Camadas de Enlace e F

1
Camadas de Enlace e Física

• transparências baseadas no livroComputer
  Networking A Top-Down Approach Featuring the
  InternetJames Kurose e Keith Ross
• http//occawlonline.pearsoned.com/bookbind/pubbook
  s/kurose-ross1/

2
Capítulo 5 Camada de Enlace e Física

• Nossos objetivos
• entender os princípios por trás dos serviços da
  camada de enlace
• detecção de erros, correção
• compartilhando um canal broadcast acesso
  múltiplo
• endereçamento da camada de enlace
• transferência de dados confiável, controle de
  fluxo já visto!
• instanciação e implementação de várias
  tecnologias da camada de enlace

• Visão Geral
• serviços da camada de enlace
• detecção de erros, correção
• protocolos de acesso múltiplo e LANs
• endereçamento da camada de enlace, ARP
• tecnologias específicas da camada de enlace
• Ethernet
• hubs, pontes, switches
• PPP

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Camada de enlace definindo o contexto
fluxo real de PDUs
Roteador R1
protocolo de enlace
Roteador R2
Roteador R3
Roteador R3
Roteador R4
4
Camada de enlace definindo o contexto

• dois elementos físicos fisicamente conectados
• host-roteador, roteador-roteador, host-host
• unidade de dados quadro (frame)

rede enlace física
protocolo de enlace
M
quadro
enlace físico
placa adaptadora
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Serviços da Camada de Enlace

• Enquadramento, acesso ao enlace
• encapsula datagramas em quadros, acrescentando
  cabeçalhos e trailer
• implementa acesso ao canal se o meio é
  compartilhado
• endereços físicos usados nos cabeçalhos dos
  quadros para identificar a fonte e o destino dos
  quadros
• diferente do endereço IP !
• Entrega confiável entre dois equipamentos
  fisicamente conectados
• já aprendemos como isto deve ser feito (Cam.
  Transp.)!
• raramente usado em enlaces com baixa taxa de erro
  (fibra, alguns tipos de par trançado)
• enlaces sem-fio (wireless) altas taxas de erro
• Q porque prover confiabilidade fim-a-fim e na
  camada de enlace?

6
Serviços da Camada de Enlace (cont.)

• Controle de Fluxo
• limitação da transmissão entre transmissor e
  receptor
• Detecção de Erros
• erros causados pela atenuação do sinal e por
  ruídos.
• o receptor detecta a presença de erros
• avisa o transmissor para reenviar o quadro
  perdido
• Correção de Erros
• o receptor identifica e corrige o bit com
  erro(s) sem recorrer à retransmissão

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Implementação Camada de Enlace

• implementado no adaptador
• ex., placa PCMCIA, placa Ethernet
• tipicamente inclui RAM, chips DSP, interface com
  barramento do host, e interface do enlace

rede enlace física
protocolo de enlace
M
quadro
enlace físico
placa adaptadora
8
Detecção de Erros

• EDC Bits de Detecção e Correção de Erros
  (redundancia)
• D Dados protegidos pela verificação de
  erros, pode incluir os campos de cabeçalho
• A detecção de erros não é 100 confiável!
• protocolos podem deixar passar alguns erros, mas
  é raro
• Quanto maior o campo EDC melhor é a capacidade
  de detecção e correção de erros

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Verificação de Paridade
Paridade Bi-dimensional Detecta e corrige erros
de um único bit
Paridade com Bit único Detecta erro de um único
bit
bit de paridade
erro de paridade
0
0
erro de paridade
sem erros
erro de 1 bit corrigível
FEC Forward Error Correction
10
Checksum da Internet

• Objetivo detectar erros (ex. bits trocados)
  num segmento transmitido (nota usado na camada
  de transporte e no cabeçalho da camada de redes)
• Já visto

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Verificação de Redundância Cíclica

• encara os bits de dados, D, como um número
  binário
• escolhe um padrão gerador de r1 bits, G
• objetivo escolhe r CRC bits, R, tal que
• ltD,Rgt é divisível de forma exata por G (módulo
  2)
• receptor conhece G, divide ltD,Rgt por G. Se o
  resto é diferente de zero erro detectado!
• pode detectar todos os erros em seqüência (burst
  errors) com comprimento menor que r1 bits
• largamente usado na prática (ATM, HDCL)

