Capítulo 5: A Camada de Enlace - cesarkallas.net · paridade erro de 1 bit corrigível erro de...

53
1 1 Capítulo 5: A Camada de Enlace Objetivos: entender os princípios por trás dos serviços da camada de enlace: o detecção e correção de erros, o compartilhamento de um canal de difusão (broadcast): acesso múltiplo o endereçamento da camada de enlace o transferência de dados confiável, controle de fluxo: já visto! instanciação e implementação de várias tecnologias da camada de enlace 2 Camada de Enlace 5.1 Introdução e serviços 5.2 Detecção e correção de erros 5.3 Protocolos de acesso múltiplo 5.4 Endereçamento na camada de enlace 5.5 Ethernet 5.6 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches) 5.7 PPP 5.8 Virtualização de enlace : ATM e MPLS

Transcript of Capítulo 5: A Camada de Enlace - cesarkallas.net · paridade erro de 1 bit corrigível erro de...

1

1

Capiacutetulo 5 A Camada de Enlace

Objetivos entender os princiacutepios por traacutes dos serviccedilos da

camada de enlaceo detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros o compartilhamento de um canal de difusatildeo

(broadcast) acesso muacuteltiploo endereccedilamento da camada de enlaceo transferecircncia de dados confiaacutevel controle de fluxo

jaacute visto instanciaccedilatildeo e implementaccedilatildeo de vaacuterias

tecnologias da camada de enlace

2

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Endereccedilamento na camada de enlace

55 Ethernet

56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)

57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de

enlace ATM e MPLS

2

3

ldquoenlacerdquo

A camada de enlace de dados tem a responsabilidade de transferir datagramas entre noacutes adjacentes atraveacutesde um enlace

Camada de enlace contexto

4

Camada de enlace contexto

fluxo real de PDUsRoteador R1

Roteador R4

Roteador R3Roteador R3Roteador R2

protocolode enlace

3

5

dois elementos fiacutesicos fisicamente conectadoso hospedeiro-roteador roteador-roteador hospedeiro-

hospedeiro

unidade de dados quadro (frame)

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

redeenlacefiacutesica

M

MMM

Ht

HtHn

HtHnHl MHtHnHl

quadroenlacefiacutesico

protocolode enlace

placa adaptadora

Camada de enlace contexto

6

Serviccedilos da Camada de Enlace

Enquadramento e acesso ao enlaceo encapsula datagramas em quadros acrescentando cabeccedilalho

e trailer (reboque)o implementa acesso ao canal se o meio eacute compartilhado o endereccedilos ldquoMACrdquo usados nos cabeccedilalhos dos quadros para

identificar a fonte e o destino dos quadros em enlaces multipontobull diferente do endereccedilo IP

Entrega confiaacutevel entre noacutes adjacenteso jaacute aprendemos como isto deve ser feito (capiacutetulo 3)o raramente usado em enlaces com baixa taxa de erro (fibra

alguns tipos de par tranccedilado cabo coaxial)o enlaces sem-fio (wireless) altas taxas de erro

bull Por quecirc confiabilidade fim-a-fim e na camada de enlace

4

7

Serviccedilos da Camada de Enlace (cont)

Controle de Fluxoo limitaccedilatildeo da transmissatildeo entre transmissor e receptor

(compatibilizar taxas) Detecccedilatildeo de Erros

o erros causados pela atenuaccedilatildeo do sinal e por ruiacutedos o o receptor detecta a presenccedila de erros

bull avisa ao transmissor para reenviar o quadro perdido ou simplesmente descarta o quadro

Correccedilatildeo de Erroso o receptor identifica e corrige o(s) bit(s) com erro(s)

sem recorrer agrave retransmissatildeo Half-duplex and full-duplex

8

Implementaccedilatildeo de Protocoloda Camada de Enlace implementado totalmente no ldquoadaptadorrdquo

o ex placa PCMCIA placa Etherneto tipicamente inclui RAM chips DSP interface com barramento do hospedeiro e interface do enlace

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

redeenlacefiacutesica

M

MMM

Ht

HtHn

HtHnHl MHtHnHl

quadroenlacefiacutesico

protocolode enlace

placa adaptadora

5

9

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Endereccedilamento na camada de enlace

55 Ethernet

56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)

57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de

enlace ATM e MPLS

10

Detecccedilatildeo de ErrosEDC= Error Detection and Correction bits

(Bits de Detecccedilatildeo e Correccedilatildeo de Erros redundacircncia)D = Dados protegidos pela verificaccedilatildeo de erros

pode incluir os campos de cabeccedilalho

bull A detecccedilatildeo de erros natildeo eacute 100 confiaacutevelbull protocolos podem deixar passar alguns erros mas eacute rarobull quanto maior o campo EDC maior a capacidade de detecccedilatildeo e correccedilatildeo

6

11

Verificaccedilatildeo de Paridade

Paridade simplesDetecta erros de um bit

Paridade Bi-dimensionalDetecta e corrige erros de um bit

0 0

sem erros erro deparidade

erro de 1 bitcorrigiacutevel

erro deparidade

bit deparidade

12

Soma de verificaccedilatildeo da Internet

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 checksumo NAtildeO - erro detectadoo SIM - natildeo detectou erro

(Mas apesar disso talvez ainda haja erros hellip )

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

7

13

Cyclic Redundancy Check (CRC) encara os bits de dados D como a sequumlecircncia de coeficientes de

um polinocircmio escolhe um padratildeo (polinocircmio) gerador de r+1 bits G objetivo escolhe r bits R (CRC) tal que

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

zero erro detectadoo pode detectar todos os erros em rajada (burst errors) com

comprimento menor que r+1 bits largamente usado na praacutetica (ATM HDCL)

padratildeo de bits

foacutermulamatemaacutetica

bits de dados a enviar

14

Exemplo de CRCDesejado

D2r XOR R = nGequivalente a

D2r = nG XOR R equivalente a

se dividimos D2r

por G o resto seraacute R

R = resto[ ]D2r

G

8

15

Implementaccedilatildeo de CRC

Remetente realiza em tempo real por hardware a divisatildeo da sequumlecircncia D pelo polinocircmio G e acrescenta o resto R a D

O receptor divide ltDRgt por G se o resto for diferente de zero a transmissatildeo teve erro

Padrotildees internacionais de polinocircmios G de graus 8 12 15 e 32 jaacute foram definidos

A ARPANET utilizava um CRC de 24 bits no protocolo de enlace de bit alternado

ATM utiliza um CRC de 32 bits em AAL5 HDLC utiliza um CRC de 16 bits

16

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Endereccedilamento na camada de enlace

55 Ethernet

56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)

57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de

enlace ATM e MPLS

9

17

Enlaces e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo

Dois tipos de ldquoenlacesrdquo ponto-a-ponto

o PPP para acesso discadoo Ponto a ponto entre comutador Ethernet e hospedeiro

Difusatildeo ndash broadcast (cabo ou meio compartilhado)o Ethernet tradicionalo Canal de subida HFCo LAN sem fio 80211

18

Protocolos de Acesso Muacuteltiplo

Enlaces com difusatildeo canal de comunicaccedilatildeo uacutenico e compartilhado

duas ou mais transmissotildees pelos noacutes interferecircncia (colisatildeo)o apenas um noacute pode

transmitir com sucesso num dado instante de tempo

10

19

Protocolos de Acesso Muacuteltiplo

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

o comunicaccedilatildeo sobre o compartilhamento do canal deve utilizar o proacuteprio canal

20

Protocolo de Acesso Muacuteltiplo Ideal

Canal de difusatildeo de taxa R bps1 Quando um noacute quer transmitir ele envia agrave taxa R2 Quando M noacutes querem transmitir cada um envia agrave

taxa meacutedia de RM3 Totalmente descentralizado

o Ausecircncia de um noacute especial que coordena as transmissotildeeso Ausecircncia de sincronizaccedilatildeo de reloacutegios slots etc

4 Simples

Objetivo eficiente justo simples descentralizado

11

21

Protocolos MAC taxonomiaTrecircs grandes classes

o Particionamento de canalbull divide o canal em pedaccedilos menores (compartimentos de tempo frequumlecircncia)

bull aloca um pedaccedilo para uso exclusivo de cada noacute

o Acesso Aleatoacuteriobull canal natildeo dividido permite colisotildeesbull ldquorecuperaccedilatildeordquo das colisotildees

o Revezamento (passagem de permissatildeo)bull compartilhamento estritamente coordenado para evitar colisotildees

22

Particionamento de Canal TDMA

TDMA acesso muacuteltiplo por divisatildeo temporal acesso ao canal eacute feito por rdquoturnos cada estaccedilatildeo recebe um compartimento (ldquoslotrdquo) de tamanho

fixo (= tempo de transmissatildeo de um pacote) em cada turno compartimentos natildeo usados satildeo desperdiccedilados exemplo rede local com 6 estaccedilotildees 134 tecircm pacotes

compartimentos 256 ficam vazios

ineficiente com usuaacuterios de pouca demanda ou quando carga for baixa

12

23

FDMA acesso muacuteltiplo por divisatildeo de frequumlecircncia o espectro 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 134 tecircm pacotes as bandas

de frequumlecircncia 256 ficam vazias

band

asde

fre

quumlecircn

cia tempo

Particionamento de Canal FDMA

mesmos problemas de eficiecircncia do TDM

24

Protocolos de Acesso Aleatoacuterio

Quando o noacute tem um pacote a enviaro transmite aleatoriamente agrave taxa do canal (R bps)o natildeo haacute coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes

dois ou mais noacutes transmitindo -gt ldquocolisatildeordquo Protocolo MAC de acesso aleatoacuterio especifica

o como detectar colisotildeeso como as estaccedilotildees se recuperam das colisotildees (ex via

retransmissotildees)

Exemplos de protocolos MAC de acesso aleatoacuterioo slotted ALOHAo ALOHAo CSMA e CSMACD

13

25

Slotted AlohaO tempo eacute dividido em compartimentos (slots) de tamanho igual (= tempo de transmissatildeo de um quadro)

Um noacute com quadro pronto transmite no iniacutecio do proacuteximo compartimento

Se houver colisatildeo (realimentaccedilatildeo pelo canal) o retransmitir o quadro nos compartimentos posteriores com probabilidade p ateacute obter sucesso

26

Slotted ALOHA

Pro Se apenas um noacute estiver ativo

pode transmitir continuamente agrave taxa do canal

Bastante descentralizado apenas os slots dos noacutes precisam ser sincronizados

simples

Contra Colisotildees desperdiacutecio de

slots Slots ociosos Os noacutes podem ser capazes

de detectar uma transmissatildeo em menos tempo do que o necessaacuterio para enviar um pacote

Sincronizaccedilatildeo de reloacutegios

14

27

Eficiecircncia do Slotted Aloha

Supondo N noacutes com muitos quadros a enviar cada um transmite em um slot com probabilidade p

prob de que um noacuteespeciacutefico tenha sucesso em um slot = p(1-p)N-1

prob de um noacute qualquer ter sucesso = Np(1-p)N-1

Para eficiecircncia maacutexima o N noacutes ativos

encontrar p que maximize N p(1- p)N-1

o muitos noacutes fazer o limite de Np(1-p)N-1 para N tendendo a infinito resulta em 1e = 037

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

Na melhor das hipoacuteteseso canal eacute usado para transmissotildees uacuteteis37 do tempo

28

ALOHA Puro (sem slots) Aloha puro operaccedilatildeo mais simples pois natildeo requer slots

(e nem a sincronizaccedilatildeo dos mesmos) quadro pronto transmitir imediatamente a probabilidade de colisatildeo aumenta

o pacote enviado em t0 colide com outros pacotes enviados em [t0-1 t0+1] (2 vezes o tamanho da janela do ALOHA com slots)

15

29

Eficiecircncia do Aloha PuroP( successo para um dado noacute) =

P(noacute transmitir) P(nenhum outro noacute transmiteem [t0-1t0] P(nenhum outro noacute transmiteem [t0t0+1]

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

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

hellip escolhendo p oacutetimo e fazendo N -gt infinito

= 1(2e) = 018

Ainda pior

30

CSMA Carrier Sense Multiple Access

CSMA escuta antes de transmitir Se o canal parece vazio transmite o quadro Se o canal estaacute ocupado adia a transmissatildeo

o CSMA Persistente tenta outra vez imediatamente com probabilidade p quando o canal se torna livre CSMA Natildeo-persistente tenta novamente apoacutes um intervalo aleatoacuterio

Analogia humana natildeo interrompa os outros Desta forma o problema das colisotildees fica resolvido

16

31

Colisotildees no CSMA

colisotildees podem ocorrero atraso de propagaccedilatildeo faz com que dois noacutes possam natildeo ouvir as transmissotildees do outro

colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo do pacote eacute desperdiccedilado

arranjo espacial dos noacutes

notapapel da distacircncia e do atraso de propagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo (janela de vulnerabilidade = retardo ida e volta entre os dois noacutes envolvidos)

espaccedilo

tem

po

32

CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisatildeo)

CSMACDo colisotildees detectadas num tempo curtoo transmissotildees com colisotildees satildeo interrompidas reduzindo o

desperdiacutecio do canal o retransmissotildees persistentes ou natildeo-persistentes

detecccedilatildeo de colisatildeoo faacutecil em LANs cabeadas mediccedilatildeo da intensidade do sinal ou

comparaccedilatildeo dos sinais transmitidos e recebidoso difiacutecil em LANs sem fio receptor desligado enquanto

transmitindo para evitar danificaacute-lo com excesso de potecircncia CSMACD pode conseguir utilizaccedilatildeo do canal perto de 100 em

redes locais (se tiver baixa razatildeo entre tempo de propagaccedilatildeo e tempo de transmissatildeo do pacote)

analogia humana interlocutor educado

17

33

CSMACD detecccedilatildeo de colisatildeoespaccedilo

tempo

detecccedilatildeo de colisatildeotempo

de parada

34

Protocolos com Revezamento

Protocolos MAC com particionamento de canalo compartilham o canal eficientemente quando a carga eacute alta e bem distribuiacuteda

o ineficiente nas cargas baixas retardos elevados para acesso ao canal

Protocolos MAC de acesso aleatoacuterioo eficiente com cargas baixas um uacutenico noacute pode usar todo o canal

o cargas altas excesso de colisotildeesProtocolos MAC com revezamento

buscam o melhor dos dois mundos

18

35

Protocolos MAC com Revezamento

Consulta (Polling) noacute mestre ldquoconvidardquo

os escravos a transmitir um de cada vez

problemaso custo da consulta

(polling overhead)o latecircnciao falha do mestre

Passagem de permissatildeo Ficha de controle (token)

passada de um noacute para o proacuteximo sequumlencialmente

problemaso custo (sobrecarga) da fichao latecircnciao falhas ficha e noacutes

36

Protocolos de ReservaConsulta (polling) distribuiacuteda O tempo eacute dividido em compartimentos (ldquoslotsrdquo) comeccedila com N compartimentos de reserva curtos

o tempo do compartimento de reserva eacute igual ao atraso de propagaccedilatildeo fim-a-fim do canal

o estaccedilatildeo com mensagem a enviar faz uma reservao reserva eacute vista por todas as estaccedilotildees

depois dos compartimentos de reserva ocorre a transmissatildeo das mensagens ordenadas pelas reservas e pelas prioridades de transmissatildeo

reserva mensagens

19

37

Tecnologias de Rede Local Protocolos MAC usados em redes locais para controlar

acesso ao canal Aneacuteis de fichas IEEE 8025 (Token Ring da IBM) para sala

de computaccedilatildeo ou rede departamental ateacute 16Mbps FDDI (Fiber Distributed Data Interface) para rede de Campus ou Metropolitana ateacute 200 estaccedilotildees em 100Mbps

Ethernet emprega o protocolo CSMACD 10Mbps (IEEE 8023) Fast E-net (100Mbps) Gigabit E-net (1000 Mbps) de longe a tecnologia mais popular de rede local

38

Sumaacuterio de protocolos MAC O que se pode fazer com um meio compartilhado

o Particionamento do canal por tempo frequumlecircncia ou coacutedigobull TDMA FDMA CDMA WDMA (wave division)

o Particionamento aleatoacuterio (dinacircmico) bull ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDdetecccedilatildeo de portadora faacutecil com algumas tecnologias (cabos) difiacutecil com outras (sem fio)

bull CSMACD usada na Ethernetbull CSMACA usada nas redes 80211

o Revezamentobull consulta por um noacute central passagem de ficha de permissatildeo

Para sateacutelites eacute difiacutecil detectar se o canal ascendente estaacuteocupado (retardos de 270ms) ALOHA FDM TDM CDMA

20

39

Tecnologias de LANCamada de enlace ateacute agora

o serviccedilos detecccedilatildeo de erroscorreccedilatildeo acesso muacuteltiplo

A seguir tecnologias de redes locais (LAN)o endereccedilamentoo Etherneto hubs pontes switcheso PPP

40

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Endereccedilamento na camada de enlace

55 Ethernet

56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)

57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de

enlace ATM e MPLS

21

41

Endereccedilos Fiacutesicos e ARP

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 MAC (ou de LAN fiacutesico Ethernet) usado para levar o datagrama de uma interface a

outra fisicamente conectada (isto eacute na mesma rede)

Endereccedilos MAC com 48 bits (na maioria das LANs) satildeo gravados na memoacuteria fixa (ROM) do adaptador

42

Cada adaptador numa LAN tem um endereccedilo de LAN uacutenico

End de Broadcast =FF-FF-FF-FF-FF-FF

= adaptador

1A-2F-BB-76-09-AD

58-23-D7-FA-20-B0

0C-C4-11-6F-E3-98

71-65-F7-2B-08-53

LAN(wired orwireless)

Endereccedilos Fiacutesicos e ARP

22

43

A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEE

O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (24 bits) para assegurar a unicidade

Analogia

(a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do CPF

(b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal

endereccedilamento MAC eacute plano (sem estrutura) =gt portabilidade

o eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra sem reconfiguraccedilatildeo do endereccedilo MAC

endereccedilamento IP eacute ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevel

o depende da rede na qual se estaacute ligado

Endereccedilos Fiacutesicos e ARP

44

Envio de um pacote de Argon para Neon

Fonte Liebeherr amp El Zarki 2004httpwwwcsvirginiaedu~itlabbookslidesindexhtml

23

45

DNS The IP address of

ldquoneontcpip-labedurdquo is

1281437121

ARP What is the MAC

address of 1281431371

DNS What is the IP address

of ldquoneontcpip-labedurdquoARP The MAC address of

1281431371 is 00e0f923a820

1281437121 is not on my local network

Therefore I need to send the packet to my

default gateway with address 1281431371

frame

1281437121 is on my local network

Therefore I can send the packet directly

ARP The MAC address of

1281431371 is 0020af039828

ARP What is the MAC

address of 1281437121

frame

46

Protocolo ARP O noacute A quer enviar pacote para o noacute B na mesma rede local A verifica se sua tabela ARP conteacutem o endereccedilo IP de B Se o end de natildeo estiver na Tabela ARP o moacutedulo ARP de A difunde um pacote ARP de consulta contendo o endereccedilo IP de Bo TODOS os noacutes na rede local recebem o pacote ARP

O noacute B responde ao noacute A com pacote ARP unicast informando seu proacuteprio endereccedilo MAC

A armazena o par endereccedilo IP-MAC em sua tabela ARP ateacuteque a informaccedilatildeo se torne obsoletao soft-state informaccedilatildeo que desaparece com o tempo se

natildeo for re-atualizada ARP eacute ldquoplug-and-playrdquo

o noacutes criam as suas tabelas ARP sem intervenccedilatildeo do administradorda rede

24

47

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Endereccedilamento na camada de enlace

55 Ethernet

56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)

57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de

enlace ATM e MPLS

48

Ethernet Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo

o Baratao Primeira tecnologia de LAN largamente usadao Mais simples e mais barata que LANs com token e ATMo Velocidade crescente 10 Mbps ndash 10 Gbps

Serviccedilo natildeo orientado a conexatildeo natildeo confiaacutevel

Esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf

25

49

Topologia em estrela

Barramento popular ateacute meados dos anos 90 Atualmente prevalece a topologia em estrela Conexatildeo hub ou switch

hub orswitch

50

Estrutura do Quadro Ethernet

Preacircmbulo 7 bytes com o padratildeo 10101010 seguidos por um byte com padratildeo o 10101011 usado para sincronizar os reloacutegios do receptor e do emissor

Endereccedilos 6 bytes quadro eacute recebido por todos os adaptadores e descartado se o endereccedilo do quadro natildeo coincide com o endereccedilo do adaptador

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

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

26

51

Codificaccedilatildeo Manchester Banda baacutesica transmissatildeo digital bits satildeo codificados usando

codificaccedilatildeo Manchester e transmitidos diretamente modificando a voltagem de sinal de corrente contiacutenua

Cada bit tem uma transiccedilatildeo Permite que os reloacutegios (clocks) nos noacutes emissor e receptor

mantenham-se sincronizadoso Natildeo eacute necessaacuterio um reloacutegio centralizado global para todos os noacutes

Aspecto da camada fiacutesica

52

Ethernet usa CSMACDA escutar canal se canal em silecircncio por determinado tempo (96 BTT)

entatildeo transmitir e monitorar o canal Se detectada outra transmissatildeo entatildeo

abortar e enviar sinal de ldquojamrdquo (48 bits)atualizar nuacutemero de colisotildees esperar de acordo com o algoritmo de retardo exponencial (ldquoexponential backoffrdquo)

ir para A

senatildeo quadro transmitido zerar contador de colisotildees

senatildeo esperar ateacute terminar a transmissatildeo em curso ir para A

27

53

Sinal de ldquoJamrdquo garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo (48 bits)

Tempo de Bit (BTT) 01 micros para Ethernet de 10 Mbps para K=1023 tempo de espera eacute de aprox 50 msec

ldquoExponential Backoffrdquo Objetivo adaptar tentativas

de retransmissatildeo agrave carga atual estimada da redeo carga pesada espera aleatoacuteria

mais longa Esperar K 512 BTT primeira colisatildeo

escolher K entre 01 segunda colisatildeo

escolher K entre 0123 apoacutes 10 ou mais colisotildees

escolher K entre 01234hellip1023

Ethernet CSMACD (cont)

54

Ethernet - Eficiecircncia Eficiecircncia com traacutefego pesado e nuacutemero grande de noacutes

)5(1

1

trans

prop

t

tEficiecircncia

+

=

tprop = tempo maacuteximo de propagaccedilatildeo entre 2 noacutesttrans= tempo para transmitir um quadro de tamanho maacuteximo

Quando tprop tende a 0 a eficiecircncia tende a 1Quando ttrans tende a infinito a eficiecircncia tende a 1

Muito melhor que ALOHA e ainda descentralizado simples e barato

28

55

Tecnologias Ethernet 10Base2 10 10Mbps 2 comprimento maacuteximo do cabo de 200 metros (de

fato 185 metros) Utiliza cabo coaxial fino numa topologia em barramento

repetidores satildeo usados para conectar muacuteltiplos segmentos (ateacuteum maacuteximo de 4)

repetidor repete os bits que ele recebe numa interface para as suas outras interfaces atua somente na camada fiacutesica

pacotes transmitidosviajam nas duas direccedilotildees

conectorT terminador

adaptador

noacute noacute noacute noacute noacute

56

10BaseT e 100BaseT Taxas de 10 e 100 Mbps A de taxa 100 Mbps eacute chamada de ldquoFast Ethernetrdquo T significa ldquoTwisted Pairrdquo (par tranccedilado) Noacutes conectados a um concentrador (ldquohubrdquo) ldquotopologia em

estrelardquo

par tranccedilado

hub

29

57

10BaseT e 100BaseT (cont)

Distacircncia maacutexima do noacute ao hub 100 metros Hub pode desconectar da rede um adaptador que

natildeo paacutera de transmitir (ldquojabbering adapterrdquo) ndash10Base2 natildeo funcionariahellip

Hub pode coletar e monitorar informaccedilotildees e estatiacutesticas para apresentaccedilatildeo ao administradores da LAN

10BaseT usa codificaccedilatildeo Manchester 100BaseT usa 4B5B

(5 clocks para transmitir 4 bits)

58

HubsHubs satildeo essencialmente repetidores da camada fiacutesica

o bits vindos de um enlace vatildeo para todos os demais enlaceso hellip agrave mesma velocidadeo natildeo haacute armazenamento de quadros (buffering)o natildeo haacute CSMACD no hub adaptadores detectam as

colisotildeeso oferece funccedilotildees de gerecircncia de rede

twisted pair

hub

30

59

Gbit Ethernet (IEEE 8023z)

Usa formato do quadro Ethernet padratildeo Permite enlaces ponto-a-ponto (com switchs) e

canais de difusatildeo compartilhados (com hubs) Em modo compartilhado usa CSMACD

o para ser eficiente as distacircncias entre os noacutes devem ser curtas (poucos metros)

hubs chamados de Distribuidores com Buffers(ldquoBuffered Distributorsrdquo)

Full-Duplex em 1 Gbps para enlaces ponto-a-ponto 10 Gbps atualmente

60

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Endereccedilamento na camada de enlace

55 Ethernet

56 Interconexotildees distribuidores e comutadores (Hubs and switches)

57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de

enlace ATM e MPLS

31

61

Interconexatildeo de LANs

Por que natildeo somente 1 grande LAN o Limitaccedilatildeo de traacutefego

bull em uma uacutenica LAN todas as estaccedilotildees compartilham a largura de banda

o Limitaccedilatildeo de distacircnciabull 8023 especifica o comprimento maacuteximo do cabo

o Grande ldquodomiacutenio de colisatildeordquobull pode-se colidir com muitas estaccedilotildees

o Limitaccedilatildeo do nuacutemero de estaccedilotildeesbull passagem de ficha provoca atraso em cada estaccedilatildeo p ex

62

Hubs e Comutadores

Usados para estender redes locais cobertura geograacutefica nuacutemero de noacutes funcionalidade administrativa etc

Diferem entre si em respeito ao isolamento de domiacutenios de colisatildeoo camada em que operam

Diferentes de roteadoreso ldquoplug and playrdquoo natildeo fazem o roteamento oacutetimo de pacotes IP

32

63

Hubs Dispositivos de camada fiacutesica

o repetem os bits recebidos numa interface para as demais

Podem ser dispostos numa hierarquia (multi-tier hub desing)

64

Hubs (cont)

Vantagens de Hubso Dispositivos simples e baratoso Configuraccedilatildeo em muacuteltiplos niacuteveis provecirc degradaccedilatildeo paulatina porccedilotildees da rede local continuam a operar se um dos hubs parar de funcionar

o Estende a distacircncia maacutexima entre pares de noacutes

33

65

Hubs (cont)

Limitaccedilotildeeso Domiacutenio de colisatildeo uacutenico natildeo leva a aumento na vazatildeo maacuteximabull a vazatildeo no caso de muacuteltiplos niacuteveis eacute igual agrave de um uacutenico segmento

o As tecnologias Ethernet (10Base 10BaseT etc) estabelecem limites no nuacutemero de noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo distacircncia entre hospedeiros e numero maacuteximo de niacuteveis (tiers)

o Natildeo se pode misturar Ethernet 10BaseT e 100Base)

66

Comutador (Switch) Dispositivo da camada de enlace

o Armazena e reenvia quadros Etherneto Encaminha os quadros a partir dos respectivos endereccedilos MAC de destino

o Quando quer repassar um quadro para um segmento usa o CSMACD para acessar o segmento

Transparente o Hospedeiros natildeo sabem da presenccedila do switch

plug-and-play auto-aprendizadoo Natildeo precisam ser configurados

34

67

Repasse (forwarding)

bull Com se determina para que segmento de LAN se deve repassar um quadrobull Parece um problema de roteamento

hub hubhub

switch1

2 3

68

Auto-aprendizado

Comutador tem uma tabela de comutaccedilatildeo (switch table) Entrada na tabela de comutaccedilatildeo

o (Endereccedilo MAC Interface Selo do Tempo)o Entradas antigas descartadas

O comutador aprende que noacutes satildeo alcanccedilaacuteveis atraveacutes de suas interfaceso Quando um quadro eacute recebido ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do remetente segmento de LAN de chegada

35

69

Filtragem e RepasseQuando um quadro eacute recebido

indexar a tabela de comutaccedilatildeo usando o end MAC destinose entrada encontradaentatildeo se destino no segmento de onde o quadro foi recebidoentatildeo descartar o quadrosenatildeo repassar o quadro para a interface indicada (CSMACD)

senatildeo inundar

Repassar a todas as interfaces exceto agravequelapor onde chegou o quadro

70

Exemplo

Suponha que C envia quadro para D

Switch recebe o quadro de Co registra na tabela que C estaacute na interface 1o como D natildeo estaacute na tabela repassa o quadro para as

interfaces 2 e 3

quadro recebido por D

hub hub hub

switch

A

B CD

EF G H

I

end interface

ABEG

1123

12 3

36

71

Exemplo

Suponha que D responde para C

Switch recebe o quadro de Do registra na tabela que D estaacute na interface 2o como C estaacute na tabela repassa o quadro apenas para a

interface 1

quadro recebido por C

hub hub hub

switch

A

B CD

EF G H

I

end interface

ABEGC

11231

72

Comutador isolamento de traacutefego A instalaccedilatildeo de um comutador divide uma subrede

em vaacuterios segmentos de LAN

Comutador filtra os quadroso segmentos tornam-se diferentes domiacutenios de colisatildeo

hub hub hub

switch

collision domain collision domain

collisiondomain

37

73

Comutador acesso dedicado Comutadores com muitas

interfaces Hospedeiros tecircm conexatildeo

direta com o comutador Sem colisotildees full duplex

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

switch

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

74

Comutador hellip

Alguns comutadores implementam cut-througho o quadro eacute repassado sem esperar a montagem do quadro inteiro no buffer do comutador bull pequena reduccedilatildeo da latecircncia

Combinaccedilotildees de interfaces compartilhadasdedicadas de 101001000 Mbps

38

75

Rede institucional

hub hubhub

comutador

para a rede externa

roteador

subrede IP

servidor de correio-e

servidor web

76

Comutadores vs Roteadores ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa

o roteadores dispositivos da camada de rede (examinam cabeccedilalhos da camada de rede)

o comutadores dispositivos da camada de enlace roteadores mantecircm tabelas de rotas e implementam algoritmos

de roteamento comutadores mantecircm tabelas de filtragem implementam

filtragem

39

77

Comparaccedilatildeo Sumaacuteria

hubs routers switches

traffic isolation

no yes yes

plug amp play yes no yes

optimal routing

no yes no

cut through

yes no yes

78

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Endereccedilamento na camada de enlace

55 Ethernet

56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

40

79

Controle de Enlace Ponto-a-Ponto

Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil que um enlace broadcasto natildeo haacute Controle de Acesso ao Meioo natildeo haacute necessidade de endereccedilamento MAC expliacutecito

o ex enlace discado linha ISDN protocolos ponto-a-ponto populares para camada

de enlaceo PPP (point-to-point protocol)o HDLC High-level Data Link Control(A camada de enlace costumava ser considerada de alto niacutevel na pilha de protocolos)

80

Protocolo Ponto-a-Ponto (PPP)

PPP eacute muito popular usado em conexotildees discadas entre sistema domeacutestico e provedor em conexotildees SONETSDH etc

PPP eacute extremamente simples (o mais simples dos protocolos de enlace de dados) e muito otimizado

41

81

PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]

Enquadramento de pacotes encapsulamento do datagrama da camada de rede no quadro da camada de enlace

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

Muacuteltiplos protocolos da camada de rede (natildeo apenas o IP) ao mesmo tempoo capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeoo Campo lsquotipo de protocolorsquo como no IP

Muacuteltiplos tipos de enlace seriais paralelos siacutencronos assiacutencronos eleacutetricos oacutepticos

Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo) connection livenes detecta e informa falhas do enlace para a

camada de rede Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede as camadas de rede

comuni9cantes devem poder aprender ou configurar mutuamente seus endereccedilos de rede

Simplicidade

82

Nem tudo foi requerido do PPP

natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros natildeo haacute controle de fluxo aceita entregas fora de ordem (embora seja pouco

comum) natildeo haacute necessidade de suportar enlaces multiponto

(ex polling)o HDLC os permite

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

42

83

PPP Formato do Quadro 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)

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

erros

endereccedilocontrole

tamanhovariaacutevelou ou

CRC

84

Byte Stuffing Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de

dados deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt01111110gt

Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte extra com o padratildeo lt 01111101gt (escape) antes de cada byte de dados lt 01111110gt

Receptoro dois bytes 01111101 seguidos descarta o primeiro e continua a recepccedilatildeo de dados

o um byte 01111110 flag Em enlaces siacutencronos orientados a bit usa-se bit

stuffing o depois de uma sequumlecircncia de 5 bits lsquo1rsquo o transmissor insere

um bit lsquo0rsquo

43

85

Byte Stuffing

byte como padratildeodo flag nosdados a enviar

byte com o padratildeo de flag seguido do byte inserido

86

PPP Protocolo de Controle de Enlace (LCP) e Controle de RedeAntes de trocar dados da camada

de rede os parceiros da camada de enlace devem

configurar o enlace PPP (PPP-LCP) (tamanho maacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo)

aprenderconfigurar informaccedilotildees da camada de redeo para o IP mensagens do

Protocolo de Controle IP (IPCP) para configurar aprender os endereccedilos IP

44

87

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Endereccedilamento na camada de enlace

55 Ethernet

56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)

57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

88

ATM e MPLS

ATM MPLS redes com arquiteturas proacutepriaso modelos de serviccedilo endereccedilamento e roteamento diferentes dos da Internet

Vistos pela Internet como enlaces loacutegicos conectando roteadores IPo assim como um enlace discado eacute parte de uma rede separada (a rede de telefonia)

ATM MPLS de interesse teacutecnico por si mesmas

45

89

Padratildeo dos anos 199000 para a arquitetura de alta velocidade (155 622Mbps hellip) da BroadbandIntegrated Service Digital Network (B-ISDN)

Objetivo transporte integrado fim-a-fim de voz viacutedeo e dadoso deve atender aos requisitos de tempoQoS para aplicaccedilotildees de voz e de viacutedeo (versus o serviccedilo de melhor esforccedilo da Internet)

o telefonia de ldquoproacutexima geraccedilatildeordquo fundamentos teacutecnicos no mundo da telefonia

o comutaccedilatildeo de pacotes (pacotes de tamanho fixo chamados ldquoceacutelulasrdquo) usando circuitos virtuais

ATM Modo de Transferecircncia Assiacutencrono

90

Arquitetura ATM

camada de adaptaccedilatildeo apenas na borda de uma rede ATM

o grosseiramente anaacuteloga agrave camada de transporte da Interneto ldquoadaptardquo camadas superiores (aplicaccedilotildees IP ou nativas ATM)

para a camada ATM abaixo camada ATM camada de ldquorederdquo

o comutaccedilatildeo de ceacutelulas roteamento camada fiacutesica

46

91

ATM camada de rede ou de enlaceVisatildeo transporte fim-a-fim

ldquoATM de computador a computadorrdquoo ATM eacute uma tecnologia

de rede

Realidade usada para conectar roteadores IP de backboneo ldquoIP sobre ATMrdquoo ATM como uma camada

de enlace comutada conectando roteadores IP

Rede ATM

rede IP

92

Camada ATMServiccedilo transporte de ceacutelulas atraveacutes da rede ATM

o anaacuteloga agrave camada de rede IPo Serviccedilos muito diferentes da camada de rede IP

Arquitetura

de Rede

Internet

ATM

ATM

ATM

ATM

Modelo

de Serviccedilo

melhor

esforccedilo

CBR

VBR

ABR

UBR

Banda

natildeo

taxa

constante

taxa

garantida

miacutenimo

garantido

natildeo

Perda

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Ordem

natildeo

sim

sim

sim

sim

Tempo

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Aviso de

Congestatildeo

natildeo (inferido

pelas perdas)

natildeo haacute

congestatildeo

natildeo haacute

congestatildeo

sim

natildeo

Garantias

47

93

Camada ATM Circuitos Virtuais Transporte em CV ceacutelulas (53 bytes) satildeo transportadas sobre CV

da fonte ao destinoo estabelecimento de conexatildeo necessaacuterio antes que o fluxo de dados

possa ser iniciadoo cada pacote transporta um identificador de CV (natildeo transporta o

endereccedilo do destino)o cada comutador no caminho entre a fonte e o destino manteacutem o

ldquoestadordquo para cada conexatildeo passanteo recursos do enlace e do comutador (banda passante buffers) podem

ser alocados aoCV para obter um comportamento semelhante ao de um circuito fiacutesico

CVs Permanentes (PVC)o conexotildees de longa duraccedilatildeo o tipicamente rota ldquopermanenterdquo entre roteadores IP

CVs Comutados (SVC)o conexotildees de curta duraccedilatildeoo dinamicamente criados com base nas chamadas

94

CVs ATM

Vantagens do uso de circuitos virtuais no ATMo Consegue garantir niacuteveis de QoS para conexotildees mapeadas em circuitos virtuais (banda passante atraso variacircncia de atraso)

Problemas no uso de circuitos virtuaiso O traacutefego de datagramas eacute ineficienteo um PVC entre cada par origemdestino natildeo eacuteescalaacutevel (N2 conexotildees satildeo necessaacuterias)

o SVC introduz latecircncia de estabelecimento de conexatildeo e atrasos de processamento para conexotildees de curta duraccedilatildeo

48

95

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

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

Cabeccedilalhoda ceacutelula

Formato daceacutelula

96

Camada ATM Cabeccedilalho da ceacutelula ATM

VCI identificador de canal virtual

o pode mudar de enlace para enlace atraveacutes da rede

PT Tipo de payload (carga)o Ex ceacutelula de gerenciamento versus ceacutelula de dados

CLP bit de Prioridade de Perda de Ceacutelula (Cell Loss Priority)

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

HEC Verificaccedilatildeo de Erros no Cabeccedilalho

o verificaccedilatildeo ciacuteclica de erros

49

97

Camada Fiacutesica ATM Compotildee-se de duas partes (subcamadas) Transmission Convergence Sublayer - TCS adapta a

camada ATM acima agrave subcamada fiacutesica abaixo (PMD Physical Medium Dependent Sublayer- PMD depende

do tipo de meio fiacutesico sendo empregado

98

IP-sobre-ATMApenas IP Claacutessico 3 ldquoredesrdquo (ex

segmentos de LAN) endereccedilos MAC

(8023) e IP

IP sobre ATM substitui ldquorederdquo (ex

segmento de LAN) por rede ATM

endereccedilos ATM endereccedilos IP

redeATM

EthernetLANs

EthernetLANs

50

99

IP-sobre-ATM

AALATMphyphy

Eth

IP

ATMphy

ATMphy

apptranspIPAALATMphy

apptranspIPEthphy

100

Viagem de um Datagrama numa Rede IP-sobre-ATM Hospedeiro de Origem

o Camada IP encontra um mapeamento entre o endereccedilo IP e o endereccedilo de destino ATM (usando ATM-ARP)

o passa o datagrama para a camada de adaptaccedilatildeo AAL5o AAL5 encapsula os dados (datagrama) segmenta em ceacutelulas e

passa para a camada ATM Rede ATM move a ceacutelula para o destino de comutador a

comutador de acordo com o seu CV (circuito virtual) Hospedeiro de Destino

o AAL5 remonta o datagrama original a partir das ceacutelulas recebidas

o se o CRC OK datagrama eacute passado ao IP

51

101

IP-sobre-ATM

datagramas IP emPDUs ATM AAL5

de endereccedilos IP paraendereccedilos ATMo como de endereccedilos IP paraendereccedilos MAC 8023

RedeATM

LANsEthernet

102

Multiprotocol label switching (MPLS)

Objetivo inicial acelerar o repasse de datagramas IP usando um roacutetulo de tamanho fixoo usa ideacuteias da abordagem de Circuitos Virtuais

PPP or Ethernet

headerIP header remainder of link-layer frameMPLS header

label Exp S TTL

20 3 1 8

52

103

Roteadores habilitados para MPLS

Roteadores de chaveamento de roacutetulos (label-switchedrouter)

Repassa pacotes para as interfaces de saiacuteda baseado apenas no valor do roacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP)o tabela de repasse o MPLS diferente da tabela de repasse IP

Necessaacuterio um protocolo de sinalizaccedilatildeoo RSVP-TEo Repasse possiacutevel atraveacutes de caminhos que o IP sozinho natildeo

permitiria (pex roteamento especifico para fonte - source-specific routing)

o MPLS pode ser usado para engenharia de traacutefego Deve coexistir com roteadores que entendem apenas

IP

104

R1R2

D

R3R4R5

0

1

00

A

R6

in out out

label label dest interface

6 - A 0

in out out

label label dest interface

10 6 A 1

12 9 D 0

in out out

label label dest interface

10 A 0

12 D 0

1

in out out

label label dest interface

8 6 A 0

0

8 A 1

Tabelas de repasse MPLS

53

105

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Endereccedilamento na camada de enlace

55 Ethernet

56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)

57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de

enlace ATM e MPLS

2

3

ldquoenlacerdquo

A camada de enlace de dados tem a responsabilidade de transferir datagramas entre noacutes adjacentes atraveacutesde um enlace

Camada de enlace contexto

4

Camada de enlace contexto

fluxo real de PDUsRoteador R1

Roteador R4

Roteador R3Roteador R3Roteador R2

protocolode enlace

3

5

dois elementos fiacutesicos fisicamente conectadoso hospedeiro-roteador roteador-roteador hospedeiro-

hospedeiro

unidade de dados quadro (frame)

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

redeenlacefiacutesica

M

MMM

Ht

HtHn

HtHnHl MHtHnHl

quadroenlacefiacutesico

protocolode enlace

placa adaptadora

Camada de enlace contexto

6

Serviccedilos da Camada de Enlace

Enquadramento e acesso ao enlaceo encapsula datagramas em quadros acrescentando cabeccedilalho

e trailer (reboque)o implementa acesso ao canal se o meio eacute compartilhado o endereccedilos ldquoMACrdquo usados nos cabeccedilalhos dos quadros para

identificar a fonte e o destino dos quadros em enlaces multipontobull diferente do endereccedilo IP

Entrega confiaacutevel entre noacutes adjacenteso jaacute aprendemos como isto deve ser feito (capiacutetulo 3)o raramente usado em enlaces com baixa taxa de erro (fibra

alguns tipos de par tranccedilado cabo coaxial)o enlaces sem-fio (wireless) altas taxas de erro

bull Por quecirc confiabilidade fim-a-fim e na camada de enlace

4

7

Serviccedilos da Camada de Enlace (cont)

Controle de Fluxoo limitaccedilatildeo da transmissatildeo entre transmissor e receptor

(compatibilizar taxas) Detecccedilatildeo de Erros

o erros causados pela atenuaccedilatildeo do sinal e por ruiacutedos o o receptor detecta a presenccedila de erros

bull avisa ao transmissor para reenviar o quadro perdido ou simplesmente descarta o quadro

Correccedilatildeo de Erroso o receptor identifica e corrige o(s) bit(s) com erro(s)

sem recorrer agrave retransmissatildeo Half-duplex and full-duplex

8

Implementaccedilatildeo de Protocoloda Camada de Enlace implementado totalmente no ldquoadaptadorrdquo

o ex placa PCMCIA placa Etherneto tipicamente inclui RAM chips DSP interface com barramento do hospedeiro e interface do enlace

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

redeenlacefiacutesica

M

MMM

Ht

HtHn

HtHnHl MHtHnHl

quadroenlacefiacutesico

protocolode enlace

placa adaptadora

5

9

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Endereccedilamento na camada de enlace

55 Ethernet

56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)

57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de

enlace ATM e MPLS

10

Detecccedilatildeo de ErrosEDC= Error Detection and Correction bits

(Bits de Detecccedilatildeo e Correccedilatildeo de Erros redundacircncia)D = Dados protegidos pela verificaccedilatildeo de erros

pode incluir os campos de cabeccedilalho

bull A detecccedilatildeo de erros natildeo eacute 100 confiaacutevelbull protocolos podem deixar passar alguns erros mas eacute rarobull quanto maior o campo EDC maior a capacidade de detecccedilatildeo e correccedilatildeo

6

11

Verificaccedilatildeo de Paridade

Paridade simplesDetecta erros de um bit

Paridade Bi-dimensionalDetecta e corrige erros de um bit

0 0

sem erros erro deparidade

erro de 1 bitcorrigiacutevel

erro deparidade

bit deparidade

12

Soma de verificaccedilatildeo da Internet

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 checksumo NAtildeO - erro detectadoo SIM - natildeo detectou erro

(Mas apesar disso talvez ainda haja erros hellip )

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

7

13

Cyclic Redundancy Check (CRC) encara os bits de dados D como a sequumlecircncia de coeficientes de

um polinocircmio escolhe um padratildeo (polinocircmio) gerador de r+1 bits G objetivo escolhe r bits R (CRC) tal que

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

zero erro detectadoo pode detectar todos os erros em rajada (burst errors) com

comprimento menor que r+1 bits largamente usado na praacutetica (ATM HDCL)

padratildeo de bits

foacutermulamatemaacutetica

bits de dados a enviar

14

Exemplo de CRCDesejado

D2r XOR R = nGequivalente a

D2r = nG XOR R equivalente a

se dividimos D2r

por G o resto seraacute R

R = resto[ ]D2r

G

8

15

Implementaccedilatildeo de CRC

Remetente realiza em tempo real por hardware a divisatildeo da sequumlecircncia D pelo polinocircmio G e acrescenta o resto R a D

O receptor divide ltDRgt por G se o resto for diferente de zero a transmissatildeo teve erro

Padrotildees internacionais de polinocircmios G de graus 8 12 15 e 32 jaacute foram definidos

A ARPANET utilizava um CRC de 24 bits no protocolo de enlace de bit alternado

ATM utiliza um CRC de 32 bits em AAL5 HDLC utiliza um CRC de 16 bits

16

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Endereccedilamento na camada de enlace

