Aula 4 - Protocolos de enlace -...

Aula 4 - Protocolos de enlace

Professora Marcela Santos

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Faculdade Camara Cascudo - Estacio de Sa

30 de marco de 2010

Agenda

1 Protocolos de acesso ao meioProtocolos de acesso multiplo determinısticosProtocolos de acesso multiplos nao determinısticos

2 Enderecamento na camada de enlace

Protocolos de acesso ao meio

• Os protocolos de acesso ao meio, regras para acesso ao meiofısico, sao funcoes da camada de enlace do modelo OSI. Namaioria das vezes foram desenvolvidos para uma topologiaparticular de rede, embora possam ser usados em qualquertopologia.

• Existem dois tipos de enlace: ponto-a-ponto e broadcast

• Os enlaces ponto-a -ponto sao aqueles que temos um unicoremetente em uma extremidade do enlace e um receptor dooutro lado.O protocolo PPP e um protocolo para este tipo deenlace e iremos estuda-lo nas proximas aulas.

• Ja o enlace broadcast e aquele no qual temos varios nosremetentes e receptores, compartilhando o mesmo meio detransmissao.

Protocolos de acesso ao meio

• O termo broadcast e utilizado pois quando um no envia umquadro todos os nos recebem este mesmo quadro,independetente ser esteo destinatario do mesmo.

• A Ethernet e as LANs sao exemplos de redes que possui nacamada de enlace o tipo broadcast.

• Examinando o caso broadcast, que e tema desta nossa aula,temos um grande problema: como resolver o acesso multiploao meio????

• Exemplos de broadcast no nosso cotidiano: televisao(unidirecional), coquetel, sala de aula.

• Deve-se definir quem fala e quando fala.

Exemplo de protocolo

• Nos como seres humanos definimos um serie elaborada deprotocolos para compartilhar o meio:

⋄ De a todos a oportunidade de falar.⋄ Nao fale ate que alguem fale com voce.⋄ Nao monopolize a conversa.⋄ Se tiver alguma pergunta a fazer, levante a mao.⋄ Nao interrompa alguem que estiver falando.⋄ Nao durma enquanto alguem estiver falando.

Exemplo de protocolo

Protcolos de acesso multiplo

• Redes de computadores tambem definem esse tipo deprotocolo que sao denominados protocolos de acesso multiplo.

• Como varios nos podem transmitir ao mesmo tempo, pode serque os quadro transmitidos se choquem.

• A banda e desperdicada ja que nenhum dos receptores vaireceber seu quadro.

• Para que um canal broadcast trabalhe de forma util enecessario coordenar o trabalho dos nos.

• Podemos classificar os protocolos com relacao ao seucomportamento temporal

⋄ Protocolos determinısticos e⋄ Protocolos nao determinısticos.

Protocolos de acesso multiplo

• Os protocolos de acesso determinısticos sao caracterizadospela concessao do direito ao acesso independentemente dasnecessidades de transmissao de cada no da estacao.Dentre osprotocolos conhecidos desta classe, podemos destacar oprotocolo TDMA (Time Division Multiple Access), token ring,etc.

• Os protocolos de acesso nao determinısticos, podem sertambem denominados protocolos de competicao, uma vez queas estacoes querendo transmitir vao competir pelo meio detransmissao. Um exemplo desta classe sao os protocolos detipo CSMA, cujas variacoes serao estudadas nos paragrafos aseguir.

Protocolos de acesso multiplo determinısticos

• Os metodos de acesso determinısticos sao aqueles com tempode resposta univocamente determinaveis. Estes metodospodem ser classificados em:

⋄ metodos com comando centralizado (Mestre-Escravos) e⋄ metodo com comando distribuıdo (Token-Passing)

Protocolos de acesso multiplos determinısticos -

Mestre-escravo

• Nos sistemas com comando centralizado, somente umaestacao pode agir como detentora do direito de transmissao(Mestre).

• O direito de acesso ao meio fısico e distribuıdo por tempolimitado pela estacao mestre as demais (Escravas).

• Todas as trocas de dados ocorrem apenas entre mestre eescravos

• Esta configuracao deixa o sistema dependente da estacaocentral, mas e a configuracao usual dos sistemas de controlena maioria de suas aplicacoes.

• Esse metodo de acesso ao meio tambem garante um tempoentre transmissoes consecutivas a qualquer estacao da rede esegue a pratica atual de fazer um controle distribuıdo comuma supervisao centralizada.

Protocolos de acesso multiplos determinısticos -

Mestre-escravo

Protocolos de acesso multiplo determinısticos - Token

passing

• Padrao 802.5

• Os sistemas com comando distribuıdo permitem a definicao demais de uma estacao com direito de acesso ao meio fısico.

• Este direito de acesso, chamado Token, e transmitidociclicamente entre as varias estacoes, que podem livrementetrocar dados entre si.