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Exemplo de CRC
Cálculo do código do checksum polinomial G 1 0
0 1 1x4 x1
Aritmética polinomial ignora vai-um
(carries/borrows) da adição e subtração.Operaçõe
s são idênticas ao Ou Exclusivo 10011011
11110000 11001010 - 10100110
------------ ------------ 01010001
01010110
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Enlaces de Acesso Múltiplo e Protocolos

• Três tipos de enlaces
• ponto-a-ponto (fio único, ex. PPP, SLIP)
• difusão (broadcast fio ou meio
  compartilhadoex, Ethernet, Wavelan)
• comutado (ex., switched Ethernet, ATM)

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Protocolos de Acesso Múltiplo

• canal de comunicação único e compartilhado
• duas ou mais transmissões pelos nós
  interferência
• apenas um nó pode transmitir com sucesso num dado
  instante de tempo
• protocolo de múltiplo acesso
• algoritmo distribuído que determina como as
  estações compartilham o canal, isto é, determinam
  quando cada estação pode transmitir
• comunicação sobre o compartilhamento do canal
  deve utilizar o própro canal!

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Protocolos MAC uma taxonomia

• Três grandes classes
• Particionamento de canal
• dividem o canal em pedaços menores
  (compartimentos de tempo, freqüência)
• aloca um pedaço para uso exclusivo de cada nó
• Acesso Aleatório
• permite colisões
• recuperação das colisões
• Passagem de Permissão
• compartilhamento estritamente coordenado para
  evitar colisões

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Protocolos MAC com Particionamento de Canal TDMA

• TDMA acesso múltiplo por divisão temporal
• acesso ao canal é feito por turnos"
• cada estação controla um compartimento (slot)
  de tamanho fixo (tamanho tempo de transmissão
  de pacote) em cada turno
• compartimentos não usados são disperdiçados
• exemplo rede local com 6 estações 1,3,4 têm
  pacotes, compartimentos 2,5,6 ficam vazios
• TDM (Time Division Multiplexing) channel divided
  into N time slots, one per user inefficient with
  low duty cycle users and at light load.
• FDM (Frequency Division Multiplexing) frequency
  subdivided.

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Protocolos MAC com Particionamento de Canal FDMA

• FDMA acesso múltiplo por divisão de freqüência
• o espectro do canal é dividido em bandas de
  freqüência
• cada estação recebe uma banda de freqüência
• tempo de transmissão não usado nas bandas de
  freqüência é desperdiçado
• exemplo rede local com 6 estações 1,3,4 têm
  pacotes, as bandas de freqüência 2,5,6 ficam
  vazias

tempo
bandas de freqüência
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Protocolos de Acesso Aleatório

• Quando o nó tem um pacote a enviar
• transmite com toda a taxa do canal R.
• não há uma regra de coordenação a priori entre
  os nós
• dois ou mais nós transmitindo -gt colisão,
• Protocolo MAC de acesso aleatório especifica
• como detectar colisões
• como as estações se recuperam das colisões (ex.,
  via retransmissões atrasadas)
• Exemplos de protocolos MAC de acesso aleatório
• slotted ALOHA
• ALOHA
• CSMA e CSMA/CD

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Slotted Aloha

• tempo é dividido em compartimentos de tamanho
  igual ( tempo de transmissão de um pacote)
• nó com pacote pronto transmite no início do
  próximo compartimento
• se houver colisão retransmite o pacote nos
  futuros compartimentos com probabilidade p, até
  que consiga enviar.