55 Ethernet

56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)

57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de

enlace ATM e MPLS

9

17

Enlaces e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo

Dois tipos de ldquoenlacesrdquo ponto-a-ponto

o PPP para acesso discadoo Ponto a ponto entre comutador Ethernet e hospedeiro

Difusatildeo ndash broadcast (cabo ou meio compartilhado)o Ethernet tradicionalo Canal de subida HFCo LAN sem fio 80211

18

Protocolos de Acesso Muacuteltiplo

Enlaces com difusatildeo canal de comunicaccedilatildeo uacutenico e compartilhado

duas ou mais transmissotildees pelos noacutes interferecircncia (colisatildeo)o apenas um noacute pode

transmitir com sucesso num dado instante de tempo

10

19

Protocolos de Acesso Muacuteltiplo

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

o comunicaccedilatildeo sobre o compartilhamento do canal deve utilizar o proacuteprio canal

20

Protocolo de Acesso Muacuteltiplo Ideal

Canal de difusatildeo de taxa R bps1 Quando um noacute quer transmitir ele envia agrave taxa R2 Quando M noacutes querem transmitir cada um envia agrave

taxa meacutedia de RM3 Totalmente descentralizado

o Ausecircncia de um noacute especial que coordena as transmissotildeeso Ausecircncia de sincronizaccedilatildeo de reloacutegios slots etc

4 Simples

Objetivo eficiente justo simples descentralizado

11

21

Protocolos MAC taxonomiaTrecircs grandes classes

o Particionamento de canalbull divide o canal em pedaccedilos menores (compartimentos de tempo frequumlecircncia)

bull aloca um pedaccedilo para uso exclusivo de cada noacute

o Acesso Aleatoacuteriobull canal natildeo dividido permite colisotildeesbull ldquorecuperaccedilatildeordquo das colisotildees

o Revezamento (passagem de permissatildeo)bull compartilhamento estritamente coordenado para evitar colisotildees

22

Particionamento de Canal TDMA

TDMA acesso muacuteltiplo por divisatildeo temporal acesso ao canal eacute feito por rdquoturnos cada estaccedilatildeo recebe um compartimento (ldquoslotrdquo) de tamanho

fixo (= tempo de transmissatildeo de um pacote) em cada turno compartimentos natildeo usados satildeo desperdiccedilados exemplo rede local com 6 estaccedilotildees 134 tecircm pacotes

compartimentos 256 ficam vazios

ineficiente com usuaacuterios de pouca demanda ou quando carga for baixa

12

23

FDMA acesso muacuteltiplo por divisatildeo de frequumlecircncia o espectro 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 134 tecircm pacotes as bandas

de frequumlecircncia 256 ficam vazias

band

asde

fre

quumlecircn

cia tempo

Particionamento de Canal FDMA

mesmos problemas de eficiecircncia do TDM

24

Protocolos de Acesso Aleatoacuterio

Quando o noacute tem um pacote a enviaro transmite aleatoriamente agrave taxa do canal (R bps)o natildeo haacute coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes

dois ou mais noacutes transmitindo -gt ldquocolisatildeordquo Protocolo MAC de acesso aleatoacuterio especifica

o como detectar colisotildeeso como as estaccedilotildees se recuperam das colisotildees (ex via

retransmissotildees)

Exemplos de protocolos MAC de acesso aleatoacuterioo slotted ALOHAo ALOHAo CSMA e CSMACD

13

25

Slotted AlohaO tempo eacute dividido em compartimentos (slots) de tamanho igual (= tempo de transmissatildeo de um quadro)

Um noacute com quadro pronto transmite no iniacutecio do proacuteximo compartimento

Se houver colisatildeo (realimentaccedilatildeo pelo canal) o retransmitir o quadro nos compartimentos posteriores com probabilidade p ateacute obter sucesso

26

Slotted ALOHA

Pro Se apenas um noacute estiver ativo

pode transmitir continuamente agrave taxa do canal

Bastante descentralizado apenas os slots dos noacutes precisam ser sincronizados

simples

Contra Colisotildees desperdiacutecio de

slots Slots ociosos Os noacutes podem ser capazes

de detectar uma transmissatildeo em menos tempo do que o necessaacuterio para enviar um pacote

Sincronizaccedilatildeo de reloacutegios

14

27

Eficiecircncia do Slotted Aloha

Supondo N noacutes com muitos quadros a enviar cada um transmite em um slot com probabilidade p

prob de que um noacuteespeciacutefico tenha sucesso em um slot = p(1-p)N-1

prob de um noacute qualquer ter sucesso = Np(1-p)N-1

Para eficiecircncia maacutexima o N noacutes ativos

encontrar p que maximize N p(1- p)N-1

o muitos noacutes fazer o limite de Np(1-p)N-1 para N tendendo a infinito resulta em 1e = 037

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

Na melhor das hipoacuteteseso canal eacute usado para transmissotildees uacuteteis37 do tempo

28

ALOHA Puro (sem slots) Aloha puro operaccedilatildeo mais simples pois natildeo requer slots

(e nem a sincronizaccedilatildeo dos mesmos) quadro pronto transmitir imediatamente a probabilidade de colisatildeo aumenta

o pacote enviado em t0 colide com outros pacotes enviados em [t0-1 t0+1] (2 vezes o tamanho da janela do ALOHA com slots)

15

29

Eficiecircncia do Aloha PuroP( successo para um dado noacute) =

P(noacute transmitir) P(nenhum outro noacute transmiteem [t0-1t0] P(nenhum outro noacute transmiteem [t0t0+1]

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

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

hellip escolhendo p oacutetimo e fazendo N -gt infinito

= 1(2e) = 018

Ainda pior

30

CSMA Carrier Sense Multiple Access

CSMA escuta antes de transmitir Se o canal parece vazio transmite o quadro Se o canal estaacute ocupado adia a transmissatildeo

o CSMA Persistente tenta outra vez imediatamente com probabilidade p quando o canal se torna livre CSMA Natildeo-persistente tenta novamente apoacutes um intervalo aleatoacuterio

Analogia humana natildeo interrompa os outros Desta forma o problema das colisotildees fica resolvido

16

31

Colisotildees no CSMA

colisotildees podem ocorrero atraso de propagaccedilatildeo faz com que dois noacutes possam natildeo ouvir as transmissotildees do outro

colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo do pacote eacute desperdiccedilado

arranjo espacial dos noacutes

notapapel da distacircncia e do atraso de propagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo (janela de vulnerabilidade = retardo ida e volta entre os dois noacutes envolvidos)

espaccedilo

tem

po

32

CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisatildeo)

CSMACDo colisotildees detectadas num tempo curtoo transmissotildees com colisotildees satildeo interrompidas reduzindo o

desperdiacutecio do canal o retransmissotildees persistentes ou natildeo-persistentes

detecccedilatildeo de colisatildeoo faacutecil em LANs cabeadas mediccedilatildeo da intensidade do sinal ou

comparaccedilatildeo dos sinais transmitidos e recebidoso difiacutecil em LANs sem fio receptor desligado enquanto

transmitindo para evitar danificaacute-lo com excesso de potecircncia CSMACD pode conseguir utilizaccedilatildeo do canal perto de 100 em

redes locais (se tiver baixa razatildeo entre tempo de propagaccedilatildeo e tempo de transmissatildeo do pacote)

analogia humana interlocutor educado

17

33

CSMACD detecccedilatildeo de colisatildeoespaccedilo

tempo

detecccedilatildeo de colisatildeotempo

de parada

34

Protocolos com Revezamento

Protocolos MAC com particionamento de canalo compartilham o canal eficientemente quando a carga eacute alta e bem distribuiacuteda

o ineficiente nas cargas baixas retardos elevados para acesso ao canal

Protocolos MAC de acesso aleatoacuterioo eficiente com cargas baixas um uacutenico noacute pode usar todo o canal

o cargas altas excesso de colisotildeesProtocolos MAC com revezamento

buscam o melhor dos dois mundos

18

35

Protocolos MAC com Revezamento

Consulta (Polling) noacute mestre ldquoconvidardquo

os escravos a transmitir um de cada vez

problemaso custo da consulta

(polling overhead)o latecircnciao falha do mestre

Passagem de permissatildeo Ficha de controle (token)

passada de um noacute para o proacuteximo sequumlencialmente

problemaso custo (sobrecarga) da fichao latecircnciao falhas ficha e noacutes

36

Protocolos de ReservaConsulta (polling) distribuiacuteda O tempo eacute dividido em compartimentos (ldquoslotsrdquo) comeccedila com N compartimentos de reserva curtos

o tempo do compartimento de reserva eacute igual ao atraso de propagaccedilatildeo fim-a-fim do canal

o estaccedilatildeo com mensagem a enviar faz uma reservao reserva eacute vista por todas as estaccedilotildees

depois dos compartimentos de reserva ocorre a transmissatildeo das mensagens ordenadas pelas reservas e pelas prioridades de transmissatildeo

reserva mensagens

19

37

Tecnologias de Rede Local Protocolos MAC usados em redes locais para controlar

acesso ao canal Aneacuteis de fichas IEEE 8025 (Token Ring da IBM) para sala

de computaccedilatildeo ou rede departamental ateacute 16Mbps FDDI (Fiber Distributed Data Interface) para rede de Campus ou Metropolitana ateacute 200 estaccedilotildees em 100Mbps

Ethernet emprega o protocolo CSMACD 10Mbps (IEEE 8023) Fast E-net (100Mbps) Gigabit E-net (1000 Mbps) de longe a tecnologia mais popular de rede local

38

Sumaacuterio de protocolos MAC O que se pode fazer com um meio compartilhado

o Particionamento do canal por tempo frequumlecircncia ou coacutedigobull TDMA FDMA CDMA WDMA (wave division)

o Particionamento aleatoacuterio (dinacircmico) bull ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDdetecccedilatildeo de portadora faacutecil com algumas tecnologias (cabos) difiacutecil com outras (sem fio)

bull CSMACD usada na Ethernetbull CSMACA usada nas redes 80211

o Revezamentobull consulta por um noacute central passagem de ficha de permissatildeo

Para sateacutelites eacute difiacutecil detectar se o canal ascendente estaacuteocupado (retardos de 270ms) ALOHA FDM TDM CDMA

20

39

Tecnologias de LANCamada de enlace ateacute agora

o serviccedilos detecccedilatildeo de erroscorreccedilatildeo acesso muacuteltiplo

A seguir tecnologias de redes locais (LAN)o endereccedilamentoo Etherneto hubs pontes switcheso PPP

40

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Endereccedilamento na camada de enlace

55 Ethernet

56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)

57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de

enlace ATM e MPLS

21

41

Endereccedilos Fiacutesicos e ARP

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 MAC (ou de LAN fiacutesico Ethernet) usado para levar o datagrama de uma interface a

outra fisicamente conectada (isto eacute na mesma rede)

Endereccedilos MAC com 48 bits (na maioria das LANs) satildeo gravados na memoacuteria fixa (ROM) do adaptador

42

Cada adaptador numa LAN tem um endereccedilo de LAN uacutenico

End de Broadcast =FF-FF-FF-FF-FF-FF

= adaptador

1A-2F-BB-76-09-AD

58-23-D7-FA-20-B0

0C-C4-11-6F-E3-98

71-65-F7-2B-08-53

LAN(wired orwireless)

Endereccedilos Fiacutesicos e ARP

22

43

A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEE

O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (24 bits) para assegurar a unicidade

Analogia

(a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do CPF

(b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal

endereccedilamento MAC eacute plano (sem estrutura) =gt portabilidade

o eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra sem reconfiguraccedilatildeo do endereccedilo MAC

endereccedilamento IP eacute ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevel

o depende da rede na qual se estaacute ligado

Endereccedilos Fiacutesicos e ARP

44

Envio de um pacote de Argon para Neon

Fonte Liebeherr amp El Zarki 2004httpwwwcsvirginiaedu~itlabbookslidesindexhtml

23

45

DNS The IP address of

ldquoneontcpip-labedurdquo is

1281437121

ARP What is the MAC

address of 1281431371

DNS What is the IP address

of ldquoneontcpip-labedurdquoARP The MAC address of

1281431371 is 00e0f923a820

1281437121 is not on my local network

Therefore I need to send the packet to my

default gateway with address 1281431371

frame

1281437121 is on my local network

Therefore I can send the packet directly

ARP The MAC address of

1281431371 is 0020af039828

ARP What is the MAC

address of 1281437121

frame

46

Protocolo ARP O noacute A quer enviar pacote para o noacute B na mesma rede local A verifica se sua tabela ARP conteacutem o endereccedilo IP de B Se o end de natildeo estiver na Tabela ARP o moacutedulo ARP de A difunde um pacote ARP de consulta contendo o endereccedilo IP de Bo TODOS os noacutes na rede local recebem o pacote ARP

O noacute B responde ao noacute A com pacote ARP unicast informando seu proacuteprio endereccedilo MAC

A armazena o par endereccedilo IP-MAC em sua tabela ARP ateacuteque a informaccedilatildeo se torne obsoletao soft-state informaccedilatildeo que desaparece com o tempo se

natildeo for re-atualizada ARP eacute ldquoplug-and-playrdquo

o noacutes criam as suas tabelas ARP sem intervenccedilatildeo do administradorda rede

24

47

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Endereccedilamento na camada de enlace

55 Ethernet

56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)

57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de

enlace ATM e MPLS

48

Ethernet Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo

o Baratao Primeira tecnologia de LAN largamente usadao Mais simples e mais barata que LANs com token e ATMo Velocidade crescente 10 Mbps ndash 10 Gbps

Serviccedilo natildeo orientado a conexatildeo natildeo confiaacutevel

Esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf

25

49

Topologia em estrela

Barramento popular ateacute meados dos anos 90 Atualmente prevalece a topologia em estrela Conexatildeo hub ou switch

hub orswitch

50

Estrutura do Quadro Ethernet

Preacircmbulo 7 bytes com o padratildeo 10101010 seguidos por um byte com padratildeo o 10101011 usado para sincronizar os reloacutegios do receptor e do emissor

Endereccedilos 6 bytes quadro eacute recebido por todos os adaptadores e descartado se o endereccedilo do quadro natildeo coincide com o endereccedilo do adaptador

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

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

26

51

Codificaccedilatildeo Manchester Banda baacutesica transmissatildeo digital bits satildeo codificados usando

codificaccedilatildeo Manchester e transmitidos diretamente modificando a voltagem de sinal de corrente contiacutenua

Cada bit tem uma transiccedilatildeo Permite que os reloacutegios (clocks) nos noacutes emissor e receptor

mantenham-se sincronizadoso Natildeo eacute necessaacuterio um reloacutegio centralizado global para todos os noacutes

Aspecto da camada fiacutesica

52

Ethernet usa CSMACDA escutar canal se canal em silecircncio por determinado tempo (96 BTT)

entatildeo transmitir e monitorar o canal Se detectada outra transmissatildeo entatildeo

abortar e enviar sinal de ldquojamrdquo (48 bits)atualizar nuacutemero de colisotildees esperar de acordo com o algoritmo de retardo exponencial (ldquoexponential backoffrdquo)

ir para A

senatildeo quadro transmitido zerar contador de colisotildees

senatildeo esperar ateacute terminar a transmissatildeo em curso ir para A

27

53

Sinal de ldquoJamrdquo garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo (48 bits)

Tempo de Bit (BTT) 01 micros para Ethernet de 10 Mbps para K=1023 tempo de espera eacute de aprox 50 msec

ldquoExponential Backoffrdquo Objetivo adaptar tentativas

de retransmissatildeo agrave carga atual estimada da redeo carga pesada espera aleatoacuteria

mais longa Esperar K 512 BTT primeira colisatildeo

escolher K entre 01 segunda colisatildeo

escolher K entre 0123 apoacutes 10 ou mais colisotildees

escolher K entre 01234hellip1023

Ethernet CSMACD (cont)

54

Ethernet - Eficiecircncia Eficiecircncia com traacutefego pesado e nuacutemero grande de noacutes

)5(1

1

trans

prop

t

tEficiecircncia

+

=

tprop = tempo maacuteximo de propagaccedilatildeo entre 2 noacutesttrans= tempo para transmitir um quadro de tamanho maacuteximo

Quando tprop tende a 0 a eficiecircncia tende a 1Quando ttrans tende a infinito a eficiecircncia tende a 1

Muito melhor que ALOHA e ainda descentralizado simples e barato

28

55

Tecnologias Ethernet 10Base2 10 10Mbps 2 comprimento maacuteximo do cabo de 200 metros (de

fato 185 metros) Utiliza cabo coaxial fino numa topologia em barramento

repetidores satildeo usados para conectar muacuteltiplos segmentos (ateacuteum maacuteximo de 4)

repetidor repete os bits que ele recebe numa interface para as suas outras interfaces atua somente na camada fiacutesica

pacotes transmitidosviajam nas duas direccedilotildees

conectorT terminador

adaptador

noacute noacute noacute noacute noacute

56

10BaseT e 100BaseT Taxas de 10 e 100 Mbps A de taxa 100 Mbps eacute chamada de ldquoFast Ethernetrdquo T significa ldquoTwisted Pairrdquo (par tranccedilado) Noacutes conectados a um concentrador (ldquohubrdquo) ldquotopologia em

estrelardquo

par tranccedilado

hub

29

57

10BaseT e 100BaseT (cont)

Distacircncia maacutexima do noacute ao hub 100 metros Hub pode desconectar da rede um adaptador que

natildeo paacutera de transmitir (ldquojabbering adapterrdquo) ndash10Base2 natildeo funcionariahellip

Hub pode coletar e monitorar informaccedilotildees e estatiacutesticas para apresentaccedilatildeo ao administradores da LAN

10BaseT usa codificaccedilatildeo Manchester 100BaseT usa 4B5B

(5 clocks para transmitir 4 bits)

58

HubsHubs satildeo essencialmente repetidores da camada fiacutesica

o bits vindos de um enlace vatildeo para todos os demais enlaceso hellip agrave mesma velocidadeo natildeo haacute armazenamento de quadros (buffering)o natildeo haacute CSMACD no hub adaptadores detectam as

colisotildeeso oferece funccedilotildees de gerecircncia de rede

twisted pair

hub

30

59

Gbit Ethernet (IEEE 8023z)

Usa formato do quadro Ethernet padratildeo Permite enlaces ponto-a-ponto (com switchs) e

canais de difusatildeo compartilhados (com hubs) Em modo compartilhado usa CSMACD

o para ser eficiente as distacircncias entre os noacutes devem ser curtas (poucos metros)

hubs chamados de Distribuidores com Buffers(ldquoBuffered Distributorsrdquo)

Full-Duplex em 1 Gbps para enlaces ponto-a-ponto 10 Gbps atualmente

60

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Endereccedilamento na camada de enlace

55 Ethernet

56 Interconexotildees distribuidores e comutadores (Hubs and switches)

57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de

enlace ATM e MPLS

31

61

Interconexatildeo de LANs

Por que natildeo somente 1 grande LAN o Limitaccedilatildeo de traacutefego

bull em uma uacutenica LAN todas as estaccedilotildees compartilham a largura de banda

o Limitaccedilatildeo de distacircnciabull 8023 especifica o comprimento maacuteximo do cabo

o Grande ldquodomiacutenio de colisatildeordquobull pode-se colidir com muitas estaccedilotildees

o Limitaccedilatildeo do nuacutemero de estaccedilotildeesbull passagem de ficha provoca atraso em cada estaccedilatildeo p ex

62

Hubs e Comutadores

Usados para estender redes locais cobertura geograacutefica nuacutemero de noacutes funcionalidade administrativa etc

Diferem entre si em respeito ao isolamento de domiacutenios de colisatildeoo camada em que operam

Diferentes de roteadoreso ldquoplug and playrdquoo natildeo fazem o roteamento oacutetimo de pacotes IP

32

63

Hubs Dispositivos de camada fiacutesica

o repetem os bits recebidos numa interface para as demais

Podem ser dispostos numa hierarquia (multi-tier hub desing)

64

Hubs (cont)

Vantagens de Hubso Dispositivos simples e baratoso Configuraccedilatildeo em muacuteltiplos niacuteveis provecirc degradaccedilatildeo paulatina porccedilotildees da rede local continuam a operar se um dos hubs parar de funcionar

o Estende a distacircncia maacutexima entre pares de noacutes

33

65

Hubs (cont)

Limitaccedilotildeeso Domiacutenio de colisatildeo uacutenico natildeo leva a aumento na vazatildeo maacuteximabull a vazatildeo no caso de muacuteltiplos niacuteveis eacute igual agrave de um uacutenico segmento

o As tecnologias Ethernet (10Base 10BaseT etc) estabelecem limites no nuacutemero de noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo distacircncia entre hospedeiros e numero maacuteximo de niacuteveis (tiers)

o Natildeo se pode misturar Ethernet 10BaseT e 100Base)

66

Comutador (Switch) Dispositivo da camada de enlace

o Armazena e reenvia quadros Etherneto Encaminha os quadros a partir dos respectivos endereccedilos MAC de destino

o Quando quer repassar um quadro para um segmento usa o CSMACD para acessar o segmento

Transparente o Hospedeiros natildeo sabem da presenccedila do switch

plug-and-play auto-aprendizadoo Natildeo precisam ser configurados

34

67

Repasse (forwarding)

bull Com se determina para que segmento de LAN se deve repassar um quadrobull Parece um problema de roteamento

hub hubhub

switch1

2 3

68

Auto-aprendizado

Comutador tem uma tabela de comutaccedilatildeo (switch table) Entrada na tabela de comutaccedilatildeo

o (Endereccedilo MAC Interface Selo do Tempo)o Entradas antigas descartadas

O comutador aprende que noacutes satildeo alcanccedilaacuteveis atraveacutes de suas interfaceso Quando um quadro eacute recebido ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do remetente segmento de LAN de chegada

35

69

Filtragem e RepasseQuando um quadro eacute recebido

indexar a tabela de comutaccedilatildeo usando o end MAC destinose entrada encontradaentatildeo se destino no segmento de onde o quadro foi recebidoentatildeo descartar o quadrosenatildeo repassar o quadro para a interface indicada (CSMACD)

senatildeo inundar

Repassar a todas as interfaces exceto agravequelapor onde chegou o quadro

70

Exemplo

Suponha que C envia quadro para D

Switch recebe o quadro de Co registra na tabela que C estaacute na interface 1o como D natildeo estaacute na tabela repassa o quadro para as

interfaces 2 e 3

quadro recebido por D

hub hub hub

switch

A

B CD

EF G H

I

end interface

ABEG

1123

12 3

36

71

Exemplo

Suponha que D responde para C

Switch recebe o quadro de Do registra na tabela que D estaacute na interface 2o como C estaacute na tabela repassa o quadro apenas para a

interface 1

quadro recebido por C

hub hub hub

switch

A

B CD

EF G H

I

end interface

ABEGC

11231

72

Comutador isolamento de traacutefego A instalaccedilatildeo de um comutador divide uma subrede

em vaacuterios segmentos de LAN

Comutador filtra os quadroso segmentos tornam-se diferentes domiacutenios de colisatildeo

hub hub hub

switch

collision domain collision domain

collisiondomain

37

73

Comutador acesso dedicado Comutadores com muitas

interfaces Hospedeiros tecircm conexatildeo

direta com o comutador Sem colisotildees full duplex

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

switch

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

74

Comutador hellip

Alguns comutadores implementam cut-througho o quadro eacute repassado sem esperar a montagem do quadro inteiro no buffer do comutador bull pequena reduccedilatildeo da latecircncia

Combinaccedilotildees de interfaces compartilhadasdedicadas de 101001000 Mbps

38

75

Rede institucional

hub hubhub

comutador

para a rede externa

roteador

subrede IP

servidor de correio-e

servidor web

76

Comutadores vs Roteadores ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa

o roteadores dispositivos da camada de rede (examinam cabeccedilalhos da camada de rede)

o comutadores dispositivos da camada de enlace roteadores mantecircm tabelas de rotas e implementam algoritmos

de roteamento comutadores mantecircm tabelas de filtragem implementam

filtragem

39

77

Comparaccedilatildeo Sumaacuteria

hubs routers switches

traffic isolation

no yes yes

plug amp play yes no yes

optimal routing

no yes no

cut through

yes no yes

78

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Endereccedilamento na camada de enlace

55 Ethernet

56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

40

79

Controle de Enlace Ponto-a-Ponto

Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil que um enlace broadcasto natildeo haacute Controle de Acesso ao Meioo natildeo haacute necessidade de endereccedilamento MAC expliacutecito

o ex enlace discado linha ISDN protocolos ponto-a-ponto populares para camada

de enlaceo PPP (point-to-point protocol)o HDLC High-level Data Link Control(A camada de enlace costumava ser considerada de alto niacutevel na pilha de protocolos)

80

Protocolo Ponto-a-Ponto (PPP)

PPP eacute muito popular usado em conexotildees discadas entre sistema domeacutestico e provedor em conexotildees SONETSDH etc

PPP eacute extremamente simples (o mais simples dos protocolos de enlace de dados) e muito otimizado

41

81

PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]

Enquadramento de pacotes encapsulamento do datagrama da camada de rede no quadro da camada de enlace

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

Muacuteltiplos protocolos da camada de rede (natildeo apenas o IP) ao mesmo tempoo capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeoo Campo lsquotipo de protocolorsquo como no IP

Muacuteltiplos tipos de enlace seriais paralelos siacutencronos assiacutencronos eleacutetricos oacutepticos

Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo) connection livenes detecta e informa falhas do enlace para a

camada de rede Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede as camadas de rede

comuni9cantes devem poder aprender ou configurar mutuamente seus endereccedilos de rede

Simplicidade

82

Nem tudo foi requerido do PPP

natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros natildeo haacute controle de fluxo aceita entregas fora de ordem (embora seja pouco

comum) natildeo haacute necessidade de suportar enlaces multiponto

(ex polling)o HDLC os permite

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

42

83

PPP Formato do Quadro 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)

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

erros

endereccedilocontrole

tamanhovariaacutevelou ou

CRC

84

Byte Stuffing Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de

dados deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt01111110gt

Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte extra com o padratildeo lt 01111101gt (escape) antes de cada byte de dados lt 01111110gt

Receptoro dois bytes 01111101 seguidos descarta o primeiro e continua a recepccedilatildeo de dados

o um byte 01111110 flag Em enlaces siacutencronos orientados a bit usa-se bit

stuffing o depois de uma sequumlecircncia de 5 bits lsquo1rsquo o transmissor insere

um bit lsquo0rsquo

43

85

Byte Stuffing

byte como padratildeodo flag nosdados a enviar

byte com o padratildeo de flag seguido do byte inserido

86

PPP Protocolo de Controle de Enlace (LCP) e Controle de RedeAntes de trocar dados da camada

de rede os parceiros da camada de enlace devem

configurar o enlace PPP (PPP-LCP) (tamanho maacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo)

aprenderconfigurar informaccedilotildees da camada de redeo para o IP mensagens do

Protocolo de Controle IP (IPCP) para configurar aprender os endereccedilos IP

44

87

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Endereccedilamento na camada de enlace

55 Ethernet

56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)

57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

88

ATM e MPLS

ATM MPLS redes com arquiteturas proacutepriaso modelos de serviccedilo endereccedilamento e roteamento diferentes dos da Internet

Vistos pela Internet como enlaces loacutegicos conectando roteadores IPo assim como um enlace discado eacute parte de uma rede separada (a rede de telefonia)

ATM MPLS de interesse teacutecnico por si mesmas

45

89

Padratildeo dos anos 199000 para a arquitetura de alta velocidade (155 622Mbps hellip) da BroadbandIntegrated Service Digital Network (B-ISDN)

Objetivo transporte integrado fim-a-fim de voz viacutedeo e dadoso deve atender aos requisitos de tempoQoS para aplicaccedilotildees de voz e de viacutedeo (versus o serviccedilo de melhor esforccedilo da Internet)

o telefonia de ldquoproacutexima geraccedilatildeordquo fundamentos teacutecnicos no mundo da telefonia

o comutaccedilatildeo de pacotes (pacotes de tamanho fixo chamados ldquoceacutelulasrdquo) usando circuitos virtuais

ATM Modo de Transferecircncia Assiacutencrono

90

Arquitetura ATM

camada de adaptaccedilatildeo apenas na borda de uma rede ATM

o grosseiramente anaacuteloga agrave camada de transporte da Interneto ldquoadaptardquo camadas superiores (aplicaccedilotildees IP ou nativas ATM)

para a camada ATM abaixo camada ATM camada de ldquorederdquo

o comutaccedilatildeo de ceacutelulas roteamento camada fiacutesica

46

91

ATM camada de rede ou de enlaceVisatildeo transporte fim-a-fim

ldquoATM de computador a computadorrdquoo ATM eacute uma tecnologia

de rede

Realidade usada para conectar roteadores IP de backboneo ldquoIP sobre ATMrdquoo ATM como uma camada

de enlace comutada conectando roteadores IP

Rede ATM

rede IP

92

Camada ATMServiccedilo transporte de ceacutelulas atraveacutes da rede ATM

o anaacuteloga agrave camada de rede IPo Serviccedilos muito diferentes da camada de rede IP

Arquitetura

de Rede

Internet

ATM

ATM

ATM

ATM

Modelo

de Serviccedilo

melhor

esforccedilo

CBR

VBR

ABR

UBR

Banda

natildeo

taxa

constante

taxa

garantida

miacutenimo

garantido

natildeo

Perda

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Ordem

natildeo

sim

sim

sim

sim

Tempo

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Aviso de

Congestatildeo

natildeo (inferido

pelas perdas)

natildeo haacute

congestatildeo

natildeo haacute

congestatildeo

sim

natildeo

Garantias

47

93

Camada ATM Circuitos Virtuais Transporte em CV ceacutelulas (53 bytes) satildeo transportadas sobre CV

da fonte ao destinoo estabelecimento de conexatildeo necessaacuterio antes que o fluxo de dados

possa ser iniciadoo cada pacote transporta um identificador de CV (natildeo transporta o

endereccedilo do destino)o cada comutador no caminho entre a fonte e o destino manteacutem o

ldquoestadordquo para cada conexatildeo passanteo recursos do enlace e do comutador (banda passante buffers) podem

ser alocados aoCV para obter um comportamento semelhante ao de um circuito fiacutesico

CVs Permanentes (PVC)o conexotildees de longa duraccedilatildeo o tipicamente rota ldquopermanenterdquo entre roteadores IP

CVs Comutados (SVC)o conexotildees de curta duraccedilatildeoo dinamicamente criados com base nas chamadas

94

CVs ATM

Vantagens do uso de circuitos virtuais no ATMo Consegue garantir niacuteveis de QoS para conexotildees mapeadas em circuitos virtuais (banda passante atraso variacircncia de atraso)

Problemas no uso de circuitos virtuaiso O traacutefego de datagramas eacute ineficienteo um PVC entre cada par origemdestino natildeo eacuteescalaacutevel (N2 conexotildees satildeo necessaacuterias)

o SVC introduz latecircncia de estabelecimento de conexatildeo e atrasos de processamento para conexotildees de curta duraccedilatildeo

48

95

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

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

Cabeccedilalhoda ceacutelula

Formato daceacutelula

96

Camada ATM Cabeccedilalho da ceacutelula ATM

VCI identificador de canal virtual

o pode mudar de enlace para enlace atraveacutes da rede

PT Tipo de payload (carga)o Ex ceacutelula de gerenciamento versus ceacutelula de dados

CLP bit de Prioridade de Perda de Ceacutelula (Cell Loss Priority)

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

HEC Verificaccedilatildeo de Erros no Cabeccedilalho

o verificaccedilatildeo ciacuteclica de erros

49

97

Camada Fiacutesica ATM Compotildee-se de duas partes (subcamadas) Transmission Convergence Sublayer - TCS adapta a

camada ATM acima agrave subcamada fiacutesica abaixo (PMD Physical Medium Dependent Sublayer- PMD depende

do tipo de meio fiacutesico sendo empregado

98

IP-sobre-ATMApenas IP Claacutessico 3 ldquoredesrdquo (ex

segmentos de LAN) endereccedilos MAC

(8023) e IP

IP sobre ATM substitui ldquorederdquo (ex

segmento de LAN) por rede ATM

endereccedilos ATM endereccedilos IP

redeATM

EthernetLANs

EthernetLANs

50

99

IP-sobre-ATM

AALATMphyphy

Eth

IP

ATMphy

ATMphy

apptranspIPAALATMphy

apptranspIPEthphy

100

Viagem de um Datagrama numa Rede IP-sobre-ATM Hospedeiro de Origem

o Camada IP encontra um mapeamento entre o endereccedilo IP e o endereccedilo de destino ATM (usando ATM-ARP)

o passa o datagrama para a camada de adaptaccedilatildeo AAL5o AAL5 encapsula os dados (datagrama) segmenta em ceacutelulas e

passa para a camada ATM Rede ATM move a ceacutelula para o destino de comutador a

comutador de acordo com o seu CV (circuito virtual) Hospedeiro de Destino

o AAL5 remonta o datagrama original a partir das ceacutelulas recebidas

o se o CRC OK datagrama eacute passado ao IP

51

101

IP-sobre-ATM

datagramas IP emPDUs ATM AAL5

de endereccedilos IP paraendereccedilos ATMo como de endereccedilos IP paraendereccedilos MAC 8023

RedeATM

LANsEthernet

102

Multiprotocol label switching (MPLS)

Objetivo inicial acelerar o repasse de datagramas IP usando um roacutetulo de tamanho fixoo usa ideacuteias da abordagem de Circuitos Virtuais

PPP or Ethernet

headerIP header remainder of link-layer frameMPLS header

label Exp S TTL

20 3 1 8

52

103

Roteadores habilitados para MPLS

Roteadores de chaveamento de roacutetulos (label-switchedrouter)

Repassa pacotes para as interfaces de saiacuteda baseado apenas no valor do roacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP)o tabela de repasse o MPLS diferente da tabela de repasse IP

Necessaacuterio um protocolo de sinalizaccedilatildeoo RSVP-TEo Repasse possiacutevel atraveacutes de caminhos que o IP sozinho natildeo

permitiria (pex roteamento especifico para fonte - source-specific routing)

o MPLS pode ser usado para engenharia de traacutefego Deve coexistir com roteadores que entendem apenas

IP

104

R1R2

D

R3R4R5

0

1

00

A

R6

in out out

label label dest interface

6 - A 0

in out out

label label dest interface

10 6 A 1

12 9 D 0

in out out

label label dest interface

10 A 0

12 D 0

1

in out out

label label dest interface

8 6 A 0

0

8 A 1

Tabelas de repasse MPLS

53

105

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Endereccedilamento na camada de enlace

55 Ethernet

56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)

57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de

enlace ATM e MPLS

3

5

dois elementos fiacutesicos fisicamente conectadoso hospedeiro-roteador roteador-roteador hospedeiro-

hospedeiro

unidade de dados quadro (frame)

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

redeenlacefiacutesica

M

MMM

Ht

HtHn

HtHnHl MHtHnHl

quadroenlacefiacutesico

protocolode enlace

placa adaptadora

Camada de enlace contexto

6

Serviccedilos da Camada de Enlace

Enquadramento e acesso ao enlaceo encapsula datagramas em quadros acrescentando cabeccedilalho

e trailer (reboque)o implementa acesso ao canal se o meio eacute compartilhado o endereccedilos ldquoMACrdquo usados nos cabeccedilalhos dos quadros para

identificar a fonte e o destino dos quadros em enlaces multipontobull diferente do endereccedilo IP

Entrega confiaacutevel entre noacutes adjacenteso jaacute aprendemos como isto deve ser feito (capiacutetulo 3)o raramente usado em enlaces com baixa taxa de erro (fibra

alguns tipos de par tranccedilado cabo coaxial)o enlaces sem-fio (wireless) altas taxas de erro

bull Por quecirc confiabilidade fim-a-fim e na camada de enlace

4

7

Serviccedilos da Camada de Enlace (cont)

Controle de Fluxoo limitaccedilatildeo da transmissatildeo entre transmissor e receptor

(compatibilizar taxas) Detecccedilatildeo de Erros

o erros causados pela atenuaccedilatildeo do sinal e por ruiacutedos o o receptor detecta a presenccedila de erros

bull avisa ao transmissor para reenviar o quadro perdido ou simplesmente descarta o quadro

Correccedilatildeo de Erroso o receptor identifica e corrige o(s) bit(s) com erro(s)

sem recorrer agrave retransmissatildeo Half-duplex and full-duplex

8

Implementaccedilatildeo de Protocoloda Camada de Enlace implementado totalmente no ldquoadaptadorrdquo

o ex placa PCMCIA placa Etherneto tipicamente inclui RAM chips DSP interface com barramento do hospedeiro e interface do enlace

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

redeenlacefiacutesica

M

MMM

Ht

HtHn

HtHnHl MHtHnHl

quadroenlacefiacutesico

protocolode enlace

placa adaptadora

5

9

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Endereccedilamento na camada de enlace

55 Ethernet

56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)

57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de

enlace ATM e MPLS

10

Detecccedilatildeo de ErrosEDC= Error Detection and Correction bits

(Bits de Detecccedilatildeo e Correccedilatildeo de Erros redundacircncia)D = Dados protegidos pela verificaccedilatildeo de erros

pode incluir os campos de cabeccedilalho

bull A detecccedilatildeo de erros natildeo eacute 100 confiaacutevelbull protocolos podem deixar passar alguns erros mas eacute rarobull quanto maior o campo EDC maior a capacidade de detecccedilatildeo e correccedilatildeo

6

11

Verificaccedilatildeo de Paridade

Paridade simplesDetecta erros de um bit

Paridade Bi-dimensionalDetecta e corrige erros de um bit

0 0

sem erros erro deparidade

erro de 1 bitcorrigiacutevel

erro deparidade

bit deparidade

12

Soma de verificaccedilatildeo da Internet

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 checksumo NAtildeO - erro detectadoo SIM - natildeo detectou erro

(Mas apesar disso talvez ainda haja erros hellip )

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

7

13

Cyclic Redundancy Check (CRC) encara os bits de dados D como a sequumlecircncia de coeficientes de

um polinocircmio escolhe um padratildeo (polinocircmio) gerador de r+1 bits G objetivo escolhe r bits R (CRC) tal que

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

zero erro detectadoo pode detectar todos os erros em rajada (burst errors) com

comprimento menor que r+1 bits largamente usado na praacutetica (ATM HDCL)

padratildeo de bits

foacutermulamatemaacutetica

bits de dados a enviar

14

Exemplo de CRCDesejado

D2r XOR R = nGequivalente a

D2r = nG XOR R equivalente a

se dividimos D2r

por G o resto seraacute R

R = resto[ ]D2r

G

8

15

Implementaccedilatildeo de CRC

Remetente realiza em tempo real por hardware a divisatildeo da sequumlecircncia D pelo polinocircmio G e acrescenta o resto R a D

O receptor divide ltDRgt por G se o resto for diferente de zero a transmissatildeo teve erro

Padrotildees internacionais de polinocircmios G de graus 8 12 15 e 32 jaacute foram definidos

A ARPANET utilizava um CRC de 24 bits no protocolo de enlace de bit alternado

ATM utiliza um CRC de 32 bits em AAL5 HDLC utiliza um CRC de 16 bits

16

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Endereccedilamento na camada de enlace

55 Ethernet

56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)

57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de

enlace ATM e MPLS

9

17

Enlaces e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo

Dois tipos de ldquoenlacesrdquo ponto-a-ponto

o PPP para acesso discadoo Ponto a ponto entre comutador Ethernet e hospedeiro

Difusatildeo ndash broadcast (cabo ou meio compartilhado)o Ethernet tradicionalo Canal de subida HFCo LAN sem fio 80211

18

Protocolos de Acesso Muacuteltiplo

Enlaces com difusatildeo canal de comunicaccedilatildeo uacutenico e compartilhado

duas ou mais transmissotildees pelos noacutes interferecircncia (colisatildeo)o apenas um noacute pode

transmitir com sucesso num dado instante de tempo

10

19

Protocolos de Acesso Muacuteltiplo

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

o comunicaccedilatildeo sobre o compartilhamento do canal deve utilizar o proacuteprio canal

20

Protocolo de Acesso Muacuteltiplo Ideal

Canal de difusatildeo de taxa R bps1 Quando um noacute quer transmitir ele envia agrave taxa R2 Quando M noacutes querem transmitir cada um envia agrave

taxa meacutedia de RM3 Totalmente descentralizado

o Ausecircncia de um noacute especial que coordena as transmissotildeeso Ausecircncia de sincronizaccedilatildeo de reloacutegios slots etc

4 Simples

Objetivo eficiente justo simples descentralizado

11

21

Protocolos MAC taxonomiaTrecircs grandes classes

o Particionamento de canalbull divide o canal em pedaccedilos menores (compartimentos de tempo frequumlecircncia)

bull aloca um pedaccedilo para uso exclusivo de cada noacute

o Acesso Aleatoacuteriobull canal natildeo dividido permite colisotildeesbull ldquorecuperaccedilatildeordquo das colisotildees

o Revezamento (passagem de permissatildeo)bull compartilhamento estritamente coordenado para evitar colisotildees

22

Particionamento de Canal TDMA

TDMA acesso muacuteltiplo por divisatildeo temporal acesso ao canal eacute feito por rdquoturnos cada estaccedilatildeo recebe um compartimento (ldquoslotrdquo) de tamanho

fixo (= tempo de transmissatildeo de um pacote) em cada turno compartimentos natildeo usados satildeo desperdiccedilados exemplo rede local com 6 estaccedilotildees 134 tecircm pacotes

compartimentos 256 ficam vazios

ineficiente com usuaacuterios de pouca demanda ou quando carga for baixa

12

23

FDMA acesso muacuteltiplo por divisatildeo de frequumlecircncia o espectro 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 134 tecircm pacotes as bandas

de frequumlecircncia 256 ficam vazias

band

asde

fre

quumlecircn

cia tempo

Particionamento de Canal FDMA

mesmos problemas de eficiecircncia do TDM

24

Protocolos de Acesso Aleatoacuterio

Quando o noacute tem um pacote a enviaro transmite aleatoriamente agrave taxa do canal (R bps)o natildeo haacute coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes

dois ou mais noacutes transmitindo -gt ldquocolisatildeordquo Protocolo MAC de acesso aleatoacuterio especifica

o como detectar colisotildeeso como as estaccedilotildees se recuperam das colisotildees (ex via

retransmissotildees)

Exemplos de protocolos MAC de acesso aleatoacuterioo slotted ALOHAo ALOHAo CSMA e CSMACD

13

25

Slotted AlohaO tempo eacute dividido em compartimentos (slots) de tamanho igual (= tempo de transmissatildeo de um quadro)

Um noacute com quadro pronto transmite no iniacutecio do proacuteximo compartimento

Se houver colisatildeo (realimentaccedilatildeo pelo canal) o retransmitir o quadro nos compartimentos posteriores com probabilidade p ateacute obter sucesso

26

Slotted ALOHA

Pro Se apenas um noacute estiver ativo

pode transmitir continuamente agrave taxa do canal

Bastante descentralizado apenas os slots dos noacutes precisam ser sincronizados

simples

Contra Colisotildees desperdiacutecio de

slots Slots ociosos Os noacutes podem ser capazes

de detectar uma transmissatildeo em menos tempo do que o necessaacuterio para enviar um pacote

Sincronizaccedilatildeo de reloacutegios

14

27

Eficiecircncia do Slotted Aloha

Supondo N noacutes com muitos quadros a enviar cada um transmite em um slot com probabilidade p

prob de que um noacuteespeciacutefico tenha sucesso em um slot = p(1-p)N-1

prob de um noacute qualquer ter sucesso = Np(1-p)N-1

Para eficiecircncia maacutexima o N noacutes ativos

encontrar p que maximize N p(1- p)N-1

o muitos noacutes fazer o limite de Np(1-p)N-1 para N tendendo a infinito resulta em 1e = 037

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

Na melhor das hipoacuteteseso canal eacute usado para transmissotildees uacuteteis37 do tempo

28

ALOHA Puro (sem slots) Aloha puro operaccedilatildeo mais simples pois natildeo requer slots

(e nem a sincronizaccedilatildeo dos mesmos) quadro pronto transmitir imediatamente a probabilidade de colisatildeo aumenta

o pacote enviado em t0 colide com outros pacotes enviados em [t0-1 t0+1] (2 vezes o tamanho da janela do ALOHA com slots)

15

29

Eficiecircncia do Aloha PuroP( successo para um dado noacute) =

P(noacute transmitir) P(nenhum outro noacute transmiteem [t0-1t0] P(nenhum outro noacute transmiteem [t0t0+1]

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

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

hellip escolhendo p oacutetimo e fazendo N -gt infinito

= 1(2e) = 018

Ainda pior

30

CSMA Carrier Sense Multiple Access

CSMA escuta antes de transmitir Se o canal parece vazio transmite o quadro Se o canal estaacute ocupado adia a transmissatildeo

o CSMA Persistente tenta outra vez imediatamente com probabilidade p quando o canal se torna livre CSMA Natildeo-persistente tenta novamente apoacutes um intervalo aleatoacuterio

Analogia humana natildeo interrompa os outros Desta forma o problema das colisotildees fica resolvido

16

31

Colisotildees no CSMA

colisotildees podem ocorrero atraso de propagaccedilatildeo faz com que dois noacutes possam natildeo ouvir as transmissotildees do outro

colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo do pacote eacute desperdiccedilado

arranjo espacial dos noacutes

notapapel da distacircncia e do atraso de propagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo (janela de vulnerabilidade = retardo ida e volta entre os dois noacutes envolvidos)

espaccedilo

tem

po

32

CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisatildeo)