• Este sistema e, no entanto, bem mais complexo do que oMestre-Escravo, ja que providencias especiais tem que sertomadas no caso de perda do token ou na entrada/saıda deuma das estacoes da rede.

• Este metodo e mais adequado para sistemas nos quaisdiversas unidades independentes desejam trocar livrementeinformacoes entre si, alem de ser possıvel determinar umtempo maximo entre duas oportunidades consecutivas detransmissao para cada estacao.

Protocolos de acesso multiplo determinısticos - Token

passing

Protcolos de acesso multiplo nao determinıstico - CSMA

1-persistente

• O CSMA 1-persistente (CSMA - Carrier Sense MultipleAccess ou Acesso Multiplo por Deteccao de Portadora)funciona da seguinte forma:

⋄ Quando uma estacao esta pronta a enviar uma mensagem, elaescuta o que esta ocorrendo no meio de transmissao.

⋄ Caso o meio ja esteja sendo usado por alguma estacao, aestacao pretendente aguarda na escuta ate que o meio estejalivre para sua emissao (daı o nome persistente);

⋄ Quando isto ocorre, ela pode entao emitir a mensagem.⋄ E Se uma outra estacao estava a espera de uma oportunidade

de enviar dados ao mesmo tempo que a primeira?⋄ Pode ocorrer que ambas detectem o meio como estando livre

ao mesmo tempo.⋄ Colisao. Na ocorrencia de uma colisao, a estacao receptora

nao envia o quadro de reconhecimento esperado e a estacaoemissora tenta a emissao novamente apos um determinadotempo (randomico).

Protocolos de acesso multiplo nao determinıstico - CSMA

nao persistente

• No CSMA nao persistente, as estacoes comportam-se demaneira menos afoita para o envio de mensagens. Assim, umaestacao que deseje enviar uma mensagem vai escutar o meiode transmissao para verificar se este esta disponıvel.

• Em caso positivo, a mensagem e transmitida.

• Caso contrario, em vez de ficar escutando a espera daliberacao do meio, ele vai esperar um perıodo de tempoaleatorio e, apos a expiracao deste, vai escutar o meionovamente para verificar sua liberacao (ou nao). Esteprotocolo permite reduzir as possibilidades de ocorrencia decolisoes, embora ele introduza um maior atraso de emissao demensagens pelas estacoes do que o CSMA persistente.

Protocolos de acesso multiplo nao determinıstico - CSMA

p-persistente

• O CSMA p-persistente e mais um exemplo de protocolo deacesso, funcionando da seguinte maneira:

⋄ Quando uma estacao tem uma mensagem a enviar, ela escutao meio para verificar sua disponibilidade; se o meio estadisponıvel, a probabilidade da estacao emitir a mensagem eigual a p.

⋄ A probabilidade de que esta aguarde o proximo intervalo detempo e igual a q = 1 - p;

⋄ Se, no inıcio do segundo intervalo de tempo, o meio estadisponıvel, as probabilidades de envio ou de espera continuamas mesmas; o processo continua, ate que a mensagem sejafinalmente transmitida ou que outra estacao tenha tomadoposse do meio.

Protocolos de acesso multiplo nao determinıstico -

CSMA/CD

• Padrao 802.3

• Os protocolos descritos ate aqui, podem ser melhoradosconsiderando-se que a mensagem ainda e transmitida ate ofim quando a colisao e detectada. Se, assim que a colisao fordetectada, a transmissao for interrompida, economiza-setempo e banda passante.

• O CDSMA/CD e um protocolo baseado neste princıpio emuito utilizado nas redes locais (foi proposto originalmentepelos criadores da rede Ethernet).

• Neste protocolo, quando uma estacao esta pronta para emitiruma mensagem com o meio livre, ela emite um quadro.

Protocolos de acesso multiplo nao determinıstico -

CSMA/CD

• Se nao houver colisao, ela transmite o resto da mensagem.

• Caso haja colisao, devido ao envio de um quadro por umaoutra estacao ao mesmo tempo, ambas param a transmissao,esperam por um perıodo de tempo aleatorio e reiniciam oprocesso de escuta ao meio/transmissao.

• Para detectar a colisao, a estacao emissora deve escutar aquiloque ela mesma colocou no meio (ao menos a primeira palavrade codigo enviada deve ser escutada pela propria estacaoemissora).

• O tempo mınimo para a deteccao de uma colisao e o tempode propagacao t do sinal emitido por uma estacao ate a outraestacao ´

Comparacao entre os metodos de acesso ao meio

Metodo de acesso Vantagem Desvantagem

Estatıstico Rapido com baixa carga Queda de desempenho com cargas elevadas

Determinıstico Previsıvel com carga alta,garante o acesso. Possui atraso fixo mesmo que a carga seja baixa

Tabela: Comparacao entre os metodo de acesso

Enderecamento na camada de enlace

Nos tem enderecos de camada de enlace. Nesta secao,estudaremos dois topicos crıticos relacionados a enderecos: asintaxe e a funcao dos enderecos de camada de enlace.