Compartimentos Sucesso (S), Colisão (C), Vazio
(E)
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Eficiência do Slotted Aloha

• P qual a máxima fração de compartimentos com
  sucesso?
• R Suponha que N estações têm pacotes para
  enviar
• cada uma transmite num compartimento com
  probabilidade p
• prob. sucesso de transmissão, S, é
• por um único nó S p (1-p)(N-1)

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ALOHA Puro (unslotted)

• unslotted Aloha operação mais simples, não há
  sincronização
• pacote necessita transmissão
• enviar sem esperar pelo início de um
  compartimento
• a probabilidade de colisão aumenta
• pacote enviado em t0 colide com outros pacotes
  enviados em t0-1, t01

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Aloha Puro (cont.)
S vazão goodput (taxa de sucesso)
23
CSMA Carrier Sense Multiple Access

• CSMA escuta antes de transmitir
• Se o canal parece vazio transmite o pacote
• Se o canal está ocupado, adia a transmissão
• CSMA Persistente tenta outra vez imediatamente
  com probabilidade p quando o canal se torna livre
  (pode provocar instabilidade) (versão com slot
  qdo p ltgt 1)
• CSMA Não-persistente tenta novamente após um
  intervalo aleatório
• analogia humana não interrompa os outros!

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Colisões no CSMA
colisões podem ocorrer o atraso de propagação
implica que dois nós podem não ouvir as
transmissões de cada outro
colisão todo o tempo de transmissão do pacote é
desperdiçado
nota papel da distância e do atraso de
propagação na determinação da probabilidade de
colisão.
25
CSMA/CD (Detecção de Colisão)

• CSMA/CD detecção de portadora, diferimento como
  no CSMA
• colisões detectadas num tempo mais curto
• transmissões com colisões são interrompidas,
  reduzindo o desperdício do canal
• retransmissões persistentes ou não-persistentes
• detecção de colisão
• fácil em LANs cabeadas medição da intensidade do
  sinal, comparação dos sinais transmitidos e
  recebidos
• difícil em LANs sem fio receptor desligado
  enquanto transmitindo
• analogia humana o bom-de-papo educado

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Protocolos MAC com Passagem de Permissão

• Protocolos MAC com particionamento de canais
• compartilham o canal eficientemente quando a
  carga é alta e bem distribuída
• ineficiente nas cargas baixas atraso no acesso
  ao canal. A estação consegue uma banda de 1/N da
  capacidade do canal, mesmo que haja apenas 1 nó
  ativo!
• Protocolos MAC de acesso aleatório
• eficiente nas cargas baixas um único nó pode
  usar todo o canal
• cargas altas excesso de colisões
• Protocolos de passagem de permissão
• buscam o melhor dos dois mundos!
• ? Determinismo

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Protocolos MAC com Passagem de Permissão

• Polling
• nó mestre convida os escravos a transmitirem um
  de cada vez
• Mensagens Request to Send e Clear to Send
• problemas
• polling overhead
• latência
• ponto único de falha (mestre)

• Token passing
• controla um token passado de um nó a outro
  sequencialmente.
• mensagem token
• problemas
• token overhead
• latência
• ponto único de falha (token)

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Endereços de LAN e ARP

• Endereços IP de 32-bit
• endereços da camada de rede
• usados para levar o datagrama até a rede de
  destino (lembre da definição de rede IP)
• Endereço de LAN (ou MAC ou físico)
• usado para levar o datagrama de uma interface
  física a outra fisicamente conectada com a
  primeira (isto é, na mesma rede)
• Endereços MAC com 48 bits (na maioria das LANs)
  gravado na memória fixa (ROM) do adaptador de
  rede

29
Endereços de LAN e ARP
Cada adaptador numa LAN tem um único endereço de
LAN
30
Endereços de LAN (mais)

• A alocação de endereços MAC é administrada pelo
  IEEE
• O fabricante compra porções do espaço de endereço
  MAC (para assegurar a unicidade)
• Analogia
• (a) endereço MAC semelhante ao número
  do CPF
• (b) endereço IP semelhante a um
  endereço postal
• endereçamento MAC é flat gt portabilidade
• é possível mover uma placa de LAN de uma rede
  para outra sem reconfiguração de endereço MAC
• endereçamento IP hierárquico gt NÃO portável
• depende da rede na qual se está ligado

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Lembre a discussão anterior sobre roteamento

• Começando em A, dado que o datagrama está
  endereçado para B (endereço IP)
• procure rede.endereço de B, encontre B em alguma
  rede, no caso igual à rede de A
• camada de enlace envia datagrama para B dentro de
  um quadro da camada de enlace

endereço de origem e destino do quadro
endereço de origem e destino do pacote
end. IP de A
endereço MAC de B
end. MAC de A
end. IP de B
dados IP
datagrama
quadro
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ARP Address Resolution Protocol(Protocolo de
Resolução de Endereços)

