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]
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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
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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
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
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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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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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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
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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
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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
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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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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
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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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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
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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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
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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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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
5
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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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
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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
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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
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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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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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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
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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
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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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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
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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
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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
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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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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
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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
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
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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
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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
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
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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
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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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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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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
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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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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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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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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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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
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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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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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A camada de enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de muacuteltiplo acesso
54 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
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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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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
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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
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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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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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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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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
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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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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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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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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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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
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
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
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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
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
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)
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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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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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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
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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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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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
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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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A camada de enlace
51 Introduccedilatildeo e serviccedilos
52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros
53 Protocolos de muacuteltiplo acesso
54 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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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
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
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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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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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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)
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
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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 - 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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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
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
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
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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
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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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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
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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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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
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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
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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)
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
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
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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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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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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
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
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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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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
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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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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
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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
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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
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
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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
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
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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
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
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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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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
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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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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
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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
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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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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
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 - 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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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
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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
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
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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)
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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
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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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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
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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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 - 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
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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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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
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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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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
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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
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
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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
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)
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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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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
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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
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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
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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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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
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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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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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
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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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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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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
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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
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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)
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
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
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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
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
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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
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
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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
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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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)
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
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
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
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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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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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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
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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
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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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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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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
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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
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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
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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
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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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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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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
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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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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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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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