CSMACDo colisotildees detectadas num tempo curtoo transmissotildees com colisotildees satildeo interrompidas reduzindo o

desperdiacutecio do canal o retransmissotildees persistentes ou natildeo-persistentes

detecccedilatildeo de colisatildeoo faacutecil em LANs cabeadas mediccedilatildeo da intensidade do sinal ou

comparaccedilatildeo dos sinais transmitidos e recebidoso difiacutecil em LANs sem fio receptor desligado enquanto

transmitindo para evitar danificaacute-lo com excesso de potecircncia CSMACD pode conseguir utilizaccedilatildeo do canal perto de 100 em

redes locais (se tiver baixa razatildeo entre tempo de propagaccedilatildeo e tempo de transmissatildeo do pacote)

analogia humana interlocutor educado

17

33

CSMACD detecccedilatildeo de colisatildeoespaccedilo

tempo

detecccedilatildeo de colisatildeotempo

de parada

34

Protocolos com Revezamento

Protocolos MAC com particionamento de canalo compartilham o canal eficientemente quando a carga eacute alta e bem distribuiacuteda

o ineficiente nas cargas baixas retardos elevados para acesso ao canal

Protocolos MAC de acesso aleatoacuterioo eficiente com cargas baixas um uacutenico noacute pode usar todo o canal

o cargas altas excesso de colisotildeesProtocolos MAC com revezamento

buscam o melhor dos dois mundos

18

35

Protocolos MAC com Revezamento

Consulta (Polling) noacute mestre ldquoconvidardquo

os escravos a transmitir um de cada vez

problemaso custo da consulta

(polling overhead)o latecircnciao falha do mestre

Passagem de permissatildeo Ficha de controle (token)

passada de um noacute para o proacuteximo sequumlencialmente

problemaso custo (sobrecarga) da fichao latecircnciao falhas ficha e noacutes

36

Protocolos de ReservaConsulta (polling) distribuiacuteda O tempo eacute dividido em compartimentos (ldquoslotsrdquo) comeccedila com N compartimentos de reserva curtos

o tempo do compartimento de reserva eacute igual ao atraso de propagaccedilatildeo fim-a-fim do canal

o estaccedilatildeo com mensagem a enviar faz uma reservao reserva eacute vista por todas as estaccedilotildees

depois dos compartimentos de reserva ocorre a transmissatildeo das mensagens ordenadas pelas reservas e pelas prioridades de transmissatildeo

reserva mensagens

19

37

Tecnologias de Rede Local Protocolos MAC usados em redes locais para controlar

acesso ao canal Aneacuteis de fichas IEEE 8025 (Token Ring da IBM) para sala

de computaccedilatildeo ou rede departamental ateacute 16Mbps FDDI (Fiber Distributed Data Interface) para rede de Campus ou Metropolitana ateacute 200 estaccedilotildees em 100Mbps

Ethernet emprega o protocolo CSMACD 10Mbps (IEEE 8023) Fast E-net (100Mbps) Gigabit E-net (1000 Mbps) de longe a tecnologia mais popular de rede local

38

Sumaacuterio de protocolos MAC O que se pode fazer com um meio compartilhado

o Particionamento do canal por tempo frequumlecircncia ou coacutedigobull TDMA FDMA CDMA WDMA (wave division)

o Particionamento aleatoacuterio (dinacircmico) bull ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDdetecccedilatildeo de portadora faacutecil com algumas tecnologias (cabos) difiacutecil com outras (sem fio)

bull CSMACD usada na Ethernetbull CSMACA usada nas redes 80211

o Revezamentobull consulta por um noacute central passagem de ficha de permissatildeo

Para sateacutelites eacute difiacutecil detectar se o canal ascendente estaacuteocupado (retardos de 270ms) ALOHA FDM TDM CDMA

20

39

Tecnologias de LANCamada de enlace ateacute agora

o serviccedilos detecccedilatildeo de erroscorreccedilatildeo acesso muacuteltiplo

A seguir tecnologias de redes locais (LAN)o endereccedilamentoo Etherneto hubs pontes switcheso PPP

40

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Endereccedilamento na camada de enlace

55 Ethernet

56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)

57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de

enlace ATM e MPLS

21

41

Endereccedilos Fiacutesicos e ARP

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 MAC (ou de LAN fiacutesico Ethernet) usado para levar o datagrama de uma interface a

outra fisicamente conectada (isto eacute na mesma rede)

Endereccedilos MAC com 48 bits (na maioria das LANs) satildeo gravados na memoacuteria fixa (ROM) do adaptador

42

Cada adaptador numa LAN tem um endereccedilo de LAN uacutenico

End de Broadcast =FF-FF-FF-FF-FF-FF

= adaptador

1A-2F-BB-76-09-AD

58-23-D7-FA-20-B0

0C-C4-11-6F-E3-98

71-65-F7-2B-08-53

LAN(wired orwireless)

Endereccedilos Fiacutesicos e ARP

22

43

A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEE

O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (24 bits) para assegurar a unicidade

Analogia

(a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do CPF

(b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal

endereccedilamento MAC eacute plano (sem estrutura) =gt portabilidade

o eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra sem reconfiguraccedilatildeo do endereccedilo MAC

endereccedilamento IP eacute ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevel

o depende da rede na qual se estaacute ligado

Endereccedilos Fiacutesicos e ARP

44

Envio de um pacote de Argon para Neon

Fonte Liebeherr amp El Zarki 2004httpwwwcsvirginiaedu~itlabbookslidesindexhtml

23

45

DNS The IP address of

ldquoneontcpip-labedurdquo is

1281437121

ARP What is the MAC

address of 1281431371

DNS What is the IP address

of ldquoneontcpip-labedurdquoARP The MAC address of

1281431371 is 00e0f923a820

1281437121 is not on my local network

Therefore I need to send the packet to my

default gateway with address 1281431371

frame

1281437121 is on my local network

Therefore I can send the packet directly

ARP The MAC address of

1281431371 is 0020af039828

ARP What is the MAC

address of 1281437121

frame

46

Protocolo ARP O noacute A quer enviar pacote para o noacute B na mesma rede local A verifica se sua tabela ARP conteacutem o endereccedilo IP de B Se o end de natildeo estiver na Tabela ARP o moacutedulo ARP de A difunde um pacote ARP de consulta contendo o endereccedilo IP de Bo TODOS os noacutes na rede local recebem o pacote ARP

O noacute B responde ao noacute A com pacote ARP unicast informando seu proacuteprio endereccedilo MAC

A armazena o par endereccedilo IP-MAC em sua tabela ARP ateacuteque a informaccedilatildeo se torne obsoletao soft-state informaccedilatildeo que desaparece com o tempo se

natildeo for re-atualizada ARP eacute ldquoplug-and-playrdquo

o noacutes criam as suas tabelas ARP sem intervenccedilatildeo do administradorda rede

24

47

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Endereccedilamento na camada de enlace

55 Ethernet

56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)

57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de

enlace ATM e MPLS

48

Ethernet Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo

o Baratao Primeira tecnologia de LAN largamente usadao Mais simples e mais barata que LANs com token e ATMo Velocidade crescente 10 Mbps ndash 10 Gbps

Serviccedilo natildeo orientado a conexatildeo natildeo confiaacutevel

Esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf

25

49

Topologia em estrela

Barramento popular ateacute meados dos anos 90 Atualmente prevalece a topologia em estrela Conexatildeo hub ou switch

hub orswitch

50

Estrutura do Quadro Ethernet

Preacircmbulo 7 bytes com o padratildeo 10101010 seguidos por um byte com padratildeo o 10101011 usado para sincronizar os reloacutegios do receptor e do emissor

Endereccedilos 6 bytes quadro eacute recebido por todos os adaptadores e descartado se o endereccedilo do quadro natildeo coincide com o endereccedilo do adaptador

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

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

26

51

Codificaccedilatildeo Manchester Banda baacutesica transmissatildeo digital bits satildeo codificados usando

codificaccedilatildeo Manchester e transmitidos diretamente modificando a voltagem de sinal de corrente contiacutenua

Cada bit tem uma transiccedilatildeo Permite que os reloacutegios (clocks) nos noacutes emissor e receptor

mantenham-se sincronizadoso Natildeo eacute necessaacuterio um reloacutegio centralizado global para todos os noacutes

Aspecto da camada fiacutesica

52

Ethernet usa CSMACDA escutar canal se canal em silecircncio por determinado tempo (96 BTT)

entatildeo transmitir e monitorar o canal Se detectada outra transmissatildeo entatildeo

abortar e enviar sinal de ldquojamrdquo (48 bits)atualizar nuacutemero de colisotildees esperar de acordo com o algoritmo de retardo exponencial (ldquoexponential backoffrdquo)

ir para A

senatildeo quadro transmitido zerar contador de colisotildees

senatildeo esperar ateacute terminar a transmissatildeo em curso ir para A

27

53

Sinal de ldquoJamrdquo garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo (48 bits)

Tempo de Bit (BTT) 01 micros para Ethernet de 10 Mbps para K=1023 tempo de espera eacute de aprox 50 msec

ldquoExponential Backoffrdquo Objetivo adaptar tentativas

de retransmissatildeo agrave carga atual estimada da redeo carga pesada espera aleatoacuteria

mais longa Esperar K 512 BTT primeira colisatildeo

escolher K entre 01 segunda colisatildeo

escolher K entre 0123 apoacutes 10 ou mais colisotildees

escolher K entre 01234hellip1023

Ethernet CSMACD (cont)

54

Ethernet - Eficiecircncia Eficiecircncia com traacutefego pesado e nuacutemero grande de noacutes

)5(1

1

trans

prop

t

tEficiecircncia

+

=

tprop = tempo maacuteximo de propagaccedilatildeo entre 2 noacutesttrans= tempo para transmitir um quadro de tamanho maacuteximo

Quando tprop tende a 0 a eficiecircncia tende a 1Quando ttrans tende a infinito a eficiecircncia tende a 1

Muito melhor que ALOHA e ainda descentralizado simples e barato

28

55

Tecnologias Ethernet 10Base2 10 10Mbps 2 comprimento maacuteximo do cabo de 200 metros (de

fato 185 metros) Utiliza cabo coaxial fino numa topologia em barramento

repetidores satildeo usados para conectar muacuteltiplos segmentos (ateacuteum maacuteximo de 4)

repetidor repete os bits que ele recebe numa interface para as suas outras interfaces atua somente na camada fiacutesica

pacotes transmitidosviajam nas duas direccedilotildees

conectorT terminador

adaptador

noacute noacute noacute noacute noacute

56

10BaseT e 100BaseT Taxas de 10 e 100 Mbps A de taxa 100 Mbps eacute chamada de ldquoFast Ethernetrdquo T significa ldquoTwisted Pairrdquo (par tranccedilado) Noacutes conectados a um concentrador (ldquohubrdquo) ldquotopologia em

estrelardquo

par tranccedilado

hub

29

57

10BaseT e 100BaseT (cont)

Distacircncia maacutexima do noacute ao hub 100 metros Hub pode desconectar da rede um adaptador que

natildeo paacutera de transmitir (ldquojabbering adapterrdquo) ndash10Base2 natildeo funcionariahellip

Hub pode coletar e monitorar informaccedilotildees e estatiacutesticas para apresentaccedilatildeo ao administradores da LAN

10BaseT usa codificaccedilatildeo Manchester 100BaseT usa 4B5B

(5 clocks para transmitir 4 bits)

58

HubsHubs satildeo essencialmente repetidores da camada fiacutesica

o bits vindos de um enlace vatildeo para todos os demais enlaceso hellip agrave mesma velocidadeo natildeo haacute armazenamento de quadros (buffering)o natildeo haacute CSMACD no hub adaptadores detectam as

colisotildeeso oferece funccedilotildees de gerecircncia de rede

twisted pair

hub

30

59

Gbit Ethernet (IEEE 8023z)

Usa formato do quadro Ethernet padratildeo Permite enlaces ponto-a-ponto (com switchs) e

canais de difusatildeo compartilhados (com hubs) Em modo compartilhado usa CSMACD

o para ser eficiente as distacircncias entre os noacutes devem ser curtas (poucos metros)

hubs chamados de Distribuidores com Buffers(ldquoBuffered Distributorsrdquo)

Full-Duplex em 1 Gbps para enlaces ponto-a-ponto 10 Gbps atualmente

60

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Endereccedilamento na camada de enlace

55 Ethernet

56 Interconexotildees distribuidores e comutadores (Hubs and switches)

57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de

enlace ATM e MPLS

31

61

Interconexatildeo de LANs

Por que natildeo somente 1 grande LAN o Limitaccedilatildeo de traacutefego

bull em uma uacutenica LAN todas as estaccedilotildees compartilham a largura de banda

o Limitaccedilatildeo de distacircnciabull 8023 especifica o comprimento maacuteximo do cabo

o Grande ldquodomiacutenio de colisatildeordquobull pode-se colidir com muitas estaccedilotildees

o Limitaccedilatildeo do nuacutemero de estaccedilotildeesbull passagem de ficha provoca atraso em cada estaccedilatildeo p ex

62

Hubs e Comutadores

Usados para estender redes locais cobertura geograacutefica nuacutemero de noacutes funcionalidade administrativa etc

Diferem entre si em respeito ao isolamento de domiacutenios de colisatildeoo camada em que operam

Diferentes de roteadoreso ldquoplug and playrdquoo natildeo fazem o roteamento oacutetimo de pacotes IP

32

63

Hubs Dispositivos de camada fiacutesica

o repetem os bits recebidos numa interface para as demais

Podem ser dispostos numa hierarquia (multi-tier hub desing)

64

Hubs (cont)

Vantagens de Hubso Dispositivos simples e baratoso Configuraccedilatildeo em muacuteltiplos niacuteveis provecirc degradaccedilatildeo paulatina porccedilotildees da rede local continuam a operar se um dos hubs parar de funcionar

o Estende a distacircncia maacutexima entre pares de noacutes

33

65

Hubs (cont)

Limitaccedilotildeeso Domiacutenio de colisatildeo uacutenico natildeo leva a aumento na vazatildeo maacuteximabull a vazatildeo no caso de muacuteltiplos niacuteveis eacute igual agrave de um uacutenico segmento

o As tecnologias Ethernet (10Base 10BaseT etc) estabelecem limites no nuacutemero de noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo distacircncia entre hospedeiros e numero maacuteximo de niacuteveis (tiers)

o Natildeo se pode misturar Ethernet 10BaseT e 100Base)

66

Comutador (Switch) Dispositivo da camada de enlace

o Armazena e reenvia quadros Etherneto Encaminha os quadros a partir dos respectivos endereccedilos MAC de destino

o Quando quer repassar um quadro para um segmento usa o CSMACD para acessar o segmento

Transparente o Hospedeiros natildeo sabem da presenccedila do switch

plug-and-play auto-aprendizadoo Natildeo precisam ser configurados

34

67

Repasse (forwarding)

bull Com se determina para que segmento de LAN se deve repassar um quadrobull Parece um problema de roteamento

hub hubhub

switch1

2 3

68

Auto-aprendizado

Comutador tem uma tabela de comutaccedilatildeo (switch table) Entrada na tabela de comutaccedilatildeo

o (Endereccedilo MAC Interface Selo do Tempo)o Entradas antigas descartadas

O comutador aprende que noacutes satildeo alcanccedilaacuteveis atraveacutes de suas interfaceso Quando um quadro eacute recebido ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do remetente segmento de LAN de chegada

35

69

Filtragem e RepasseQuando um quadro eacute recebido

indexar a tabela de comutaccedilatildeo usando o end MAC destinose entrada encontradaentatildeo se destino no segmento de onde o quadro foi recebidoentatildeo descartar o quadrosenatildeo repassar o quadro para a interface indicada (CSMACD)

senatildeo inundar

Repassar a todas as interfaces exceto agravequelapor onde chegou o quadro

70

Exemplo

Suponha que C envia quadro para D

Switch recebe o quadro de Co registra na tabela que C estaacute na interface 1o como D natildeo estaacute na tabela repassa o quadro para as

interfaces 2 e 3

quadro recebido por D

hub hub hub

switch

A

B CD

EF G H

I

end interface

ABEG

1123

12 3

36

71

Exemplo

Suponha que D responde para C

Switch recebe o quadro de Do registra na tabela que D estaacute na interface 2o como C estaacute na tabela repassa o quadro apenas para a

interface 1

quadro recebido por C

hub hub hub

switch

A

B CD

EF G H

I

end interface

ABEGC

11231

72

Comutador isolamento de traacutefego A instalaccedilatildeo de um comutador divide uma subrede

em vaacuterios segmentos de LAN

Comutador filtra os quadroso segmentos tornam-se diferentes domiacutenios de colisatildeo

hub hub hub

switch

collision domain collision domain

collisiondomain

37

73

Comutador acesso dedicado Comutadores com muitas

interfaces Hospedeiros tecircm conexatildeo

direta com o comutador Sem colisotildees full duplex

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

switch

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

74

Comutador hellip

Alguns comutadores implementam cut-througho o quadro eacute repassado sem esperar a montagem do quadro inteiro no buffer do comutador bull pequena reduccedilatildeo da latecircncia

Combinaccedilotildees de interfaces compartilhadasdedicadas de 101001000 Mbps

38

75

Rede institucional

hub hubhub

comutador

para a rede externa

roteador

subrede IP

servidor de correio-e

servidor web

76

Comutadores vs Roteadores ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa

o roteadores dispositivos da camada de rede (examinam cabeccedilalhos da camada de rede)

o comutadores dispositivos da camada de enlace roteadores mantecircm tabelas de rotas e implementam algoritmos

de roteamento comutadores mantecircm tabelas de filtragem implementam

filtragem

39

77

Comparaccedilatildeo Sumaacuteria

hubs routers switches

traffic isolation

no yes yes

plug amp play yes no yes

optimal routing

no yes no

cut through

yes no yes

78

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Endereccedilamento na camada de enlace

55 Ethernet

56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

40

79

Controle de Enlace Ponto-a-Ponto

Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil que um enlace broadcasto natildeo haacute Controle de Acesso ao Meioo natildeo haacute necessidade de endereccedilamento MAC expliacutecito

o ex enlace discado linha ISDN protocolos ponto-a-ponto populares para camada

de enlaceo PPP (point-to-point protocol)o HDLC High-level Data Link Control(A camada de enlace costumava ser considerada de alto niacutevel na pilha de protocolos)

80

Protocolo Ponto-a-Ponto (PPP)

PPP eacute muito popular usado em conexotildees discadas entre sistema domeacutestico e provedor em conexotildees SONETSDH etc

PPP eacute extremamente simples (o mais simples dos protocolos de enlace de dados) e muito otimizado

41

81

PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]

Enquadramento de pacotes encapsulamento do datagrama da camada de rede no quadro da camada de enlace

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

Muacuteltiplos protocolos da camada de rede (natildeo apenas o IP) ao mesmo tempoo capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeoo Campo lsquotipo de protocolorsquo como no IP

Muacuteltiplos tipos de enlace seriais paralelos siacutencronos assiacutencronos eleacutetricos oacutepticos

Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo) connection livenes detecta e informa falhas do enlace para a

camada de rede Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede as camadas de rede

comuni9cantes devem poder aprender ou configurar mutuamente seus endereccedilos de rede

Simplicidade

82

Nem tudo foi requerido do PPP

natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros natildeo haacute controle de fluxo aceita entregas fora de ordem (embora seja pouco

comum) natildeo haacute necessidade de suportar enlaces multiponto

(ex polling)o HDLC os permite

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

42

83

PPP Formato do Quadro 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)

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

erros

endereccedilocontrole

tamanhovariaacutevelou ou

CRC

84

Byte Stuffing Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de

dados deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt01111110gt

Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte extra com o padratildeo lt 01111101gt (escape) antes de cada byte de dados lt 01111110gt

Receptoro dois bytes 01111101 seguidos descarta o primeiro e continua a recepccedilatildeo de dados

o um byte 01111110 flag Em enlaces siacutencronos orientados a bit usa-se bit

stuffing o depois de uma sequumlecircncia de 5 bits lsquo1rsquo o transmissor insere

um bit lsquo0rsquo

43

85

Byte Stuffing

byte como padratildeodo flag nosdados a enviar

byte com o padratildeo de flag seguido do byte inserido

86

PPP Protocolo de Controle de Enlace (LCP) e Controle de RedeAntes de trocar dados da camada

de rede os parceiros da camada de enlace devem

configurar o enlace PPP (PPP-LCP) (tamanho maacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo)

aprenderconfigurar informaccedilotildees da camada de redeo para o IP mensagens do

Protocolo de Controle IP (IPCP) para configurar aprender os endereccedilos IP

44

87

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Endereccedilamento na camada de enlace

55 Ethernet

56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)

57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

88

ATM e MPLS

ATM MPLS redes com arquiteturas proacutepriaso modelos de serviccedilo endereccedilamento e roteamento diferentes dos da Internet

Vistos pela Internet como enlaces loacutegicos conectando roteadores IPo assim como um enlace discado eacute parte de uma rede separada (a rede de telefonia)

ATM MPLS de interesse teacutecnico por si mesmas

45

89

Padratildeo dos anos 199000 para a arquitetura de alta velocidade (155 622Mbps hellip) da BroadbandIntegrated Service Digital Network (B-ISDN)

Objetivo transporte integrado fim-a-fim de voz viacutedeo e dadoso deve atender aos requisitos de tempoQoS para aplicaccedilotildees de voz e de viacutedeo (versus o serviccedilo de melhor esforccedilo da Internet)

o telefonia de ldquoproacutexima geraccedilatildeordquo fundamentos teacutecnicos no mundo da telefonia

o comutaccedilatildeo de pacotes (pacotes de tamanho fixo chamados ldquoceacutelulasrdquo) usando circuitos virtuais

ATM Modo de Transferecircncia Assiacutencrono

90

Arquitetura ATM

camada de adaptaccedilatildeo apenas na borda de uma rede ATM

o grosseiramente anaacuteloga agrave camada de transporte da Interneto ldquoadaptardquo camadas superiores (aplicaccedilotildees IP ou nativas ATM)

para a camada ATM abaixo camada ATM camada de ldquorederdquo

o comutaccedilatildeo de ceacutelulas roteamento camada fiacutesica

46

91

ATM camada de rede ou de enlaceVisatildeo transporte fim-a-fim

ldquoATM de computador a computadorrdquoo ATM eacute uma tecnologia

de rede

Realidade usada para conectar roteadores IP de backboneo ldquoIP sobre ATMrdquoo ATM como uma camada

de enlace comutada conectando roteadores IP

Rede ATM

rede IP

92

Camada ATMServiccedilo transporte de ceacutelulas atraveacutes da rede ATM

o anaacuteloga agrave camada de rede IPo Serviccedilos muito diferentes da camada de rede IP

Arquitetura

de Rede

Internet

ATM

ATM

ATM

ATM

Modelo

de Serviccedilo

melhor

esforccedilo

CBR

VBR

ABR

UBR

Banda

natildeo

taxa

constante

taxa

garantida

miacutenimo

garantido

natildeo

Perda

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Ordem

natildeo

sim

sim

sim

sim

Tempo

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Aviso de

Congestatildeo

natildeo (inferido

pelas perdas)

natildeo haacute

congestatildeo

natildeo haacute

congestatildeo

sim

natildeo

Garantias

47

93

Camada ATM Circuitos Virtuais Transporte em CV ceacutelulas (53 bytes) satildeo transportadas sobre CV

da fonte ao destinoo estabelecimento de conexatildeo necessaacuterio antes que o fluxo de dados

possa ser iniciadoo cada pacote transporta um identificador de CV (natildeo transporta o

endereccedilo do destino)o cada comutador no caminho entre a fonte e o destino manteacutem o

ldquoestadordquo para cada conexatildeo passanteo recursos do enlace e do comutador (banda passante buffers) podem

ser alocados aoCV para obter um comportamento semelhante ao de um circuito fiacutesico

CVs Permanentes (PVC)o conexotildees de longa duraccedilatildeo o tipicamente rota ldquopermanenterdquo entre roteadores IP

CVs Comutados (SVC)o conexotildees de curta duraccedilatildeoo dinamicamente criados com base nas chamadas

94

CVs ATM

Vantagens do uso de circuitos virtuais no ATMo Consegue garantir niacuteveis de QoS para conexotildees mapeadas em circuitos virtuais (banda passante atraso variacircncia de atraso)

Problemas no uso de circuitos virtuaiso O traacutefego de datagramas eacute ineficienteo um PVC entre cada par origemdestino natildeo eacuteescalaacutevel (N2 conexotildees satildeo necessaacuterias)

o SVC introduz latecircncia de estabelecimento de conexatildeo e atrasos de processamento para conexotildees de curta duraccedilatildeo

48

95

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

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

Cabeccedilalhoda ceacutelula

Formato daceacutelula

96

Camada ATM Cabeccedilalho da ceacutelula ATM

VCI identificador de canal virtual

o pode mudar de enlace para enlace atraveacutes da rede

PT Tipo de payload (carga)o Ex ceacutelula de gerenciamento versus ceacutelula de dados

CLP bit de Prioridade de Perda de Ceacutelula (Cell Loss Priority)

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

HEC Verificaccedilatildeo de Erros no Cabeccedilalho

o verificaccedilatildeo ciacuteclica de erros

49

97

Camada Fiacutesica ATM Compotildee-se de duas partes (subcamadas) Transmission Convergence Sublayer - TCS adapta a

camada ATM acima agrave subcamada fiacutesica abaixo (PMD Physical Medium Dependent Sublayer- PMD depende

do tipo de meio fiacutesico sendo empregado

98

IP-sobre-ATMApenas IP Claacutessico 3 ldquoredesrdquo (ex

segmentos de LAN) endereccedilos MAC

(8023) e IP

IP sobre ATM substitui ldquorederdquo (ex

segmento de LAN) por rede ATM

endereccedilos ATM endereccedilos IP

redeATM

EthernetLANs

EthernetLANs

50

99

IP-sobre-ATM

AALATMphyphy

Eth

IP

ATMphy

ATMphy

apptranspIPAALATMphy

apptranspIPEthphy

100

Viagem de um Datagrama numa Rede IP-sobre-ATM Hospedeiro de Origem

o Camada IP encontra um mapeamento entre o endereccedilo IP e o endereccedilo de destino ATM (usando ATM-ARP)

o passa o datagrama para a camada de adaptaccedilatildeo AAL5o AAL5 encapsula os dados (datagrama) segmenta em ceacutelulas e

passa para a camada ATM Rede ATM move a ceacutelula para o destino de comutador a

comutador de acordo com o seu CV (circuito virtual) Hospedeiro de Destino

o AAL5 remonta o datagrama original a partir das ceacutelulas recebidas

o se o CRC OK datagrama eacute passado ao IP

51

101

IP-sobre-ATM

datagramas IP emPDUs ATM AAL5

de endereccedilos IP paraendereccedilos ATMo como de endereccedilos IP paraendereccedilos MAC 8023

RedeATM

LANsEthernet

102

Multiprotocol label switching (MPLS)

Objetivo inicial acelerar o repasse de datagramas IP usando um roacutetulo de tamanho fixoo usa ideacuteias da abordagem de Circuitos Virtuais

PPP or Ethernet

headerIP header remainder of link-layer frameMPLS header

label Exp S TTL

20 3 1 8

52

103

Roteadores habilitados para MPLS

Roteadores de chaveamento de roacutetulos (label-switchedrouter)

Repassa pacotes para as interfaces de saiacuteda baseado apenas no valor do roacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP)o tabela de repasse o MPLS diferente da tabela de repasse IP

Necessaacuterio um protocolo de sinalizaccedilatildeoo RSVP-TEo Repasse possiacutevel atraveacutes de caminhos que o IP sozinho natildeo

permitiria (pex roteamento especifico para fonte - source-specific routing)

o MPLS pode ser usado para engenharia de traacutefego Deve coexistir com roteadores que entendem apenas

IP

104

R1R2

D

R3R4R5

0

1

00

A

R6

in out out

label label dest interface

6 - A 0

in out out

label label dest interface

10 6 A 1

12 9 D 0

in out out

label label dest interface

10 A 0

12 D 0

1

in out out

label label dest interface

8 6 A 0

0

8 A 1

Tabelas de repasse MPLS

53

105

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Endereccedilamento na camada de enlace

55 Ethernet

56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)

57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de

enlace ATM e MPLS

4

7

Serviccedilos da Camada de Enlace (cont)

Controle de Fluxoo limitaccedilatildeo da transmissatildeo entre transmissor e receptor

(compatibilizar taxas) Detecccedilatildeo de Erros

o erros causados pela atenuaccedilatildeo do sinal e por ruiacutedos o o receptor detecta a presenccedila de erros

bull avisa ao transmissor para reenviar o quadro perdido ou simplesmente descarta o quadro

Correccedilatildeo de Erroso o receptor identifica e corrige o(s) bit(s) com erro(s)

sem recorrer agrave retransmissatildeo Half-duplex and full-duplex

8

Implementaccedilatildeo de Protocoloda Camada de Enlace implementado totalmente no ldquoadaptadorrdquo

o ex placa PCMCIA placa Etherneto tipicamente inclui RAM chips DSP interface com barramento do hospedeiro e interface do enlace

aplicaccedilatildeotransporte

redeenlacefiacutesica

redeenlacefiacutesica

M

MMM

Ht

HtHn

HtHnHl MHtHnHl

quadroenlacefiacutesico

protocolode enlace

placa adaptadora

5

9

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Endereccedilamento na camada de enlace

55 Ethernet

56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)

57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de

enlace ATM e MPLS

10

Detecccedilatildeo de ErrosEDC= Error Detection and Correction bits

(Bits de Detecccedilatildeo e Correccedilatildeo de Erros redundacircncia)D = Dados protegidos pela verificaccedilatildeo de erros

pode incluir os campos de cabeccedilalho

bull A detecccedilatildeo de erros natildeo eacute 100 confiaacutevelbull protocolos podem deixar passar alguns erros mas eacute rarobull quanto maior o campo EDC maior a capacidade de detecccedilatildeo e correccedilatildeo

6

11

Verificaccedilatildeo de Paridade

Paridade simplesDetecta erros de um bit

Paridade Bi-dimensionalDetecta e corrige erros de um bit

0 0

sem erros erro deparidade

erro de 1 bitcorrigiacutevel

erro deparidade

bit deparidade

12

Soma de verificaccedilatildeo da Internet

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 checksumo NAtildeO - erro detectadoo SIM - natildeo detectou erro

(Mas apesar disso talvez ainda haja erros hellip )

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

7

13

Cyclic Redundancy Check (CRC) encara os bits de dados D como a sequumlecircncia de coeficientes de

um polinocircmio escolhe um padratildeo (polinocircmio) gerador de r+1 bits G objetivo escolhe r bits R (CRC) tal que

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

zero erro detectadoo pode detectar todos os erros em rajada (burst errors) com

comprimento menor que r+1 bits largamente usado na praacutetica (ATM HDCL)

padratildeo de bits

foacutermulamatemaacutetica

bits de dados a enviar

14

Exemplo de CRCDesejado

D2r XOR R = nGequivalente a

D2r = nG XOR R equivalente a

se dividimos D2r

por G o resto seraacute R

R = resto[ ]D2r

G

8

15

Implementaccedilatildeo de CRC

Remetente realiza em tempo real por hardware a divisatildeo da sequumlecircncia D pelo polinocircmio G e acrescenta o resto R a D

O receptor divide ltDRgt por G se o resto for diferente de zero a transmissatildeo teve erro

Padrotildees internacionais de polinocircmios G de graus 8 12 15 e 32 jaacute foram definidos

A ARPANET utilizava um CRC de 24 bits no protocolo de enlace de bit alternado

ATM utiliza um CRC de 32 bits em AAL5 HDLC utiliza um CRC de 16 bits

16

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Endereccedilamento na camada de enlace

55 Ethernet

56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)

57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de

enlace ATM e MPLS

9

17

Enlaces e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo

Dois tipos de ldquoenlacesrdquo ponto-a-ponto

o PPP para acesso discadoo Ponto a ponto entre comutador Ethernet e hospedeiro

Difusatildeo ndash broadcast (cabo ou meio compartilhado)o Ethernet tradicionalo Canal de subida HFCo LAN sem fio 80211

18

Protocolos de Acesso Muacuteltiplo

Enlaces com difusatildeo canal de comunicaccedilatildeo uacutenico e compartilhado

duas ou mais transmissotildees pelos noacutes interferecircncia (colisatildeo)o apenas um noacute pode

transmitir com sucesso num dado instante de tempo

10

19

Protocolos de Acesso Muacuteltiplo

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

o comunicaccedilatildeo sobre o compartilhamento do canal deve utilizar o proacuteprio canal

20

Protocolo de Acesso Muacuteltiplo Ideal

Canal de difusatildeo de taxa R bps1 Quando um noacute quer transmitir ele envia agrave taxa R2 Quando M noacutes querem transmitir cada um envia agrave

taxa meacutedia de RM3 Totalmente descentralizado

o Ausecircncia de um noacute especial que coordena as transmissotildeeso Ausecircncia de sincronizaccedilatildeo de reloacutegios slots etc

4 Simples

Objetivo eficiente justo simples descentralizado

11

21

Protocolos MAC taxonomiaTrecircs grandes classes

o Particionamento de canalbull divide o canal em pedaccedilos menores (compartimentos de tempo frequumlecircncia)

bull aloca um pedaccedilo para uso exclusivo de cada noacute

o Acesso Aleatoacuteriobull canal natildeo dividido permite colisotildeesbull ldquorecuperaccedilatildeordquo das colisotildees

o Revezamento (passagem de permissatildeo)bull compartilhamento estritamente coordenado para evitar colisotildees

22

Particionamento de Canal TDMA

TDMA acesso muacuteltiplo por divisatildeo temporal acesso ao canal eacute feito por rdquoturnos cada estaccedilatildeo recebe um compartimento (ldquoslotrdquo) de tamanho

fixo (= tempo de transmissatildeo de um pacote) em cada turno compartimentos natildeo usados satildeo desperdiccedilados exemplo rede local com 6 estaccedilotildees 134 tecircm pacotes

compartimentos 256 ficam vazios

ineficiente com usuaacuterios de pouca demanda ou quando carga for baixa

12

23

FDMA acesso muacuteltiplo por divisatildeo de frequumlecircncia o espectro 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 134 tecircm pacotes as bandas

de frequumlecircncia 256 ficam vazias

band

asde

fre

quumlecircn

cia tempo

Particionamento de Canal FDMA

mesmos problemas de eficiecircncia do TDM

24

Protocolos de Acesso Aleatoacuterio

Quando o noacute tem um pacote a enviaro transmite aleatoriamente agrave taxa do canal (R bps)o natildeo haacute coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes

dois ou mais noacutes transmitindo -gt ldquocolisatildeordquo Protocolo MAC de acesso aleatoacuterio especifica

o como detectar colisotildeeso como as estaccedilotildees se recuperam das colisotildees (ex via

retransmissotildees)

Exemplos de protocolos MAC de acesso aleatoacuterioo slotted ALOHAo ALOHAo CSMA e CSMACD

13

25

Slotted AlohaO tempo eacute dividido em compartimentos (slots) de tamanho igual (= tempo de transmissatildeo de um quadro)

Um noacute com quadro pronto transmite no iniacutecio do proacuteximo compartimento

Se houver colisatildeo (realimentaccedilatildeo pelo canal) o retransmitir o quadro nos compartimentos posteriores com probabilidade p ateacute obter sucesso

26

Slotted ALOHA

Pro Se apenas um noacute estiver ativo

pode transmitir continuamente agrave taxa do canal

Bastante descentralizado apenas os slots dos noacutes precisam ser sincronizados

simples

Contra Colisotildees desperdiacutecio de

slots Slots ociosos Os noacutes podem ser capazes

de detectar uma transmissatildeo em menos tempo do que o necessaacuterio para enviar um pacote

Sincronizaccedilatildeo de reloacutegios

14

27

Eficiecircncia do Slotted Aloha

Supondo N noacutes com muitos quadros a enviar cada um transmite em um slot com probabilidade p

prob de que um noacuteespeciacutefico tenha sucesso em um slot = p(1-p)N-1

prob de um noacute qualquer ter sucesso = Np(1-p)N-1

Para eficiecircncia maacutexima o N noacutes ativos

encontrar p que maximize N p(1- p)N-1

o muitos noacutes fazer o limite de Np(1-p)N-1 para N tendendo a infinito resulta em 1e = 037

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

Na melhor das hipoacuteteseso canal eacute usado para transmissotildees uacuteteis37 do tempo

28

ALOHA Puro (sem slots) Aloha puro operaccedilatildeo mais simples pois natildeo requer slots

(e nem a sincronizaccedilatildeo dos mesmos) quadro pronto transmitir imediatamente a probabilidade de colisatildeo aumenta

o pacote enviado em t0 colide com outros pacotes enviados em [t0-1 t0+1] (2 vezes o tamanho da janela do ALOHA com slots)

15

29

Eficiecircncia do Aloha PuroP( successo para um dado noacute) =

P(noacute transmitir) P(nenhum outro noacute transmiteem [t0-1t0] P(nenhum outro noacute transmiteem [t0t0+1]

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

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

hellip escolhendo p oacutetimo e fazendo N -gt infinito

= 1(2e) = 018

Ainda pior

30

CSMA Carrier Sense Multiple Access

CSMA escuta antes de transmitir Se o canal parece vazio transmite o quadro Se o canal estaacute ocupado adia a transmissatildeo

o CSMA Persistente tenta outra vez imediatamente com probabilidade p quando o canal se torna livre CSMA Natildeo-persistente tenta novamente apoacutes um intervalo aleatoacuterio

Analogia humana natildeo interrompa os outros Desta forma o problema das colisotildees fica resolvido

16

31

Colisotildees no CSMA

colisotildees podem ocorrero atraso de propagaccedilatildeo faz com que dois noacutes possam natildeo ouvir as transmissotildees do outro

colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo do pacote eacute desperdiccedilado

arranjo espacial dos noacutes

notapapel da distacircncia e do atraso de propagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo (janela de vulnerabilidade = retardo ida e volta entre os dois noacutes envolvidos)

espaccedilo

tem

po

32

CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisatildeo)

CSMACDo colisotildees detectadas num tempo curtoo transmissotildees com colisotildees satildeo interrompidas reduzindo o

desperdiacutecio do canal o retransmissotildees persistentes ou natildeo-persistentes

detecccedilatildeo de colisatildeoo faacutecil em LANs cabeadas mediccedilatildeo da intensidade do sinal ou

comparaccedilatildeo dos sinais transmitidos e recebidoso difiacutecil em LANs sem fio receptor desligado enquanto

transmitindo para evitar danificaacute-lo com excesso de potecircncia CSMACD pode conseguir utilizaccedilatildeo do canal perto de 100 em

redes locais (se tiver baixa razatildeo entre tempo de propagaccedilatildeo e tempo de transmissatildeo do pacote)

analogia humana interlocutor educado

17

33

CSMACD detecccedilatildeo de colisatildeoespaccedilo

tempo

detecccedilatildeo de colisatildeotempo

de parada

34

Protocolos com Revezamento

Protocolos MAC com particionamento de canalo compartilham o canal eficientemente quando a carga eacute alta e bem distribuiacuteda

o ineficiente nas cargas baixas retardos elevados para acesso ao canal

Protocolos MAC de acesso aleatoacuterioo eficiente com cargas baixas um uacutenico noacute pode usar todo o canal

o cargas altas excesso de colisotildeesProtocolos MAC com revezamento

buscam o melhor dos dois mundos

18

35

Protocolos MAC com Revezamento

Consulta (Polling) noacute mestre ldquoconvidardquo

os escravos a transmitir um de cada vez

problemaso custo da consulta

(polling overhead)o latecircnciao falha do mestre

Passagem de permissatildeo Ficha de controle (token)

passada de um noacute para o proacuteximo sequumlencialmente

problemaso custo (sobrecarga) da fichao latecircnciao falhas ficha e noacutes

36

Protocolos de ReservaConsulta (polling) distribuiacuteda O tempo eacute dividido em compartimentos (ldquoslotsrdquo) comeccedila com N compartimentos de reserva curtos

o tempo do compartimento de reserva eacute igual ao atraso de propagaccedilatildeo fim-a-fim do canal

o estaccedilatildeo com mensagem a enviar faz uma reservao reserva eacute vista por todas as estaccedilotildees

depois dos compartimentos de reserva ocorre a transmissatildeo das mensagens ordenadas pelas reservas e pelas prioridades de transmissatildeo

reserva mensagens

19

37

Tecnologias de Rede Local Protocolos MAC usados em redes locais para controlar

acesso ao canal Aneacuteis de fichas IEEE 8025 (Token Ring da IBM) para sala

de computaccedilatildeo ou rede departamental ateacute 16Mbps FDDI (Fiber Distributed Data Interface) para rede de Campus ou Metropolitana ateacute 200 estaccedilotildees em 100Mbps

Ethernet emprega o protocolo CSMACD 10Mbps (IEEE 8023) Fast E-net (100Mbps) Gigabit E-net (1000 Mbps) de longe a tecnologia mais popular de rede local

38

Sumaacuterio de protocolos MAC O que se pode fazer com um meio compartilhado

o Particionamento do canal por tempo frequumlecircncia ou coacutedigobull TDMA FDMA CDMA WDMA (wave division)

o Particionamento aleatoacuterio (dinacircmico) bull ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDdetecccedilatildeo de portadora faacutecil com algumas tecnologias (cabos) difiacutecil com outras (sem fio)

bull CSMACD usada na Ethernetbull CSMACA usada nas redes 80211

o Revezamentobull consulta por um noacute central passagem de ficha de permissatildeo

Para sateacutelites eacute difiacutecil detectar se o canal ascendente estaacuteocupado (retardos de 270ms) ALOHA FDM TDM CDMA

20

39

Tecnologias de LANCamada de enlace ateacute agora

o serviccedilos detecccedilatildeo de erroscorreccedilatildeo acesso muacuteltiplo

A seguir tecnologias de redes locais (LAN)o endereccedilamentoo Etherneto hubs pontes switcheso PPP

40

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Endereccedilamento na camada de enlace

55 Ethernet

56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)

57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de

enlace ATM e MPLS

21

41

Endereccedilos Fiacutesicos e ARP

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 MAC (ou de LAN fiacutesico Ethernet) usado para levar o datagrama de uma interface a

outra fisicamente conectada (isto eacute na mesma rede)

Endereccedilos MAC com 48 bits (na maioria das LANs) satildeo gravados na memoacuteria fixa (ROM) do adaptador

42

Cada adaptador numa LAN tem um endereccedilo de LAN uacutenico

End de Broadcast =FF-FF-FF-FF-FF-FF

= adaptador

1A-2F-BB-76-09-AD

58-23-D7-FA-20-B0

0C-C4-11-6F-E3-98

71-65-F7-2B-08-53

LAN(wired orwireless)

Endereccedilos Fiacutesicos e ARP

22

43

A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEE

O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (24 bits) para assegurar a unicidade

Analogia

(a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do CPF

(b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal

endereccedilamento MAC eacute plano (sem estrutura) =gt portabilidade

o eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra sem reconfiguraccedilatildeo do endereccedilo MAC

endereccedilamento IP eacute ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevel

o depende da rede na qual se estaacute ligado

Endereccedilos Fiacutesicos e ARP

44

Envio de um pacote de Argon para Neon

Fonte Liebeherr amp El Zarki 2004httpwwwcsvirginiaedu~itlabbookslidesindexhtml

23

45

DNS The IP address of

ldquoneontcpip-labedurdquo is

1281437121

ARP What is the MAC

address of 1281431371

DNS What is the IP address

of ldquoneontcpip-labedurdquoARP The MAC address of

1281431371 is 00e0f923a820

1281437121 is not on my local network

Therefore I need to send the packet to my

default gateway with address 1281431371

frame

1281437121 is on my local network

Therefore I can send the packet directly

ARP The MAC address of

1281431371 is 0020af039828

ARP What is the MAC

address of 1281437121

frame

46

Protocolo ARP O noacute A quer enviar pacote para o noacute B na mesma rede local A verifica se sua tabela ARP conteacutem o endereccedilo IP de B Se o end de natildeo estiver na Tabela ARP o moacutedulo ARP de A difunde um pacote ARP de consulta contendo o endereccedilo IP de Bo TODOS os noacutes na rede local recebem o pacote ARP

O noacute B responde ao noacute A com pacote ARP unicast informando seu proacuteprio endereccedilo MAC

A armazena o par endereccedilo IP-MAC em sua tabela ARP ateacuteque a informaccedilatildeo se torne obsoletao soft-state informaccedilatildeo que desaparece com o tempo se

natildeo for re-atualizada ARP eacute ldquoplug-and-playrdquo

o noacutes criam as suas tabelas ARP sem intervenccedilatildeo do administradorda rede

24

47

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Endereccedilamento na camada de enlace

55 Ethernet

56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)

57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de

enlace ATM e MPLS

48

Ethernet Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo

o Baratao Primeira tecnologia de LAN largamente usadao Mais simples e mais barata que LANs com token e ATMo Velocidade crescente 10 Mbps ndash 10 Gbps

Serviccedilo natildeo orientado a conexatildeo natildeo confiaacutevel

Esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf

25

49

Topologia em estrela

Barramento popular ateacute meados dos anos 90 Atualmente prevalece a topologia em estrela Conexatildeo hub ou switch

hub orswitch

50

Estrutura do Quadro Ethernet

Preacircmbulo 7 bytes com o padratildeo 10101010 seguidos por um byte com padratildeo o 10101011 usado para sincronizar os reloacutegios do receptor e do emissor

Endereccedilos 6 bytes quadro eacute recebido por todos os adaptadores e descartado se o endereccedilo do quadro natildeo coincide com o endereccedilo do adaptador

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

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

26

51

Codificaccedilatildeo Manchester Banda baacutesica transmissatildeo digital bits satildeo codificados usando

codificaccedilatildeo Manchester e transmitidos diretamente modificando a voltagem de sinal de corrente contiacutenua

Cada bit tem uma transiccedilatildeo Permite que os reloacutegios (clocks) nos noacutes emissor e receptor

mantenham-se sincronizadoso Natildeo eacute necessaacuterio um reloacutegio centralizado global para todos os noacutes