• Cada nó IP (Host, Roteador) numa LAN tem um
  módulo e uma tabela ARP
• Tabela ARP mapeamento de endereços IP/MAC para
  alguns nós da LAN
• lt endereço IP endereço MAC TTLgt
• lt .. gt
• TTL (Time To Live) tempo depois do qual o
  mapeamento de endereços será esquecido
  (tipicamente 20 min)

33
Protocolo ARP

• A conhece o endereço IP de B, quer aprender o
  endereço físico de B
• A envia em broadcast um pacote ARP de consulta
  contendo o endereço IP de B
• todas as máquinas na LAN recebem a consulta ARP
• B recebe o pacote ARP, responde a A com o seu (de
  B) endereço de camada física
• A armazena os pares de endereço IP-físico até que
  a informação se torne obsoleta (esgota a
  temporização)
• soft state informação que desaparece com o tempo
  se não for re-atualizada

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A Camada Física (Physical Layer)

• Transmissão de dados
• Unidirecional (Simplex)
• - Bidirecional (Duplex)
• Alternada (Half-duplex)
• Simultânea (Full-duplex)

• Analógico comportamento contínuo no tempo.
• Digital comportamento discreto no tempo.

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Comunicação Analógica X Digital

• Transmissão analógica
• Sinais analógicos industriais típicos 0 a 20
  mA, 4 a 20mA, 10V a 10V (toda a faixa é
  significativa)
• Rede telefônica convencional freqüência e
  amplitude das ondas sonoras convertida em sinal
  elétrico equivalente pelo microfone, transmitida
  (faixa 300 a 3400 Hz) e convertida em som no
  receptor pelo alto-falante.

• Transmissão digital
• Permite introduzir técnicas para detectar erros
  de transmissão (CRC, etc.)
• Repetidores e reforçadores de sinal mais simples
  e eficientes
• Pode-se ter sinal analógico e informação digital
  !

36
Modos de Transmissão
Forma de envio de bits - paralela gt várias
linhas gt todas referenciadas a um terra comum gt
bom para curtas distâncias (20m) - serial gt
uma linha composta de um par de fios gt usa
diferença de potencial entre fios como sinal gt
bom para longas distâncias e mais
barato Temporização de caracteres - síncrona gt
intervalo de tempo entre caracteres consecutivos
é fixo gt cadência definida para cada bit por
sinal de clock gt clock enviado em fio separado
ou codificado no sinal de dados - assíncrona gt
não existe intervalo definido de tempo entre
caracteres consecutivos gt caracteres delimitados
por start e stop bits, que permitem sincronização
a nível de bits - Em ambos os casos gt necessária
sincronia a nível de bits
37
Banda Base X Banda Larga

• Baseband (banda base)
• Suporte de transmissão usado por um único canal,
  que ocupa todo o espectro de freqüências
• Broadband (banda larga)
• - Suporte de comunicação dividido em múltiplos
  canais, com sinais modulados
• - Requer MODEM (modulador / demodulador) gt caro

38
Bit-rate X Baud-rate

• Taxa de transmissão (bit rate) número de bits
  transmitidos por segundo, expressa em bps (bits
  per second).
• Taxa de sinalização (baud rate) número de
  intervalos de sinalização (mudanças de amplitude)
  por segundo do sinal, expressa em bauds.
• Se usarmos uma amplitude para 0 e outra para 1,
  então baudrate bitrate.
• Se utilizarmos um nível de amplitude para 2 bits
  (dibits), então baudrate bitrate/2.
• Se usarmos um nível de amplitude para 3 bits
  (tribits), então baudrate bitrate/3.
• Para codificar n bits agrupados em um mesmo nível
  de amplitude, são necessários 2n amplitudes.