• Existem tres modos de enderecamento:

⋄ Unicast :Uma maquina envia para outra⋄ Broadcast: Uma maquina envia para todas as maquinas de um

domınio⋄ Multicast: Uma maquina envia para um grupo de maquinas

cadastradas

Enderecamento na camada de enlace - Endereco MAC

• Na verdade nao e o no que tem um endereco de camada deenlace, mas o adaptador do no.

• Um endereco de camada de enlace e tambem denominado umendereco de LAN, um endereco fısico ou um endereco MAC(media access control controle de acesso ao meio).

• Para a maior parte das LANs (incluindo a Ethernet e as LANs802.11 sem fio), o endereco MAC tem 6 bytes decomprimento, o que da 248 possıveis enderecos MAC.

• Sao tipicamente expressos em notacao hexadecimal,

• Com cada byte do endereco expresso como um par denumeros hexadecimais.

• Um fato importante referent aos enderecos MAC e que elessao permanentes quando um adaptador e fabricado, umendereco MAC e gravado na ROM do adaptador.


• Uma propriedade interessante dos enderecos MAC e que naoexistem dois adaptadores com o mesmo endereco.

• O endereco MAC de um adaptador tem uma estrutura linear(oposta a estrutura hierarquica) e nunca muda, naoimportando para onde va o adaptador.

• Como uma empresa fabricante de adaptadores em Taiwan secertifica de que esta usando enderecos diferentes dos usadospor uma empresa fabricante de adaptadores na Belgica?


• A resposta e que o IEEE gerencia o espaco fısico de enderecosMAC. Em particular, quando uma empresa quer fabricaradaptadores, compra, por uma taxa nominal, uma parcela doespaco de enderecos que consiste em 224 enderecos. O IEEEaloca a parcela de 224 enderecos fixando os primeiros 24 bitsde um endereco MAC e permitindo que a empresa criecombinacoes exclusivas com os ultimos 24 bits para cadaadaptador


• Quando um adaptador quer enviar um quadro para algumadaptador de destino, o adaptador remetente insere no quadroo endereco MAC do destino e envia o quadro para dentro daLAN.

• Se a LAN utilizar transmissao broadcast (como a LAN 802.11e muitas LANs Ethernet), o quadro sera recebido e processadopor todos os outros adaptadores na LAN.

• Cada adaptador que recebe o quadro verificara se o enderecoMAC de destino que esta no quadro combina com seu proprioendereco MAC.

• Se os enderecos combinarem, o adaptador extraira odatagrama encerrado no quadro e o passa para cima na pilhade protocolos ate seu no pai.

• Se os enderecos nao combinarem, o adaptador descartara oquadro sem passar o datagrama de camada de rede para cimana pilha de protocolos.


• No entanto, as vezes um adaptador remetente quer que todosos outros adaptadores na LAN recebam e processem o quadroque ele esta prestes a enviar. Nesse caso, o adaptadorremetente insere um endereco de broadcast MAC especial nocampo de endereco do destinatario do quadro.

• Para LANs que usam enderecos de 6 bytes (como a Ethernete as LANs de passagem de permissao), o endereco debroadcast e uma cadeia de 48 bits 1 consecutivos (isto e,FF-FF-FF-FF-FF-FF em notacao hexadecimal).

Enderecamento na camada de enlace - ARP

• Como existem enderecos de camada de rede (por exemplo,enderecos IP da Internet) e enderecos de camada de enlace(isto e, enderecos MAC), e preciso fazer a traducao de umpara o outro.

• Para a Internet, esta e uma tarefa do protocolo de resolucaode enderecos (address resolution protocol - ARP).

• Para compreender a necessidade de um protocolo como oARP, considere a rede com cada no com um unico enderecoIP e o adaptador de cada no tem um unico endereco MAC.


• Suponha que o no com endereco IP 222.222.222.220 queiramandar um datagrama IP para o no 222.222.222.222.

• Nesse exemplo, os nos de fonte e de destino estao na mesmarede (LAN).

• Para enviar um datagrama, o no da fonte deve dar a seuadaptador nao somente o datagrama IP e o endereco MAC, oadaptador do no remetente montara um quadro de camada deenlace contendo o endereco MAC do no receptor e enviara oquadro para dentro da LAN.

Enderecamento na camada de enlace - Enderecos MAC e

IP


• A pergunta importante considerada nesta secao e como o noremetente determina o endereco MAC para com endereco IP222.222.222.222? Ele usa o ARP. Um modulo ARP no noremetente toma como entrada qualquer endereco IP namesma LAN e retorna o endereco MAC correspondente. Noexemplo em questao, o no remetente 222.222.222.220 fornecea seu modulo ARP o endereco IP 222.222.222.222 e o moduloARP retorna o endereco MAC correspondente,49-BD-D2-C7-56-2A.

• ARP e DNS.

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