Aspecto da camada fiacutesica

52

Ethernet usa CSMACDA escutar canal se canal em silecircncio por determinado tempo (96 BTT)

entatildeo transmitir e monitorar o canal Se detectada outra transmissatildeo entatildeo

abortar e enviar sinal de ldquojamrdquo (48 bits)atualizar nuacutemero de colisotildees esperar de acordo com o algoritmo de retardo exponencial (ldquoexponential backoffrdquo)

ir para A

senatildeo quadro transmitido zerar contador de colisotildees

senatildeo esperar ateacute terminar a transmissatildeo em curso ir para A

27

53

Sinal de ldquoJamrdquo garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo (48 bits)

Tempo de Bit (BTT) 01 micros para Ethernet de 10 Mbps para K=1023 tempo de espera eacute de aprox 50 msec

ldquoExponential Backoffrdquo Objetivo adaptar tentativas

de retransmissatildeo agrave carga atual estimada da redeo carga pesada espera aleatoacuteria

mais longa Esperar K 512 BTT primeira colisatildeo

escolher K entre 01 segunda colisatildeo

escolher K entre 0123 apoacutes 10 ou mais colisotildees

escolher K entre 01234hellip1023

Ethernet CSMACD (cont)

54

Ethernet - Eficiecircncia Eficiecircncia com traacutefego pesado e nuacutemero grande de noacutes

)5(1

1

trans

prop

t

tEficiecircncia

+

=

tprop = tempo maacuteximo de propagaccedilatildeo entre 2 noacutesttrans= tempo para transmitir um quadro de tamanho maacuteximo

Quando tprop tende a 0 a eficiecircncia tende a 1Quando ttrans tende a infinito a eficiecircncia tende a 1

Muito melhor que ALOHA e ainda descentralizado simples e barato

28

55

Tecnologias Ethernet 10Base2 10 10Mbps 2 comprimento maacuteximo do cabo de 200 metros (de

fato 185 metros) Utiliza cabo coaxial fino numa topologia em barramento

repetidores satildeo usados para conectar muacuteltiplos segmentos (ateacuteum maacuteximo de 4)

repetidor repete os bits que ele recebe numa interface para as suas outras interfaces atua somente na camada fiacutesica

pacotes transmitidosviajam nas duas direccedilotildees

conectorT terminador

adaptador

noacute noacute noacute noacute noacute

56

10BaseT e 100BaseT Taxas de 10 e 100 Mbps A de taxa 100 Mbps eacute chamada de ldquoFast Ethernetrdquo T significa ldquoTwisted Pairrdquo (par tranccedilado) Noacutes conectados a um concentrador (ldquohubrdquo) ldquotopologia em

estrelardquo

par tranccedilado

hub

29

57

10BaseT e 100BaseT (cont)

Distacircncia maacutexima do noacute ao hub 100 metros Hub pode desconectar da rede um adaptador que

natildeo paacutera de transmitir (ldquojabbering adapterrdquo) ndash10Base2 natildeo funcionariahellip

Hub pode coletar e monitorar informaccedilotildees e estatiacutesticas para apresentaccedilatildeo ao administradores da LAN

10BaseT usa codificaccedilatildeo Manchester 100BaseT usa 4B5B

(5 clocks para transmitir 4 bits)

58

HubsHubs satildeo essencialmente repetidores da camada fiacutesica

o bits vindos de um enlace vatildeo para todos os demais enlaceso hellip agrave mesma velocidadeo natildeo haacute armazenamento de quadros (buffering)o natildeo haacute CSMACD no hub adaptadores detectam as

colisotildeeso oferece funccedilotildees de gerecircncia de rede

twisted pair

hub

30

59

Gbit Ethernet (IEEE 8023z)

Usa formato do quadro Ethernet padratildeo Permite enlaces ponto-a-ponto (com switchs) e

canais de difusatildeo compartilhados (com hubs) Em modo compartilhado usa CSMACD

o para ser eficiente as distacircncias entre os noacutes devem ser curtas (poucos metros)

hubs chamados de Distribuidores com Buffers(ldquoBuffered Distributorsrdquo)

Full-Duplex em 1 Gbps para enlaces ponto-a-ponto 10 Gbps atualmente

60

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Endereccedilamento na camada de enlace

55 Ethernet

56 Interconexotildees distribuidores e comutadores (Hubs and switches)

57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de

enlace ATM e MPLS

31

61

Interconexatildeo de LANs

Por que natildeo somente 1 grande LAN o Limitaccedilatildeo de traacutefego

bull em uma uacutenica LAN todas as estaccedilotildees compartilham a largura de banda

o Limitaccedilatildeo de distacircnciabull 8023 especifica o comprimento maacuteximo do cabo

o Grande ldquodomiacutenio de colisatildeordquobull pode-se colidir com muitas estaccedilotildees

o Limitaccedilatildeo do nuacutemero de estaccedilotildeesbull passagem de ficha provoca atraso em cada estaccedilatildeo p ex

62

Hubs e Comutadores

Usados para estender redes locais cobertura geograacutefica nuacutemero de noacutes funcionalidade administrativa etc

Diferem entre si em respeito ao isolamento de domiacutenios de colisatildeoo camada em que operam

Diferentes de roteadoreso ldquoplug and playrdquoo natildeo fazem o roteamento oacutetimo de pacotes IP

32

63

Hubs Dispositivos de camada fiacutesica

o repetem os bits recebidos numa interface para as demais

Podem ser dispostos numa hierarquia (multi-tier hub desing)

64

Hubs (cont)

Vantagens de Hubso Dispositivos simples e baratoso Configuraccedilatildeo em muacuteltiplos niacuteveis provecirc degradaccedilatildeo paulatina porccedilotildees da rede local continuam a operar se um dos hubs parar de funcionar

o Estende a distacircncia maacutexima entre pares de noacutes

33

65

Hubs (cont)

Limitaccedilotildeeso Domiacutenio de colisatildeo uacutenico natildeo leva a aumento na vazatildeo maacuteximabull a vazatildeo no caso de muacuteltiplos niacuteveis eacute igual agrave de um uacutenico segmento

o As tecnologias Ethernet (10Base 10BaseT etc) estabelecem limites no nuacutemero de noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo distacircncia entre hospedeiros e numero maacuteximo de niacuteveis (tiers)

o Natildeo se pode misturar Ethernet 10BaseT e 100Base)

66

Comutador (Switch) Dispositivo da camada de enlace

o Armazena e reenvia quadros Etherneto Encaminha os quadros a partir dos respectivos endereccedilos MAC de destino

o Quando quer repassar um quadro para um segmento usa o CSMACD para acessar o segmento

Transparente o Hospedeiros natildeo sabem da presenccedila do switch

plug-and-play auto-aprendizadoo Natildeo precisam ser configurados

34

67

Repasse (forwarding)

bull Com se determina para que segmento de LAN se deve repassar um quadrobull Parece um problema de roteamento

hub hubhub

switch1

2 3

68

Auto-aprendizado

Comutador tem uma tabela de comutaccedilatildeo (switch table) Entrada na tabela de comutaccedilatildeo

o (Endereccedilo MAC Interface Selo do Tempo)o Entradas antigas descartadas

O comutador aprende que noacutes satildeo alcanccedilaacuteveis atraveacutes de suas interfaceso Quando um quadro eacute recebido ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do remetente segmento de LAN de chegada

35

69

Filtragem e RepasseQuando um quadro eacute recebido

indexar a tabela de comutaccedilatildeo usando o end MAC destinose entrada encontradaentatildeo se destino no segmento de onde o quadro foi recebidoentatildeo descartar o quadrosenatildeo repassar o quadro para a interface indicada (CSMACD)

senatildeo inundar

Repassar a todas as interfaces exceto agravequelapor onde chegou o quadro

70

Exemplo

Suponha que C envia quadro para D

Switch recebe o quadro de Co registra na tabela que C estaacute na interface 1o como D natildeo estaacute na tabela repassa o quadro para as

interfaces 2 e 3

quadro recebido por D

hub hub hub

switch

A

B CD

EF G H

I

end interface

ABEG

1123

12 3

36

71

Exemplo

Suponha que D responde para C

Switch recebe o quadro de Do registra na tabela que D estaacute na interface 2o como C estaacute na tabela repassa o quadro apenas para a

interface 1

quadro recebido por C

hub hub hub

switch

A

B CD

EF G H

I

end interface

ABEGC

11231

72

Comutador isolamento de traacutefego A instalaccedilatildeo de um comutador divide uma subrede

em vaacuterios segmentos de LAN

Comutador filtra os quadroso segmentos tornam-se diferentes domiacutenios de colisatildeo

hub hub hub

switch

collision domain collision domain

collisiondomain

37

73

Comutador acesso dedicado Comutadores com muitas

interfaces Hospedeiros tecircm conexatildeo

direta com o comutador Sem colisotildees full duplex

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

switch

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

74

Comutador hellip

Alguns comutadores implementam cut-througho o quadro eacute repassado sem esperar a montagem do quadro inteiro no buffer do comutador bull pequena reduccedilatildeo da latecircncia

Combinaccedilotildees de interfaces compartilhadasdedicadas de 101001000 Mbps

38

75

Rede institucional

hub hubhub

comutador

para a rede externa

roteador

subrede IP

servidor de correio-e

servidor web

76

Comutadores vs Roteadores ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa

o roteadores dispositivos da camada de rede (examinam cabeccedilalhos da camada de rede)

o comutadores dispositivos da camada de enlace roteadores mantecircm tabelas de rotas e implementam algoritmos

de roteamento comutadores mantecircm tabelas de filtragem implementam

filtragem

39

77

Comparaccedilatildeo Sumaacuteria

hubs routers switches

traffic isolation

no yes yes

plug amp play yes no yes

optimal routing

no yes no

cut through

yes no yes

78

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Endereccedilamento na camada de enlace

55 Ethernet

56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

40

79

Controle de Enlace Ponto-a-Ponto

Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil que um enlace broadcasto natildeo haacute Controle de Acesso ao Meioo natildeo haacute necessidade de endereccedilamento MAC expliacutecito

o ex enlace discado linha ISDN protocolos ponto-a-ponto populares para camada

de enlaceo PPP (point-to-point protocol)o HDLC High-level Data Link Control(A camada de enlace costumava ser considerada de alto niacutevel na pilha de protocolos)

80

Protocolo Ponto-a-Ponto (PPP)

PPP eacute muito popular usado em conexotildees discadas entre sistema domeacutestico e provedor em conexotildees SONETSDH etc

PPP eacute extremamente simples (o mais simples dos protocolos de enlace de dados) e muito otimizado

41

81

PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]

Enquadramento de pacotes encapsulamento do datagrama da camada de rede no quadro da camada de enlace

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

Muacuteltiplos protocolos da camada de rede (natildeo apenas o IP) ao mesmo tempoo capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeoo Campo lsquotipo de protocolorsquo como no IP

Muacuteltiplos tipos de enlace seriais paralelos siacutencronos assiacutencronos eleacutetricos oacutepticos

Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo) connection livenes detecta e informa falhas do enlace para a

camada de rede Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede as camadas de rede

comuni9cantes devem poder aprender ou configurar mutuamente seus endereccedilos de rede

Simplicidade

82

Nem tudo foi requerido do PPP

natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros natildeo haacute controle de fluxo aceita entregas fora de ordem (embora seja pouco

comum) natildeo haacute necessidade de suportar enlaces multiponto

(ex polling)o HDLC os permite

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

42

83

PPP Formato do Quadro 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)

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

erros

endereccedilocontrole

tamanhovariaacutevelou ou

CRC

84

Byte Stuffing Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de

dados deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt01111110gt

Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte extra com o padratildeo lt 01111101gt (escape) antes de cada byte de dados lt 01111110gt

Receptoro dois bytes 01111101 seguidos descarta o primeiro e continua a recepccedilatildeo de dados

o um byte 01111110 flag Em enlaces siacutencronos orientados a bit usa-se bit

stuffing o depois de uma sequumlecircncia de 5 bits lsquo1rsquo o transmissor insere

um bit lsquo0rsquo

43

85

Byte Stuffing

byte como padratildeodo flag nosdados a enviar

byte com o padratildeo de flag seguido do byte inserido

86

PPP Protocolo de Controle de Enlace (LCP) e Controle de RedeAntes de trocar dados da camada

de rede os parceiros da camada de enlace devem

configurar o enlace PPP (PPP-LCP) (tamanho maacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo)

aprenderconfigurar informaccedilotildees da camada de redeo para o IP mensagens do

Protocolo de Controle IP (IPCP) para configurar aprender os endereccedilos IP

44

87

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Endereccedilamento na camada de enlace

55 Ethernet

56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)

57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

88

ATM e MPLS

ATM MPLS redes com arquiteturas proacutepriaso modelos de serviccedilo endereccedilamento e roteamento diferentes dos da Internet

Vistos pela Internet como enlaces loacutegicos conectando roteadores IPo assim como um enlace discado eacute parte de uma rede separada (a rede de telefonia)

ATM MPLS de interesse teacutecnico por si mesmas

45

89

Padratildeo dos anos 199000 para a arquitetura de alta velocidade (155 622Mbps hellip) da BroadbandIntegrated Service Digital Network (B-ISDN)

Objetivo transporte integrado fim-a-fim de voz viacutedeo e dadoso deve atender aos requisitos de tempoQoS para aplicaccedilotildees de voz e de viacutedeo (versus o serviccedilo de melhor esforccedilo da Internet)

o telefonia de ldquoproacutexima geraccedilatildeordquo fundamentos teacutecnicos no mundo da telefonia

o comutaccedilatildeo de pacotes (pacotes de tamanho fixo chamados ldquoceacutelulasrdquo) usando circuitos virtuais

ATM Modo de Transferecircncia Assiacutencrono

90

Arquitetura ATM

camada de adaptaccedilatildeo apenas na borda de uma rede ATM

o grosseiramente anaacuteloga agrave camada de transporte da Interneto ldquoadaptardquo camadas superiores (aplicaccedilotildees IP ou nativas ATM)

para a camada ATM abaixo camada ATM camada de ldquorederdquo

o comutaccedilatildeo de ceacutelulas roteamento camada fiacutesica

46

91

ATM camada de rede ou de enlaceVisatildeo transporte fim-a-fim

ldquoATM de computador a computadorrdquoo ATM eacute uma tecnologia

de rede

Realidade usada para conectar roteadores IP de backboneo ldquoIP sobre ATMrdquoo ATM como uma camada

de enlace comutada conectando roteadores IP

Rede ATM

rede IP

92

Camada ATMServiccedilo transporte de ceacutelulas atraveacutes da rede ATM

o anaacuteloga agrave camada de rede IPo Serviccedilos muito diferentes da camada de rede IP

Arquitetura

de Rede

Internet

ATM

ATM

ATM

ATM

Modelo

de Serviccedilo

melhor

esforccedilo

CBR

VBR

ABR

UBR

Banda

natildeo

taxa

constante

taxa

garantida

miacutenimo

garantido

natildeo

Perda

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Ordem

natildeo

sim

sim

sim

sim

Tempo

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Aviso de

Congestatildeo

natildeo (inferido

pelas perdas)

natildeo haacute

congestatildeo

natildeo haacute

congestatildeo

sim

natildeo

Garantias

47

93

Camada ATM Circuitos Virtuais Transporte em CV ceacutelulas (53 bytes) satildeo transportadas sobre CV

da fonte ao destinoo estabelecimento de conexatildeo necessaacuterio antes que o fluxo de dados

possa ser iniciadoo cada pacote transporta um identificador de CV (natildeo transporta o

endereccedilo do destino)o cada comutador no caminho entre a fonte e o destino manteacutem o

ldquoestadordquo para cada conexatildeo passanteo recursos do enlace e do comutador (banda passante buffers) podem

ser alocados aoCV para obter um comportamento semelhante ao de um circuito fiacutesico

CVs Permanentes (PVC)o conexotildees de longa duraccedilatildeo o tipicamente rota ldquopermanenterdquo entre roteadores IP

CVs Comutados (SVC)o conexotildees de curta duraccedilatildeoo dinamicamente criados com base nas chamadas

94

CVs ATM

Vantagens do uso de circuitos virtuais no ATMo Consegue garantir niacuteveis de QoS para conexotildees mapeadas em circuitos virtuais (banda passante atraso variacircncia de atraso)

Problemas no uso de circuitos virtuaiso O traacutefego de datagramas eacute ineficienteo um PVC entre cada par origemdestino natildeo eacuteescalaacutevel (N2 conexotildees satildeo necessaacuterias)

o SVC introduz latecircncia de estabelecimento de conexatildeo e atrasos de processamento para conexotildees de curta duraccedilatildeo

48

95

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

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

Cabeccedilalhoda ceacutelula

Formato daceacutelula

96

Camada ATM Cabeccedilalho da ceacutelula ATM

VCI identificador de canal virtual

o pode mudar de enlace para enlace atraveacutes da rede

PT Tipo de payload (carga)o Ex ceacutelula de gerenciamento versus ceacutelula de dados

CLP bit de Prioridade de Perda de Ceacutelula (Cell Loss Priority)

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

HEC Verificaccedilatildeo de Erros no Cabeccedilalho

o verificaccedilatildeo ciacuteclica de erros

49

97

Camada Fiacutesica ATM Compotildee-se de duas partes (subcamadas) Transmission Convergence Sublayer - TCS adapta a

camada ATM acima agrave subcamada fiacutesica abaixo (PMD Physical Medium Dependent Sublayer- PMD depende

do tipo de meio fiacutesico sendo empregado

98

IP-sobre-ATMApenas IP Claacutessico 3 ldquoredesrdquo (ex

segmentos de LAN) endereccedilos MAC

(8023) e IP

IP sobre ATM substitui ldquorederdquo (ex

segmento de LAN) por rede ATM

endereccedilos ATM endereccedilos IP

redeATM

EthernetLANs

EthernetLANs

50

99

IP-sobre-ATM

AALATMphyphy

Eth

IP

ATMphy

ATMphy

apptranspIPAALATMphy

apptranspIPEthphy

100

Viagem de um Datagrama numa Rede IP-sobre-ATM Hospedeiro de Origem

o Camada IP encontra um mapeamento entre o endereccedilo IP e o endereccedilo de destino ATM (usando ATM-ARP)

o passa o datagrama para a camada de adaptaccedilatildeo AAL5o AAL5 encapsula os dados (datagrama) segmenta em ceacutelulas e

passa para a camada ATM Rede ATM move a ceacutelula para o destino de comutador a

comutador de acordo com o seu CV (circuito virtual) Hospedeiro de Destino

o AAL5 remonta o datagrama original a partir das ceacutelulas recebidas

o se o CRC OK datagrama eacute passado ao IP

51

101

IP-sobre-ATM

datagramas IP emPDUs ATM AAL5

de endereccedilos IP paraendereccedilos ATMo como de endereccedilos IP paraendereccedilos MAC 8023

RedeATM

LANsEthernet

102

Multiprotocol label switching (MPLS)

Objetivo inicial acelerar o repasse de datagramas IP usando um roacutetulo de tamanho fixoo usa ideacuteias da abordagem de Circuitos Virtuais

PPP or Ethernet

headerIP header remainder of link-layer frameMPLS header

label Exp S TTL

20 3 1 8

52

103

Roteadores habilitados para MPLS

Roteadores de chaveamento de roacutetulos (label-switchedrouter)

Repassa pacotes para as interfaces de saiacuteda baseado apenas no valor do roacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP)o tabela de repasse o MPLS diferente da tabela de repasse IP

Necessaacuterio um protocolo de sinalizaccedilatildeoo RSVP-TEo Repasse possiacutevel atraveacutes de caminhos que o IP sozinho natildeo

permitiria (pex roteamento especifico para fonte - source-specific routing)

o MPLS pode ser usado para engenharia de traacutefego Deve coexistir com roteadores que entendem apenas

IP

104

R1R2

D

R3R4R5

0

1

00

A

R6

in out out

label label dest interface

6 - A 0

in out out

label label dest interface

10 6 A 1

12 9 D 0

in out out

label label dest interface

10 A 0

12 D 0

1

in out out

label label dest interface

8 6 A 0

0

8 A 1

Tabelas de repasse MPLS

53

105

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Endereccedilamento na camada de enlace

55 Ethernet

56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)

57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de

enlace ATM e MPLS

5

9

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Endereccedilamento na camada de enlace

55 Ethernet

56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)

57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de

enlace ATM e MPLS

10

Detecccedilatildeo de ErrosEDC= Error Detection and Correction bits

(Bits de Detecccedilatildeo e Correccedilatildeo de Erros redundacircncia)D = Dados protegidos pela verificaccedilatildeo de erros

pode incluir os campos de cabeccedilalho

bull A detecccedilatildeo de erros natildeo eacute 100 confiaacutevelbull protocolos podem deixar passar alguns erros mas eacute rarobull quanto maior o campo EDC maior a capacidade de detecccedilatildeo e correccedilatildeo

6

11

Verificaccedilatildeo de Paridade

Paridade simplesDetecta erros de um bit

Paridade Bi-dimensionalDetecta e corrige erros de um bit

0 0

sem erros erro deparidade

erro de 1 bitcorrigiacutevel

erro deparidade

bit deparidade

12

Soma de verificaccedilatildeo da Internet

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 checksumo NAtildeO - erro detectadoo SIM - natildeo detectou erro

(Mas apesar disso talvez ainda haja erros hellip )

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

7

13

Cyclic Redundancy Check (CRC) encara os bits de dados D como a sequumlecircncia de coeficientes de

um polinocircmio escolhe um padratildeo (polinocircmio) gerador de r+1 bits G objetivo escolhe r bits R (CRC) tal que

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

zero erro detectadoo pode detectar todos os erros em rajada (burst errors) com

comprimento menor que r+1 bits largamente usado na praacutetica (ATM HDCL)

padratildeo de bits

foacutermulamatemaacutetica

bits de dados a enviar

14

Exemplo de CRCDesejado

D2r XOR R = nGequivalente a

D2r = nG XOR R equivalente a

se dividimos D2r

por G o resto seraacute R

R = resto[ ]D2r

G

8

15

Implementaccedilatildeo de CRC

Remetente realiza em tempo real por hardware a divisatildeo da sequumlecircncia D pelo polinocircmio G e acrescenta o resto R a D

O receptor divide ltDRgt por G se o resto for diferente de zero a transmissatildeo teve erro

Padrotildees internacionais de polinocircmios G de graus 8 12 15 e 32 jaacute foram definidos

A ARPANET utilizava um CRC de 24 bits no protocolo de enlace de bit alternado

ATM utiliza um CRC de 32 bits em AAL5 HDLC utiliza um CRC de 16 bits

16

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Endereccedilamento na camada de enlace

55 Ethernet

56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)

57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de

enlace ATM e MPLS

9

17

Enlaces e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo

Dois tipos de ldquoenlacesrdquo ponto-a-ponto

o PPP para acesso discadoo Ponto a ponto entre comutador Ethernet e hospedeiro

Difusatildeo ndash broadcast (cabo ou meio compartilhado)o Ethernet tradicionalo Canal de subida HFCo LAN sem fio 80211

18

Protocolos de Acesso Muacuteltiplo

Enlaces com difusatildeo canal de comunicaccedilatildeo uacutenico e compartilhado

duas ou mais transmissotildees pelos noacutes interferecircncia (colisatildeo)o apenas um noacute pode

transmitir com sucesso num dado instante de tempo

10

19

Protocolos de Acesso Muacuteltiplo

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

o comunicaccedilatildeo sobre o compartilhamento do canal deve utilizar o proacuteprio canal

20

Protocolo de Acesso Muacuteltiplo Ideal

Canal de difusatildeo de taxa R bps1 Quando um noacute quer transmitir ele envia agrave taxa R2 Quando M noacutes querem transmitir cada um envia agrave

taxa meacutedia de RM3 Totalmente descentralizado

o Ausecircncia de um noacute especial que coordena as transmissotildeeso Ausecircncia de sincronizaccedilatildeo de reloacutegios slots etc

4 Simples

Objetivo eficiente justo simples descentralizado

11

21

Protocolos MAC taxonomiaTrecircs grandes classes

o Particionamento de canalbull divide o canal em pedaccedilos menores (compartimentos de tempo frequumlecircncia)

bull aloca um pedaccedilo para uso exclusivo de cada noacute

o Acesso Aleatoacuteriobull canal natildeo dividido permite colisotildeesbull ldquorecuperaccedilatildeordquo das colisotildees

o Revezamento (passagem de permissatildeo)bull compartilhamento estritamente coordenado para evitar colisotildees

22

Particionamento de Canal TDMA

TDMA acesso muacuteltiplo por divisatildeo temporal acesso ao canal eacute feito por rdquoturnos cada estaccedilatildeo recebe um compartimento (ldquoslotrdquo) de tamanho

fixo (= tempo de transmissatildeo de um pacote) em cada turno compartimentos natildeo usados satildeo desperdiccedilados exemplo rede local com 6 estaccedilotildees 134 tecircm pacotes

compartimentos 256 ficam vazios

ineficiente com usuaacuterios de pouca demanda ou quando carga for baixa

12

23

FDMA acesso muacuteltiplo por divisatildeo de frequumlecircncia o espectro 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 134 tecircm pacotes as bandas

de frequumlecircncia 256 ficam vazias

band

asde

fre

quumlecircn

cia tempo

Particionamento de Canal FDMA

mesmos problemas de eficiecircncia do TDM

24

Protocolos de Acesso Aleatoacuterio

Quando o noacute tem um pacote a enviaro transmite aleatoriamente agrave taxa do canal (R bps)o natildeo haacute coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes

dois ou mais noacutes transmitindo -gt ldquocolisatildeordquo Protocolo MAC de acesso aleatoacuterio especifica

o como detectar colisotildeeso como as estaccedilotildees se recuperam das colisotildees (ex via

retransmissotildees)

Exemplos de protocolos MAC de acesso aleatoacuterioo slotted ALOHAo ALOHAo CSMA e CSMACD

13

25

Slotted AlohaO tempo eacute dividido em compartimentos (slots) de tamanho igual (= tempo de transmissatildeo de um quadro)

Um noacute com quadro pronto transmite no iniacutecio do proacuteximo compartimento

Se houver colisatildeo (realimentaccedilatildeo pelo canal) o retransmitir o quadro nos compartimentos posteriores com probabilidade p ateacute obter sucesso

26

Slotted ALOHA

Pro Se apenas um noacute estiver ativo

pode transmitir continuamente agrave taxa do canal

Bastante descentralizado apenas os slots dos noacutes precisam ser sincronizados

simples

Contra Colisotildees desperdiacutecio de

slots Slots ociosos Os noacutes podem ser capazes

de detectar uma transmissatildeo em menos tempo do que o necessaacuterio para enviar um pacote

Sincronizaccedilatildeo de reloacutegios

14

27

Eficiecircncia do Slotted Aloha

Supondo N noacutes com muitos quadros a enviar cada um transmite em um slot com probabilidade p

prob de que um noacuteespeciacutefico tenha sucesso em um slot = p(1-p)N-1

prob de um noacute qualquer ter sucesso = Np(1-p)N-1

Para eficiecircncia maacutexima o N noacutes ativos

encontrar p que maximize N p(1- p)N-1

o muitos noacutes fazer o limite de Np(1-p)N-1 para N tendendo a infinito resulta em 1e = 037

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

Na melhor das hipoacuteteseso canal eacute usado para transmissotildees uacuteteis37 do tempo

28

ALOHA Puro (sem slots) Aloha puro operaccedilatildeo mais simples pois natildeo requer slots

(e nem a sincronizaccedilatildeo dos mesmos) quadro pronto transmitir imediatamente a probabilidade de colisatildeo aumenta

o pacote enviado em t0 colide com outros pacotes enviados em [t0-1 t0+1] (2 vezes o tamanho da janela do ALOHA com slots)

15

29

Eficiecircncia do Aloha PuroP( successo para um dado noacute) =

P(noacute transmitir) P(nenhum outro noacute transmiteem [t0-1t0] P(nenhum outro noacute transmiteem [t0t0+1]

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

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

hellip escolhendo p oacutetimo e fazendo N -gt infinito

= 1(2e) = 018

Ainda pior

30

CSMA Carrier Sense Multiple Access

CSMA escuta antes de transmitir Se o canal parece vazio transmite o quadro Se o canal estaacute ocupado adia a transmissatildeo

o CSMA Persistente tenta outra vez imediatamente com probabilidade p quando o canal se torna livre CSMA Natildeo-persistente tenta novamente apoacutes um intervalo aleatoacuterio

Analogia humana natildeo interrompa os outros Desta forma o problema das colisotildees fica resolvido

16

31

Colisotildees no CSMA

colisotildees podem ocorrero atraso de propagaccedilatildeo faz com que dois noacutes possam natildeo ouvir as transmissotildees do outro

colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo do pacote eacute desperdiccedilado

arranjo espacial dos noacutes

notapapel da distacircncia e do atraso de propagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo (janela de vulnerabilidade = retardo ida e volta entre os dois noacutes envolvidos)

espaccedilo

tem

po

32

CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisatildeo)

CSMACDo colisotildees detectadas num tempo curtoo transmissotildees com colisotildees satildeo interrompidas reduzindo o

desperdiacutecio do canal o retransmissotildees persistentes ou natildeo-persistentes

detecccedilatildeo de colisatildeoo faacutecil em LANs cabeadas mediccedilatildeo da intensidade do sinal ou

comparaccedilatildeo dos sinais transmitidos e recebidoso difiacutecil em LANs sem fio receptor desligado enquanto

transmitindo para evitar danificaacute-lo com excesso de potecircncia CSMACD pode conseguir utilizaccedilatildeo do canal perto de 100 em

redes locais (se tiver baixa razatildeo entre tempo de propagaccedilatildeo e tempo de transmissatildeo do pacote)

analogia humana interlocutor educado

17

33

CSMACD detecccedilatildeo de colisatildeoespaccedilo

tempo

detecccedilatildeo de colisatildeotempo

de parada

34

Protocolos com Revezamento

Protocolos MAC com particionamento de canalo compartilham o canal eficientemente quando a carga eacute alta e bem distribuiacuteda

o ineficiente nas cargas baixas retardos elevados para acesso ao canal

Protocolos MAC de acesso aleatoacuterioo eficiente com cargas baixas um uacutenico noacute pode usar todo o canal

o cargas altas excesso de colisotildeesProtocolos MAC com revezamento

buscam o melhor dos dois mundos

18

35

Protocolos MAC com Revezamento

Consulta (Polling) noacute mestre ldquoconvidardquo

os escravos a transmitir um de cada vez

problemaso custo da consulta

(polling overhead)o latecircnciao falha do mestre

Passagem de permissatildeo Ficha de controle (token)

passada de um noacute para o proacuteximo sequumlencialmente

problemaso custo (sobrecarga) da fichao latecircnciao falhas ficha e noacutes

36

Protocolos de ReservaConsulta (polling) distribuiacuteda O tempo eacute dividido em compartimentos (ldquoslotsrdquo) comeccedila com N compartimentos de reserva curtos

o tempo do compartimento de reserva eacute igual ao atraso de propagaccedilatildeo fim-a-fim do canal

o estaccedilatildeo com mensagem a enviar faz uma reservao reserva eacute vista por todas as estaccedilotildees

depois dos compartimentos de reserva ocorre a transmissatildeo das mensagens ordenadas pelas reservas e pelas prioridades de transmissatildeo

reserva mensagens

19

37

Tecnologias de Rede Local Protocolos MAC usados em redes locais para controlar

acesso ao canal Aneacuteis de fichas IEEE 8025 (Token Ring da IBM) para sala

de computaccedilatildeo ou rede departamental ateacute 16Mbps FDDI (Fiber Distributed Data Interface) para rede de Campus ou Metropolitana ateacute 200 estaccedilotildees em 100Mbps

Ethernet emprega o protocolo CSMACD 10Mbps (IEEE 8023) Fast E-net (100Mbps) Gigabit E-net (1000 Mbps) de longe a tecnologia mais popular de rede local

38

Sumaacuterio de protocolos MAC O que se pode fazer com um meio compartilhado

o Particionamento do canal por tempo frequumlecircncia ou coacutedigobull TDMA FDMA CDMA WDMA (wave division)

o Particionamento aleatoacuterio (dinacircmico) bull ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDdetecccedilatildeo de portadora faacutecil com algumas tecnologias (cabos) difiacutecil com outras (sem fio)

bull CSMACD usada na Ethernetbull CSMACA usada nas redes 80211

o Revezamentobull consulta por um noacute central passagem de ficha de permissatildeo

Para sateacutelites eacute difiacutecil detectar se o canal ascendente estaacuteocupado (retardos de 270ms) ALOHA FDM TDM CDMA

20

39

Tecnologias de LANCamada de enlace ateacute agora

o serviccedilos detecccedilatildeo de erroscorreccedilatildeo acesso muacuteltiplo

A seguir tecnologias de redes locais (LAN)o endereccedilamentoo Etherneto hubs pontes switcheso PPP

40

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Endereccedilamento na camada de enlace

55 Ethernet

56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)

57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de

enlace ATM e MPLS

21

41

Endereccedilos Fiacutesicos e ARP

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 MAC (ou de LAN fiacutesico Ethernet) usado para levar o datagrama de uma interface a

outra fisicamente conectada (isto eacute na mesma rede)

Endereccedilos MAC com 48 bits (na maioria das LANs) satildeo gravados na memoacuteria fixa (ROM) do adaptador

42

Cada adaptador numa LAN tem um endereccedilo de LAN uacutenico

End de Broadcast =FF-FF-FF-FF-FF-FF

= adaptador

1A-2F-BB-76-09-AD

58-23-D7-FA-20-B0

0C-C4-11-6F-E3-98

71-65-F7-2B-08-53

LAN(wired orwireless)

Endereccedilos Fiacutesicos e ARP

22

43

A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEE

O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (24 bits) para assegurar a unicidade

Analogia

(a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do CPF

(b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal

endereccedilamento MAC eacute plano (sem estrutura) =gt portabilidade

o eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra sem reconfiguraccedilatildeo do endereccedilo MAC

endereccedilamento IP eacute ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevel

o depende da rede na qual se estaacute ligado

Endereccedilos Fiacutesicos e ARP

44

Envio de um pacote de Argon para Neon

Fonte Liebeherr amp El Zarki 2004httpwwwcsvirginiaedu~itlabbookslidesindexhtml

23

45

DNS The IP address of

ldquoneontcpip-labedurdquo is

1281437121

ARP What is the MAC

address of 1281431371

DNS What is the IP address

of ldquoneontcpip-labedurdquoARP The MAC address of

1281431371 is 00e0f923a820

1281437121 is not on my local network

Therefore I need to send the packet to my

default gateway with address 1281431371

frame

1281437121 is on my local network

Therefore I can send the packet directly

ARP The MAC address of

1281431371 is 0020af039828

ARP What is the MAC

address of 1281437121

frame

46

Protocolo ARP O noacute A quer enviar pacote para o noacute B na mesma rede local A verifica se sua tabela ARP conteacutem o endereccedilo IP de B Se o end de natildeo estiver na Tabela ARP o moacutedulo ARP de A difunde um pacote ARP de consulta contendo o endereccedilo IP de Bo TODOS os noacutes na rede local recebem o pacote ARP

O noacute B responde ao noacute A com pacote ARP unicast informando seu proacuteprio endereccedilo MAC

A armazena o par endereccedilo IP-MAC em sua tabela ARP ateacuteque a informaccedilatildeo se torne obsoletao soft-state informaccedilatildeo que desaparece com o tempo se

natildeo for re-atualizada ARP eacute ldquoplug-and-playrdquo

o noacutes criam as suas tabelas ARP sem intervenccedilatildeo do administradorda rede

24

47

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Endereccedilamento na camada de enlace

55 Ethernet

56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)

57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de

enlace ATM e MPLS

48

Ethernet Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo

o Baratao Primeira tecnologia de LAN largamente usadao Mais simples e mais barata que LANs com token e ATMo Velocidade crescente 10 Mbps ndash 10 Gbps

Serviccedilo natildeo orientado a conexatildeo natildeo confiaacutevel

Esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf

25

49

Topologia em estrela

Barramento popular ateacute meados dos anos 90 Atualmente prevalece a topologia em estrela Conexatildeo hub ou switch

hub orswitch

50

Estrutura do Quadro Ethernet

Preacircmbulo 7 bytes com o padratildeo 10101010 seguidos por um byte com padratildeo o 10101011 usado para sincronizar os reloacutegios do receptor e do emissor

Endereccedilos 6 bytes quadro eacute recebido por todos os adaptadores e descartado se o endereccedilo do quadro natildeo coincide com o endereccedilo do adaptador

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

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

26

51

Codificaccedilatildeo Manchester Banda baacutesica transmissatildeo digital bits satildeo codificados usando

codificaccedilatildeo Manchester e transmitidos diretamente modificando a voltagem de sinal de corrente contiacutenua

Cada bit tem uma transiccedilatildeo Permite que os reloacutegios (clocks) nos noacutes emissor e receptor

mantenham-se sincronizadoso Natildeo eacute necessaacuterio um reloacutegio centralizado global para todos os noacutes

Aspecto da camada fiacutesica

52

Ethernet usa CSMACDA escutar canal se canal em silecircncio por determinado tempo (96 BTT)

entatildeo transmitir e monitorar o canal Se detectada outra transmissatildeo entatildeo

abortar e enviar sinal de ldquojamrdquo (48 bits)atualizar nuacutemero de colisotildees esperar de acordo com o algoritmo de retardo exponencial (ldquoexponential backoffrdquo)

ir para A

senatildeo quadro transmitido zerar contador de colisotildees

senatildeo esperar ateacute terminar a transmissatildeo em curso ir para A

27

53

Sinal de ldquoJamrdquo garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo (48 bits)

Tempo de Bit (BTT) 01 micros para Ethernet de 10 Mbps para K=1023 tempo de espera eacute de aprox 50 msec

ldquoExponential Backoffrdquo Objetivo adaptar tentativas

de retransmissatildeo agrave carga atual estimada da redeo carga pesada espera aleatoacuteria

mais longa Esperar K 512 BTT primeira colisatildeo

escolher K entre 01 segunda colisatildeo

escolher K entre 0123 apoacutes 10 ou mais colisotildees

escolher K entre 01234hellip1023

Ethernet CSMACD (cont)

54

Ethernet - Eficiecircncia Eficiecircncia com traacutefego pesado e nuacutemero grande de noacutes

)5(1

1

trans

prop

t

tEficiecircncia

+

=

tprop = tempo maacuteximo de propagaccedilatildeo entre 2 noacutesttrans= tempo para transmitir um quadro de tamanho maacuteximo

Quando tprop tende a 0 a eficiecircncia tende a 1Quando ttrans tende a infinito a eficiecircncia tende a 1

Muito melhor que ALOHA e ainda descentralizado simples e barato

28

55

Tecnologias Ethernet 10Base2 10 10Mbps 2 comprimento maacuteximo do cabo de 200 metros (de

fato 185 metros) Utiliza cabo coaxial fino numa topologia em barramento

repetidores satildeo usados para conectar muacuteltiplos segmentos (ateacuteum maacuteximo de 4)

repetidor repete os bits que ele recebe numa interface para as suas outras interfaces atua somente na camada fiacutesica

pacotes transmitidosviajam nas duas direccedilotildees

conectorT terminador

adaptador

noacute noacute noacute noacute noacute

56

10BaseT e 100BaseT Taxas de 10 e 100 Mbps A de taxa 100 Mbps eacute chamada de ldquoFast Ethernetrdquo T significa ldquoTwisted Pairrdquo (par tranccedilado) Noacutes conectados a um concentrador (ldquohubrdquo) ldquotopologia em

estrelardquo

par tranccedilado

hub

29

57

10BaseT e 100BaseT (cont)

Distacircncia maacutexima do noacute ao hub 100 metros Hub pode desconectar da rede um adaptador que

natildeo paacutera de transmitir (ldquojabbering adapterrdquo) ndash10Base2 natildeo funcionariahellip

Hub pode coletar e monitorar informaccedilotildees e estatiacutesticas para apresentaccedilatildeo ao administradores da LAN

10BaseT usa codificaccedilatildeo Manchester 100BaseT usa 4B5B

(5 clocks para transmitir 4 bits)

58

HubsHubs satildeo essencialmente repetidores da camada fiacutesica

o bits vindos de um enlace vatildeo para todos os demais enlaceso hellip agrave mesma velocidadeo natildeo haacute armazenamento de quadros (buffering)o natildeo haacute CSMACD no hub adaptadores detectam as

colisotildeeso oferece funccedilotildees de gerecircncia de rede

twisted pair

hub

30

59

Gbit Ethernet (IEEE 8023z)

Usa formato do quadro Ethernet padratildeo Permite enlaces ponto-a-ponto (com switchs) e

canais de difusatildeo compartilhados (com hubs) Em modo compartilhado usa CSMACD

o para ser eficiente as distacircncias entre os noacutes devem ser curtas (poucos metros)

hubs chamados de Distribuidores com Buffers(ldquoBuffered Distributorsrdquo)

Full-Duplex em 1 Gbps para enlaces ponto-a-ponto 10 Gbps atualmente

60

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Endereccedilamento na camada de enlace

55 Ethernet

56 Interconexotildees distribuidores e comutadores (Hubs and switches)

57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de

enlace ATM e MPLS

31

61

Interconexatildeo de LANs

Por que natildeo somente 1 grande LAN o Limitaccedilatildeo de traacutefego

bull em uma uacutenica LAN todas as estaccedilotildees compartilham a largura de banda

o Limitaccedilatildeo de distacircnciabull 8023 especifica o comprimento maacuteximo do cabo

o Grande ldquodomiacutenio de colisatildeordquobull pode-se colidir com muitas estaccedilotildees

o Limitaccedilatildeo do nuacutemero de estaccedilotildeesbull passagem de ficha provoca atraso em cada estaccedilatildeo p ex

62

Hubs e Comutadores

Usados para estender redes locais cobertura geograacutefica nuacutemero de noacutes funcionalidade administrativa etc

Diferem entre si em respeito ao isolamento de domiacutenios de colisatildeoo camada em que operam

Diferentes de roteadoreso ldquoplug and playrdquoo natildeo fazem o roteamento oacutetimo de pacotes IP

32

63

Hubs Dispositivos de camada fiacutesica

o repetem os bits recebidos numa interface para as demais

Podem ser dispostos numa hierarquia (multi-tier hub desing)

64

Hubs (cont)

Vantagens de Hubso Dispositivos simples e baratoso Configuraccedilatildeo em muacuteltiplos niacuteveis provecirc degradaccedilatildeo paulatina porccedilotildees da rede local continuam a operar se um dos hubs parar de funcionar

o Estende a distacircncia maacutexima entre pares de noacutes

33

65

Hubs (cont)

Limitaccedilotildeeso Domiacutenio de colisatildeo uacutenico natildeo leva a aumento na vazatildeo maacuteximabull a vazatildeo no caso de muacuteltiplos niacuteveis eacute igual agrave de um uacutenico segmento

o As tecnologias Ethernet (10Base 10BaseT etc) estabelecem limites no nuacutemero de noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo distacircncia entre hospedeiros e numero maacuteximo de niacuteveis (tiers)

o Natildeo se pode misturar Ethernet 10BaseT e 100Base)

66

Comutador (Switch) Dispositivo da camada de enlace

o Armazena e reenvia quadros Etherneto Encaminha os quadros a partir dos respectivos endereccedilos MAC de destino

o Quando quer repassar um quadro para um segmento usa o CSMACD para acessar o segmento

Transparente o Hospedeiros natildeo sabem da presenccedila do switch

plug-and-play auto-aprendizadoo Natildeo precisam ser configurados

34

67

Repasse (forwarding)

bull Com se determina para que segmento de LAN se deve repassar um quadrobull Parece um problema de roteamento

hub hubhub

switch1

2 3

68

Auto-aprendizado

Comutador tem uma tabela de comutaccedilatildeo (switch table) Entrada na tabela de comutaccedilatildeo

o (Endereccedilo MAC Interface Selo do Tempo)o Entradas antigas descartadas

O comutador aprende que noacutes satildeo alcanccedilaacuteveis atraveacutes de suas interfaceso Quando um quadro eacute recebido ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do remetente segmento de LAN de chegada

35

69

Filtragem e RepasseQuando um quadro eacute recebido

indexar a tabela de comutaccedilatildeo usando o end MAC destinose entrada encontradaentatildeo se destino no segmento de onde o quadro foi recebidoentatildeo descartar o quadrosenatildeo repassar o quadro para a interface indicada (CSMACD)

senatildeo inundar

Repassar a todas as interfaces exceto agravequelapor onde chegou o quadro

70

Exemplo

Suponha que C envia quadro para D

Switch recebe o quadro de Co registra na tabela que C estaacute na interface 1o como D natildeo estaacute na tabela repassa o quadro para as

interfaces 2 e 3

quadro recebido por D

hub hub hub

switch

A

B CD

EF G H

I

end interface

ABEG

1123

12 3

36

71

Exemplo

Suponha que D responde para C

Switch recebe o quadro de Do registra na tabela que D estaacute na interface 2o como C estaacute na tabela repassa o quadro apenas para a

interface 1

quadro recebido por C

hub hub hub

switch

A

B CD

EF G H

I

end interface

ABEGC

11231

72

Comutador isolamento de traacutefego A instalaccedilatildeo de um comutador divide uma subrede

em vaacuterios segmentos de LAN

Comutador filtra os quadroso segmentos tornam-se diferentes domiacutenios de colisatildeo

hub hub hub

switch

collision domain collision domain

collisiondomain

37

73

Comutador acesso dedicado Comutadores com muitas

interfaces Hospedeiros tecircm conexatildeo

direta com o comutador Sem colisotildees full duplex

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

switch

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

74

Comutador hellip

Alguns comutadores implementam cut-througho o quadro eacute repassado sem esperar a montagem do quadro inteiro no buffer do comutador bull pequena reduccedilatildeo da latecircncia