39
Bit-rate X Baud-rate

• Relação entre baudrate e bitrate
• n número de bits representados por cada nível
  de amplitude.
• L número de níveis de amplitude necessários
  2n
• bitrate log2 L . baudrate
• Exemplos
• Isto explica como um modem capaz de gerar apenas
  9.600 intervalos de sinalização por segundo
  (9.600 baud) pode transmitir 28.800 bps ele
  opera com tribits, ou seja, 3 bits codificados em
  8 níveis de tensão.

40
Modulação (broadband)

• Banda base
• Broadband
• Possível combinar técnicas
• Ex. QAM-16 (Quadrature Amplitude Modulation)
  combina 4 amplitudes e 4 fases, permitindo 16
  valores por transição do sinal. Ou seja, 4 bits
  por baud (24 16) ?bitrate 4 baud rate

amplitude
freqüência
fase
41
Codificação e Sincronização de Bits (Baseband)

• transmissão serial de dados requer sincronização
  entre emissor e receptor
• receptor tem que amostrar sinal na mesma
  freqüência em que este foi gerado
• - freqüência do sinal define o tempo bit
  (intervalo de sinalização)
• - amostragem deve ocorrer aprox. no meio do tempo
  bit

42
Codificação e sincronização de bits
- sinal de sincronização pode ser enviado em fio
separado daquele que envia a mensagem gt funciona
bem, permite altas freqüências de transmissão,
mas mais caro - requer cabo com 4 fios gt 2 para
dados e 2 para sinal de sincronização
43
Codificação e sincronização de bits
- outra opção codificar na própria mensagem
sinais que geram sincronização - transições
(flancos) facilmente detectáveis
eletronicamente - outras formas de codificação de
bits foram criadas para este fim - Codificação
RZ (Return to Zero)
44
Codificação e Sincronização de Bits
- Codificação Manchester
Obs. baudrate 2 x bitrate!
45
Codificação e Sincronização de Bits

• Codificação Manchester diferencial
• 0 transição 1 falta de transição

1

0

0

1

1

1

0

1

tempo bit



46
A camada de Enlace de Dados (Data Link Layer)

• - Geralmente decomposta em 2 subcamadas (proposta
  IEEE)
• MAC (Medium Access Control) controle de acesso
  ao meio (muito importante em redes de
  difusão)
• LLC (Logical Link Control) controle lógico de
  enlace, faz todas as demais funções e oferece
  serviços à camada logo acima
• IEEE 802.2 - LLC
• IEEE 802.3 1-Persistente CSMA-CD (Ethernet
  -gtXerox)
• IEEE 802.4 Token Bus (FisicoBarramento,
  LógicoAnel)
• IEEE 802.5 Token Ring Passagem de Ficha em
  Anel (IBM)

47
Subcamada LLC

• Classes de serviços de enlace
• sem conexão e sem reconhecimento
• não há como recuperar quadro perdido
• usado em sistemas com meio físico pouco sujeito à
  ruídos ou com controle de erros em outra camada
• sem conexão com reconhecimento
• controle de perda de quadros se reconhecimento
  não recebido antes de time-out, repetir envio
• com conexão
• garante não perda, não repetição e seqüência
  correta de quadros
• requer 3 etapas estabelecer conexão, transmitir
  dados, liberar conexão

48
Ethernet

• Tecnologia de rede local dominante
• barato R30 por 100Mbs!
• primeira tecnologia de LAN largamente usada
• Mais simples, e mais barata que LANs com token e
  ATM
• Velocidade crescente 10, 100, 1000 Mbps

Esboço da Ethernet por Bob Metcalf
49
Estrutura do Quadro Ethernet

• Adaptador do transmissor encapsula o datagrama IP
  (ou outro pacote de protocolo da camada de rede)
  num quadro Ethernet
• Preâmbulo
• 7 bytes com padrão 10101010 seguido por um byte
  com padrão 10101011
• usado para sincronizar transmissor e receptor

50
Estrutura do Quadro Ethernet (mais)

• Endereços 6 bytes, quadro é recebido por todos
  os adaptadores e descartado se o endereço do
  quadro não coincide com o endereço do adaptador
• Tipo indica o protocolo da camada superior,
  geralmente é o protocolo IP mas outros podem ser
  suportados tais como Novell IPX e AppleTalk)
• CRC verificado no receptor, se um erro é
  detectado, o quadro é simplesmente descartado.

51
Codificação Manchester de Banda Básica

• Banda básica significa que não se usa modulação
  de portadora ao invés disto, bits são
  codificados usando codificação Manchester e
  transmitidos diretamente, modificando a voltagem
  de sinal de corrente contínua
• Codificação Manchester garante que ocorra uma
  transição de voltagem a cada intervalo de bit,
  ajudando sincronização entre relógios do
  remetente e receptor

52
Ethernet

• Serviço sem conexão e não confiável
• sem handshake
• Receptor (adaptador) simplesmente descarta frames
  com erro (erro de CRC)
• Camadas de Aplicação ou Transporte podem
  recuperar erro

53
Ethernet usa CSMA/CD

• A examina canal, se em silêncio
• então
• transmite e monitora o canal
• Se detecta outra transmissão
• então
• aborta e envia sinal de jam
• atualiza número de colisões
• espera como exigido pelo algoritmo exponential
  backoff
• vá para A
• senão quadro transmitido zera contador de
  colisões
• senão espera até terminar a transmissão em curso
  vá para A

54
Ethernet CSMA/CD (mais)

• Sinal Jam garante que todos os outros
  transmissores estão cientes da colisão 48 bits
• Exponential Backoff
• Objetivo adaptar tentativas de retransmissão
  para carga atual da rede
• carga pesada espera aleatória será mais longa
• primeira colisão escolha K entre 0,1 espera é
  K tempo pré-definido
• após a segunda colisão escolha K entre
  0,1,2,3
• após 10 ou mais colisões, escolha K entre
  0,1,2,3,4,,1023
• K (512 bit time)

55
Randomização de tempo no CSMA/CD(Binary
Exponential Backoff)
start
no
Station
Ready ?
yes
New
nc 0
Frame ?
Ether
nc nc1
Silent ?
no
limit 2nc-1
Waitrandom 0,limit
transmit
no
Collision ?
56
Tecnologias Ethernet 10Base2

• 10 10Mbps 2 comprimento máximo do cabo de 200
  metros (de fato, 186 metros)
• cabo coaxial fino numa topologia em barramento
• repetidores são usados para conectar múltiplos
  segmentos
• repetidor repete os bits que ele recebe numa
  interface para as suas outras interfaces atua
  somente na camada física!

57
Cabos Coaxiais

• Constituídos de 2 condutores concêntricos
  separados por isolante

Capa protetora
Capa isolante
Alma de cobre
Trança metálica
Cabo com conectores BNC
58
10BaseT e 100BaseT

• Taxas de transmissão de 10 e 100 Mbps este
  último é chamado de fast ethernet
• T significa Par Trançado
• Usa concentrador (hub) ao qual os nós estão
  ligados por cabos individuais de 2 pares
  trançados, apresentando, portanto uma topologia
  em estrela
• CSMA/CD implementado no hub

59
Par Trançado (Twisted Pair)

• - forma mais barata e clássica de conexão
• - cabo composto de n pares de fios de cobre
  isolados e arranjados de forma helicoidal
• Efeito do arranjo helicoidal gt reduzir induções
  eletromagnéticas parasitas gt fios paralelos
  formam antena !
• Categoria 3 telefone, LAN2 pares
• Categoria 5 isolamento teflon, LANusado em
  100BaseT

Conector RJ45
60
10BaseT e 100BaseT (mais)

• Máxima distância do nó ao hub é de 100 metros
• Hub pode desconectar um adaptador que não pára de
  transmitir (jabbering adapter)
• Hub pode coletar e monitorar informações e
  estatísticas para apresentação ao administradores
  da LAN

61
Gbit Ethernet

• Usa formato do quadro Ethernet padrão
• Admite enlaces ponto-a-ponto e canais de difusão
  compartilhados
• Em modo compartilhado, usa-se CSMA/CD para ser
  eficiente, as distâncias entre os nós devem ser
  curtas (poucos metros)
• Full-Duplex em 1 Gbps para enlaces ponto-a-ponto