Combinaccedilotildees de interfaces compartilhadasdedicadas de 101001000 Mbps

38

75

Rede institucional

hub hubhub

comutador

para a rede externa

roteador

subrede IP

servidor de correio-e

servidor web

76

Comutadores vs Roteadores ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa

o roteadores dispositivos da camada de rede (examinam cabeccedilalhos da camada de rede)

o comutadores dispositivos da camada de enlace roteadores mantecircm tabelas de rotas e implementam algoritmos

de roteamento comutadores mantecircm tabelas de filtragem implementam

filtragem

39

77

Comparaccedilatildeo Sumaacuteria

hubs routers switches

traffic isolation

no yes yes

plug amp play yes no yes

optimal routing

no yes no

cut through

yes no yes

78

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Endereccedilamento na camada de enlace

55 Ethernet

56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

40

79

Controle de Enlace Ponto-a-Ponto

Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil que um enlace broadcasto natildeo haacute Controle de Acesso ao Meioo natildeo haacute necessidade de endereccedilamento MAC expliacutecito

o ex enlace discado linha ISDN protocolos ponto-a-ponto populares para camada

de enlaceo PPP (point-to-point protocol)o HDLC High-level Data Link Control(A camada de enlace costumava ser considerada de alto niacutevel na pilha de protocolos)

80

Protocolo Ponto-a-Ponto (PPP)

PPP eacute muito popular usado em conexotildees discadas entre sistema domeacutestico e provedor em conexotildees SONETSDH etc

PPP eacute extremamente simples (o mais simples dos protocolos de enlace de dados) e muito otimizado

41

81

PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]

Enquadramento de pacotes encapsulamento do datagrama da camada de rede no quadro da camada de enlace

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

Muacuteltiplos protocolos da camada de rede (natildeo apenas o IP) ao mesmo tempoo capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeoo Campo lsquotipo de protocolorsquo como no IP

Muacuteltiplos tipos de enlace seriais paralelos siacutencronos assiacutencronos eleacutetricos oacutepticos

Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo) connection livenes detecta e informa falhas do enlace para a

camada de rede Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede as camadas de rede

comuni9cantes devem poder aprender ou configurar mutuamente seus endereccedilos de rede

Simplicidade

82

Nem tudo foi requerido do PPP

natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros natildeo haacute controle de fluxo aceita entregas fora de ordem (embora seja pouco

comum) natildeo haacute necessidade de suportar enlaces multiponto

(ex polling)o HDLC os permite

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

42

83

PPP Formato do Quadro 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)

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

erros

endereccedilocontrole

tamanhovariaacutevelou ou

CRC

84

Byte Stuffing Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de

dados deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt01111110gt

Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte extra com o padratildeo lt 01111101gt (escape) antes de cada byte de dados lt 01111110gt

Receptoro dois bytes 01111101 seguidos descarta o primeiro e continua a recepccedilatildeo de dados

o um byte 01111110 flag Em enlaces siacutencronos orientados a bit usa-se bit

stuffing o depois de uma sequumlecircncia de 5 bits lsquo1rsquo o transmissor insere

um bit lsquo0rsquo

43

85

Byte Stuffing

byte como padratildeodo flag nosdados a enviar

byte com o padratildeo de flag seguido do byte inserido

86

PPP Protocolo de Controle de Enlace (LCP) e Controle de RedeAntes de trocar dados da camada

de rede os parceiros da camada de enlace devem

configurar o enlace PPP (PPP-LCP) (tamanho maacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo)

aprenderconfigurar informaccedilotildees da camada de redeo para o IP mensagens do

Protocolo de Controle IP (IPCP) para configurar aprender os endereccedilos IP

44

87

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Endereccedilamento na camada de enlace

55 Ethernet

56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)

57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

88

ATM e MPLS

ATM MPLS redes com arquiteturas proacutepriaso modelos de serviccedilo endereccedilamento e roteamento diferentes dos da Internet

Vistos pela Internet como enlaces loacutegicos conectando roteadores IPo assim como um enlace discado eacute parte de uma rede separada (a rede de telefonia)

ATM MPLS de interesse teacutecnico por si mesmas

45

89

Padratildeo dos anos 199000 para a arquitetura de alta velocidade (155 622Mbps hellip) da BroadbandIntegrated Service Digital Network (B-ISDN)

Objetivo transporte integrado fim-a-fim de voz viacutedeo e dadoso deve atender aos requisitos de tempoQoS para aplicaccedilotildees de voz e de viacutedeo (versus o serviccedilo de melhor esforccedilo da Internet)

o telefonia de ldquoproacutexima geraccedilatildeordquo fundamentos teacutecnicos no mundo da telefonia

o comutaccedilatildeo de pacotes (pacotes de tamanho fixo chamados ldquoceacutelulasrdquo) usando circuitos virtuais

ATM Modo de Transferecircncia Assiacutencrono

90

Arquitetura ATM

camada de adaptaccedilatildeo apenas na borda de uma rede ATM

o grosseiramente anaacuteloga agrave camada de transporte da Interneto ldquoadaptardquo camadas superiores (aplicaccedilotildees IP ou nativas ATM)

para a camada ATM abaixo camada ATM camada de ldquorederdquo

o comutaccedilatildeo de ceacutelulas roteamento camada fiacutesica

46

91

ATM camada de rede ou de enlaceVisatildeo transporte fim-a-fim

ldquoATM de computador a computadorrdquoo ATM eacute uma tecnologia

de rede

Realidade usada para conectar roteadores IP de backboneo ldquoIP sobre ATMrdquoo ATM como uma camada

de enlace comutada conectando roteadores IP

Rede ATM

rede IP

92

Camada ATMServiccedilo transporte de ceacutelulas atraveacutes da rede ATM

o anaacuteloga agrave camada de rede IPo Serviccedilos muito diferentes da camada de rede IP

Arquitetura

de Rede

Internet

ATM

ATM

ATM

ATM

Modelo

de Serviccedilo

melhor

esforccedilo

CBR

VBR

ABR

UBR

Banda

natildeo

taxa

constante

taxa

garantida

miacutenimo

garantido

natildeo

Perda

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Ordem

natildeo

sim

sim

sim

sim

Tempo

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Aviso de

Congestatildeo

natildeo (inferido

pelas perdas)

natildeo haacute

congestatildeo

natildeo haacute

congestatildeo

sim

natildeo

Garantias

47

93

Camada ATM Circuitos Virtuais Transporte em CV ceacutelulas (53 bytes) satildeo transportadas sobre CV

da fonte ao destinoo estabelecimento de conexatildeo necessaacuterio antes que o fluxo de dados

possa ser iniciadoo cada pacote transporta um identificador de CV (natildeo transporta o

endereccedilo do destino)o cada comutador no caminho entre a fonte e o destino manteacutem o

ldquoestadordquo para cada conexatildeo passanteo recursos do enlace e do comutador (banda passante buffers) podem

ser alocados aoCV para obter um comportamento semelhante ao de um circuito fiacutesico

CVs Permanentes (PVC)o conexotildees de longa duraccedilatildeo o tipicamente rota ldquopermanenterdquo entre roteadores IP

CVs Comutados (SVC)o conexotildees de curta duraccedilatildeoo dinamicamente criados com base nas chamadas

94

CVs ATM

Vantagens do uso de circuitos virtuais no ATMo Consegue garantir niacuteveis de QoS para conexotildees mapeadas em circuitos virtuais (banda passante atraso variacircncia de atraso)

Problemas no uso de circuitos virtuaiso O traacutefego de datagramas eacute ineficienteo um PVC entre cada par origemdestino natildeo eacuteescalaacutevel (N2 conexotildees satildeo necessaacuterias)

o SVC introduz latecircncia de estabelecimento de conexatildeo e atrasos de processamento para conexotildees de curta duraccedilatildeo

48

95

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

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

Cabeccedilalhoda ceacutelula

Formato daceacutelula

96

Camada ATM Cabeccedilalho da ceacutelula ATM

VCI identificador de canal virtual

o pode mudar de enlace para enlace atraveacutes da rede

PT Tipo de payload (carga)o Ex ceacutelula de gerenciamento versus ceacutelula de dados

CLP bit de Prioridade de Perda de Ceacutelula (Cell Loss Priority)

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

HEC Verificaccedilatildeo de Erros no Cabeccedilalho

o verificaccedilatildeo ciacuteclica de erros

49

97

Camada Fiacutesica ATM Compotildee-se de duas partes (subcamadas) Transmission Convergence Sublayer - TCS adapta a

camada ATM acima agrave subcamada fiacutesica abaixo (PMD Physical Medium Dependent Sublayer- PMD depende

do tipo de meio fiacutesico sendo empregado

98

IP-sobre-ATMApenas IP Claacutessico 3 ldquoredesrdquo (ex

segmentos de LAN) endereccedilos MAC

(8023) e IP

IP sobre ATM substitui ldquorederdquo (ex

segmento de LAN) por rede ATM

endereccedilos ATM endereccedilos IP

redeATM

EthernetLANs

EthernetLANs

50

99

IP-sobre-ATM

AALATMphyphy

Eth

IP

ATMphy

ATMphy

apptranspIPAALATMphy

apptranspIPEthphy

100

Viagem de um Datagrama numa Rede IP-sobre-ATM Hospedeiro de Origem

o Camada IP encontra um mapeamento entre o endereccedilo IP e o endereccedilo de destino ATM (usando ATM-ARP)

o passa o datagrama para a camada de adaptaccedilatildeo AAL5o AAL5 encapsula os dados (datagrama) segmenta em ceacutelulas e

passa para a camada ATM Rede ATM move a ceacutelula para o destino de comutador a

comutador de acordo com o seu CV (circuito virtual) Hospedeiro de Destino

o AAL5 remonta o datagrama original a partir das ceacutelulas recebidas

o se o CRC OK datagrama eacute passado ao IP

51

101

IP-sobre-ATM

datagramas IP emPDUs ATM AAL5

de endereccedilos IP paraendereccedilos ATMo como de endereccedilos IP paraendereccedilos MAC 8023

RedeATM

LANsEthernet

102

Multiprotocol label switching (MPLS)

Objetivo inicial acelerar o repasse de datagramas IP usando um roacutetulo de tamanho fixoo usa ideacuteias da abordagem de Circuitos Virtuais

PPP or Ethernet

headerIP header remainder of link-layer frameMPLS header

label Exp S TTL

20 3 1 8

52

103

Roteadores habilitados para MPLS

Roteadores de chaveamento de roacutetulos (label-switchedrouter)

Repassa pacotes para as interfaces de saiacuteda baseado apenas no valor do roacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP)o tabela de repasse o MPLS diferente da tabela de repasse IP

Necessaacuterio um protocolo de sinalizaccedilatildeoo RSVP-TEo Repasse possiacutevel atraveacutes de caminhos que o IP sozinho natildeo

permitiria (pex roteamento especifico para fonte - source-specific routing)

o MPLS pode ser usado para engenharia de traacutefego Deve coexistir com roteadores que entendem apenas

IP

104

R1R2

D

R3R4R5

0

1

00

A

R6

in out out

label label dest interface

6 - A 0

in out out

label label dest interface

10 6 A 1

12 9 D 0

in out out

label label dest interface

10 A 0

12 D 0

1

in out out

label label dest interface

8 6 A 0

0

8 A 1

Tabelas de repasse MPLS

53

105

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Endereccedilamento na camada de enlace

55 Ethernet

56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)

57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de

enlace ATM e MPLS

6

11

Verificaccedilatildeo de Paridade

Paridade simplesDetecta erros de um bit

Paridade Bi-dimensionalDetecta e corrige erros de um bit

0 0

sem erros erro deparidade

erro de 1 bitcorrigiacutevel

erro deparidade

bit deparidade

12

Soma de verificaccedilatildeo da Internet

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 checksumo NAtildeO - erro detectadoo SIM - natildeo detectou erro

(Mas apesar disso talvez ainda haja erros hellip )

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

7

13

Cyclic Redundancy Check (CRC) encara os bits de dados D como a sequumlecircncia de coeficientes de

um polinocircmio escolhe um padratildeo (polinocircmio) gerador de r+1 bits G objetivo escolhe r bits R (CRC) tal que

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

zero erro detectadoo pode detectar todos os erros em rajada (burst errors) com

comprimento menor que r+1 bits largamente usado na praacutetica (ATM HDCL)

padratildeo de bits

foacutermulamatemaacutetica

bits de dados a enviar

14

Exemplo de CRCDesejado

D2r XOR R = nGequivalente a

D2r = nG XOR R equivalente a

se dividimos D2r

por G o resto seraacute R

R = resto[ ]D2r

G

8

15

Implementaccedilatildeo de CRC

Remetente realiza em tempo real por hardware a divisatildeo da sequumlecircncia D pelo polinocircmio G e acrescenta o resto R a D

O receptor divide ltDRgt por G se o resto for diferente de zero a transmissatildeo teve erro

Padrotildees internacionais de polinocircmios G de graus 8 12 15 e 32 jaacute foram definidos

A ARPANET utilizava um CRC de 24 bits no protocolo de enlace de bit alternado

ATM utiliza um CRC de 32 bits em AAL5 HDLC utiliza um CRC de 16 bits

16

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Endereccedilamento na camada de enlace

55 Ethernet

56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)

57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de

enlace ATM e MPLS

9

17

Enlaces e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo

Dois tipos de ldquoenlacesrdquo ponto-a-ponto

o PPP para acesso discadoo Ponto a ponto entre comutador Ethernet e hospedeiro

Difusatildeo ndash broadcast (cabo ou meio compartilhado)o Ethernet tradicionalo Canal de subida HFCo LAN sem fio 80211

18

Protocolos de Acesso Muacuteltiplo

Enlaces com difusatildeo canal de comunicaccedilatildeo uacutenico e compartilhado

duas ou mais transmissotildees pelos noacutes interferecircncia (colisatildeo)o apenas um noacute pode

transmitir com sucesso num dado instante de tempo

10

19

Protocolos de Acesso Muacuteltiplo

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

o comunicaccedilatildeo sobre o compartilhamento do canal deve utilizar o proacuteprio canal

20

Protocolo de Acesso Muacuteltiplo Ideal

Canal de difusatildeo de taxa R bps1 Quando um noacute quer transmitir ele envia agrave taxa R2 Quando M noacutes querem transmitir cada um envia agrave

taxa meacutedia de RM3 Totalmente descentralizado

o Ausecircncia de um noacute especial que coordena as transmissotildeeso Ausecircncia de sincronizaccedilatildeo de reloacutegios slots etc

4 Simples

Objetivo eficiente justo simples descentralizado

11

21

Protocolos MAC taxonomiaTrecircs grandes classes

o Particionamento de canalbull divide o canal em pedaccedilos menores (compartimentos de tempo frequumlecircncia)

bull aloca um pedaccedilo para uso exclusivo de cada noacute

o Acesso Aleatoacuteriobull canal natildeo dividido permite colisotildeesbull ldquorecuperaccedilatildeordquo das colisotildees

o Revezamento (passagem de permissatildeo)bull compartilhamento estritamente coordenado para evitar colisotildees

22

Particionamento de Canal TDMA

TDMA acesso muacuteltiplo por divisatildeo temporal acesso ao canal eacute feito por rdquoturnos cada estaccedilatildeo recebe um compartimento (ldquoslotrdquo) de tamanho

fixo (= tempo de transmissatildeo de um pacote) em cada turno compartimentos natildeo usados satildeo desperdiccedilados exemplo rede local com 6 estaccedilotildees 134 tecircm pacotes

compartimentos 256 ficam vazios

ineficiente com usuaacuterios de pouca demanda ou quando carga for baixa

12

23

FDMA acesso muacuteltiplo por divisatildeo de frequumlecircncia o espectro 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 134 tecircm pacotes as bandas

de frequumlecircncia 256 ficam vazias

band

asde

fre

quumlecircn

cia tempo

Particionamento de Canal FDMA

mesmos problemas de eficiecircncia do TDM

24

Protocolos de Acesso Aleatoacuterio

Quando o noacute tem um pacote a enviaro transmite aleatoriamente agrave taxa do canal (R bps)o natildeo haacute coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes

dois ou mais noacutes transmitindo -gt ldquocolisatildeordquo Protocolo MAC de acesso aleatoacuterio especifica

o como detectar colisotildeeso como as estaccedilotildees se recuperam das colisotildees (ex via

retransmissotildees)

Exemplos de protocolos MAC de acesso aleatoacuterioo slotted ALOHAo ALOHAo CSMA e CSMACD

13

25

Slotted AlohaO tempo eacute dividido em compartimentos (slots) de tamanho igual (= tempo de transmissatildeo de um quadro)

Um noacute com quadro pronto transmite no iniacutecio do proacuteximo compartimento

Se houver colisatildeo (realimentaccedilatildeo pelo canal) o retransmitir o quadro nos compartimentos posteriores com probabilidade p ateacute obter sucesso

26

Slotted ALOHA

Pro Se apenas um noacute estiver ativo

pode transmitir continuamente agrave taxa do canal

Bastante descentralizado apenas os slots dos noacutes precisam ser sincronizados

simples

Contra Colisotildees desperdiacutecio de

slots Slots ociosos Os noacutes podem ser capazes

de detectar uma transmissatildeo em menos tempo do que o necessaacuterio para enviar um pacote

Sincronizaccedilatildeo de reloacutegios

14

27

Eficiecircncia do Slotted Aloha

Supondo N noacutes com muitos quadros a enviar cada um transmite em um slot com probabilidade p

prob de que um noacuteespeciacutefico tenha sucesso em um slot = p(1-p)N-1

prob de um noacute qualquer ter sucesso = Np(1-p)N-1

Para eficiecircncia maacutexima o N noacutes ativos

encontrar p que maximize N p(1- p)N-1

o muitos noacutes fazer o limite de Np(1-p)N-1 para N tendendo a infinito resulta em 1e = 037

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

Na melhor das hipoacuteteseso canal eacute usado para transmissotildees uacuteteis37 do tempo

28

ALOHA Puro (sem slots) Aloha puro operaccedilatildeo mais simples pois natildeo requer slots

(e nem a sincronizaccedilatildeo dos mesmos) quadro pronto transmitir imediatamente a probabilidade de colisatildeo aumenta

o pacote enviado em t0 colide com outros pacotes enviados em [t0-1 t0+1] (2 vezes o tamanho da janela do ALOHA com slots)

15

29

Eficiecircncia do Aloha PuroP( successo para um dado noacute) =

P(noacute transmitir) P(nenhum outro noacute transmiteem [t0-1t0] P(nenhum outro noacute transmiteem [t0t0+1]

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

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

hellip escolhendo p oacutetimo e fazendo N -gt infinito

= 1(2e) = 018

Ainda pior

30

CSMA Carrier Sense Multiple Access

CSMA escuta antes de transmitir Se o canal parece vazio transmite o quadro Se o canal estaacute ocupado adia a transmissatildeo

o CSMA Persistente tenta outra vez imediatamente com probabilidade p quando o canal se torna livre CSMA Natildeo-persistente tenta novamente apoacutes um intervalo aleatoacuterio

Analogia humana natildeo interrompa os outros Desta forma o problema das colisotildees fica resolvido

16

31

Colisotildees no CSMA

colisotildees podem ocorrero atraso de propagaccedilatildeo faz com que dois noacutes possam natildeo ouvir as transmissotildees do outro

colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo do pacote eacute desperdiccedilado

arranjo espacial dos noacutes

notapapel da distacircncia e do atraso de propagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo (janela de vulnerabilidade = retardo ida e volta entre os dois noacutes envolvidos)

espaccedilo

tem

po

32

CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisatildeo)

CSMACDo colisotildees detectadas num tempo curtoo transmissotildees com colisotildees satildeo interrompidas reduzindo o

desperdiacutecio do canal o retransmissotildees persistentes ou natildeo-persistentes

detecccedilatildeo de colisatildeoo faacutecil em LANs cabeadas mediccedilatildeo da intensidade do sinal ou

comparaccedilatildeo dos sinais transmitidos e recebidoso difiacutecil em LANs sem fio receptor desligado enquanto

transmitindo para evitar danificaacute-lo com excesso de potecircncia CSMACD pode conseguir utilizaccedilatildeo do canal perto de 100 em

redes locais (se tiver baixa razatildeo entre tempo de propagaccedilatildeo e tempo de transmissatildeo do pacote)

analogia humana interlocutor educado

17

33

CSMACD detecccedilatildeo de colisatildeoespaccedilo

tempo

detecccedilatildeo de colisatildeotempo

de parada

34

Protocolos com Revezamento

Protocolos MAC com particionamento de canalo compartilham o canal eficientemente quando a carga eacute alta e bem distribuiacuteda

o ineficiente nas cargas baixas retardos elevados para acesso ao canal

Protocolos MAC de acesso aleatoacuterioo eficiente com cargas baixas um uacutenico noacute pode usar todo o canal

o cargas altas excesso de colisotildeesProtocolos MAC com revezamento

buscam o melhor dos dois mundos

18

35

Protocolos MAC com Revezamento

Consulta (Polling) noacute mestre ldquoconvidardquo

os escravos a transmitir um de cada vez

problemaso custo da consulta

(polling overhead)o latecircnciao falha do mestre

Passagem de permissatildeo Ficha de controle (token)

passada de um noacute para o proacuteximo sequumlencialmente

problemaso custo (sobrecarga) da fichao latecircnciao falhas ficha e noacutes

36

Protocolos de ReservaConsulta (polling) distribuiacuteda O tempo eacute dividido em compartimentos (ldquoslotsrdquo) comeccedila com N compartimentos de reserva curtos

o tempo do compartimento de reserva eacute igual ao atraso de propagaccedilatildeo fim-a-fim do canal

o estaccedilatildeo com mensagem a enviar faz uma reservao reserva eacute vista por todas as estaccedilotildees

depois dos compartimentos de reserva ocorre a transmissatildeo das mensagens ordenadas pelas reservas e pelas prioridades de transmissatildeo

reserva mensagens

19

37

Tecnologias de Rede Local Protocolos MAC usados em redes locais para controlar

acesso ao canal Aneacuteis de fichas IEEE 8025 (Token Ring da IBM) para sala

de computaccedilatildeo ou rede departamental ateacute 16Mbps FDDI (Fiber Distributed Data Interface) para rede de Campus ou Metropolitana ateacute 200 estaccedilotildees em 100Mbps

Ethernet emprega o protocolo CSMACD 10Mbps (IEEE 8023) Fast E-net (100Mbps) Gigabit E-net (1000 Mbps) de longe a tecnologia mais popular de rede local

38

Sumaacuterio de protocolos MAC O que se pode fazer com um meio compartilhado

o Particionamento do canal por tempo frequumlecircncia ou coacutedigobull TDMA FDMA CDMA WDMA (wave division)

o Particionamento aleatoacuterio (dinacircmico) bull ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDdetecccedilatildeo de portadora faacutecil com algumas tecnologias (cabos) difiacutecil com outras (sem fio)

bull CSMACD usada na Ethernetbull CSMACA usada nas redes 80211

o Revezamentobull consulta por um noacute central passagem de ficha de permissatildeo

Para sateacutelites eacute difiacutecil detectar se o canal ascendente estaacuteocupado (retardos de 270ms) ALOHA FDM TDM CDMA

20

39

Tecnologias de LANCamada de enlace ateacute agora

o serviccedilos detecccedilatildeo de erroscorreccedilatildeo acesso muacuteltiplo

A seguir tecnologias de redes locais (LAN)o endereccedilamentoo Etherneto hubs pontes switcheso PPP

40

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Endereccedilamento na camada de enlace

55 Ethernet

56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)

57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de

enlace ATM e MPLS

21

41

Endereccedilos Fiacutesicos e ARP

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 MAC (ou de LAN fiacutesico Ethernet) usado para levar o datagrama de uma interface a

outra fisicamente conectada (isto eacute na mesma rede)

Endereccedilos MAC com 48 bits (na maioria das LANs) satildeo gravados na memoacuteria fixa (ROM) do adaptador

42

Cada adaptador numa LAN tem um endereccedilo de LAN uacutenico

End de Broadcast =FF-FF-FF-FF-FF-FF

= adaptador

1A-2F-BB-76-09-AD

58-23-D7-FA-20-B0

0C-C4-11-6F-E3-98

71-65-F7-2B-08-53

LAN(wired orwireless)

Endereccedilos Fiacutesicos e ARP

22

43

A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEE

O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (24 bits) para assegurar a unicidade

Analogia

(a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do CPF

(b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal

endereccedilamento MAC eacute plano (sem estrutura) =gt portabilidade

o eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra sem reconfiguraccedilatildeo do endereccedilo MAC

endereccedilamento IP eacute ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevel

o depende da rede na qual se estaacute ligado

Endereccedilos Fiacutesicos e ARP

44

Envio de um pacote de Argon para Neon

Fonte Liebeherr amp El Zarki 2004httpwwwcsvirginiaedu~itlabbookslidesindexhtml

23

45

DNS The IP address of

ldquoneontcpip-labedurdquo is

1281437121

ARP What is the MAC

address of 1281431371

DNS What is the IP address

of ldquoneontcpip-labedurdquoARP The MAC address of

1281431371 is 00e0f923a820

1281437121 is not on my local network

Therefore I need to send the packet to my

default gateway with address 1281431371

frame

1281437121 is on my local network

Therefore I can send the packet directly

ARP The MAC address of

1281431371 is 0020af039828

ARP What is the MAC

address of 1281437121

frame

46

Protocolo ARP O noacute A quer enviar pacote para o noacute B na mesma rede local A verifica se sua tabela ARP conteacutem o endereccedilo IP de B Se o end de natildeo estiver na Tabela ARP o moacutedulo ARP de A difunde um pacote ARP de consulta contendo o endereccedilo IP de Bo TODOS os noacutes na rede local recebem o pacote ARP

O noacute B responde ao noacute A com pacote ARP unicast informando seu proacuteprio endereccedilo MAC

A armazena o par endereccedilo IP-MAC em sua tabela ARP ateacuteque a informaccedilatildeo se torne obsoletao soft-state informaccedilatildeo que desaparece com o tempo se

natildeo for re-atualizada ARP eacute ldquoplug-and-playrdquo

o noacutes criam as suas tabelas ARP sem intervenccedilatildeo do administradorda rede

24

47

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Endereccedilamento na camada de enlace

55 Ethernet

56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)

57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de

enlace ATM e MPLS

48

Ethernet Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo

o Baratao Primeira tecnologia de LAN largamente usadao Mais simples e mais barata que LANs com token e ATMo Velocidade crescente 10 Mbps ndash 10 Gbps

Serviccedilo natildeo orientado a conexatildeo natildeo confiaacutevel

Esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf

25

49

Topologia em estrela

Barramento popular ateacute meados dos anos 90 Atualmente prevalece a topologia em estrela Conexatildeo hub ou switch

hub orswitch

50

Estrutura do Quadro Ethernet

Preacircmbulo 7 bytes com o padratildeo 10101010 seguidos por um byte com padratildeo o 10101011 usado para sincronizar os reloacutegios do receptor e do emissor

Endereccedilos 6 bytes quadro eacute recebido por todos os adaptadores e descartado se o endereccedilo do quadro natildeo coincide com o endereccedilo do adaptador

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

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

26

51

Codificaccedilatildeo Manchester Banda baacutesica transmissatildeo digital bits satildeo codificados usando

codificaccedilatildeo Manchester e transmitidos diretamente modificando a voltagem de sinal de corrente contiacutenua

Cada bit tem uma transiccedilatildeo Permite que os reloacutegios (clocks) nos noacutes emissor e receptor

mantenham-se sincronizadoso Natildeo eacute necessaacuterio um reloacutegio centralizado global para todos os noacutes

Aspecto da camada fiacutesica

52

Ethernet usa CSMACDA escutar canal se canal em silecircncio por determinado tempo (96 BTT)

entatildeo transmitir e monitorar o canal Se detectada outra transmissatildeo entatildeo

abortar e enviar sinal de ldquojamrdquo (48 bits)atualizar nuacutemero de colisotildees esperar de acordo com o algoritmo de retardo exponencial (ldquoexponential backoffrdquo)

ir para A

senatildeo quadro transmitido zerar contador de colisotildees

senatildeo esperar ateacute terminar a transmissatildeo em curso ir para A

27

53

Sinal de ldquoJamrdquo garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo (48 bits)

Tempo de Bit (BTT) 01 micros para Ethernet de 10 Mbps para K=1023 tempo de espera eacute de aprox 50 msec

ldquoExponential Backoffrdquo Objetivo adaptar tentativas

de retransmissatildeo agrave carga atual estimada da redeo carga pesada espera aleatoacuteria

mais longa Esperar K 512 BTT primeira colisatildeo

escolher K entre 01 segunda colisatildeo

escolher K entre 0123 apoacutes 10 ou mais colisotildees

escolher K entre 01234hellip1023

Ethernet CSMACD (cont)

54

Ethernet - Eficiecircncia Eficiecircncia com traacutefego pesado e nuacutemero grande de noacutes

)5(1

1

trans

prop

t

tEficiecircncia

+

=

tprop = tempo maacuteximo de propagaccedilatildeo entre 2 noacutesttrans= tempo para transmitir um quadro de tamanho maacuteximo

Quando tprop tende a 0 a eficiecircncia tende a 1Quando ttrans tende a infinito a eficiecircncia tende a 1

Muito melhor que ALOHA e ainda descentralizado simples e barato

28

55

Tecnologias Ethernet 10Base2 10 10Mbps 2 comprimento maacuteximo do cabo de 200 metros (de

fato 185 metros) Utiliza cabo coaxial fino numa topologia em barramento

repetidores satildeo usados para conectar muacuteltiplos segmentos (ateacuteum maacuteximo de 4)

repetidor repete os bits que ele recebe numa interface para as suas outras interfaces atua somente na camada fiacutesica

pacotes transmitidosviajam nas duas direccedilotildees

conectorT terminador

adaptador

noacute noacute noacute noacute noacute

56

10BaseT e 100BaseT Taxas de 10 e 100 Mbps A de taxa 100 Mbps eacute chamada de ldquoFast Ethernetrdquo T significa ldquoTwisted Pairrdquo (par tranccedilado) Noacutes conectados a um concentrador (ldquohubrdquo) ldquotopologia em

estrelardquo

par tranccedilado

hub

29

57

10BaseT e 100BaseT (cont)

Distacircncia maacutexima do noacute ao hub 100 metros Hub pode desconectar da rede um adaptador que

natildeo paacutera de transmitir (ldquojabbering adapterrdquo) ndash10Base2 natildeo funcionariahellip

Hub pode coletar e monitorar informaccedilotildees e estatiacutesticas para apresentaccedilatildeo ao administradores da LAN

10BaseT usa codificaccedilatildeo Manchester 100BaseT usa 4B5B

(5 clocks para transmitir 4 bits)

58

HubsHubs satildeo essencialmente repetidores da camada fiacutesica

o bits vindos de um enlace vatildeo para todos os demais enlaceso hellip agrave mesma velocidadeo natildeo haacute armazenamento de quadros (buffering)o natildeo haacute CSMACD no hub adaptadores detectam as

colisotildeeso oferece funccedilotildees de gerecircncia de rede

twisted pair

hub

30

59

Gbit Ethernet (IEEE 8023z)

Usa formato do quadro Ethernet padratildeo Permite enlaces ponto-a-ponto (com switchs) e

canais de difusatildeo compartilhados (com hubs) Em modo compartilhado usa CSMACD

o para ser eficiente as distacircncias entre os noacutes devem ser curtas (poucos metros)

hubs chamados de Distribuidores com Buffers(ldquoBuffered Distributorsrdquo)

Full-Duplex em 1 Gbps para enlaces ponto-a-ponto 10 Gbps atualmente

60

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Endereccedilamento na camada de enlace

55 Ethernet

56 Interconexotildees distribuidores e comutadores (Hubs and switches)

57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de

enlace ATM e MPLS

31

61

Interconexatildeo de LANs

Por que natildeo somente 1 grande LAN o Limitaccedilatildeo de traacutefego

bull em uma uacutenica LAN todas as estaccedilotildees compartilham a largura de banda

o Limitaccedilatildeo de distacircnciabull 8023 especifica o comprimento maacuteximo do cabo

o Grande ldquodomiacutenio de colisatildeordquobull pode-se colidir com muitas estaccedilotildees

o Limitaccedilatildeo do nuacutemero de estaccedilotildeesbull passagem de ficha provoca atraso em cada estaccedilatildeo p ex

62

Hubs e Comutadores

Usados para estender redes locais cobertura geograacutefica nuacutemero de noacutes funcionalidade administrativa etc

Diferem entre si em respeito ao isolamento de domiacutenios de colisatildeoo camada em que operam

Diferentes de roteadoreso ldquoplug and playrdquoo natildeo fazem o roteamento oacutetimo de pacotes IP

32

63

Hubs Dispositivos de camada fiacutesica

o repetem os bits recebidos numa interface para as demais

Podem ser dispostos numa hierarquia (multi-tier hub desing)

64

Hubs (cont)

Vantagens de Hubso Dispositivos simples e baratoso Configuraccedilatildeo em muacuteltiplos niacuteveis provecirc degradaccedilatildeo paulatina porccedilotildees da rede local continuam a operar se um dos hubs parar de funcionar

o Estende a distacircncia maacutexima entre pares de noacutes

33

65

Hubs (cont)

Limitaccedilotildeeso Domiacutenio de colisatildeo uacutenico natildeo leva a aumento na vazatildeo maacuteximabull a vazatildeo no caso de muacuteltiplos niacuteveis eacute igual agrave de um uacutenico segmento

o As tecnologias Ethernet (10Base 10BaseT etc) estabelecem limites no nuacutemero de noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo distacircncia entre hospedeiros e numero maacuteximo de niacuteveis (tiers)

o Natildeo se pode misturar Ethernet 10BaseT e 100Base)

66

Comutador (Switch) Dispositivo da camada de enlace

o Armazena e reenvia quadros Etherneto Encaminha os quadros a partir dos respectivos endereccedilos MAC de destino

o Quando quer repassar um quadro para um segmento usa o CSMACD para acessar o segmento

Transparente o Hospedeiros natildeo sabem da presenccedila do switch

plug-and-play auto-aprendizadoo Natildeo precisam ser configurados

34

67

Repasse (forwarding)

bull Com se determina para que segmento de LAN se deve repassar um quadrobull Parece um problema de roteamento

hub hubhub

switch1

2 3

68

Auto-aprendizado

Comutador tem uma tabela de comutaccedilatildeo (switch table) Entrada na tabela de comutaccedilatildeo

o (Endereccedilo MAC Interface Selo do Tempo)o Entradas antigas descartadas

O comutador aprende que noacutes satildeo alcanccedilaacuteveis atraveacutes de suas interfaceso Quando um quadro eacute recebido ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do remetente segmento de LAN de chegada

35

69

Filtragem e RepasseQuando um quadro eacute recebido

indexar a tabela de comutaccedilatildeo usando o end MAC destinose entrada encontradaentatildeo se destino no segmento de onde o quadro foi recebidoentatildeo descartar o quadrosenatildeo repassar o quadro para a interface indicada (CSMACD)

senatildeo inundar

Repassar a todas as interfaces exceto agravequelapor onde chegou o quadro

70

Exemplo

Suponha que C envia quadro para D

Switch recebe o quadro de Co registra na tabela que C estaacute na interface 1o como D natildeo estaacute na tabela repassa o quadro para as

interfaces 2 e 3

quadro recebido por D

hub hub hub

switch

A

B CD

EF G H

I

end interface

ABEG

1123

12 3

36

71

Exemplo

Suponha que D responde para C

Switch recebe o quadro de Do registra na tabela que D estaacute na interface 2o como C estaacute na tabela repassa o quadro apenas para a

interface 1

quadro recebido por C

hub hub hub

switch

A

B CD

EF G H

I

end interface

ABEGC

11231

72

Comutador isolamento de traacutefego A instalaccedilatildeo de um comutador divide uma subrede

em vaacuterios segmentos de LAN

Comutador filtra os quadroso segmentos tornam-se diferentes domiacutenios de colisatildeo

hub hub hub

switch

collision domain collision domain

collisiondomain

37

73

Comutador acesso dedicado Comutadores com muitas

interfaces Hospedeiros tecircm conexatildeo

direta com o comutador Sem colisotildees full duplex

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

switch

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

74

Comutador hellip

Alguns comutadores implementam cut-througho o quadro eacute repassado sem esperar a montagem do quadro inteiro no buffer do comutador bull pequena reduccedilatildeo da latecircncia

Combinaccedilotildees de interfaces compartilhadasdedicadas de 101001000 Mbps

38

75

Rede institucional

hub hubhub

comutador

para a rede externa

roteador

subrede IP

servidor de correio-e

servidor web

76

Comutadores vs Roteadores ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa

o roteadores dispositivos da camada de rede (examinam cabeccedilalhos da camada de rede)

o comutadores dispositivos da camada de enlace roteadores mantecircm tabelas de rotas e implementam algoritmos

de roteamento comutadores mantecircm tabelas de filtragem implementam

filtragem

39

77

Comparaccedilatildeo Sumaacuteria

hubs routers switches

traffic isolation

no yes yes

plug amp play yes no yes

optimal routing

no yes no

cut through

yes no yes

78

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Endereccedilamento na camada de enlace

55 Ethernet

56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

40

79

Controle de Enlace Ponto-a-Ponto

Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil que um enlace broadcasto natildeo haacute Controle de Acesso ao Meioo natildeo haacute necessidade de endereccedilamento MAC expliacutecito

o ex enlace discado linha ISDN protocolos ponto-a-ponto populares para camada

de enlaceo PPP (point-to-point protocol)o HDLC High-level Data Link Control(A camada de enlace costumava ser considerada de alto niacutevel na pilha de protocolos)

80

Protocolo Ponto-a-Ponto (PPP)

PPP eacute muito popular usado em conexotildees discadas entre sistema domeacutestico e provedor em conexotildees SONETSDH etc

PPP eacute extremamente simples (o mais simples dos protocolos de enlace de dados) e muito otimizado

41

81

PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]

Enquadramento de pacotes encapsulamento do datagrama da camada de rede no quadro da camada de enlace

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

Muacuteltiplos protocolos da camada de rede (natildeo apenas o IP) ao mesmo tempoo capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeoo Campo lsquotipo de protocolorsquo como no IP

Muacuteltiplos tipos de enlace seriais paralelos siacutencronos assiacutencronos eleacutetricos oacutepticos

Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo) connection livenes detecta e informa falhas do enlace para a

camada de rede Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede as camadas de rede

comuni9cantes devem poder aprender ou configurar mutuamente seus endereccedilos de rede

Simplicidade

82

Nem tudo foi requerido do PPP

natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros natildeo haacute controle de fluxo aceita entregas fora de ordem (embora seja pouco

comum) natildeo haacute necessidade de suportar enlaces multiponto

(ex polling)o HDLC os permite

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

42

83

PPP Formato do Quadro 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)

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

erros

endereccedilocontrole

tamanhovariaacutevelou ou

CRC

84

Byte Stuffing Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de

dados deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt01111110gt

Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte extra com o padratildeo lt 01111101gt (escape) antes de cada byte de dados lt 01111110gt

Receptoro dois bytes 01111101 seguidos descarta o primeiro e continua a recepccedilatildeo de dados

o um byte 01111110 flag Em enlaces siacutencronos orientados a bit usa-se bit

stuffing o depois de uma sequumlecircncia de 5 bits lsquo1rsquo o transmissor insere

um bit lsquo0rsquo

43

85

Byte Stuffing

byte como padratildeodo flag nosdados a enviar

byte com o padratildeo de flag seguido do byte inserido

86

PPP Protocolo de Controle de Enlace (LCP) e Controle de RedeAntes de trocar dados da camada

de rede os parceiros da camada de enlace devem

configurar o enlace PPP (PPP-LCP) (tamanho maacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo)

aprenderconfigurar informaccedilotildees da camada de redeo para o IP mensagens do

Protocolo de Controle IP (IPCP) para configurar aprender os endereccedilos IP

44

87

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Endereccedilamento na camada de enlace

55 Ethernet

56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)

57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

88

ATM e MPLS

ATM MPLS redes com arquiteturas proacutepriaso modelos de serviccedilo endereccedilamento e roteamento diferentes dos da Internet

Vistos pela Internet como enlaces loacutegicos conectando roteadores IPo assim como um enlace discado eacute parte de uma rede separada (a rede de telefonia)

ATM MPLS de interesse teacutecnico por si mesmas

45

89

Padratildeo dos anos 199000 para a arquitetura de alta velocidade (155 622Mbps hellip) da BroadbandIntegrated Service Digital Network (B-ISDN)

Objetivo transporte integrado fim-a-fim de voz viacutedeo e dadoso deve atender aos requisitos de tempoQoS para aplicaccedilotildees de voz e de viacutedeo (versus o serviccedilo de melhor esforccedilo da Internet)

o telefonia de ldquoproacutexima geraccedilatildeordquo fundamentos teacutecnicos no mundo da telefonia

o comutaccedilatildeo de pacotes (pacotes de tamanho fixo chamados ldquoceacutelulasrdquo) usando circuitos virtuais

ATM Modo de Transferecircncia Assiacutencrono

90

Arquitetura ATM

camada de adaptaccedilatildeo apenas na borda de uma rede ATM

o grosseiramente anaacuteloga agrave camada de transporte da Interneto ldquoadaptardquo camadas superiores (aplicaccedilotildees IP ou nativas ATM)

para a camada ATM abaixo camada ATM camada de ldquorederdquo

o comutaccedilatildeo de ceacutelulas roteamento camada fiacutesica

46

91

ATM camada de rede ou de enlaceVisatildeo transporte fim-a-fim

ldquoATM de computador a computadorrdquoo ATM eacute uma tecnologia

de rede

Realidade usada para conectar roteadores IP de backboneo ldquoIP sobre ATMrdquoo ATM como uma camada

de enlace comutada conectando roteadores IP

Rede ATM

rede IP

92

Camada ATMServiccedilo transporte de ceacutelulas atraveacutes da rede ATM

o anaacuteloga agrave camada de rede IPo Serviccedilos muito diferentes da camada de rede IP

Arquitetura

de Rede

Internet

ATM

ATM

ATM

ATM

Modelo

de Serviccedilo

melhor

esforccedilo

CBR

VBR

ABR

UBR

Banda

natildeo

taxa

constante

taxa

garantida

miacutenimo

garantido

natildeo

Perda

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Ordem

natildeo

sim

sim

sim

sim

Tempo

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Aviso de

Congestatildeo

natildeo (inferido

pelas perdas)

natildeo haacute

congestatildeo

natildeo haacute

congestatildeo

sim

natildeo

Garantias

47

93

Camada ATM Circuitos Virtuais Transporte em CV ceacutelulas (53 bytes) satildeo transportadas sobre CV

da fonte ao destinoo estabelecimento de conexatildeo necessaacuterio antes que o fluxo de dados

possa ser iniciadoo cada pacote transporta um identificador de CV (natildeo transporta o

endereccedilo do destino)o cada comutador no caminho entre a fonte e o destino manteacutem o

ldquoestadordquo para cada conexatildeo passanteo recursos do enlace e do comutador (banda passante buffers) podem

ser alocados aoCV para obter um comportamento semelhante ao de um circuito fiacutesico

CVs Permanentes (PVC)o conexotildees de longa duraccedilatildeo o tipicamente rota ldquopermanenterdquo entre roteadores IP

CVs Comutados (SVC)o conexotildees de curta duraccedilatildeoo dinamicamente criados com base nas chamadas

94

CVs ATM

Vantagens do uso de circuitos virtuais no ATMo Consegue garantir niacuteveis de QoS para conexotildees mapeadas em circuitos virtuais (banda passante atraso variacircncia de atraso)

Problemas no uso de circuitos virtuaiso O traacutefego de datagramas eacute ineficienteo um PVC entre cada par origemdestino natildeo eacuteescalaacutevel (N2 conexotildees satildeo necessaacuterias)

o SVC introduz latecircncia de estabelecimento de conexatildeo e atrasos de processamento para conexotildees de curta duraccedilatildeo

48

95

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

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

Cabeccedilalhoda ceacutelula

Formato daceacutelula

96

Camada ATM Cabeccedilalho da ceacutelula ATM

VCI identificador de canal virtual

o pode mudar de enlace para enlace atraveacutes da rede

PT Tipo de payload (carga)o Ex ceacutelula de gerenciamento versus ceacutelula de dados

CLP bit de Prioridade de Perda de Ceacutelula (Cell Loss Priority)

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

HEC Verificaccedilatildeo de Erros no Cabeccedilalho

o verificaccedilatildeo ciacuteclica de erros

49

97

Camada Fiacutesica ATM Compotildee-se de duas partes (subcamadas) Transmission Convergence Sublayer - TCS adapta a

camada ATM acima agrave subcamada fiacutesica abaixo (PMD Physical Medium Dependent Sublayer- PMD depende

do tipo de meio fiacutesico sendo empregado

98

IP-sobre-ATMApenas IP Claacutessico 3 ldquoredesrdquo (ex

segmentos de LAN) endereccedilos MAC

(8023) e IP

IP sobre ATM substitui ldquorederdquo (ex

segmento de LAN) por rede ATM

endereccedilos ATM endereccedilos IP

redeATM

EthernetLANs

EthernetLANs

50

99

IP-sobre-ATM

AALATMphyphy

Eth

IP

ATMphy

ATMphy

apptranspIPAALATMphy

apptranspIPEthphy

100

Viagem de um Datagrama numa Rede IP-sobre-ATM Hospedeiro de Origem

o Camada IP encontra um mapeamento entre o endereccedilo IP e o endereccedilo de destino ATM (usando ATM-ARP)

o passa o datagrama para a camada de adaptaccedilatildeo AAL5o AAL5 encapsula os dados (datagrama) segmenta em ceacutelulas e

passa para a camada ATM Rede ATM move a ceacutelula para o destino de comutador a

comutador de acordo com o seu CV (circuito virtual) Hospedeiro de Destino

o AAL5 remonta o datagrama original a partir das ceacutelulas recebidas

o se o CRC OK datagrama eacute passado ao IP

51

101

IP-sobre-ATM

datagramas IP emPDUs ATM AAL5

de endereccedilos IP paraendereccedilos ATMo como de endereccedilos IP paraendereccedilos MAC 8023