62
Fibras Óticas
- Sinais binários transmitidos como impulsos
luminosos - lógico 1 gt presença de luz - lógico
0 gt ausência de luz
- Princípio de transmissão na fibra - ângulo de
incidência grande gt reflexão e refração - ângulo
de incidência pequeno gt reflexão total

• Feixe de fibras óticas

63
Interconexão de redes

• - Problemas da interconexão
• Como realizar o roteamento entre estações em
  subredes diferentes ?
• Como interconectar subredes que usam protocolos
  diferentes e incompatíveis ?
• ex. IBM Token-Ring x Ethernet
• Como interconectar subredes com arquiteturas
  diferentes ?
• (ex. ISO/OSI x TCP/IP)

64
As diferentes possibilidades de interconexão

• - Repetidores (Repeaters) operam a nível da
  camada física, reforçando sinais elétricos no
  meio.
• - Pontes (Bridges) operam a nível da camada de
  enlace, armazenando, modificando e retransmitindo
  quadros.
• - Passarelas (Gateways), classificados em 2
  tipos
• Gateway conversor de meio (media-convertion
  gateway), também chamado Roteador (Router) opera
  a nível da camada de rede e pode realizar funções
  de roteamento, além das funções das pontes.
• Gateway tradutor de protocolos (protocol-translati
  on gateway), que chamaremos aqui simplesmente de
  Gateway opera a nível de camada de aplicação e
  permite interligar subredes completamente
  diferentes.

65
Bridges (Pontes)
66
Gateways (Passarelas)
67
Routers (Roteadores)
68
Hubs, Pontes e Comutadores

• Usados para estender as características das redes
  locais cobertura geográfica, número de nós,
  funcionalidade administrativa, etc.
• Diferem entre si em respeito a
• isolamento de domínios de colisão
• camada em que operam
• Diferentes de roteadores
• plug and play
• não provêem roteamento ótimo de pacotes IP

69
Hubs

• Dispositivos da camada física basicamente são
  repetidores operando ao nível de bit repete os
  bits recebidos numa interface para as demais
  interfaces
• Hubs podem ser dispostos numa hierarquia (ou
  projeto de múltiplos níveis), com um hub backbone
  na raiz

70
Hubs (cont)

• Vantagens de Hubs
• Dispositivos simples, baratos
• Configuração em múltiplos níveis provê degradação
  suave porções da rede local continuam a operar
  se um dos hubs parar de funcionar
• Estende a distância máxima entre pares de nós
  (100m por Hub)
• Desvantagens de Hubs
• Não se pode misturar tipos diferentes de Ethernet
  (p.ex., 10BaseT and 100BaseT)
• não isolam domínios de colisão um nó pode
  colidir com qualquer outro nó residindo em
  qualquer segmento da rede local

71
Hubs
...
72
Pontes (Bridges)

• Dispositivos da camada de enlace operam em
  quadros Ethernet, examinando o cabeçalho do
  quadro, e reencaminhando seletivamente um quadro
  com base no seu endereço de destino
• Ponte isola domínios de colisão pois ela armazena
  e reencaminha os quadros (resulta em aumento de
  vazão máxima total)
• Pode interligar tipos diferentes de Ethernet pois
  é um dispositivo armazena e reencaminha
• Transparente não requer nenhuma modificação aos
  adaptadores dos nós da rede local

73
Pontes (Bridges)
- Pontes são elementos inteligentes
bidirecionais escutam todas as mensagens
enviadas em cada subrede - para cada mensagem,
endereço de destino é verificado em uma tabela
que indica em qual subrede este se encontra - se
endereço de destino está na mesma subrede de
origem, ponte ignora a mensagem - se endereço de
destino está na outra subrede, ponte retransmite
a mensagem na subrede destino
74
Pontes x Roteadores

• Ambos são dispositivos armazena e reencaminha,
  porém Roteadores são dispositivos da Camada de
  Rede (examinam cabeçalhos da camada de rede)
  enquanto Pontes são dispositivos da Camada de
  Enlace
• Roteadores mantêm tabelas de rotas e implementam
  algoritmos de roteamento pontes mantêm tabelas
  de filtragem e implementam filtragem

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Pontes x Roteadores (cont)