RedeATM

LANsEthernet

102

Multiprotocol label switching (MPLS)

Objetivo inicial acelerar o repasse de datagramas IP usando um roacutetulo de tamanho fixoo usa ideacuteias da abordagem de Circuitos Virtuais

PPP or Ethernet

headerIP header remainder of link-layer frameMPLS header

label Exp S TTL

20 3 1 8

52

103

Roteadores habilitados para MPLS

Roteadores de chaveamento de roacutetulos (label-switchedrouter)

Repassa pacotes para as interfaces de saiacuteda baseado apenas no valor do roacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP)o tabela de repasse o MPLS diferente da tabela de repasse IP

Necessaacuterio um protocolo de sinalizaccedilatildeoo RSVP-TEo Repasse possiacutevel atraveacutes de caminhos que o IP sozinho natildeo

permitiria (pex roteamento especifico para fonte - source-specific routing)

o MPLS pode ser usado para engenharia de traacutefego Deve coexistir com roteadores que entendem apenas

IP

104

R1R2

D

R3R4R5

0

1

00

A

R6

in out out

label label dest interface

6 - A 0

in out out

label label dest interface

10 6 A 1

12 9 D 0

in out out

label label dest interface

10 A 0

12 D 0

1

in out out

label label dest interface

8 6 A 0

0

8 A 1

Tabelas de repasse MPLS

53

105

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Endereccedilamento na camada de enlace

55 Ethernet

56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)

57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de

enlace ATM e MPLS

7

13

Cyclic Redundancy Check (CRC) encara os bits de dados D como a sequumlecircncia de coeficientes de

um polinocircmio escolhe um padratildeo (polinocircmio) gerador de r+1 bits G objetivo escolhe r bits R (CRC) tal que

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

zero erro detectadoo pode detectar todos os erros em rajada (burst errors) com

comprimento menor que r+1 bits largamente usado na praacutetica (ATM HDCL)

padratildeo de bits

foacutermulamatemaacutetica

bits de dados a enviar

14

Exemplo de CRCDesejado

D2r XOR R = nGequivalente a

D2r = nG XOR R equivalente a

se dividimos D2r

por G o resto seraacute R

R = resto[ ]D2r

G

8

15

Implementaccedilatildeo de CRC

Remetente realiza em tempo real por hardware a divisatildeo da sequumlecircncia D pelo polinocircmio G e acrescenta o resto R a D

O receptor divide ltDRgt por G se o resto for diferente de zero a transmissatildeo teve erro

Padrotildees internacionais de polinocircmios G de graus 8 12 15 e 32 jaacute foram definidos

A ARPANET utilizava um CRC de 24 bits no protocolo de enlace de bit alternado

ATM utiliza um CRC de 32 bits em AAL5 HDLC utiliza um CRC de 16 bits

16

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Endereccedilamento na camada de enlace

55 Ethernet

56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)

57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de

enlace ATM e MPLS

9

17

Enlaces e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo

Dois tipos de ldquoenlacesrdquo ponto-a-ponto

o PPP para acesso discadoo Ponto a ponto entre comutador Ethernet e hospedeiro

Difusatildeo ndash broadcast (cabo ou meio compartilhado)o Ethernet tradicionalo Canal de subida HFCo LAN sem fio 80211

18

Protocolos de Acesso Muacuteltiplo

Enlaces com difusatildeo canal de comunicaccedilatildeo uacutenico e compartilhado

duas ou mais transmissotildees pelos noacutes interferecircncia (colisatildeo)o apenas um noacute pode

transmitir com sucesso num dado instante de tempo

10

19

Protocolos de Acesso Muacuteltiplo

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

o comunicaccedilatildeo sobre o compartilhamento do canal deve utilizar o proacuteprio canal

20

Protocolo de Acesso Muacuteltiplo Ideal

Canal de difusatildeo de taxa R bps1 Quando um noacute quer transmitir ele envia agrave taxa R2 Quando M noacutes querem transmitir cada um envia agrave

taxa meacutedia de RM3 Totalmente descentralizado

o Ausecircncia de um noacute especial que coordena as transmissotildeeso Ausecircncia de sincronizaccedilatildeo de reloacutegios slots etc

4 Simples

Objetivo eficiente justo simples descentralizado

11

21

Protocolos MAC taxonomiaTrecircs grandes classes

o Particionamento de canalbull divide o canal em pedaccedilos menores (compartimentos de tempo frequumlecircncia)

bull aloca um pedaccedilo para uso exclusivo de cada noacute

o Acesso Aleatoacuteriobull canal natildeo dividido permite colisotildeesbull ldquorecuperaccedilatildeordquo das colisotildees

o Revezamento (passagem de permissatildeo)bull compartilhamento estritamente coordenado para evitar colisotildees

22

Particionamento de Canal TDMA

TDMA acesso muacuteltiplo por divisatildeo temporal acesso ao canal eacute feito por rdquoturnos cada estaccedilatildeo recebe um compartimento (ldquoslotrdquo) de tamanho

fixo (= tempo de transmissatildeo de um pacote) em cada turno compartimentos natildeo usados satildeo desperdiccedilados exemplo rede local com 6 estaccedilotildees 134 tecircm pacotes

compartimentos 256 ficam vazios

ineficiente com usuaacuterios de pouca demanda ou quando carga for baixa

12

23

FDMA acesso muacuteltiplo por divisatildeo de frequumlecircncia o espectro 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 134 tecircm pacotes as bandas

de frequumlecircncia 256 ficam vazias

band

asde

fre

quumlecircn

cia tempo

Particionamento de Canal FDMA

mesmos problemas de eficiecircncia do TDM

24

Protocolos de Acesso Aleatoacuterio

Quando o noacute tem um pacote a enviaro transmite aleatoriamente agrave taxa do canal (R bps)o natildeo haacute coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes

dois ou mais noacutes transmitindo -gt ldquocolisatildeordquo Protocolo MAC de acesso aleatoacuterio especifica

o como detectar colisotildeeso como as estaccedilotildees se recuperam das colisotildees (ex via

retransmissotildees)

Exemplos de protocolos MAC de acesso aleatoacuterioo slotted ALOHAo ALOHAo CSMA e CSMACD

13

25

Slotted AlohaO tempo eacute dividido em compartimentos (slots) de tamanho igual (= tempo de transmissatildeo de um quadro)

Um noacute com quadro pronto transmite no iniacutecio do proacuteximo compartimento

Se houver colisatildeo (realimentaccedilatildeo pelo canal) o retransmitir o quadro nos compartimentos posteriores com probabilidade p ateacute obter sucesso

26

Slotted ALOHA

Pro Se apenas um noacute estiver ativo

pode transmitir continuamente agrave taxa do canal

Bastante descentralizado apenas os slots dos noacutes precisam ser sincronizados

simples

Contra Colisotildees desperdiacutecio de

slots Slots ociosos Os noacutes podem ser capazes

de detectar uma transmissatildeo em menos tempo do que o necessaacuterio para enviar um pacote

Sincronizaccedilatildeo de reloacutegios

14

27

Eficiecircncia do Slotted Aloha

Supondo N noacutes com muitos quadros a enviar cada um transmite em um slot com probabilidade p

prob de que um noacuteespeciacutefico tenha sucesso em um slot = p(1-p)N-1

prob de um noacute qualquer ter sucesso = Np(1-p)N-1

Para eficiecircncia maacutexima o N noacutes ativos

encontrar p que maximize N p(1- p)N-1

o muitos noacutes fazer o limite de Np(1-p)N-1 para N tendendo a infinito resulta em 1e = 037

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

Na melhor das hipoacuteteseso canal eacute usado para transmissotildees uacuteteis37 do tempo

28

ALOHA Puro (sem slots) Aloha puro operaccedilatildeo mais simples pois natildeo requer slots

(e nem a sincronizaccedilatildeo dos mesmos) quadro pronto transmitir imediatamente a probabilidade de colisatildeo aumenta

o pacote enviado em t0 colide com outros pacotes enviados em [t0-1 t0+1] (2 vezes o tamanho da janela do ALOHA com slots)

15

29

Eficiecircncia do Aloha PuroP( successo para um dado noacute) =

P(noacute transmitir) P(nenhum outro noacute transmiteem [t0-1t0] P(nenhum outro noacute transmiteem [t0t0+1]

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

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

hellip escolhendo p oacutetimo e fazendo N -gt infinito

= 1(2e) = 018

Ainda pior

30

CSMA Carrier Sense Multiple Access

CSMA escuta antes de transmitir Se o canal parece vazio transmite o quadro Se o canal estaacute ocupado adia a transmissatildeo

o CSMA Persistente tenta outra vez imediatamente com probabilidade p quando o canal se torna livre CSMA Natildeo-persistente tenta novamente apoacutes um intervalo aleatoacuterio

Analogia humana natildeo interrompa os outros Desta forma o problema das colisotildees fica resolvido

16

31

Colisotildees no CSMA

colisotildees podem ocorrero atraso de propagaccedilatildeo faz com que dois noacutes possam natildeo ouvir as transmissotildees do outro

colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo do pacote eacute desperdiccedilado

arranjo espacial dos noacutes

notapapel da distacircncia e do atraso de propagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo (janela de vulnerabilidade = retardo ida e volta entre os dois noacutes envolvidos)

espaccedilo

tem

po

32

CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisatildeo)

CSMACDo colisotildees detectadas num tempo curtoo transmissotildees com colisotildees satildeo interrompidas reduzindo o

desperdiacutecio do canal o retransmissotildees persistentes ou natildeo-persistentes

detecccedilatildeo de colisatildeoo faacutecil em LANs cabeadas mediccedilatildeo da intensidade do sinal ou

comparaccedilatildeo dos sinais transmitidos e recebidoso difiacutecil em LANs sem fio receptor desligado enquanto

transmitindo para evitar danificaacute-lo com excesso de potecircncia CSMACD pode conseguir utilizaccedilatildeo do canal perto de 100 em

redes locais (se tiver baixa razatildeo entre tempo de propagaccedilatildeo e tempo de transmissatildeo do pacote)

analogia humana interlocutor educado

17

33

CSMACD detecccedilatildeo de colisatildeoespaccedilo

tempo

detecccedilatildeo de colisatildeotempo

de parada

34

Protocolos com Revezamento

Protocolos MAC com particionamento de canalo compartilham o canal eficientemente quando a carga eacute alta e bem distribuiacuteda

o ineficiente nas cargas baixas retardos elevados para acesso ao canal

Protocolos MAC de acesso aleatoacuterioo eficiente com cargas baixas um uacutenico noacute pode usar todo o canal

o cargas altas excesso de colisotildeesProtocolos MAC com revezamento

buscam o melhor dos dois mundos

18

35

Protocolos MAC com Revezamento

Consulta (Polling) noacute mestre ldquoconvidardquo

os escravos a transmitir um de cada vez

problemaso custo da consulta

(polling overhead)o latecircnciao falha do mestre

Passagem de permissatildeo Ficha de controle (token)

passada de um noacute para o proacuteximo sequumlencialmente

problemaso custo (sobrecarga) da fichao latecircnciao falhas ficha e noacutes

36

Protocolos de ReservaConsulta (polling) distribuiacuteda O tempo eacute dividido em compartimentos (ldquoslotsrdquo) comeccedila com N compartimentos de reserva curtos

o tempo do compartimento de reserva eacute igual ao atraso de propagaccedilatildeo fim-a-fim do canal

o estaccedilatildeo com mensagem a enviar faz uma reservao reserva eacute vista por todas as estaccedilotildees

depois dos compartimentos de reserva ocorre a transmissatildeo das mensagens ordenadas pelas reservas e pelas prioridades de transmissatildeo

reserva mensagens

19

37

Tecnologias de Rede Local Protocolos MAC usados em redes locais para controlar

acesso ao canal Aneacuteis de fichas IEEE 8025 (Token Ring da IBM) para sala

de computaccedilatildeo ou rede departamental ateacute 16Mbps FDDI (Fiber Distributed Data Interface) para rede de Campus ou Metropolitana ateacute 200 estaccedilotildees em 100Mbps

Ethernet emprega o protocolo CSMACD 10Mbps (IEEE 8023) Fast E-net (100Mbps) Gigabit E-net (1000 Mbps) de longe a tecnologia mais popular de rede local

38

Sumaacuterio de protocolos MAC O que se pode fazer com um meio compartilhado

o Particionamento do canal por tempo frequumlecircncia ou coacutedigobull TDMA FDMA CDMA WDMA (wave division)

o Particionamento aleatoacuterio (dinacircmico) bull ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDdetecccedilatildeo de portadora faacutecil com algumas tecnologias (cabos) difiacutecil com outras (sem fio)

bull CSMACD usada na Ethernetbull CSMACA usada nas redes 80211

o Revezamentobull consulta por um noacute central passagem de ficha de permissatildeo

Para sateacutelites eacute difiacutecil detectar se o canal ascendente estaacuteocupado (retardos de 270ms) ALOHA FDM TDM CDMA

20

39

Tecnologias de LANCamada de enlace ateacute agora

o serviccedilos detecccedilatildeo de erroscorreccedilatildeo acesso muacuteltiplo

A seguir tecnologias de redes locais (LAN)o endereccedilamentoo Etherneto hubs pontes switcheso PPP

40

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Endereccedilamento na camada de enlace

55 Ethernet

56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)

57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de

enlace ATM e MPLS

21

41

Endereccedilos Fiacutesicos e ARP

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 MAC (ou de LAN fiacutesico Ethernet) usado para levar o datagrama de uma interface a

outra fisicamente conectada (isto eacute na mesma rede)

Endereccedilos MAC com 48 bits (na maioria das LANs) satildeo gravados na memoacuteria fixa (ROM) do adaptador

42

Cada adaptador numa LAN tem um endereccedilo de LAN uacutenico

End de Broadcast =FF-FF-FF-FF-FF-FF

= adaptador

1A-2F-BB-76-09-AD

58-23-D7-FA-20-B0

0C-C4-11-6F-E3-98

71-65-F7-2B-08-53

LAN(wired orwireless)

Endereccedilos Fiacutesicos e ARP

22

43

A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEE

O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (24 bits) para assegurar a unicidade

Analogia

(a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do CPF

(b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal

endereccedilamento MAC eacute plano (sem estrutura) =gt portabilidade

o eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra sem reconfiguraccedilatildeo do endereccedilo MAC

endereccedilamento IP eacute ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevel

o depende da rede na qual se estaacute ligado

Endereccedilos Fiacutesicos e ARP

44

Envio de um pacote de Argon para Neon

Fonte Liebeherr amp El Zarki 2004httpwwwcsvirginiaedu~itlabbookslidesindexhtml

23

45

DNS The IP address of

ldquoneontcpip-labedurdquo is

1281437121

ARP What is the MAC

address of 1281431371

DNS What is the IP address

of ldquoneontcpip-labedurdquoARP The MAC address of

1281431371 is 00e0f923a820

1281437121 is not on my local network

Therefore I need to send the packet to my

default gateway with address 1281431371

frame

1281437121 is on my local network

Therefore I can send the packet directly

ARP The MAC address of

1281431371 is 0020af039828

ARP What is the MAC

address of 1281437121

frame

46

Protocolo ARP O noacute A quer enviar pacote para o noacute B na mesma rede local A verifica se sua tabela ARP conteacutem o endereccedilo IP de B Se o end de natildeo estiver na Tabela ARP o moacutedulo ARP de A difunde um pacote ARP de consulta contendo o endereccedilo IP de Bo TODOS os noacutes na rede local recebem o pacote ARP

O noacute B responde ao noacute A com pacote ARP unicast informando seu proacuteprio endereccedilo MAC

A armazena o par endereccedilo IP-MAC em sua tabela ARP ateacuteque a informaccedilatildeo se torne obsoletao soft-state informaccedilatildeo que desaparece com o tempo se

natildeo for re-atualizada ARP eacute ldquoplug-and-playrdquo

o noacutes criam as suas tabelas ARP sem intervenccedilatildeo do administradorda rede

24

47

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Endereccedilamento na camada de enlace

55 Ethernet

56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)

57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de

enlace ATM e MPLS

48

Ethernet Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo

o Baratao Primeira tecnologia de LAN largamente usadao Mais simples e mais barata que LANs com token e ATMo Velocidade crescente 10 Mbps ndash 10 Gbps

Serviccedilo natildeo orientado a conexatildeo natildeo confiaacutevel

Esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf

25

49

Topologia em estrela

Barramento popular ateacute meados dos anos 90 Atualmente prevalece a topologia em estrela Conexatildeo hub ou switch

hub orswitch

50

Estrutura do Quadro Ethernet

Preacircmbulo 7 bytes com o padratildeo 10101010 seguidos por um byte com padratildeo o 10101011 usado para sincronizar os reloacutegios do receptor e do emissor

Endereccedilos 6 bytes quadro eacute recebido por todos os adaptadores e descartado se o endereccedilo do quadro natildeo coincide com o endereccedilo do adaptador

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

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

26

51

Codificaccedilatildeo Manchester Banda baacutesica transmissatildeo digital bits satildeo codificados usando

codificaccedilatildeo Manchester e transmitidos diretamente modificando a voltagem de sinal de corrente contiacutenua

Cada bit tem uma transiccedilatildeo Permite que os reloacutegios (clocks) nos noacutes emissor e receptor

mantenham-se sincronizadoso Natildeo eacute necessaacuterio um reloacutegio centralizado global para todos os noacutes

Aspecto da camada fiacutesica

52

Ethernet usa CSMACDA escutar canal se canal em silecircncio por determinado tempo (96 BTT)

entatildeo transmitir e monitorar o canal Se detectada outra transmissatildeo entatildeo

abortar e enviar sinal de ldquojamrdquo (48 bits)atualizar nuacutemero de colisotildees esperar de acordo com o algoritmo de retardo exponencial (ldquoexponential backoffrdquo)

ir para A

senatildeo quadro transmitido zerar contador de colisotildees

senatildeo esperar ateacute terminar a transmissatildeo em curso ir para A

27

53

Sinal de ldquoJamrdquo garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo (48 bits)

Tempo de Bit (BTT) 01 micros para Ethernet de 10 Mbps para K=1023 tempo de espera eacute de aprox 50 msec

ldquoExponential Backoffrdquo Objetivo adaptar tentativas

de retransmissatildeo agrave carga atual estimada da redeo carga pesada espera aleatoacuteria

mais longa Esperar K 512 BTT primeira colisatildeo

escolher K entre 01 segunda colisatildeo

escolher K entre 0123 apoacutes 10 ou mais colisotildees

escolher K entre 01234hellip1023

Ethernet CSMACD (cont)

54

Ethernet - Eficiecircncia Eficiecircncia com traacutefego pesado e nuacutemero grande de noacutes

)5(1

1

trans

prop

t

tEficiecircncia

+

=

tprop = tempo maacuteximo de propagaccedilatildeo entre 2 noacutesttrans= tempo para transmitir um quadro de tamanho maacuteximo

Quando tprop tende a 0 a eficiecircncia tende a 1Quando ttrans tende a infinito a eficiecircncia tende a 1

Muito melhor que ALOHA e ainda descentralizado simples e barato

28

55

Tecnologias Ethernet 10Base2 10 10Mbps 2 comprimento maacuteximo do cabo de 200 metros (de

fato 185 metros) Utiliza cabo coaxial fino numa topologia em barramento

repetidores satildeo usados para conectar muacuteltiplos segmentos (ateacuteum maacuteximo de 4)

repetidor repete os bits que ele recebe numa interface para as suas outras interfaces atua somente na camada fiacutesica

pacotes transmitidosviajam nas duas direccedilotildees

conectorT terminador

adaptador

noacute noacute noacute noacute noacute

56

10BaseT e 100BaseT Taxas de 10 e 100 Mbps A de taxa 100 Mbps eacute chamada de ldquoFast Ethernetrdquo T significa ldquoTwisted Pairrdquo (par tranccedilado) Noacutes conectados a um concentrador (ldquohubrdquo) ldquotopologia em

estrelardquo

par tranccedilado

hub

29

57

10BaseT e 100BaseT (cont)

Distacircncia maacutexima do noacute ao hub 100 metros Hub pode desconectar da rede um adaptador que

natildeo paacutera de transmitir (ldquojabbering adapterrdquo) ndash10Base2 natildeo funcionariahellip

Hub pode coletar e monitorar informaccedilotildees e estatiacutesticas para apresentaccedilatildeo ao administradores da LAN

10BaseT usa codificaccedilatildeo Manchester 100BaseT usa 4B5B

(5 clocks para transmitir 4 bits)

58

HubsHubs satildeo essencialmente repetidores da camada fiacutesica

o bits vindos de um enlace vatildeo para todos os demais enlaceso hellip agrave mesma velocidadeo natildeo haacute armazenamento de quadros (buffering)o natildeo haacute CSMACD no hub adaptadores detectam as

colisotildeeso oferece funccedilotildees de gerecircncia de rede

twisted pair

hub

30

59

Gbit Ethernet (IEEE 8023z)

Usa formato do quadro Ethernet padratildeo Permite enlaces ponto-a-ponto (com switchs) e

canais de difusatildeo compartilhados (com hubs) Em modo compartilhado usa CSMACD

o para ser eficiente as distacircncias entre os noacutes devem ser curtas (poucos metros)

hubs chamados de Distribuidores com Buffers(ldquoBuffered Distributorsrdquo)

Full-Duplex em 1 Gbps para enlaces ponto-a-ponto 10 Gbps atualmente

60

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Endereccedilamento na camada de enlace

55 Ethernet

56 Interconexotildees distribuidores e comutadores (Hubs and switches)

57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de

enlace ATM e MPLS

31

61

Interconexatildeo de LANs

Por que natildeo somente 1 grande LAN o Limitaccedilatildeo de traacutefego

bull em uma uacutenica LAN todas as estaccedilotildees compartilham a largura de banda

o Limitaccedilatildeo de distacircnciabull 8023 especifica o comprimento maacuteximo do cabo

o Grande ldquodomiacutenio de colisatildeordquobull pode-se colidir com muitas estaccedilotildees

o Limitaccedilatildeo do nuacutemero de estaccedilotildeesbull passagem de ficha provoca atraso em cada estaccedilatildeo p ex

62

Hubs e Comutadores

Usados para estender redes locais cobertura geograacutefica nuacutemero de noacutes funcionalidade administrativa etc

Diferem entre si em respeito ao isolamento de domiacutenios de colisatildeoo camada em que operam

Diferentes de roteadoreso ldquoplug and playrdquoo natildeo fazem o roteamento oacutetimo de pacotes IP

32

63

Hubs Dispositivos de camada fiacutesica

o repetem os bits recebidos numa interface para as demais

Podem ser dispostos numa hierarquia (multi-tier hub desing)

64

Hubs (cont)

Vantagens de Hubso Dispositivos simples e baratoso Configuraccedilatildeo em muacuteltiplos niacuteveis provecirc degradaccedilatildeo paulatina porccedilotildees da rede local continuam a operar se um dos hubs parar de funcionar

o Estende a distacircncia maacutexima entre pares de noacutes

33

65

Hubs (cont)

Limitaccedilotildeeso Domiacutenio de colisatildeo uacutenico natildeo leva a aumento na vazatildeo maacuteximabull a vazatildeo no caso de muacuteltiplos niacuteveis eacute igual agrave de um uacutenico segmento

o As tecnologias Ethernet (10Base 10BaseT etc) estabelecem limites no nuacutemero de noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo distacircncia entre hospedeiros e numero maacuteximo de niacuteveis (tiers)

o Natildeo se pode misturar Ethernet 10BaseT e 100Base)

66

Comutador (Switch) Dispositivo da camada de enlace

o Armazena e reenvia quadros Etherneto Encaminha os quadros a partir dos respectivos endereccedilos MAC de destino

o Quando quer repassar um quadro para um segmento usa o CSMACD para acessar o segmento

Transparente o Hospedeiros natildeo sabem da presenccedila do switch

plug-and-play auto-aprendizadoo Natildeo precisam ser configurados

34

67

Repasse (forwarding)

bull Com se determina para que segmento de LAN se deve repassar um quadrobull Parece um problema de roteamento

hub hubhub

switch1

2 3

68

Auto-aprendizado

Comutador tem uma tabela de comutaccedilatildeo (switch table) Entrada na tabela de comutaccedilatildeo

o (Endereccedilo MAC Interface Selo do Tempo)o Entradas antigas descartadas

O comutador aprende que noacutes satildeo alcanccedilaacuteveis atraveacutes de suas interfaceso Quando um quadro eacute recebido ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do remetente segmento de LAN de chegada

35

69

Filtragem e RepasseQuando um quadro eacute recebido

indexar a tabela de comutaccedilatildeo usando o end MAC destinose entrada encontradaentatildeo se destino no segmento de onde o quadro foi recebidoentatildeo descartar o quadrosenatildeo repassar o quadro para a interface indicada (CSMACD)

senatildeo inundar

Repassar a todas as interfaces exceto agravequelapor onde chegou o quadro

70

Exemplo

Suponha que C envia quadro para D

Switch recebe o quadro de Co registra na tabela que C estaacute na interface 1o como D natildeo estaacute na tabela repassa o quadro para as

interfaces 2 e 3

quadro recebido por D

hub hub hub

switch

A

B CD

EF G H

I

end interface

ABEG

1123

12 3

36

71

Exemplo

Suponha que D responde para C

Switch recebe o quadro de Do registra na tabela que D estaacute na interface 2o como C estaacute na tabela repassa o quadro apenas para a

interface 1

quadro recebido por C

hub hub hub

switch

A

B CD

EF G H

I

end interface

ABEGC

11231

72

Comutador isolamento de traacutefego A instalaccedilatildeo de um comutador divide uma subrede

em vaacuterios segmentos de LAN

Comutador filtra os quadroso segmentos tornam-se diferentes domiacutenios de colisatildeo

hub hub hub

switch

collision domain collision domain

collisiondomain

37

73

Comutador acesso dedicado Comutadores com muitas

interfaces Hospedeiros tecircm conexatildeo

direta com o comutador Sem colisotildees full duplex

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

switch

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

74

Comutador hellip

Alguns comutadores implementam cut-througho o quadro eacute repassado sem esperar a montagem do quadro inteiro no buffer do comutador bull pequena reduccedilatildeo da latecircncia

Combinaccedilotildees de interfaces compartilhadasdedicadas de 101001000 Mbps

38

75

Rede institucional

hub hubhub

comutador

para a rede externa

roteador

subrede IP

servidor de correio-e

servidor web

76

Comutadores vs Roteadores ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa

o roteadores dispositivos da camada de rede (examinam cabeccedilalhos da camada de rede)

o comutadores dispositivos da camada de enlace roteadores mantecircm tabelas de rotas e implementam algoritmos

de roteamento comutadores mantecircm tabelas de filtragem implementam

filtragem

39

77

Comparaccedilatildeo Sumaacuteria

hubs routers switches

traffic isolation

no yes yes

plug amp play yes no yes

optimal routing

no yes no

cut through

yes no yes

78

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Endereccedilamento na camada de enlace

55 Ethernet

56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

40

79

Controle de Enlace Ponto-a-Ponto

Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil que um enlace broadcasto natildeo haacute Controle de Acesso ao Meioo natildeo haacute necessidade de endereccedilamento MAC expliacutecito

o ex enlace discado linha ISDN protocolos ponto-a-ponto populares para camada

de enlaceo PPP (point-to-point protocol)o HDLC High-level Data Link Control(A camada de enlace costumava ser considerada de alto niacutevel na pilha de protocolos)

80

Protocolo Ponto-a-Ponto (PPP)

PPP eacute muito popular usado em conexotildees discadas entre sistema domeacutestico e provedor em conexotildees SONETSDH etc

PPP eacute extremamente simples (o mais simples dos protocolos de enlace de dados) e muito otimizado

41

81

PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]

Enquadramento de pacotes encapsulamento do datagrama da camada de rede no quadro da camada de enlace

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

Muacuteltiplos protocolos da camada de rede (natildeo apenas o IP) ao mesmo tempoo capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeoo Campo lsquotipo de protocolorsquo como no IP

Muacuteltiplos tipos de enlace seriais paralelos siacutencronos assiacutencronos eleacutetricos oacutepticos

Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo) connection livenes detecta e informa falhas do enlace para a

camada de rede Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede as camadas de rede

comuni9cantes devem poder aprender ou configurar mutuamente seus endereccedilos de rede

Simplicidade

82

Nem tudo foi requerido do PPP

natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros natildeo haacute controle de fluxo aceita entregas fora de ordem (embora seja pouco

comum) natildeo haacute necessidade de suportar enlaces multiponto

(ex polling)o HDLC os permite

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

42

83

PPP Formato do Quadro 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)

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

erros

endereccedilocontrole

tamanhovariaacutevelou ou

CRC

84

Byte Stuffing Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de

dados deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt01111110gt

Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte extra com o padratildeo lt 01111101gt (escape) antes de cada byte de dados lt 01111110gt

Receptoro dois bytes 01111101 seguidos descarta o primeiro e continua a recepccedilatildeo de dados

o um byte 01111110 flag Em enlaces siacutencronos orientados a bit usa-se bit

stuffing o depois de uma sequumlecircncia de 5 bits lsquo1rsquo o transmissor insere

um bit lsquo0rsquo

43

85

Byte Stuffing

byte como padratildeodo flag nosdados a enviar

byte com o padratildeo de flag seguido do byte inserido

86

PPP Protocolo de Controle de Enlace (LCP) e Controle de RedeAntes de trocar dados da camada

de rede os parceiros da camada de enlace devem

configurar o enlace PPP (PPP-LCP) (tamanho maacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo)

aprenderconfigurar informaccedilotildees da camada de redeo para o IP mensagens do

Protocolo de Controle IP (IPCP) para configurar aprender os endereccedilos IP

44

87

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Endereccedilamento na camada de enlace

55 Ethernet

56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)

57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

88

ATM e MPLS

ATM MPLS redes com arquiteturas proacutepriaso modelos de serviccedilo endereccedilamento e roteamento diferentes dos da Internet

Vistos pela Internet como enlaces loacutegicos conectando roteadores IPo assim como um enlace discado eacute parte de uma rede separada (a rede de telefonia)

ATM MPLS de interesse teacutecnico por si mesmas

45

89

Padratildeo dos anos 199000 para a arquitetura de alta velocidade (155 622Mbps hellip) da BroadbandIntegrated Service Digital Network (B-ISDN)

Objetivo transporte integrado fim-a-fim de voz viacutedeo e dadoso deve atender aos requisitos de tempoQoS para aplicaccedilotildees de voz e de viacutedeo (versus o serviccedilo de melhor esforccedilo da Internet)

o telefonia de ldquoproacutexima geraccedilatildeordquo fundamentos teacutecnicos no mundo da telefonia

o comutaccedilatildeo de pacotes (pacotes de tamanho fixo chamados ldquoceacutelulasrdquo) usando circuitos virtuais

ATM Modo de Transferecircncia Assiacutencrono

90

Arquitetura ATM

camada de adaptaccedilatildeo apenas na borda de uma rede ATM

o grosseiramente anaacuteloga agrave camada de transporte da Interneto ldquoadaptardquo camadas superiores (aplicaccedilotildees IP ou nativas ATM)

para a camada ATM abaixo camada ATM camada de ldquorederdquo

o comutaccedilatildeo de ceacutelulas roteamento camada fiacutesica

46

91

ATM camada de rede ou de enlaceVisatildeo transporte fim-a-fim

ldquoATM de computador a computadorrdquoo ATM eacute uma tecnologia

de rede

Realidade usada para conectar roteadores IP de backboneo ldquoIP sobre ATMrdquoo ATM como uma camada

de enlace comutada conectando roteadores IP

Rede ATM

rede IP

92

Camada ATMServiccedilo transporte de ceacutelulas atraveacutes da rede ATM

o anaacuteloga agrave camada de rede IPo Serviccedilos muito diferentes da camada de rede IP

Arquitetura

de Rede

Internet

ATM

ATM

ATM

ATM

Modelo

de Serviccedilo

melhor

esforccedilo

CBR

VBR

ABR

UBR

Banda

natildeo

taxa

constante

taxa

garantida

miacutenimo

garantido

natildeo

Perda

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Ordem

natildeo

sim

sim

sim

sim

Tempo

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Aviso de

Congestatildeo

natildeo (inferido

pelas perdas)

natildeo haacute

congestatildeo

natildeo haacute

congestatildeo

sim

natildeo

Garantias

47

93

Camada ATM Circuitos Virtuais Transporte em CV ceacutelulas (53 bytes) satildeo transportadas sobre CV

da fonte ao destinoo estabelecimento de conexatildeo necessaacuterio antes que o fluxo de dados

possa ser iniciadoo cada pacote transporta um identificador de CV (natildeo transporta o

endereccedilo do destino)o cada comutador no caminho entre a fonte e o destino manteacutem o

ldquoestadordquo para cada conexatildeo passanteo recursos do enlace e do comutador (banda passante buffers) podem

ser alocados aoCV para obter um comportamento semelhante ao de um circuito fiacutesico

CVs Permanentes (PVC)o conexotildees de longa duraccedilatildeo o tipicamente rota ldquopermanenterdquo entre roteadores IP

CVs Comutados (SVC)o conexotildees de curta duraccedilatildeoo dinamicamente criados com base nas chamadas

94

CVs ATM

Vantagens do uso de circuitos virtuais no ATMo Consegue garantir niacuteveis de QoS para conexotildees mapeadas em circuitos virtuais (banda passante atraso variacircncia de atraso)

Problemas no uso de circuitos virtuaiso O traacutefego de datagramas eacute ineficienteo um PVC entre cada par origemdestino natildeo eacuteescalaacutevel (N2 conexotildees satildeo necessaacuterias)

o SVC introduz latecircncia de estabelecimento de conexatildeo e atrasos de processamento para conexotildees de curta duraccedilatildeo

48

95

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

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

Cabeccedilalhoda ceacutelula

Formato daceacutelula

96

Camada ATM Cabeccedilalho da ceacutelula ATM

VCI identificador de canal virtual

o pode mudar de enlace para enlace atraveacutes da rede

PT Tipo de payload (carga)o Ex ceacutelula de gerenciamento versus ceacutelula de dados

CLP bit de Prioridade de Perda de Ceacutelula (Cell Loss Priority)

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

HEC Verificaccedilatildeo de Erros no Cabeccedilalho

o verificaccedilatildeo ciacuteclica de erros

49

97

Camada Fiacutesica ATM Compotildee-se de duas partes (subcamadas) Transmission Convergence Sublayer - TCS adapta a

camada ATM acima agrave subcamada fiacutesica abaixo (PMD Physical Medium Dependent Sublayer- PMD depende

do tipo de meio fiacutesico sendo empregado

98

IP-sobre-ATMApenas IP Claacutessico 3 ldquoredesrdquo (ex

segmentos de LAN) endereccedilos MAC

(8023) e IP

IP sobre ATM substitui ldquorederdquo (ex

segmento de LAN) por rede ATM

endereccedilos ATM endereccedilos IP

redeATM

EthernetLANs

EthernetLANs

50

99

IP-sobre-ATM

AALATMphyphy

Eth

IP

ATMphy

ATMphy

apptranspIPAALATMphy

apptranspIPEthphy

100

Viagem de um Datagrama numa Rede IP-sobre-ATM Hospedeiro de Origem

o Camada IP encontra um mapeamento entre o endereccedilo IP e o endereccedilo de destino ATM (usando ATM-ARP)

o passa o datagrama para a camada de adaptaccedilatildeo AAL5o AAL5 encapsula os dados (datagrama) segmenta em ceacutelulas e

passa para a camada ATM Rede ATM move a ceacutelula para o destino de comutador a

comutador de acordo com o seu CV (circuito virtual) Hospedeiro de Destino

o AAL5 remonta o datagrama original a partir das ceacutelulas recebidas

o se o CRC OK datagrama eacute passado ao IP

51

101

IP-sobre-ATM

datagramas IP emPDUs ATM AAL5

de endereccedilos IP paraendereccedilos ATMo como de endereccedilos IP paraendereccedilos MAC 8023

RedeATM

LANsEthernet

102

Multiprotocol label switching (MPLS)

Objetivo inicial acelerar o repasse de datagramas IP usando um roacutetulo de tamanho fixoo usa ideacuteias da abordagem de Circuitos Virtuais

PPP or Ethernet

headerIP header remainder of link-layer frameMPLS header

label Exp S TTL

20 3 1 8

52

103

Roteadores habilitados para MPLS

Roteadores de chaveamento de roacutetulos (label-switchedrouter)

Repassa pacotes para as interfaces de saiacuteda baseado apenas no valor do roacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP)o tabela de repasse o MPLS diferente da tabela de repasse IP

Necessaacuterio um protocolo de sinalizaccedilatildeoo RSVP-TEo Repasse possiacutevel atraveacutes de caminhos que o IP sozinho natildeo

permitiria (pex roteamento especifico para fonte - source-specific routing)

o MPLS pode ser usado para engenharia de traacutefego Deve coexistir com roteadores que entendem apenas

IP

104

R1R2

D

R3R4R5

0

1

00

A

R6

in out out

label label dest interface

6 - A 0

in out out

label label dest interface

10 6 A 1

12 9 D 0

in out out

label label dest interface

10 A 0

12 D 0

1

in out out

label label dest interface

8 6 A 0

0

8 A 1

Tabelas de repasse MPLS

53

105

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Endereccedilamento na camada de enlace

55 Ethernet

56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)

57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de

enlace ATM e MPLS

8

15

Implementaccedilatildeo de CRC

Remetente realiza em tempo real por hardware a divisatildeo da sequumlecircncia D pelo polinocircmio G e acrescenta o resto R a D

O receptor divide ltDRgt por G se o resto for diferente de zero a transmissatildeo teve erro

Padrotildees internacionais de polinocircmios G de graus 8 12 15 e 32 jaacute foram definidos

A ARPANET utilizava um CRC de 24 bits no protocolo de enlace de bit alternado

ATM utiliza um CRC de 32 bits em AAL5 HDLC utiliza um CRC de 16 bits

16

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Endereccedilamento na camada de enlace

55 Ethernet

56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)

57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de

enlace ATM e MPLS

9

17

Enlaces e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo

Dois tipos de ldquoenlacesrdquo ponto-a-ponto

o PPP para acesso discadoo Ponto a ponto entre comutador Ethernet e hospedeiro

Difusatildeo ndash broadcast (cabo ou meio compartilhado)o Ethernet tradicionalo Canal de subida HFCo LAN sem fio 80211

18

Protocolos de Acesso Muacuteltiplo

Enlaces com difusatildeo canal de comunicaccedilatildeo uacutenico e compartilhado

duas ou mais transmissotildees pelos noacutes interferecircncia (colisatildeo)o apenas um noacute pode

transmitir com sucesso num dado instante de tempo

10

19

Protocolos de Acesso Muacuteltiplo

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

o comunicaccedilatildeo sobre o compartilhamento do canal deve utilizar o proacuteprio canal

20

Protocolo de Acesso Muacuteltiplo Ideal

Canal de difusatildeo de taxa R bps1 Quando um noacute quer transmitir ele envia agrave taxa R2 Quando M noacutes querem transmitir cada um envia agrave

taxa meacutedia de RM3 Totalmente descentralizado

o Ausecircncia de um noacute especial que coordena as transmissotildeeso Ausecircncia de sincronizaccedilatildeo de reloacutegios slots etc

4 Simples

Objetivo eficiente justo simples descentralizado

11

21

Protocolos MAC taxonomiaTrecircs grandes classes

o Particionamento de canalbull divide o canal em pedaccedilos menores (compartimentos de tempo frequumlecircncia)

bull aloca um pedaccedilo para uso exclusivo de cada noacute

o Acesso Aleatoacuteriobull canal natildeo dividido permite colisotildeesbull ldquorecuperaccedilatildeordquo das colisotildees

o Revezamento (passagem de permissatildeo)bull compartilhamento estritamente coordenado para evitar colisotildees

22

Particionamento de Canal TDMA

TDMA acesso muacuteltiplo por divisatildeo temporal acesso ao canal eacute feito por rdquoturnos cada estaccedilatildeo recebe um compartimento (ldquoslotrdquo) de tamanho

fixo (= tempo de transmissatildeo de um pacote) em cada turno compartimentos natildeo usados satildeo desperdiccedilados exemplo rede local com 6 estaccedilotildees 134 tecircm pacotes

compartimentos 256 ficam vazios

ineficiente com usuaacuterios de pouca demanda ou quando carga for baixa

12

23

FDMA acesso muacuteltiplo por divisatildeo de frequumlecircncia o espectro 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 134 tecircm pacotes as bandas

de frequumlecircncia 256 ficam vazias

band

asde

fre

quumlecircn

cia tempo

Particionamento de Canal FDMA

mesmos problemas de eficiecircncia do TDM

24

Protocolos de Acesso Aleatoacuterio

Quando o noacute tem um pacote a enviaro transmite aleatoriamente agrave taxa do canal (R bps)o natildeo haacute coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes

dois ou mais noacutes transmitindo -gt ldquocolisatildeordquo Protocolo MAC de acesso aleatoacuterio especifica

o como detectar colisotildeeso como as estaccedilotildees se recuperam das colisotildees (ex via

retransmissotildees)

Exemplos de protocolos MAC de acesso aleatoacuterioo slotted ALOHAo ALOHAo CSMA e CSMACD

13

25

Slotted AlohaO tempo eacute dividido em compartimentos (slots) de tamanho igual (= tempo de transmissatildeo de um quadro)

Um noacute com quadro pronto transmite no iniacutecio do proacuteximo compartimento

Se houver colisatildeo (realimentaccedilatildeo pelo canal) o retransmitir o quadro nos compartimentos posteriores com probabilidade p ateacute obter sucesso

26

Slotted ALOHA

Pro Se apenas um noacute estiver ativo

pode transmitir continuamente agrave taxa do canal

Bastante descentralizado apenas os slots dos noacutes precisam ser sincronizados

simples

Contra Colisotildees desperdiacutecio de

slots Slots ociosos Os noacutes podem ser capazes

de detectar uma transmissatildeo em menos tempo do que o necessaacuterio para enviar um pacote

Sincronizaccedilatildeo de reloacutegios

14

27

Eficiecircncia do Slotted Aloha

Supondo N noacutes com muitos quadros a enviar cada um transmite em um slot com probabilidade p

prob de que um noacuteespeciacutefico tenha sucesso em um slot = p(1-p)N-1

prob de um noacute qualquer ter sucesso = Np(1-p)N-1

Para eficiecircncia maacutexima o N noacutes ativos

encontrar p que maximize N p(1- p)N-1

o muitos noacutes fazer o limite de Np(1-p)N-1 para N tendendo a infinito resulta em 1e = 037

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

Na melhor das hipoacuteteseso canal eacute usado para transmissotildees uacuteteis37 do tempo

28

ALOHA Puro (sem slots) Aloha puro operaccedilatildeo mais simples pois natildeo requer slots

(e nem a sincronizaccedilatildeo dos mesmos) quadro pronto transmitir imediatamente a probabilidade de colisatildeo aumenta

o pacote enviado em t0 colide com outros pacotes enviados em [t0-1 t0+1] (2 vezes o tamanho da janela do ALOHA com slots)

15

29

Eficiecircncia do Aloha PuroP( successo para um dado noacute) =

P(noacute transmitir) P(nenhum outro noacute transmiteem [t0-1t0] P(nenhum outro noacute transmiteem [t0t0+1]

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

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

hellip escolhendo p oacutetimo e fazendo N -gt infinito

= 1(2e) = 018

Ainda pior

30

CSMA Carrier Sense Multiple Access

CSMA escuta antes de transmitir Se o canal parece vazio transmite o quadro Se o canal estaacute ocupado adia a transmissatildeo

o CSMA Persistente tenta outra vez imediatamente com probabilidade p quando o canal se torna livre CSMA Natildeo-persistente tenta novamente apoacutes um intervalo aleatoacuterio

Analogia humana natildeo interrompa os outros Desta forma o problema das colisotildees fica resolvido

16

31

Colisotildees no CSMA

colisotildees podem ocorrero atraso de propagaccedilatildeo faz com que dois noacutes possam natildeo ouvir as transmissotildees do outro

colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo do pacote eacute desperdiccedilado

arranjo espacial dos noacutes

notapapel da distacircncia e do atraso de propagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo (janela de vulnerabilidade = retardo ida e volta entre os dois noacutes envolvidos)

espaccedilo

tem

po

32

CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisatildeo)

CSMACDo colisotildees detectadas num tempo curtoo transmissotildees com colisotildees satildeo interrompidas reduzindo o

desperdiacutecio do canal o retransmissotildees persistentes ou natildeo-persistentes

detecccedilatildeo de colisatildeoo faacutecil em LANs cabeadas mediccedilatildeo da intensidade do sinal ou

comparaccedilatildeo dos sinais transmitidos e recebidoso difiacutecil em LANs sem fio receptor desligado enquanto

transmitindo para evitar danificaacute-lo com excesso de potecircncia CSMACD pode conseguir utilizaccedilatildeo do canal perto de 100 em

redes locais (se tiver baixa razatildeo entre tempo de propagaccedilatildeo e tempo de transmissatildeo do pacote)

analogia humana interlocutor educado

17

33

CSMACD detecccedilatildeo de colisatildeoespaccedilo

tempo

detecccedilatildeo de colisatildeotempo

de parada

34

Protocolos com Revezamento

Protocolos MAC com particionamento de canalo compartilham o canal eficientemente quando a carga eacute alta e bem distribuiacuteda

o ineficiente nas cargas baixas retardos elevados para acesso ao canal

Protocolos MAC de acesso aleatoacuterioo eficiente com cargas baixas um uacutenico noacute pode usar todo o canal

o cargas altas excesso de colisotildeesProtocolos MAC com revezamento

buscam o melhor dos dois mundos

18

35

Protocolos MAC com Revezamento

Consulta (Polling) noacute mestre ldquoconvidardquo

os escravos a transmitir um de cada vez

problemaso custo da consulta

(polling overhead)o latecircnciao falha do mestre

Passagem de permissatildeo Ficha de controle (token)

passada de um noacute para o proacuteximo sequumlencialmente

problemaso custo (sobrecarga) da fichao latecircnciao falhas ficha e noacutes

36

Protocolos de ReservaConsulta (polling) distribuiacuteda O tempo eacute dividido em compartimentos (ldquoslotsrdquo) comeccedila com N compartimentos de reserva curtos

o tempo do compartimento de reserva eacute igual ao atraso de propagaccedilatildeo fim-a-fim do canal

o estaccedilatildeo com mensagem a enviar faz uma reservao reserva eacute vista por todas as estaccedilotildees

depois dos compartimentos de reserva ocorre a transmissatildeo das mensagens ordenadas pelas reservas e pelas prioridades de transmissatildeo

reserva mensagens

19

37

Tecnologias de Rede Local Protocolos MAC usados em redes locais para controlar

acesso ao canal Aneacuteis de fichas IEEE 8025 (Token Ring da IBM) para sala

de computaccedilatildeo ou rede departamental ateacute 16Mbps FDDI (Fiber Distributed Data Interface) para rede de Campus ou Metropolitana ateacute 200 estaccedilotildees em 100Mbps

Ethernet emprega o protocolo CSMACD 10Mbps (IEEE 8023) Fast E-net (100Mbps) Gigabit E-net (1000 Mbps) de longe a tecnologia mais popular de rede local

38

Sumaacuterio de protocolos MAC O que se pode fazer com um meio compartilhado

o Particionamento do canal por tempo frequumlecircncia ou coacutedigobull TDMA FDMA CDMA WDMA (wave division)

o Particionamento aleatoacuterio (dinacircmico) bull ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDdetecccedilatildeo de portadora faacutecil com algumas tecnologias (cabos) difiacutecil com outras (sem fio)

bull CSMACD usada na Ethernetbull CSMACA usada nas redes 80211

o Revezamentobull consulta por um noacute central passagem de ficha de permissatildeo

Para sateacutelites eacute difiacutecil detectar se o canal ascendente estaacuteocupado (retardos de 270ms) ALOHA FDM TDM CDMA

20

39

Tecnologias de LANCamada de enlace ateacute agora

o serviccedilos detecccedilatildeo de erroscorreccedilatildeo acesso muacuteltiplo

A seguir tecnologias de redes locais (LAN)o endereccedilamentoo Etherneto hubs pontes switcheso PPP

40

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Endereccedilamento na camada de enlace

55 Ethernet

56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)

57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de

enlace ATM e MPLS

21

41

Endereccedilos Fiacutesicos e ARP

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 MAC (ou de LAN fiacutesico Ethernet) usado para levar o datagrama de uma interface a

outra fisicamente conectada (isto eacute na mesma rede)

Endereccedilos MAC com 48 bits (na maioria das LANs) satildeo gravados na memoacuteria fixa (ROM) do adaptador

42

Cada adaptador numa LAN tem um endereccedilo de LAN uacutenico

End de Broadcast =FF-FF-FF-FF-FF-FF

= adaptador

1A-2F-BB-76-09-AD

58-23-D7-FA-20-B0

0C-C4-11-6F-E3-98

71-65-F7-2B-08-53

LAN(wired orwireless)

Endereccedilos Fiacutesicos e ARP

22

43

A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEE

O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (24 bits) para assegurar a unicidade

Analogia

(a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do CPF

(b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal

endereccedilamento MAC eacute plano (sem estrutura) =gt portabilidade

o eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra sem reconfiguraccedilatildeo do endereccedilo MAC

endereccedilamento IP eacute ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevel

o depende da rede na qual se estaacute ligado

Endereccedilos Fiacutesicos e ARP

44

Envio de um pacote de Argon para Neon

Fonte Liebeherr amp El Zarki 2004httpwwwcsvirginiaedu~itlabbookslidesindexhtml

23

45

DNS The IP address of

ldquoneontcpip-labedurdquo is

1281437121

ARP What is the MAC

address of 1281431371

DNS What is the IP address

of ldquoneontcpip-labedurdquoARP The MAC address of

1281431371 is 00e0f923a820

1281437121 is not on my local network

Therefore I need to send the packet to my

default gateway with address 1281431371

frame

1281437121 is on my local network

Therefore I can send the packet directly

ARP The MAC address of

1281431371 is 0020af039828

ARP What is the MAC

address of 1281437121

frame

46

Protocolo ARP O noacute A quer enviar pacote para o noacute B na mesma rede local A verifica se sua tabela ARP conteacutem o endereccedilo IP de B Se o end de natildeo estiver na Tabela ARP o moacutedulo ARP de A difunde um pacote ARP de consulta contendo o endereccedilo IP de Bo TODOS os noacutes na rede local recebem o pacote ARP

O noacute B responde ao noacute A com pacote ARP unicast informando seu proacuteprio endereccedilo MAC

A armazena o par endereccedilo IP-MAC em sua tabela ARP ateacuteque a informaccedilatildeo se torne obsoletao soft-state informaccedilatildeo que desaparece com o tempo se

natildeo for re-atualizada ARP eacute ldquoplug-and-playrdquo

o noacutes criam as suas tabelas ARP sem intervenccedilatildeo do administradorda rede

24

47

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Endereccedilamento na camada de enlace

55 Ethernet

56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)

57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de

enlace ATM e MPLS

48

Ethernet Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo

o Baratao Primeira tecnologia de LAN largamente usadao Mais simples e mais barata que LANs com token e ATMo Velocidade crescente 10 Mbps ndash 10 Gbps

Serviccedilo natildeo orientado a conexatildeo natildeo confiaacutevel

Esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf

25

49

Topologia em estrela

Barramento popular ateacute meados dos anos 90 Atualmente prevalece a topologia em estrela Conexatildeo hub ou switch

hub orswitch

50

Estrutura do Quadro Ethernet

Preacircmbulo 7 bytes com o padratildeo 10101010 seguidos por um byte com padratildeo o 10101011 usado para sincronizar os reloacutegios do receptor e do emissor

Endereccedilos 6 bytes quadro eacute recebido por todos os adaptadores e descartado se o endereccedilo do quadro natildeo coincide com o endereccedilo do adaptador

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

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

26

51

Codificaccedilatildeo Manchester Banda baacutesica transmissatildeo digital bits satildeo codificados usando

codificaccedilatildeo Manchester e transmitidos diretamente modificando a voltagem de sinal de corrente contiacutenua

Cada bit tem uma transiccedilatildeo Permite que os reloacutegios (clocks) nos noacutes emissor e receptor

mantenham-se sincronizadoso Natildeo eacute necessaacuterio um reloacutegio centralizado global para todos os noacutes

Aspecto da camada fiacutesica

52

Ethernet usa CSMACDA escutar canal se canal em silecircncio por determinado tempo (96 BTT)

entatildeo transmitir e monitorar o canal Se detectada outra transmissatildeo entatildeo

abortar e enviar sinal de ldquojamrdquo (48 bits)atualizar nuacutemero de colisotildees esperar de acordo com o algoritmo de retardo exponencial (ldquoexponential backoffrdquo)

ir para A

senatildeo quadro transmitido zerar contador de colisotildees

senatildeo esperar ateacute terminar a transmissatildeo em curso ir para A

27

53

Sinal de ldquoJamrdquo garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo (48 bits)

Tempo de Bit (BTT) 01 micros para Ethernet de 10 Mbps para K=1023 tempo de espera eacute de aprox 50 msec

ldquoExponential Backoffrdquo Objetivo adaptar tentativas

de retransmissatildeo agrave carga atual estimada da redeo carga pesada espera aleatoacuteria

mais longa Esperar K 512 BTT primeira colisatildeo

escolher K entre 01 segunda colisatildeo

escolher K entre 0123 apoacutes 10 ou mais colisotildees

escolher K entre 01234hellip1023

Ethernet CSMACD (cont)

54

Ethernet - Eficiecircncia Eficiecircncia com traacutefego pesado e nuacutemero grande de noacutes

)5(1

1

trans

prop

t

tEficiecircncia

+

=

tprop = tempo maacuteximo de propagaccedilatildeo entre 2 noacutesttrans= tempo para transmitir um quadro de tamanho maacuteximo

Quando tprop tende a 0 a eficiecircncia tende a 1Quando ttrans tende a infinito a eficiecircncia tende a 1

Muito melhor que ALOHA e ainda descentralizado simples e barato

28

55

Tecnologias Ethernet 10Base2 10 10Mbps 2 comprimento maacuteximo do cabo de 200 metros (de

fato 185 metros) Utiliza cabo coaxial fino numa topologia em barramento

repetidores satildeo usados para conectar muacuteltiplos segmentos (ateacuteum maacuteximo de 4)

repetidor repete os bits que ele recebe numa interface para as suas outras interfaces atua somente na camada fiacutesica

pacotes transmitidosviajam nas duas direccedilotildees

conectorT terminador

adaptador

noacute noacute noacute noacute noacute

56

10BaseT e 100BaseT Taxas de 10 e 100 Mbps A de taxa 100 Mbps eacute chamada de ldquoFast Ethernetrdquo T significa ldquoTwisted Pairrdquo (par tranccedilado) Noacutes conectados a um concentrador (ldquohubrdquo) ldquotopologia em

estrelardquo

par tranccedilado

hub

29

57

10BaseT e 100BaseT (cont)

Distacircncia maacutexima do noacute ao hub 100 metros Hub pode desconectar da rede um adaptador que

natildeo paacutera de transmitir (ldquojabbering adapterrdquo) ndash10Base2 natildeo funcionariahellip

Hub pode coletar e monitorar informaccedilotildees e estatiacutesticas para apresentaccedilatildeo ao administradores da LAN

10BaseT usa codificaccedilatildeo Manchester 100BaseT usa 4B5B

(5 clocks para transmitir 4 bits)

58

HubsHubs satildeo essencialmente repetidores da camada fiacutesica

o bits vindos de um enlace vatildeo para todos os demais enlaceso hellip agrave mesma velocidadeo natildeo haacute armazenamento de quadros (buffering)o natildeo haacute CSMACD no hub adaptadores detectam as

colisotildeeso oferece funccedilotildees de gerecircncia de rede

twisted pair

hub

30

59

Gbit Ethernet (IEEE 8023z)

Usa formato do quadro Ethernet padratildeo Permite enlaces ponto-a-ponto (com switchs) e

canais de difusatildeo compartilhados (com hubs) Em modo compartilhado usa CSMACD

o para ser eficiente as distacircncias entre os noacutes devem ser curtas (poucos metros)

hubs chamados de Distribuidores com Buffers(ldquoBuffered Distributorsrdquo)

Full-Duplex em 1 Gbps para enlaces ponto-a-ponto 10 Gbps atualmente

60

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Endereccedilamento na camada de enlace

55 Ethernet

56 Interconexotildees distribuidores e comutadores (Hubs and switches)

57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de

enlace ATM e MPLS

31

61

Interconexatildeo de LANs

Por que natildeo somente 1 grande LAN o Limitaccedilatildeo de traacutefego

bull em uma uacutenica LAN todas as estaccedilotildees compartilham a largura de banda

o Limitaccedilatildeo de distacircnciabull 8023 especifica o comprimento maacuteximo do cabo

o Grande ldquodomiacutenio de colisatildeordquobull pode-se colidir com muitas estaccedilotildees

o Limitaccedilatildeo do nuacutemero de estaccedilotildeesbull passagem de ficha provoca atraso em cada estaccedilatildeo p ex

62

Hubs e Comutadores

Usados para estender redes locais cobertura geograacutefica nuacutemero de noacutes funcionalidade administrativa etc

Diferem entre si em respeito ao isolamento de domiacutenios de colisatildeoo camada em que operam

Diferentes de roteadoreso ldquoplug and playrdquoo natildeo fazem o roteamento oacutetimo de pacotes IP

32

63

Hubs Dispositivos de camada fiacutesica

o repetem os bits recebidos numa interface para as demais

Podem ser dispostos numa hierarquia (multi-tier hub desing)

64

Hubs (cont)

Vantagens de Hubso Dispositivos simples e baratoso Configuraccedilatildeo em muacuteltiplos niacuteveis provecirc degradaccedilatildeo paulatina porccedilotildees da rede local continuam a operar se um dos hubs parar de funcionar

o Estende a distacircncia maacutexima entre pares de noacutes

33

65

Hubs (cont)

Limitaccedilotildeeso Domiacutenio de colisatildeo uacutenico natildeo leva a aumento na vazatildeo maacuteximabull a vazatildeo no caso de muacuteltiplos niacuteveis eacute igual agrave de um uacutenico segmento

o As tecnologias Ethernet (10Base 10BaseT etc) estabelecem limites no nuacutemero de noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo distacircncia entre hospedeiros e numero maacuteximo de niacuteveis (tiers)

o Natildeo se pode misturar Ethernet 10BaseT e 100Base)

66

Comutador (Switch) Dispositivo da camada de enlace

o Armazena e reenvia quadros Etherneto Encaminha os quadros a partir dos respectivos endereccedilos MAC de destino

o Quando quer repassar um quadro para um segmento usa o CSMACD para acessar o segmento

Transparente o Hospedeiros natildeo sabem da presenccedila do switch

plug-and-play auto-aprendizadoo Natildeo precisam ser configurados

34

67

Repasse (forwarding)

bull Com se determina para que segmento de LAN se deve repassar um quadrobull Parece um problema de roteamento

hub hubhub

switch1

2 3

68

Auto-aprendizado

Comutador tem uma tabela de comutaccedilatildeo (switch table) Entrada na tabela de comutaccedilatildeo

o (Endereccedilo MAC Interface Selo do Tempo)o Entradas antigas descartadas

O comutador aprende que noacutes satildeo alcanccedilaacuteveis atraveacutes de suas interfaceso Quando um quadro eacute recebido ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do remetente segmento de LAN de chegada

35

69

Filtragem e RepasseQuando um quadro eacute recebido

indexar a tabela de comutaccedilatildeo usando o end MAC destinose entrada encontradaentatildeo se destino no segmento de onde o quadro foi recebidoentatildeo descartar o quadrosenatildeo repassar o quadro para a interface indicada (CSMACD)

senatildeo inundar

Repassar a todas as interfaces exceto agravequelapor onde chegou o quadro

70

Exemplo

Suponha que C envia quadro para D

Switch recebe o quadro de Co registra na tabela que C estaacute na interface 1o como D natildeo estaacute na tabela repassa o quadro para as

interfaces 2 e 3

quadro recebido por D

hub hub hub

switch

A

B CD

EF G H

I

end interface

ABEG

1123

12 3

36

71

Exemplo

Suponha que D responde para C

Switch recebe o quadro de Do registra na tabela que D estaacute na interface 2o como C estaacute na tabela repassa o quadro apenas para a

interface 1

quadro recebido por C

hub hub hub

switch

A

B CD

EF G H

I

end interface

ABEGC

11231

72

Comutador isolamento de traacutefego A instalaccedilatildeo de um comutador divide uma subrede

em vaacuterios segmentos de LAN

Comutador filtra os quadroso segmentos tornam-se diferentes domiacutenios de colisatildeo

hub hub hub

switch

collision domain collision domain

collisiondomain

37

73

Comutador acesso dedicado Comutadores com muitas

interfaces Hospedeiros tecircm conexatildeo

direta com o comutador Sem colisotildees full duplex

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

switch

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

74

Comutador hellip

Alguns comutadores implementam cut-througho o quadro eacute repassado sem esperar a montagem do quadro inteiro no buffer do comutador bull pequena reduccedilatildeo da latecircncia

Combinaccedilotildees de interfaces compartilhadasdedicadas de 101001000 Mbps

38

75

Rede institucional

hub hubhub

comutador

para a rede externa

roteador

subrede IP

servidor de correio-e

servidor web

76

Comutadores vs Roteadores ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa

o roteadores dispositivos da camada de rede (examinam cabeccedilalhos da camada de rede)

o comutadores dispositivos da camada de enlace roteadores mantecircm tabelas de rotas e implementam algoritmos

de roteamento comutadores mantecircm tabelas de filtragem implementam

filtragem

39

77

Comparaccedilatildeo Sumaacuteria

hubs routers switches

traffic isolation

no yes yes

plug amp play yes no yes

optimal routing

no yes no

cut through

yes no yes

78

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Endereccedilamento na camada de enlace

55 Ethernet

56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

40

79

Controle de Enlace Ponto-a-Ponto

Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil que um enlace broadcasto natildeo haacute Controle de Acesso ao Meioo natildeo haacute necessidade de endereccedilamento MAC expliacutecito

o ex enlace discado linha ISDN protocolos ponto-a-ponto populares para camada

de enlaceo PPP (point-to-point protocol)o HDLC High-level Data Link Control(A camada de enlace costumava ser considerada de alto niacutevel na pilha de protocolos)

80

Protocolo Ponto-a-Ponto (PPP)

PPP eacute muito popular usado em conexotildees discadas entre sistema domeacutestico e provedor em conexotildees SONETSDH etc

PPP eacute extremamente simples (o mais simples dos protocolos de enlace de dados) e muito otimizado

41

81

PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]

Enquadramento de pacotes encapsulamento do datagrama da camada de rede no quadro da camada de enlace

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

Muacuteltiplos protocolos da camada de rede (natildeo apenas o IP) ao mesmo tempoo capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeoo Campo lsquotipo de protocolorsquo como no IP

Muacuteltiplos tipos de enlace seriais paralelos siacutencronos assiacutencronos eleacutetricos oacutepticos

Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo) connection livenes detecta e informa falhas do enlace para a

camada de rede Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede as camadas de rede

comuni9cantes devem poder aprender ou configurar mutuamente seus endereccedilos de rede

Simplicidade

82

Nem tudo foi requerido do PPP

natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros natildeo haacute controle de fluxo aceita entregas fora de ordem (embora seja pouco

comum) natildeo haacute necessidade de suportar enlaces multiponto

(ex polling)o HDLC os permite

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

42

83

PPP Formato do Quadro 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)

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

erros

endereccedilocontrole

tamanhovariaacutevelou ou

CRC

84

Byte Stuffing Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de

dados deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt01111110gt

Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte extra com o padratildeo lt 01111101gt (escape) antes de cada byte de dados lt 01111110gt

Receptoro dois bytes 01111101 seguidos descarta o primeiro e continua a recepccedilatildeo de dados

o um byte 01111110 flag Em enlaces siacutencronos orientados a bit usa-se bit

stuffing o depois de uma sequumlecircncia de 5 bits lsquo1rsquo o transmissor insere

um bit lsquo0rsquo

43

85

Byte Stuffing

byte como padratildeodo flag nosdados a enviar

byte com o padratildeo de flag seguido do byte inserido

86

PPP Protocolo de Controle de Enlace (LCP) e Controle de RedeAntes de trocar dados da camada

de rede os parceiros da camada de enlace devem

configurar o enlace PPP (PPP-LCP) (tamanho maacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo)

aprenderconfigurar informaccedilotildees da camada de redeo para o IP mensagens do

Protocolo de Controle IP (IPCP) para configurar aprender os endereccedilos IP

44

87

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Endereccedilamento na camada de enlace

55 Ethernet

56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)

57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

88

ATM e MPLS

ATM MPLS redes com arquiteturas proacutepriaso modelos de serviccedilo endereccedilamento e roteamento diferentes dos da Internet

Vistos pela Internet como enlaces loacutegicos conectando roteadores IPo assim como um enlace discado eacute parte de uma rede separada (a rede de telefonia)

ATM MPLS de interesse teacutecnico por si mesmas

45

89

Padratildeo dos anos 199000 para a arquitetura de alta velocidade (155 622Mbps hellip) da BroadbandIntegrated Service Digital Network (B-ISDN)

Objetivo transporte integrado fim-a-fim de voz viacutedeo e dadoso deve atender aos requisitos de tempoQoS para aplicaccedilotildees de voz e de viacutedeo (versus o serviccedilo de melhor esforccedilo da Internet)

o telefonia de ldquoproacutexima geraccedilatildeordquo fundamentos teacutecnicos no mundo da telefonia

o comutaccedilatildeo de pacotes (pacotes de tamanho fixo chamados ldquoceacutelulasrdquo) usando circuitos virtuais

ATM Modo de Transferecircncia Assiacutencrono

90

Arquitetura ATM

camada de adaptaccedilatildeo apenas na borda de uma rede ATM

o grosseiramente anaacuteloga agrave camada de transporte da Interneto ldquoadaptardquo camadas superiores (aplicaccedilotildees IP ou nativas ATM)

para a camada ATM abaixo camada ATM camada de ldquorederdquo

o comutaccedilatildeo de ceacutelulas roteamento camada fiacutesica

46

91

ATM camada de rede ou de enlaceVisatildeo transporte fim-a-fim

ldquoATM de computador a computadorrdquoo ATM eacute uma tecnologia

de rede

Realidade usada para conectar roteadores IP de backboneo ldquoIP sobre ATMrdquoo ATM como uma camada

de enlace comutada conectando roteadores IP

Rede ATM

rede IP

92

Camada ATMServiccedilo transporte de ceacutelulas atraveacutes da rede ATM

o anaacuteloga agrave camada de rede IPo Serviccedilos muito diferentes da camada de rede IP

Arquitetura

de Rede

Internet

ATM

ATM

ATM

ATM

Modelo

de Serviccedilo

melhor

esforccedilo

CBR

VBR

ABR

UBR

Banda

natildeo

taxa

constante

taxa

garantida

miacutenimo

garantido

natildeo

Perda

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Ordem

natildeo

sim

sim

sim

sim

Tempo

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Aviso de

Congestatildeo

natildeo (inferido

pelas perdas)

natildeo haacute

congestatildeo

natildeo haacute

congestatildeo

sim

natildeo

Garantias

47

93

Camada ATM Circuitos Virtuais Transporte em CV ceacutelulas (53 bytes) satildeo transportadas sobre CV

da fonte ao destinoo estabelecimento de conexatildeo necessaacuterio antes que o fluxo de dados

possa ser iniciadoo cada pacote transporta um identificador de CV (natildeo transporta o

endereccedilo do destino)o cada comutador no caminho entre a fonte e o destino manteacutem o

ldquoestadordquo para cada conexatildeo passanteo recursos do enlace e do comutador (banda passante buffers) podem

ser alocados aoCV para obter um comportamento semelhante ao de um circuito fiacutesico

CVs Permanentes (PVC)o conexotildees de longa duraccedilatildeo o tipicamente rota ldquopermanenterdquo entre roteadores IP

CVs Comutados (SVC)o conexotildees de curta duraccedilatildeoo dinamicamente criados com base nas chamadas

94

CVs ATM

Vantagens do uso de circuitos virtuais no ATMo Consegue garantir niacuteveis de QoS para conexotildees mapeadas em circuitos virtuais (banda passante atraso variacircncia de atraso)

Problemas no uso de circuitos virtuaiso O traacutefego de datagramas eacute ineficienteo um PVC entre cada par origemdestino natildeo eacuteescalaacutevel (N2 conexotildees satildeo necessaacuterias)

o SVC introduz latecircncia de estabelecimento de conexatildeo e atrasos de processamento para conexotildees de curta duraccedilatildeo

48

95

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

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

Cabeccedilalhoda ceacutelula

Formato daceacutelula

96

Camada ATM Cabeccedilalho da ceacutelula ATM

VCI identificador de canal virtual

o pode mudar de enlace para enlace atraveacutes da rede

PT Tipo de payload (carga)o Ex ceacutelula de gerenciamento versus ceacutelula de dados

CLP bit de Prioridade de Perda de Ceacutelula (Cell Loss Priority)

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

HEC Verificaccedilatildeo de Erros no Cabeccedilalho

o verificaccedilatildeo ciacuteclica de erros

49

97

Camada Fiacutesica ATM Compotildee-se de duas partes (subcamadas) Transmission Convergence Sublayer - TCS adapta a

camada ATM acima agrave subcamada fiacutesica abaixo (PMD Physical Medium Dependent Sublayer- PMD depende

do tipo de meio fiacutesico sendo empregado

98

IP-sobre-ATMApenas IP Claacutessico 3 ldquoredesrdquo (ex

segmentos de LAN) endereccedilos MAC

(8023) e IP

IP sobre ATM substitui ldquorederdquo (ex

segmento de LAN) por rede ATM

endereccedilos ATM endereccedilos IP

redeATM

EthernetLANs

EthernetLANs

50

99

IP-sobre-ATM

AALATMphyphy

Eth

IP

ATMphy

ATMphy

apptranspIPAALATMphy

apptranspIPEthphy

100

Viagem de um Datagrama numa Rede IP-sobre-ATM Hospedeiro de Origem

o Camada IP encontra um mapeamento entre o endereccedilo IP e o endereccedilo de destino ATM (usando ATM-ARP)

o passa o datagrama para a camada de adaptaccedilatildeo AAL5o AAL5 encapsula os dados (datagrama) segmenta em ceacutelulas e

passa para a camada ATM Rede ATM move a ceacutelula para o destino de comutador a

comutador de acordo com o seu CV (circuito virtual) Hospedeiro de Destino

o AAL5 remonta o datagrama original a partir das ceacutelulas recebidas

o se o CRC OK datagrama eacute passado ao IP

51

101

IP-sobre-ATM

datagramas IP emPDUs ATM AAL5

de endereccedilos IP paraendereccedilos ATMo como de endereccedilos IP paraendereccedilos MAC 8023

RedeATM

LANsEthernet

102

Multiprotocol label switching (MPLS)

Objetivo inicial acelerar o repasse de datagramas IP usando um roacutetulo de tamanho fixoo usa ideacuteias da abordagem de Circuitos Virtuais

PPP or Ethernet

headerIP header remainder of link-layer frameMPLS header

label Exp S TTL

20 3 1 8

52

103

Roteadores habilitados para MPLS

Roteadores de chaveamento de roacutetulos (label-switchedrouter)

Repassa pacotes para as interfaces de saiacuteda baseado apenas no valor do roacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP)o tabela de repasse o MPLS diferente da tabela de repasse IP

Necessaacuterio um protocolo de sinalizaccedilatildeoo RSVP-TEo Repasse possiacutevel atraveacutes de caminhos que o IP sozinho natildeo

permitiria (pex roteamento especifico para fonte - source-specific routing)

o MPLS pode ser usado para engenharia de traacutefego Deve coexistir com roteadores que entendem apenas

IP

104

R1R2

D

R3R4R5

0

1

00

A

R6

in out out

label label dest interface

6 - A 0

in out out

label label dest interface

10 6 A 1

12 9 D 0

in out out

label label dest interface

10 A 0

12 D 0

1

in out out

label label dest interface

8 6 A 0

0

8 A 1

Tabelas de repasse MPLS

53

105

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Endereccedilamento na camada de enlace

55 Ethernet

56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)

57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de

enlace ATM e MPLS

9

17

Enlaces e Protocolos de Acesso Muacuteltiplo

Dois tipos de ldquoenlacesrdquo ponto-a-ponto

o PPP para acesso discadoo Ponto a ponto entre comutador Ethernet e hospedeiro

Difusatildeo ndash broadcast (cabo ou meio compartilhado)o Ethernet tradicionalo Canal de subida HFCo LAN sem fio 80211

18

Protocolos de Acesso Muacuteltiplo

Enlaces com difusatildeo canal de comunicaccedilatildeo uacutenico e compartilhado

duas ou mais transmissotildees pelos noacutes interferecircncia (colisatildeo)o apenas um noacute pode

transmitir com sucesso num dado instante de tempo

10

19

Protocolos de Acesso Muacuteltiplo

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

o comunicaccedilatildeo sobre o compartilhamento do canal deve utilizar o proacuteprio canal

20

Protocolo de Acesso Muacuteltiplo Ideal

Canal de difusatildeo de taxa R bps1 Quando um noacute quer transmitir ele envia agrave taxa R2 Quando M noacutes querem transmitir cada um envia agrave

taxa meacutedia de RM3 Totalmente descentralizado

o Ausecircncia de um noacute especial que coordena as transmissotildeeso Ausecircncia de sincronizaccedilatildeo de reloacutegios slots etc

4 Simples

Objetivo eficiente justo simples descentralizado

11

21

Protocolos MAC taxonomiaTrecircs grandes classes

o Particionamento de canalbull divide o canal em pedaccedilos menores (compartimentos de tempo frequumlecircncia)

bull aloca um pedaccedilo para uso exclusivo de cada noacute

o Acesso Aleatoacuteriobull canal natildeo dividido permite colisotildeesbull ldquorecuperaccedilatildeordquo das colisotildees

o Revezamento (passagem de permissatildeo)bull compartilhamento estritamente coordenado para evitar colisotildees

22

Particionamento de Canal TDMA

TDMA acesso muacuteltiplo por divisatildeo temporal acesso ao canal eacute feito por rdquoturnos cada estaccedilatildeo recebe um compartimento (ldquoslotrdquo) de tamanho

fixo (= tempo de transmissatildeo de um pacote) em cada turno compartimentos natildeo usados satildeo desperdiccedilados exemplo rede local com 6 estaccedilotildees 134 tecircm pacotes

compartimentos 256 ficam vazios

ineficiente com usuaacuterios de pouca demanda ou quando carga for baixa

12

23

FDMA acesso muacuteltiplo por divisatildeo de frequumlecircncia o espectro 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 134 tecircm pacotes as bandas

de frequumlecircncia 256 ficam vazias

band

asde

fre

quumlecircn

cia tempo

Particionamento de Canal FDMA

mesmos problemas de eficiecircncia do TDM

24

Protocolos de Acesso Aleatoacuterio

Quando o noacute tem um pacote a enviaro transmite aleatoriamente agrave taxa do canal (R bps)o natildeo haacute coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes

dois ou mais noacutes transmitindo -gt ldquocolisatildeordquo Protocolo MAC de acesso aleatoacuterio especifica

o como detectar colisotildeeso como as estaccedilotildees se recuperam das colisotildees (ex via

retransmissotildees)

Exemplos de protocolos MAC de acesso aleatoacuterioo slotted ALOHAo ALOHAo CSMA e CSMACD

13

25

Slotted AlohaO tempo eacute dividido em compartimentos (slots) de tamanho igual (= tempo de transmissatildeo de um quadro)

Um noacute com quadro pronto transmite no iniacutecio do proacuteximo compartimento

Se houver colisatildeo (realimentaccedilatildeo pelo canal) o retransmitir o quadro nos compartimentos posteriores com probabilidade p ateacute obter sucesso

26

Slotted ALOHA

Pro Se apenas um noacute estiver ativo

pode transmitir continuamente agrave taxa do canal

Bastante descentralizado apenas os slots dos noacutes precisam ser sincronizados

simples

Contra Colisotildees desperdiacutecio de

slots Slots ociosos Os noacutes podem ser capazes

de detectar uma transmissatildeo em menos tempo do que o necessaacuterio para enviar um pacote

Sincronizaccedilatildeo de reloacutegios

14

27

Eficiecircncia do Slotted Aloha

Supondo N noacutes com muitos quadros a enviar cada um transmite em um slot com probabilidade p

prob de que um noacuteespeciacutefico tenha sucesso em um slot = p(1-p)N-1

prob de um noacute qualquer ter sucesso = Np(1-p)N-1

Para eficiecircncia maacutexima o N noacutes ativos

encontrar p que maximize N p(1- p)N-1

o muitos noacutes fazer o limite de Np(1-p)N-1 para N tendendo a infinito resulta em 1e = 037

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

Na melhor das hipoacuteteseso canal eacute usado para transmissotildees uacuteteis37 do tempo

28

ALOHA Puro (sem slots) Aloha puro operaccedilatildeo mais simples pois natildeo requer slots

(e nem a sincronizaccedilatildeo dos mesmos) quadro pronto transmitir imediatamente a probabilidade de colisatildeo aumenta

o pacote enviado em t0 colide com outros pacotes enviados em [t0-1 t0+1] (2 vezes o tamanho da janela do ALOHA com slots)

15

29

Eficiecircncia do Aloha PuroP( successo para um dado noacute) =

P(noacute transmitir) P(nenhum outro noacute transmiteem [t0-1t0] P(nenhum outro noacute transmiteem [t0t0+1]

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

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

hellip escolhendo p oacutetimo e fazendo N -gt infinito

= 1(2e) = 018

Ainda pior

30

CSMA Carrier Sense Multiple Access

CSMA escuta antes de transmitir Se o canal parece vazio transmite o quadro Se o canal estaacute ocupado adia a transmissatildeo

o CSMA Persistente tenta outra vez imediatamente com probabilidade p quando o canal se torna livre CSMA Natildeo-persistente tenta novamente apoacutes um intervalo aleatoacuterio

Analogia humana natildeo interrompa os outros Desta forma o problema das colisotildees fica resolvido

16

31

Colisotildees no CSMA

colisotildees podem ocorrero atraso de propagaccedilatildeo faz com que dois noacutes possam natildeo ouvir as transmissotildees do outro

colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo do pacote eacute desperdiccedilado

arranjo espacial dos noacutes

notapapel da distacircncia e do atraso de propagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo (janela de vulnerabilidade = retardo ida e volta entre os dois noacutes envolvidos)

espaccedilo

tem

po

32

CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisatildeo)

CSMACDo colisotildees detectadas num tempo curtoo transmissotildees com colisotildees satildeo interrompidas reduzindo o

desperdiacutecio do canal o retransmissotildees persistentes ou natildeo-persistentes

detecccedilatildeo de colisatildeoo faacutecil em LANs cabeadas mediccedilatildeo da intensidade do sinal ou

comparaccedilatildeo dos sinais transmitidos e recebidoso difiacutecil em LANs sem fio receptor desligado enquanto

transmitindo para evitar danificaacute-lo com excesso de potecircncia CSMACD pode conseguir utilizaccedilatildeo do canal perto de 100 em

redes locais (se tiver baixa razatildeo entre tempo de propagaccedilatildeo e tempo de transmissatildeo do pacote)

analogia humana interlocutor educado

17

33

CSMACD detecccedilatildeo de colisatildeoespaccedilo

tempo

detecccedilatildeo de colisatildeotempo

de parada

34

Protocolos com Revezamento

Protocolos MAC com particionamento de canalo compartilham o canal eficientemente quando a carga eacute alta e bem distribuiacuteda

o ineficiente nas cargas baixas retardos elevados para acesso ao canal

Protocolos MAC de acesso aleatoacuterioo eficiente com cargas baixas um uacutenico noacute pode usar todo o canal

o cargas altas excesso de colisotildeesProtocolos MAC com revezamento

buscam o melhor dos dois mundos

18

35

Protocolos MAC com Revezamento

Consulta (Polling) noacute mestre ldquoconvidardquo

os escravos a transmitir um de cada vez

problemaso custo da consulta

(polling overhead)o latecircnciao falha do mestre

Passagem de permissatildeo Ficha de controle (token)

passada de um noacute para o proacuteximo sequumlencialmente

problemaso custo (sobrecarga) da fichao latecircnciao falhas ficha e noacutes

36

Protocolos de ReservaConsulta (polling) distribuiacuteda O tempo eacute dividido em compartimentos (ldquoslotsrdquo) comeccedila com N compartimentos de reserva curtos

o tempo do compartimento de reserva eacute igual ao atraso de propagaccedilatildeo fim-a-fim do canal

o estaccedilatildeo com mensagem a enviar faz uma reservao reserva eacute vista por todas as estaccedilotildees

depois dos compartimentos de reserva ocorre a transmissatildeo das mensagens ordenadas pelas reservas e pelas prioridades de transmissatildeo

reserva mensagens

19

37

Tecnologias de Rede Local Protocolos MAC usados em redes locais para controlar

acesso ao canal Aneacuteis de fichas IEEE 8025 (Token Ring da IBM) para sala

de computaccedilatildeo ou rede departamental ateacute 16Mbps FDDI (Fiber Distributed Data Interface) para rede de Campus ou Metropolitana ateacute 200 estaccedilotildees em 100Mbps

Ethernet emprega o protocolo CSMACD 10Mbps (IEEE 8023) Fast E-net (100Mbps) Gigabit E-net (1000 Mbps) de longe a tecnologia mais popular de rede local

38

Sumaacuterio de protocolos MAC O que se pode fazer com um meio compartilhado

o Particionamento do canal por tempo frequumlecircncia ou coacutedigobull TDMA FDMA CDMA WDMA (wave division)

o Particionamento aleatoacuterio (dinacircmico) bull ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDdetecccedilatildeo de portadora faacutecil com algumas tecnologias (cabos) difiacutecil com outras (sem fio)

bull CSMACD usada na Ethernetbull CSMACA usada nas redes 80211

o Revezamentobull consulta por um noacute central passagem de ficha de permissatildeo

Para sateacutelites eacute difiacutecil detectar se o canal ascendente estaacuteocupado (retardos de 270ms) ALOHA FDM TDM CDMA

20

39

Tecnologias de LANCamada de enlace ateacute agora

o serviccedilos detecccedilatildeo de erroscorreccedilatildeo acesso muacuteltiplo

A seguir tecnologias de redes locais (LAN)o endereccedilamentoo Etherneto hubs pontes switcheso PPP

40

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Endereccedilamento na camada de enlace

55 Ethernet

56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)

57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de

enlace ATM e MPLS

21

41

Endereccedilos Fiacutesicos e ARP

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 MAC (ou de LAN fiacutesico Ethernet) usado para levar o datagrama de uma interface a

outra fisicamente conectada (isto eacute na mesma rede)

Endereccedilos MAC com 48 bits (na maioria das LANs) satildeo gravados na memoacuteria fixa (ROM) do adaptador

42

Cada adaptador numa LAN tem um endereccedilo de LAN uacutenico

End de Broadcast =FF-FF-FF-FF-FF-FF

= adaptador

1A-2F-BB-76-09-AD

58-23-D7-FA-20-B0

0C-C4-11-6F-E3-98

71-65-F7-2B-08-53

LAN(wired orwireless)

Endereccedilos Fiacutesicos e ARP

22

43

A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEE

O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (24 bits) para assegurar a unicidade

Analogia

(a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do CPF

(b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal

endereccedilamento MAC eacute plano (sem estrutura) =gt portabilidade

o eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra sem reconfiguraccedilatildeo do endereccedilo MAC

endereccedilamento IP eacute ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevel

o depende da rede na qual se estaacute ligado

Endereccedilos Fiacutesicos e ARP

44

Envio de um pacote de Argon para Neon

Fonte Liebeherr amp El Zarki 2004httpwwwcsvirginiaedu~itlabbookslidesindexhtml

23

45

DNS The IP address of

ldquoneontcpip-labedurdquo is

1281437121

ARP What is the MAC

address of 1281431371

DNS What is the IP address

of ldquoneontcpip-labedurdquoARP The MAC address of

1281431371 is 00e0f923a820

1281437121 is not on my local network

Therefore I need to send the packet to my

default gateway with address 1281431371

frame

1281437121 is on my local network

Therefore I can send the packet directly

ARP The MAC address of

1281431371 is 0020af039828

ARP What is the MAC

address of 1281437121

frame

46

Protocolo ARP O noacute A quer enviar pacote para o noacute B na mesma rede local A verifica se sua tabela ARP conteacutem o endereccedilo IP de B Se o end de natildeo estiver na Tabela ARP o moacutedulo ARP de A difunde um pacote ARP de consulta contendo o endereccedilo IP de Bo TODOS os noacutes na rede local recebem o pacote ARP

O noacute B responde ao noacute A com pacote ARP unicast informando seu proacuteprio endereccedilo MAC

A armazena o par endereccedilo IP-MAC em sua tabela ARP ateacuteque a informaccedilatildeo se torne obsoletao soft-state informaccedilatildeo que desaparece com o tempo se

natildeo for re-atualizada ARP eacute ldquoplug-and-playrdquo

o noacutes criam as suas tabelas ARP sem intervenccedilatildeo do administradorda rede

24

47

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Endereccedilamento na camada de enlace

55 Ethernet

56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)

57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de

enlace ATM e MPLS

48

Ethernet Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo

o Baratao Primeira tecnologia de LAN largamente usadao Mais simples e mais barata que LANs com token e ATMo Velocidade crescente 10 Mbps ndash 10 Gbps

Serviccedilo natildeo orientado a conexatildeo natildeo confiaacutevel

Esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf

25

49

Topologia em estrela

Barramento popular ateacute meados dos anos 90 Atualmente prevalece a topologia em estrela Conexatildeo hub ou switch

hub orswitch

50

Estrutura do Quadro Ethernet

Preacircmbulo 7 bytes com o padratildeo 10101010 seguidos por um byte com padratildeo o 10101011 usado para sincronizar os reloacutegios do receptor e do emissor

Endereccedilos 6 bytes quadro eacute recebido por todos os adaptadores e descartado se o endereccedilo do quadro natildeo coincide com o endereccedilo do adaptador

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

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

26

51

Codificaccedilatildeo Manchester Banda baacutesica transmissatildeo digital bits satildeo codificados usando

codificaccedilatildeo Manchester e transmitidos diretamente modificando a voltagem de sinal de corrente contiacutenua

Cada bit tem uma transiccedilatildeo Permite que os reloacutegios (clocks) nos noacutes emissor e receptor

mantenham-se sincronizadoso Natildeo eacute necessaacuterio um reloacutegio centralizado global para todos os noacutes

Aspecto da camada fiacutesica

52

Ethernet usa CSMACDA escutar canal se canal em silecircncio por determinado tempo (96 BTT)

entatildeo transmitir e monitorar o canal Se detectada outra transmissatildeo entatildeo

abortar e enviar sinal de ldquojamrdquo (48 bits)atualizar nuacutemero de colisotildees esperar de acordo com o algoritmo de retardo exponencial (ldquoexponential backoffrdquo)

ir para A

senatildeo quadro transmitido zerar contador de colisotildees

senatildeo esperar ateacute terminar a transmissatildeo em curso ir para A

27

53

Sinal de ldquoJamrdquo garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo (48 bits)

Tempo de Bit (BTT) 01 micros para Ethernet de 10 Mbps para K=1023 tempo de espera eacute de aprox 50 msec

ldquoExponential Backoffrdquo Objetivo adaptar tentativas

de retransmissatildeo agrave carga atual estimada da redeo carga pesada espera aleatoacuteria

mais longa Esperar K 512 BTT primeira colisatildeo

escolher K entre 01 segunda colisatildeo

escolher K entre 0123 apoacutes 10 ou mais colisotildees

escolher K entre 01234hellip1023

Ethernet CSMACD (cont)

54

Ethernet - Eficiecircncia Eficiecircncia com traacutefego pesado e nuacutemero grande de noacutes

)5(1

1

trans

prop

t

tEficiecircncia

+

=

tprop = tempo maacuteximo de propagaccedilatildeo entre 2 noacutesttrans= tempo para transmitir um quadro de tamanho maacuteximo

Quando tprop tende a 0 a eficiecircncia tende a 1Quando ttrans tende a infinito a eficiecircncia tende a 1

Muito melhor que ALOHA e ainda descentralizado simples e barato

28

55

Tecnologias Ethernet 10Base2 10 10Mbps 2 comprimento maacuteximo do cabo de 200 metros (de

fato 185 metros) Utiliza cabo coaxial fino numa topologia em barramento

repetidores satildeo usados para conectar muacuteltiplos segmentos (ateacuteum maacuteximo de 4)

repetidor repete os bits que ele recebe numa interface para as suas outras interfaces atua somente na camada fiacutesica

pacotes transmitidosviajam nas duas direccedilotildees

conectorT terminador

adaptador

noacute noacute noacute noacute noacute

56

10BaseT e 100BaseT Taxas de 10 e 100 Mbps A de taxa 100 Mbps eacute chamada de ldquoFast Ethernetrdquo T significa ldquoTwisted Pairrdquo (par tranccedilado) Noacutes conectados a um concentrador (ldquohubrdquo) ldquotopologia em

estrelardquo

par tranccedilado

hub

29

57

10BaseT e 100BaseT (cont)

Distacircncia maacutexima do noacute ao hub 100 metros Hub pode desconectar da rede um adaptador que

natildeo paacutera de transmitir (ldquojabbering adapterrdquo) ndash10Base2 natildeo funcionariahellip

Hub pode coletar e monitorar informaccedilotildees e estatiacutesticas para apresentaccedilatildeo ao administradores da LAN

10BaseT usa codificaccedilatildeo Manchester 100BaseT usa 4B5B

(5 clocks para transmitir 4 bits)

58

HubsHubs satildeo essencialmente repetidores da camada fiacutesica

o bits vindos de um enlace vatildeo para todos os demais enlaceso hellip agrave mesma velocidadeo natildeo haacute armazenamento de quadros (buffering)o natildeo haacute CSMACD no hub adaptadores detectam as

colisotildeeso oferece funccedilotildees de gerecircncia de rede

twisted pair

hub

30

59

Gbit Ethernet (IEEE 8023z)

Usa formato do quadro Ethernet padratildeo Permite enlaces ponto-a-ponto (com switchs) e

canais de difusatildeo compartilhados (com hubs) Em modo compartilhado usa CSMACD

o para ser eficiente as distacircncias entre os noacutes devem ser curtas (poucos metros)

hubs chamados de Distribuidores com Buffers(ldquoBuffered Distributorsrdquo)

Full-Duplex em 1 Gbps para enlaces ponto-a-ponto 10 Gbps atualmente

60

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Endereccedilamento na camada de enlace