• Operação de uma Ponte é mais simples requerendo
  menor capacidade de processamento
• Roteadores Requerem configuração de endereços IP
  (não são plug and play)
• - Requerem maior capacidade de processamento
• Pontes são melhores em redes pequenas (algumas
  centenas de nós) enquanto roteadores são
  necessários em grandes redes (milhares de nós)

76
Comutadores Ethernet

• Um comutador Ethernet (Ethernet switch) é um
  dispositivo que estende funções normais de ponte
  para incluir conexões dedicadas ponto-a-ponto
• Uma estação ligada a um comutador através de uma
  conexão dedicada ponto-a-ponto sempre detecta que
  o meio está ocioso não haverá colisões nunca!
• Comutadores Ethernet provêem combinações de
  conexões compartilhadas/dedicadas, a 10/100/1000
  Mbps

77
Uso de um Comutador Ethernet
Dedicated
Shared
78
Exemplo de Comutador Ethernet

• A pode transmitir para A
• enquanto B transmite para B e
• C transmite para C,
• simultaneamente.
• A vazão agregada corresponde às três
  transferências simultâneas.
• Por exemplo, 3 x 10 Mbps.

79
Switchers (Comutadores)
Atuam em nível da camada 2 (comutação pelo
endereço MAC dos frames)
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Controle de Enlace Ponto-a-Ponto

• Um transmissor, um receptor, um link mais fácil
  que um enlace broadcast
• não há Controle de Acesso ao Meio
• não há necessidade de endereçamento MAC explícito
• ex., enlace discado, linha ISDN
• protocolos ponto-a-ponto populares para camada de
  enlace
• PPP (point-to-point protocol)
• HDLC High level data link control

81
PPP Requisitos de Projeto RFC 1557

• 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 (não apenas o IP) ao mesmo
  tempo
• transparência de bits deve transportar qualquer
  padrão de bits no campo de dados
• detecção de erros (mas não correção)
• gerenciamento da conexão detecta, e informa
  falhas do enlace para a camada de rede
• negociação de endereço da camada de rede os
  pontos terminais do enlace podem aprender e
  configurar o endereço de rede de cada outro

Recuperação de erros, controle de fluxo,
re-ordenação dos dados são todos relegados para
as camadas mais altas!
82
PPP Formato do Quadro

• Flag delimitador (enquadramento)
• Endereço não tem função (opção futura)
• Controle não tem função
• Protocolo indica o protocolo da camada superior
  ao qual o conteúdo do quadro deve ser entregue
  (ex. IP, etc.)

83
PPP Formato dos dados

• info dados da camada superior sendo
  transportados
• CRC verificação de redundância cíclica para
  detecção de erros

84
PPP usa Byte Stuffing

• Requisito de transparência de dados o campo
  de dados deve poder incluir o padrão
  correspondente ao flag lt01111110gt
• Q se for recebido o padrão lt01111110gt são dados
  ou é flag?
• Transmissor acrescenta (stuffs) um byte extra
  com o padrão lt 01111101gt (escape) antes de cada
  byte com o padrão de flag lt 01111110gt nos dados
  
• Receptor
• um byte 01111101 seguido de 01111110 em seguida
  descarta o primeiro e continua a recepção de
  dados
• único byte 01111110 então é um flag

85
Delimitação de quadros

• Solução 1 enviar caracter adicional com tamanho
  do quadro

• Inconveniente perda ou deturpação deste caracter

86
Delimitação de quadros

• Solução 2 Usar seqüências especiais de
  caracteres ASCII para delimitar quadro
• inicio
• DLE (Data Link Escape, ASCII 10H) STX (Start of
  Text, ASCII 02H)
• Fim
• DLE ETX (End of Text, ASCII 03H)
• Caso seqüência DLEETX contida na parte de dados
  emissor adiciona um DLE após cada DLE encontrado
  e receptor remove gt caracter de transparência

87
Delimitação de quadros

• Solução 3 em protocolos orientados a bits, usar
  seqüência especial de bits para delimitar quadro
• Seqüência mais usual 0111 1110
• Se esta seqüência estiver presente nos dados
  emissor insere um 0 após cada 5 bits 1
  consecutivos e receptor remove (bitstuffing) gt
  bit de transparência