55 Ethernet

56 Interconexotildees distribuidores e comutadores (Hubs and switches)

57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de

enlace ATM e MPLS

31

61

Interconexatildeo de LANs

Por que natildeo somente 1 grande LAN o Limitaccedilatildeo de traacutefego

bull em uma uacutenica LAN todas as estaccedilotildees compartilham a largura de banda

o Limitaccedilatildeo de distacircnciabull 8023 especifica o comprimento maacuteximo do cabo

o Grande ldquodomiacutenio de colisatildeordquobull pode-se colidir com muitas estaccedilotildees

o Limitaccedilatildeo do nuacutemero de estaccedilotildeesbull passagem de ficha provoca atraso em cada estaccedilatildeo p ex

62

Hubs e Comutadores

Usados para estender redes locais cobertura geograacutefica nuacutemero de noacutes funcionalidade administrativa etc

Diferem entre si em respeito ao isolamento de domiacutenios de colisatildeoo camada em que operam

Diferentes de roteadoreso ldquoplug and playrdquoo natildeo fazem o roteamento oacutetimo de pacotes IP

32

63

Hubs Dispositivos de camada fiacutesica

o repetem os bits recebidos numa interface para as demais

Podem ser dispostos numa hierarquia (multi-tier hub desing)

64

Hubs (cont)

Vantagens de Hubso Dispositivos simples e baratoso Configuraccedilatildeo em muacuteltiplos niacuteveis provecirc degradaccedilatildeo paulatina porccedilotildees da rede local continuam a operar se um dos hubs parar de funcionar

o Estende a distacircncia maacutexima entre pares de noacutes

33

65

Hubs (cont)

Limitaccedilotildeeso Domiacutenio de colisatildeo uacutenico natildeo leva a aumento na vazatildeo maacuteximabull a vazatildeo no caso de muacuteltiplos niacuteveis eacute igual agrave de um uacutenico segmento

o As tecnologias Ethernet (10Base 10BaseT etc) estabelecem limites no nuacutemero de noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo distacircncia entre hospedeiros e numero maacuteximo de niacuteveis (tiers)

o Natildeo se pode misturar Ethernet 10BaseT e 100Base)

66

Comutador (Switch) Dispositivo da camada de enlace

o Armazena e reenvia quadros Etherneto Encaminha os quadros a partir dos respectivos endereccedilos MAC de destino

o Quando quer repassar um quadro para um segmento usa o CSMACD para acessar o segmento

Transparente o Hospedeiros natildeo sabem da presenccedila do switch

plug-and-play auto-aprendizadoo Natildeo precisam ser configurados

34

67

Repasse (forwarding)

bull Com se determina para que segmento de LAN se deve repassar um quadrobull Parece um problema de roteamento

hub hubhub

switch1

2 3

68

Auto-aprendizado

Comutador tem uma tabela de comutaccedilatildeo (switch table) Entrada na tabela de comutaccedilatildeo

o (Endereccedilo MAC Interface Selo do Tempo)o Entradas antigas descartadas

O comutador aprende que noacutes satildeo alcanccedilaacuteveis atraveacutes de suas interfaceso Quando um quadro eacute recebido ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do remetente segmento de LAN de chegada

35

69

Filtragem e RepasseQuando um quadro eacute recebido

indexar a tabela de comutaccedilatildeo usando o end MAC destinose entrada encontradaentatildeo se destino no segmento de onde o quadro foi recebidoentatildeo descartar o quadrosenatildeo repassar o quadro para a interface indicada (CSMACD)

senatildeo inundar

Repassar a todas as interfaces exceto agravequelapor onde chegou o quadro

70

Exemplo

Suponha que C envia quadro para D

Switch recebe o quadro de Co registra na tabela que C estaacute na interface 1o como D natildeo estaacute na tabela repassa o quadro para as

interfaces 2 e 3

quadro recebido por D

hub hub hub

switch

A

B CD

EF G H

I

end interface

ABEG

1123

12 3

36

71

Exemplo

Suponha que D responde para C

Switch recebe o quadro de Do registra na tabela que D estaacute na interface 2o como C estaacute na tabela repassa o quadro apenas para a

interface 1

quadro recebido por C

hub hub hub

switch

A

B CD

EF G H

I

end interface

ABEGC

11231

72

Comutador isolamento de traacutefego A instalaccedilatildeo de um comutador divide uma subrede

em vaacuterios segmentos de LAN

Comutador filtra os quadroso segmentos tornam-se diferentes domiacutenios de colisatildeo

hub hub hub

switch

collision domain collision domain

collisiondomain

37

73

Comutador acesso dedicado Comutadores com muitas

interfaces Hospedeiros tecircm conexatildeo

direta com o comutador Sem colisotildees full duplex

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

switch

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

74

Comutador hellip

Alguns comutadores implementam cut-througho o quadro eacute repassado sem esperar a montagem do quadro inteiro no buffer do comutador bull pequena reduccedilatildeo da latecircncia

Combinaccedilotildees de interfaces compartilhadasdedicadas de 101001000 Mbps

38

75

Rede institucional

hub hubhub

comutador

para a rede externa

roteador

subrede IP

servidor de correio-e

servidor web

76

Comutadores vs Roteadores ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa

o roteadores dispositivos da camada de rede (examinam cabeccedilalhos da camada de rede)

o comutadores dispositivos da camada de enlace roteadores mantecircm tabelas de rotas e implementam algoritmos

de roteamento comutadores mantecircm tabelas de filtragem implementam

filtragem

39

77

Comparaccedilatildeo Sumaacuteria

hubs routers switches

traffic isolation

no yes yes

plug amp play yes no yes

optimal routing

no yes no

cut through

yes no yes

78

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Endereccedilamento na camada de enlace

55 Ethernet

56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

40

79

Controle de Enlace Ponto-a-Ponto

Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil que um enlace broadcasto natildeo haacute Controle de Acesso ao Meioo natildeo haacute necessidade de endereccedilamento MAC expliacutecito

o ex enlace discado linha ISDN protocolos ponto-a-ponto populares para camada

de enlaceo PPP (point-to-point protocol)o HDLC High-level Data Link Control(A camada de enlace costumava ser considerada de alto niacutevel na pilha de protocolos)

80

Protocolo Ponto-a-Ponto (PPP)

PPP eacute muito popular usado em conexotildees discadas entre sistema domeacutestico e provedor em conexotildees SONETSDH etc

PPP eacute extremamente simples (o mais simples dos protocolos de enlace de dados) e muito otimizado

41

81

PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]

Enquadramento de pacotes encapsulamento do datagrama da camada de rede no quadro da camada de enlace

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

Muacuteltiplos protocolos da camada de rede (natildeo apenas o IP) ao mesmo tempoo capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeoo Campo lsquotipo de protocolorsquo como no IP

Muacuteltiplos tipos de enlace seriais paralelos siacutencronos assiacutencronos eleacutetricos oacutepticos

Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo) connection livenes detecta e informa falhas do enlace para a

camada de rede Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede as camadas de rede

comuni9cantes devem poder aprender ou configurar mutuamente seus endereccedilos de rede

Simplicidade

82

Nem tudo foi requerido do PPP

natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros natildeo haacute controle de fluxo aceita entregas fora de ordem (embora seja pouco

comum) natildeo haacute necessidade de suportar enlaces multiponto

(ex polling)o HDLC os permite

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

42

83

PPP Formato do Quadro 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)

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

erros

endereccedilocontrole

tamanhovariaacutevelou ou

CRC

84

Byte Stuffing Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de

dados deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt01111110gt

Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte extra com o padratildeo lt 01111101gt (escape) antes de cada byte de dados lt 01111110gt

Receptoro dois bytes 01111101 seguidos descarta o primeiro e continua a recepccedilatildeo de dados

o um byte 01111110 flag Em enlaces siacutencronos orientados a bit usa-se bit

stuffing o depois de uma sequumlecircncia de 5 bits lsquo1rsquo o transmissor insere

um bit lsquo0rsquo

43

85

Byte Stuffing

byte como padratildeodo flag nosdados a enviar

byte com o padratildeo de flag seguido do byte inserido

86

PPP Protocolo de Controle de Enlace (LCP) e Controle de RedeAntes de trocar dados da camada

de rede os parceiros da camada de enlace devem

configurar o enlace PPP (PPP-LCP) (tamanho maacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo)

aprenderconfigurar informaccedilotildees da camada de redeo para o IP mensagens do

Protocolo de Controle IP (IPCP) para configurar aprender os endereccedilos IP

44

87

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Endereccedilamento na camada de enlace

55 Ethernet

56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)

57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

88

ATM e MPLS

ATM MPLS redes com arquiteturas proacutepriaso modelos de serviccedilo endereccedilamento e roteamento diferentes dos da Internet

Vistos pela Internet como enlaces loacutegicos conectando roteadores IPo assim como um enlace discado eacute parte de uma rede separada (a rede de telefonia)

ATM MPLS de interesse teacutecnico por si mesmas

45

89

Padratildeo dos anos 199000 para a arquitetura de alta velocidade (155 622Mbps hellip) da BroadbandIntegrated Service Digital Network (B-ISDN)

Objetivo transporte integrado fim-a-fim de voz viacutedeo e dadoso deve atender aos requisitos de tempoQoS para aplicaccedilotildees de voz e de viacutedeo (versus o serviccedilo de melhor esforccedilo da Internet)

o telefonia de ldquoproacutexima geraccedilatildeordquo fundamentos teacutecnicos no mundo da telefonia

o comutaccedilatildeo de pacotes (pacotes de tamanho fixo chamados ldquoceacutelulasrdquo) usando circuitos virtuais

ATM Modo de Transferecircncia Assiacutencrono

90

Arquitetura ATM

camada de adaptaccedilatildeo apenas na borda de uma rede ATM

o grosseiramente anaacuteloga agrave camada de transporte da Interneto ldquoadaptardquo camadas superiores (aplicaccedilotildees IP ou nativas ATM)

para a camada ATM abaixo camada ATM camada de ldquorederdquo

o comutaccedilatildeo de ceacutelulas roteamento camada fiacutesica

46

91

ATM camada de rede ou de enlaceVisatildeo transporte fim-a-fim

ldquoATM de computador a computadorrdquoo ATM eacute uma tecnologia

de rede

Realidade usada para conectar roteadores IP de backboneo ldquoIP sobre ATMrdquoo ATM como uma camada

de enlace comutada conectando roteadores IP

Rede ATM

rede IP

92

Camada ATMServiccedilo transporte de ceacutelulas atraveacutes da rede ATM

o anaacuteloga agrave camada de rede IPo Serviccedilos muito diferentes da camada de rede IP

Arquitetura

de Rede

Internet

ATM

ATM

ATM

ATM

Modelo

de Serviccedilo

melhor

esforccedilo

CBR

VBR

ABR

UBR

Banda

natildeo

taxa

constante

taxa

garantida

miacutenimo

garantido

natildeo

Perda

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Ordem

natildeo

sim

sim

sim

sim

Tempo

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Aviso de

Congestatildeo

natildeo (inferido

pelas perdas)

natildeo haacute

congestatildeo

natildeo haacute

congestatildeo

sim

natildeo

Garantias

47

93

Camada ATM Circuitos Virtuais Transporte em CV ceacutelulas (53 bytes) satildeo transportadas sobre CV

da fonte ao destinoo estabelecimento de conexatildeo necessaacuterio antes que o fluxo de dados

possa ser iniciadoo cada pacote transporta um identificador de CV (natildeo transporta o

endereccedilo do destino)o cada comutador no caminho entre a fonte e o destino manteacutem o

ldquoestadordquo para cada conexatildeo passanteo recursos do enlace e do comutador (banda passante buffers) podem

ser alocados aoCV para obter um comportamento semelhante ao de um circuito fiacutesico

CVs Permanentes (PVC)o conexotildees de longa duraccedilatildeo o tipicamente rota ldquopermanenterdquo entre roteadores IP

CVs Comutados (SVC)o conexotildees de curta duraccedilatildeoo dinamicamente criados com base nas chamadas

94

CVs ATM

Vantagens do uso de circuitos virtuais no ATMo Consegue garantir niacuteveis de QoS para conexotildees mapeadas em circuitos virtuais (banda passante atraso variacircncia de atraso)

Problemas no uso de circuitos virtuaiso O traacutefego de datagramas eacute ineficienteo um PVC entre cada par origemdestino natildeo eacuteescalaacutevel (N2 conexotildees satildeo necessaacuterias)

o SVC introduz latecircncia de estabelecimento de conexatildeo e atrasos de processamento para conexotildees de curta duraccedilatildeo

48

95

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

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

Cabeccedilalhoda ceacutelula

Formato daceacutelula

96

Camada ATM Cabeccedilalho da ceacutelula ATM

VCI identificador de canal virtual

o pode mudar de enlace para enlace atraveacutes da rede

PT Tipo de payload (carga)o Ex ceacutelula de gerenciamento versus ceacutelula de dados

CLP bit de Prioridade de Perda de Ceacutelula (Cell Loss Priority)

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

HEC Verificaccedilatildeo de Erros no Cabeccedilalho

o verificaccedilatildeo ciacuteclica de erros

49

97

Camada Fiacutesica ATM Compotildee-se de duas partes (subcamadas) Transmission Convergence Sublayer - TCS adapta a

camada ATM acima agrave subcamada fiacutesica abaixo (PMD Physical Medium Dependent Sublayer- PMD depende

do tipo de meio fiacutesico sendo empregado

98

IP-sobre-ATMApenas IP Claacutessico 3 ldquoredesrdquo (ex

segmentos de LAN) endereccedilos MAC

(8023) e IP

IP sobre ATM substitui ldquorederdquo (ex

segmento de LAN) por rede ATM

endereccedilos ATM endereccedilos IP

redeATM

EthernetLANs

EthernetLANs

50

99

IP-sobre-ATM

AALATMphyphy

Eth

IP

ATMphy

ATMphy

apptranspIPAALATMphy

apptranspIPEthphy

100

Viagem de um Datagrama numa Rede IP-sobre-ATM Hospedeiro de Origem

o Camada IP encontra um mapeamento entre o endereccedilo IP e o endereccedilo de destino ATM (usando ATM-ARP)

o passa o datagrama para a camada de adaptaccedilatildeo AAL5o AAL5 encapsula os dados (datagrama) segmenta em ceacutelulas e

passa para a camada ATM Rede ATM move a ceacutelula para o destino de comutador a

comutador de acordo com o seu CV (circuito virtual) Hospedeiro de Destino

o AAL5 remonta o datagrama original a partir das ceacutelulas recebidas

o se o CRC OK datagrama eacute passado ao IP

51

101

IP-sobre-ATM

datagramas IP emPDUs ATM AAL5

de endereccedilos IP paraendereccedilos ATMo como de endereccedilos IP paraendereccedilos MAC 8023

RedeATM

LANsEthernet

102

Multiprotocol label switching (MPLS)

Objetivo inicial acelerar o repasse de datagramas IP usando um roacutetulo de tamanho fixoo usa ideacuteias da abordagem de Circuitos Virtuais

PPP or Ethernet

headerIP header remainder of link-layer frameMPLS header

label Exp S TTL

20 3 1 8

52

103

Roteadores habilitados para MPLS

Roteadores de chaveamento de roacutetulos (label-switchedrouter)

Repassa pacotes para as interfaces de saiacuteda baseado apenas no valor do roacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP)o tabela de repasse o MPLS diferente da tabela de repasse IP

Necessaacuterio um protocolo de sinalizaccedilatildeoo RSVP-TEo Repasse possiacutevel atraveacutes de caminhos que o IP sozinho natildeo

permitiria (pex roteamento especifico para fonte - source-specific routing)

o MPLS pode ser usado para engenharia de traacutefego Deve coexistir com roteadores que entendem apenas

IP

104

R1R2

D

R3R4R5

0

1

00

A

R6

in out out

label label dest interface

6 - A 0

in out out

label label dest interface

10 6 A 1

12 9 D 0

in out out

label label dest interface

10 A 0

12 D 0

1

in out out

label label dest interface

8 6 A 0

0

8 A 1

Tabelas de repasse MPLS

53

105

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Endereccedilamento na camada de enlace

55 Ethernet

56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)

57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de

enlace ATM e MPLS

10

19

Protocolos de Acesso Muacuteltiplo

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

o comunicaccedilatildeo sobre o compartilhamento do canal deve utilizar o proacuteprio canal

20

Protocolo de Acesso Muacuteltiplo Ideal

Canal de difusatildeo de taxa R bps1 Quando um noacute quer transmitir ele envia agrave taxa R2 Quando M noacutes querem transmitir cada um envia agrave

taxa meacutedia de RM3 Totalmente descentralizado

o Ausecircncia de um noacute especial que coordena as transmissotildeeso Ausecircncia de sincronizaccedilatildeo de reloacutegios slots etc

4 Simples

Objetivo eficiente justo simples descentralizado

11

21

Protocolos MAC taxonomiaTrecircs grandes classes

o Particionamento de canalbull divide o canal em pedaccedilos menores (compartimentos de tempo frequumlecircncia)

bull aloca um pedaccedilo para uso exclusivo de cada noacute

o Acesso Aleatoacuteriobull canal natildeo dividido permite colisotildeesbull ldquorecuperaccedilatildeordquo das colisotildees

o Revezamento (passagem de permissatildeo)bull compartilhamento estritamente coordenado para evitar colisotildees

22

Particionamento de Canal TDMA

TDMA acesso muacuteltiplo por divisatildeo temporal acesso ao canal eacute feito por rdquoturnos cada estaccedilatildeo recebe um compartimento (ldquoslotrdquo) de tamanho

fixo (= tempo de transmissatildeo de um pacote) em cada turno compartimentos natildeo usados satildeo desperdiccedilados exemplo rede local com 6 estaccedilotildees 134 tecircm pacotes

compartimentos 256 ficam vazios

ineficiente com usuaacuterios de pouca demanda ou quando carga for baixa

12

23

FDMA acesso muacuteltiplo por divisatildeo de frequumlecircncia o espectro 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 134 tecircm pacotes as bandas

de frequumlecircncia 256 ficam vazias

band

asde

fre

quumlecircn

cia tempo

Particionamento de Canal FDMA

mesmos problemas de eficiecircncia do TDM

24

Protocolos de Acesso Aleatoacuterio

Quando o noacute tem um pacote a enviaro transmite aleatoriamente agrave taxa do canal (R bps)o natildeo haacute coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes

dois ou mais noacutes transmitindo -gt ldquocolisatildeordquo Protocolo MAC de acesso aleatoacuterio especifica

o como detectar colisotildeeso como as estaccedilotildees se recuperam das colisotildees (ex via

retransmissotildees)

Exemplos de protocolos MAC de acesso aleatoacuterioo slotted ALOHAo ALOHAo CSMA e CSMACD

13

25

Slotted AlohaO tempo eacute dividido em compartimentos (slots) de tamanho igual (= tempo de transmissatildeo de um quadro)

Um noacute com quadro pronto transmite no iniacutecio do proacuteximo compartimento

Se houver colisatildeo (realimentaccedilatildeo pelo canal) o retransmitir o quadro nos compartimentos posteriores com probabilidade p ateacute obter sucesso

26

Slotted ALOHA

Pro Se apenas um noacute estiver ativo

pode transmitir continuamente agrave taxa do canal

Bastante descentralizado apenas os slots dos noacutes precisam ser sincronizados

simples

Contra Colisotildees desperdiacutecio de

slots Slots ociosos Os noacutes podem ser capazes

de detectar uma transmissatildeo em menos tempo do que o necessaacuterio para enviar um pacote

Sincronizaccedilatildeo de reloacutegios

14

27

Eficiecircncia do Slotted Aloha

Supondo N noacutes com muitos quadros a enviar cada um transmite em um slot com probabilidade p

prob de que um noacuteespeciacutefico tenha sucesso em um slot = p(1-p)N-1

prob de um noacute qualquer ter sucesso = Np(1-p)N-1

Para eficiecircncia maacutexima o N noacutes ativos

encontrar p que maximize N p(1- p)N-1

o muitos noacutes fazer o limite de Np(1-p)N-1 para N tendendo a infinito resulta em 1e = 037

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

Na melhor das hipoacuteteseso canal eacute usado para transmissotildees uacuteteis37 do tempo

28

ALOHA Puro (sem slots) Aloha puro operaccedilatildeo mais simples pois natildeo requer slots

(e nem a sincronizaccedilatildeo dos mesmos) quadro pronto transmitir imediatamente a probabilidade de colisatildeo aumenta

o pacote enviado em t0 colide com outros pacotes enviados em [t0-1 t0+1] (2 vezes o tamanho da janela do ALOHA com slots)

15

29

Eficiecircncia do Aloha PuroP( successo para um dado noacute) =

P(noacute transmitir) P(nenhum outro noacute transmiteem [t0-1t0] P(nenhum outro noacute transmiteem [t0t0+1]

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

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

hellip escolhendo p oacutetimo e fazendo N -gt infinito

= 1(2e) = 018

Ainda pior

30

CSMA Carrier Sense Multiple Access

CSMA escuta antes de transmitir Se o canal parece vazio transmite o quadro Se o canal estaacute ocupado adia a transmissatildeo

o CSMA Persistente tenta outra vez imediatamente com probabilidade p quando o canal se torna livre CSMA Natildeo-persistente tenta novamente apoacutes um intervalo aleatoacuterio

Analogia humana natildeo interrompa os outros Desta forma o problema das colisotildees fica resolvido

16

31

Colisotildees no CSMA

colisotildees podem ocorrero atraso de propagaccedilatildeo faz com que dois noacutes possam natildeo ouvir as transmissotildees do outro

colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo do pacote eacute desperdiccedilado

arranjo espacial dos noacutes

notapapel da distacircncia e do atraso de propagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo (janela de vulnerabilidade = retardo ida e volta entre os dois noacutes envolvidos)

espaccedilo

tem

po

32

CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisatildeo)

CSMACDo colisotildees detectadas num tempo curtoo transmissotildees com colisotildees satildeo interrompidas reduzindo o

desperdiacutecio do canal o retransmissotildees persistentes ou natildeo-persistentes

detecccedilatildeo de colisatildeoo faacutecil em LANs cabeadas mediccedilatildeo da intensidade do sinal ou

comparaccedilatildeo dos sinais transmitidos e recebidoso difiacutecil em LANs sem fio receptor desligado enquanto

transmitindo para evitar danificaacute-lo com excesso de potecircncia CSMACD pode conseguir utilizaccedilatildeo do canal perto de 100 em

redes locais (se tiver baixa razatildeo entre tempo de propagaccedilatildeo e tempo de transmissatildeo do pacote)

analogia humana interlocutor educado

17

33

CSMACD detecccedilatildeo de colisatildeoespaccedilo

tempo

detecccedilatildeo de colisatildeotempo

de parada

34

Protocolos com Revezamento

Protocolos MAC com particionamento de canalo compartilham o canal eficientemente quando a carga eacute alta e bem distribuiacuteda

o ineficiente nas cargas baixas retardos elevados para acesso ao canal

Protocolos MAC de acesso aleatoacuterioo eficiente com cargas baixas um uacutenico noacute pode usar todo o canal

o cargas altas excesso de colisotildeesProtocolos MAC com revezamento

buscam o melhor dos dois mundos

18

35

Protocolos MAC com Revezamento

Consulta (Polling) noacute mestre ldquoconvidardquo

os escravos a transmitir um de cada vez

problemaso custo da consulta

(polling overhead)o latecircnciao falha do mestre

Passagem de permissatildeo Ficha de controle (token)

passada de um noacute para o proacuteximo sequumlencialmente

problemaso custo (sobrecarga) da fichao latecircnciao falhas ficha e noacutes

36

Protocolos de ReservaConsulta (polling) distribuiacuteda O tempo eacute dividido em compartimentos (ldquoslotsrdquo) comeccedila com N compartimentos de reserva curtos

o tempo do compartimento de reserva eacute igual ao atraso de propagaccedilatildeo fim-a-fim do canal

o estaccedilatildeo com mensagem a enviar faz uma reservao reserva eacute vista por todas as estaccedilotildees

depois dos compartimentos de reserva ocorre a transmissatildeo das mensagens ordenadas pelas reservas e pelas prioridades de transmissatildeo

reserva mensagens

19

37

Tecnologias de Rede Local Protocolos MAC usados em redes locais para controlar

acesso ao canal Aneacuteis de fichas IEEE 8025 (Token Ring da IBM) para sala

de computaccedilatildeo ou rede departamental ateacute 16Mbps FDDI (Fiber Distributed Data Interface) para rede de Campus ou Metropolitana ateacute 200 estaccedilotildees em 100Mbps

Ethernet emprega o protocolo CSMACD 10Mbps (IEEE 8023) Fast E-net (100Mbps) Gigabit E-net (1000 Mbps) de longe a tecnologia mais popular de rede local

38

Sumaacuterio de protocolos MAC O que se pode fazer com um meio compartilhado

o Particionamento do canal por tempo frequumlecircncia ou coacutedigobull TDMA FDMA CDMA WDMA (wave division)

o Particionamento aleatoacuterio (dinacircmico) bull ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDdetecccedilatildeo de portadora faacutecil com algumas tecnologias (cabos) difiacutecil com outras (sem fio)

bull CSMACD usada na Ethernetbull CSMACA usada nas redes 80211

o Revezamentobull consulta por um noacute central passagem de ficha de permissatildeo

Para sateacutelites eacute difiacutecil detectar se o canal ascendente estaacuteocupado (retardos de 270ms) ALOHA FDM TDM CDMA

20

39

Tecnologias de LANCamada de enlace ateacute agora

o serviccedilos detecccedilatildeo de erroscorreccedilatildeo acesso muacuteltiplo

A seguir tecnologias de redes locais (LAN)o endereccedilamentoo Etherneto hubs pontes switcheso PPP

40

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Endereccedilamento na camada de enlace

55 Ethernet

56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)

57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de

enlace ATM e MPLS

21

41

Endereccedilos Fiacutesicos e ARP

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 MAC (ou de LAN fiacutesico Ethernet) usado para levar o datagrama de uma interface a

outra fisicamente conectada (isto eacute na mesma rede)

Endereccedilos MAC com 48 bits (na maioria das LANs) satildeo gravados na memoacuteria fixa (ROM) do adaptador

42

Cada adaptador numa LAN tem um endereccedilo de LAN uacutenico

End de Broadcast =FF-FF-FF-FF-FF-FF

= adaptador

1A-2F-BB-76-09-AD

58-23-D7-FA-20-B0

0C-C4-11-6F-E3-98

71-65-F7-2B-08-53

LAN(wired orwireless)

Endereccedilos Fiacutesicos e ARP

22

43

A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEE

O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (24 bits) para assegurar a unicidade

Analogia

(a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do CPF

(b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal

endereccedilamento MAC eacute plano (sem estrutura) =gt portabilidade

o eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra sem reconfiguraccedilatildeo do endereccedilo MAC

endereccedilamento IP eacute ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevel

o depende da rede na qual se estaacute ligado

Endereccedilos Fiacutesicos e ARP

44

Envio de um pacote de Argon para Neon

Fonte Liebeherr amp El Zarki 2004httpwwwcsvirginiaedu~itlabbookslidesindexhtml

23

45

DNS The IP address of

ldquoneontcpip-labedurdquo is

1281437121

ARP What is the MAC

address of 1281431371

DNS What is the IP address

of ldquoneontcpip-labedurdquoARP The MAC address of

1281431371 is 00e0f923a820

1281437121 is not on my local network

Therefore I need to send the packet to my

default gateway with address 1281431371

frame

1281437121 is on my local network

Therefore I can send the packet directly

ARP The MAC address of

1281431371 is 0020af039828

ARP What is the MAC

address of 1281437121

frame

46

Protocolo ARP O noacute A quer enviar pacote para o noacute B na mesma rede local A verifica se sua tabela ARP conteacutem o endereccedilo IP de B Se o end de natildeo estiver na Tabela ARP o moacutedulo ARP de A difunde um pacote ARP de consulta contendo o endereccedilo IP de Bo TODOS os noacutes na rede local recebem o pacote ARP

O noacute B responde ao noacute A com pacote ARP unicast informando seu proacuteprio endereccedilo MAC

A armazena o par endereccedilo IP-MAC em sua tabela ARP ateacuteque a informaccedilatildeo se torne obsoletao soft-state informaccedilatildeo que desaparece com o tempo se

natildeo for re-atualizada ARP eacute ldquoplug-and-playrdquo

o noacutes criam as suas tabelas ARP sem intervenccedilatildeo do administradorda rede

24

47

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Endereccedilamento na camada de enlace

55 Ethernet

56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)

57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de

enlace ATM e MPLS

48

Ethernet Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo

o Baratao Primeira tecnologia de LAN largamente usadao Mais simples e mais barata que LANs com token e ATMo Velocidade crescente 10 Mbps ndash 10 Gbps

Serviccedilo natildeo orientado a conexatildeo natildeo confiaacutevel

Esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf

25

49

Topologia em estrela

Barramento popular ateacute meados dos anos 90 Atualmente prevalece a topologia em estrela Conexatildeo hub ou switch

hub orswitch

50

Estrutura do Quadro Ethernet

Preacircmbulo 7 bytes com o padratildeo 10101010 seguidos por um byte com padratildeo o 10101011 usado para sincronizar os reloacutegios do receptor e do emissor

Endereccedilos 6 bytes quadro eacute recebido por todos os adaptadores e descartado se o endereccedilo do quadro natildeo coincide com o endereccedilo do adaptador

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

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

26

51

Codificaccedilatildeo Manchester Banda baacutesica transmissatildeo digital bits satildeo codificados usando

codificaccedilatildeo Manchester e transmitidos diretamente modificando a voltagem de sinal de corrente contiacutenua

Cada bit tem uma transiccedilatildeo Permite que os reloacutegios (clocks) nos noacutes emissor e receptor

mantenham-se sincronizadoso Natildeo eacute necessaacuterio um reloacutegio centralizado global para todos os noacutes

Aspecto da camada fiacutesica

52

Ethernet usa CSMACDA escutar canal se canal em silecircncio por determinado tempo (96 BTT)

entatildeo transmitir e monitorar o canal Se detectada outra transmissatildeo entatildeo

abortar e enviar sinal de ldquojamrdquo (48 bits)atualizar nuacutemero de colisotildees esperar de acordo com o algoritmo de retardo exponencial (ldquoexponential backoffrdquo)

ir para A

senatildeo quadro transmitido zerar contador de colisotildees

senatildeo esperar ateacute terminar a transmissatildeo em curso ir para A

27

53

Sinal de ldquoJamrdquo garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo (48 bits)

Tempo de Bit (BTT) 01 micros para Ethernet de 10 Mbps para K=1023 tempo de espera eacute de aprox 50 msec

ldquoExponential Backoffrdquo Objetivo adaptar tentativas

de retransmissatildeo agrave carga atual estimada da redeo carga pesada espera aleatoacuteria

mais longa Esperar K 512 BTT primeira colisatildeo

escolher K entre 01 segunda colisatildeo

escolher K entre 0123 apoacutes 10 ou mais colisotildees

escolher K entre 01234hellip1023

Ethernet CSMACD (cont)

54

Ethernet - Eficiecircncia Eficiecircncia com traacutefego pesado e nuacutemero grande de noacutes

)5(1

1

trans

prop

t

tEficiecircncia

+

=

tprop = tempo maacuteximo de propagaccedilatildeo entre 2 noacutesttrans= tempo para transmitir um quadro de tamanho maacuteximo

Quando tprop tende a 0 a eficiecircncia tende a 1Quando ttrans tende a infinito a eficiecircncia tende a 1

Muito melhor que ALOHA e ainda descentralizado simples e barato

28

55

Tecnologias Ethernet 10Base2 10 10Mbps 2 comprimento maacuteximo do cabo de 200 metros (de

fato 185 metros) Utiliza cabo coaxial fino numa topologia em barramento

repetidores satildeo usados para conectar muacuteltiplos segmentos (ateacuteum maacuteximo de 4)

repetidor repete os bits que ele recebe numa interface para as suas outras interfaces atua somente na camada fiacutesica

pacotes transmitidosviajam nas duas direccedilotildees

conectorT terminador

adaptador

noacute noacute noacute noacute noacute

56

10BaseT e 100BaseT Taxas de 10 e 100 Mbps A de taxa 100 Mbps eacute chamada de ldquoFast Ethernetrdquo T significa ldquoTwisted Pairrdquo (par tranccedilado) Noacutes conectados a um concentrador (ldquohubrdquo) ldquotopologia em

estrelardquo

par tranccedilado

hub

29

57

10BaseT e 100BaseT (cont)

Distacircncia maacutexima do noacute ao hub 100 metros Hub pode desconectar da rede um adaptador que

natildeo paacutera de transmitir (ldquojabbering adapterrdquo) ndash10Base2 natildeo funcionariahellip

Hub pode coletar e monitorar informaccedilotildees e estatiacutesticas para apresentaccedilatildeo ao administradores da LAN

10BaseT usa codificaccedilatildeo Manchester 100BaseT usa 4B5B

(5 clocks para transmitir 4 bits)

58

HubsHubs satildeo essencialmente repetidores da camada fiacutesica

o bits vindos de um enlace vatildeo para todos os demais enlaceso hellip agrave mesma velocidadeo natildeo haacute armazenamento de quadros (buffering)o natildeo haacute CSMACD no hub adaptadores detectam as

colisotildeeso oferece funccedilotildees de gerecircncia de rede

twisted pair

hub

30

59

Gbit Ethernet (IEEE 8023z)

Usa formato do quadro Ethernet padratildeo Permite enlaces ponto-a-ponto (com switchs) e

canais de difusatildeo compartilhados (com hubs) Em modo compartilhado usa CSMACD

o para ser eficiente as distacircncias entre os noacutes devem ser curtas (poucos metros)

hubs chamados de Distribuidores com Buffers(ldquoBuffered Distributorsrdquo)

Full-Duplex em 1 Gbps para enlaces ponto-a-ponto 10 Gbps atualmente

60

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Endereccedilamento na camada de enlace

55 Ethernet

56 Interconexotildees distribuidores e comutadores (Hubs and switches)

57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de

enlace ATM e MPLS

31

61

Interconexatildeo de LANs

Por que natildeo somente 1 grande LAN o Limitaccedilatildeo de traacutefego

bull em uma uacutenica LAN todas as estaccedilotildees compartilham a largura de banda

o Limitaccedilatildeo de distacircnciabull 8023 especifica o comprimento maacuteximo do cabo

o Grande ldquodomiacutenio de colisatildeordquobull pode-se colidir com muitas estaccedilotildees

o Limitaccedilatildeo do nuacutemero de estaccedilotildeesbull passagem de ficha provoca atraso em cada estaccedilatildeo p ex

62

Hubs e Comutadores

Usados para estender redes locais cobertura geograacutefica nuacutemero de noacutes funcionalidade administrativa etc

Diferem entre si em respeito ao isolamento de domiacutenios de colisatildeoo camada em que operam

Diferentes de roteadoreso ldquoplug and playrdquoo natildeo fazem o roteamento oacutetimo de pacotes IP

32

63

Hubs Dispositivos de camada fiacutesica

o repetem os bits recebidos numa interface para as demais

Podem ser dispostos numa hierarquia (multi-tier hub desing)

64

Hubs (cont)

Vantagens de Hubso Dispositivos simples e baratoso Configuraccedilatildeo em muacuteltiplos niacuteveis provecirc degradaccedilatildeo paulatina porccedilotildees da rede local continuam a operar se um dos hubs parar de funcionar

o Estende a distacircncia maacutexima entre pares de noacutes

33

65

Hubs (cont)

Limitaccedilotildeeso Domiacutenio de colisatildeo uacutenico natildeo leva a aumento na vazatildeo maacuteximabull a vazatildeo no caso de muacuteltiplos niacuteveis eacute igual agrave de um uacutenico segmento

o As tecnologias Ethernet (10Base 10BaseT etc) estabelecem limites no nuacutemero de noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo distacircncia entre hospedeiros e numero maacuteximo de niacuteveis (tiers)

o Natildeo se pode misturar Ethernet 10BaseT e 100Base)

66

Comutador (Switch) Dispositivo da camada de enlace

o Armazena e reenvia quadros Etherneto Encaminha os quadros a partir dos respectivos endereccedilos MAC de destino

o Quando quer repassar um quadro para um segmento usa o CSMACD para acessar o segmento

Transparente o Hospedeiros natildeo sabem da presenccedila do switch

plug-and-play auto-aprendizadoo Natildeo precisam ser configurados

34

67

Repasse (forwarding)

bull Com se determina para que segmento de LAN se deve repassar um quadrobull Parece um problema de roteamento

hub hubhub

switch1

2 3

68

Auto-aprendizado

Comutador tem uma tabela de comutaccedilatildeo (switch table) Entrada na tabela de comutaccedilatildeo

o (Endereccedilo MAC Interface Selo do Tempo)o Entradas antigas descartadas

O comutador aprende que noacutes satildeo alcanccedilaacuteveis atraveacutes de suas interfaceso Quando um quadro eacute recebido ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do remetente segmento de LAN de chegada

35

69

Filtragem e RepasseQuando um quadro eacute recebido

indexar a tabela de comutaccedilatildeo usando o end MAC destinose entrada encontradaentatildeo se destino no segmento de onde o quadro foi recebidoentatildeo descartar o quadrosenatildeo repassar o quadro para a interface indicada (CSMACD)

senatildeo inundar

Repassar a todas as interfaces exceto agravequelapor onde chegou o quadro

70

Exemplo

Suponha que C envia quadro para D

Switch recebe o quadro de Co registra na tabela que C estaacute na interface 1o como D natildeo estaacute na tabela repassa o quadro para as

interfaces 2 e 3

quadro recebido por D

hub hub hub

switch

A

B CD

EF G H

I

end interface

ABEG

1123

12 3

36

71

Exemplo

Suponha que D responde para C

Switch recebe o quadro de Do registra na tabela que D estaacute na interface 2o como C estaacute na tabela repassa o quadro apenas para a

interface 1

quadro recebido por C

hub hub hub

switch

A

B CD

EF G H

I

end interface

ABEGC

11231

72

Comutador isolamento de traacutefego A instalaccedilatildeo de um comutador divide uma subrede

em vaacuterios segmentos de LAN

Comutador filtra os quadroso segmentos tornam-se diferentes domiacutenios de colisatildeo

hub hub hub

switch

collision domain collision domain

collisiondomain

37

73

Comutador acesso dedicado Comutadores com muitas

interfaces Hospedeiros tecircm conexatildeo

direta com o comutador Sem colisotildees full duplex

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

switch

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

74

Comutador hellip

Alguns comutadores implementam cut-througho o quadro eacute repassado sem esperar a montagem do quadro inteiro no buffer do comutador bull pequena reduccedilatildeo da latecircncia

Combinaccedilotildees de interfaces compartilhadasdedicadas de 101001000 Mbps

38

75

Rede institucional

hub hubhub

comutador

para a rede externa

roteador

subrede IP

servidor de correio-e

servidor web

76

Comutadores vs Roteadores ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa

o roteadores dispositivos da camada de rede (examinam cabeccedilalhos da camada de rede)

o comutadores dispositivos da camada de enlace roteadores mantecircm tabelas de rotas e implementam algoritmos

de roteamento comutadores mantecircm tabelas de filtragem implementam

filtragem

39

77

Comparaccedilatildeo Sumaacuteria

hubs routers switches

traffic isolation

no yes yes

plug amp play yes no yes

optimal routing

no yes no

cut through

yes no yes

78

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Endereccedilamento na camada de enlace

55 Ethernet

56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

40

79

Controle de Enlace Ponto-a-Ponto

Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil que um enlace broadcasto natildeo haacute Controle de Acesso ao Meioo natildeo haacute necessidade de endereccedilamento MAC expliacutecito

o ex enlace discado linha ISDN protocolos ponto-a-ponto populares para camada

de enlaceo PPP (point-to-point protocol)o HDLC High-level Data Link Control(A camada de enlace costumava ser considerada de alto niacutevel na pilha de protocolos)

80

Protocolo Ponto-a-Ponto (PPP)

PPP eacute muito popular usado em conexotildees discadas entre sistema domeacutestico e provedor em conexotildees SONETSDH etc

PPP eacute extremamente simples (o mais simples dos protocolos de enlace de dados) e muito otimizado

41

81

PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]

Enquadramento de pacotes encapsulamento do datagrama da camada de rede no quadro da camada de enlace

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

Muacuteltiplos protocolos da camada de rede (natildeo apenas o IP) ao mesmo tempoo capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeoo Campo lsquotipo de protocolorsquo como no IP

Muacuteltiplos tipos de enlace seriais paralelos siacutencronos assiacutencronos eleacutetricos oacutepticos

Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo) connection livenes detecta e informa falhas do enlace para a

camada de rede Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede as camadas de rede

comuni9cantes devem poder aprender ou configurar mutuamente seus endereccedilos de rede

Simplicidade

82

Nem tudo foi requerido do PPP

natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros natildeo haacute controle de fluxo aceita entregas fora de ordem (embora seja pouco

comum) natildeo haacute necessidade de suportar enlaces multiponto

(ex polling)o HDLC os permite

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

42

83

PPP Formato do Quadro 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)

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

erros

endereccedilocontrole

tamanhovariaacutevelou ou

CRC

84

Byte Stuffing Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de

dados deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt01111110gt

Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte extra com o padratildeo lt 01111101gt (escape) antes de cada byte de dados lt 01111110gt

Receptoro dois bytes 01111101 seguidos descarta o primeiro e continua a recepccedilatildeo de dados

o um byte 01111110 flag Em enlaces siacutencronos orientados a bit usa-se bit

stuffing o depois de uma sequumlecircncia de 5 bits lsquo1rsquo o transmissor insere

um bit lsquo0rsquo

43

85

Byte Stuffing

byte como padratildeodo flag nosdados a enviar

byte com o padratildeo de flag seguido do byte inserido

86

PPP Protocolo de Controle de Enlace (LCP) e Controle de RedeAntes de trocar dados da camada

de rede os parceiros da camada de enlace devem

configurar o enlace PPP (PPP-LCP) (tamanho maacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo)

aprenderconfigurar informaccedilotildees da camada de redeo para o IP mensagens do

Protocolo de Controle IP (IPCP) para configurar aprender os endereccedilos IP

44

87

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Endereccedilamento na camada de enlace

55 Ethernet

56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)

57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

88

ATM e MPLS

ATM MPLS redes com arquiteturas proacutepriaso modelos de serviccedilo endereccedilamento e roteamento diferentes dos da Internet

Vistos pela Internet como enlaces loacutegicos conectando roteadores IPo assim como um enlace discado eacute parte de uma rede separada (a rede de telefonia)

ATM MPLS de interesse teacutecnico por si mesmas

45

89

Padratildeo dos anos 199000 para a arquitetura de alta velocidade (155 622Mbps hellip) da BroadbandIntegrated Service Digital Network (B-ISDN)

Objetivo transporte integrado fim-a-fim de voz viacutedeo e dadoso deve atender aos requisitos de tempoQoS para aplicaccedilotildees de voz e de viacutedeo (versus o serviccedilo de melhor esforccedilo da Internet)

o telefonia de ldquoproacutexima geraccedilatildeordquo fundamentos teacutecnicos no mundo da telefonia

o comutaccedilatildeo de pacotes (pacotes de tamanho fixo chamados ldquoceacutelulasrdquo) usando circuitos virtuais

ATM Modo de Transferecircncia Assiacutencrono

90

Arquitetura ATM

camada de adaptaccedilatildeo apenas na borda de uma rede ATM

o grosseiramente anaacuteloga agrave camada de transporte da Interneto ldquoadaptardquo camadas superiores (aplicaccedilotildees IP ou nativas ATM)

para a camada ATM abaixo camada ATM camada de ldquorederdquo

o comutaccedilatildeo de ceacutelulas roteamento camada fiacutesica

46

91

ATM camada de rede ou de enlaceVisatildeo transporte fim-a-fim

ldquoATM de computador a computadorrdquoo ATM eacute uma tecnologia

de rede

Realidade usada para conectar roteadores IP de backboneo ldquoIP sobre ATMrdquoo ATM como uma camada

de enlace comutada conectando roteadores IP

Rede ATM

rede IP

92

Camada ATMServiccedilo transporte de ceacutelulas atraveacutes da rede ATM

o anaacuteloga agrave camada de rede IPo Serviccedilos muito diferentes da camada de rede IP

Arquitetura

de Rede

Internet

ATM

ATM

ATM

ATM

Modelo

de Serviccedilo

melhor

esforccedilo

CBR

VBR

ABR

UBR

Banda

natildeo

taxa

constante

taxa

garantida

miacutenimo

garantido

natildeo

Perda

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Ordem

natildeo

sim

sim

sim

sim

Tempo

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Aviso de

Congestatildeo

natildeo (inferido

pelas perdas)

natildeo haacute

congestatildeo

natildeo haacute

congestatildeo

sim

natildeo

Garantias

47

93

Camada ATM Circuitos Virtuais Transporte em CV ceacutelulas (53 bytes) satildeo transportadas sobre CV

da fonte ao destinoo estabelecimento de conexatildeo necessaacuterio antes que o fluxo de dados

possa ser iniciadoo cada pacote transporta um identificador de CV (natildeo transporta o

endereccedilo do destino)o cada comutador no caminho entre a fonte e o destino manteacutem o

ldquoestadordquo para cada conexatildeo passanteo recursos do enlace e do comutador (banda passante buffers) podem

ser alocados aoCV para obter um comportamento semelhante ao de um circuito fiacutesico

CVs Permanentes (PVC)o conexotildees de longa duraccedilatildeo o tipicamente rota ldquopermanenterdquo entre roteadores IP

CVs Comutados (SVC)o conexotildees de curta duraccedilatildeoo dinamicamente criados com base nas chamadas

94

CVs ATM

Vantagens do uso de circuitos virtuais no ATMo Consegue garantir niacuteveis de QoS para conexotildees mapeadas em circuitos virtuais (banda passante atraso variacircncia de atraso)

Problemas no uso de circuitos virtuaiso O traacutefego de datagramas eacute ineficienteo um PVC entre cada par origemdestino natildeo eacuteescalaacutevel (N2 conexotildees satildeo necessaacuterias)

o SVC introduz latecircncia de estabelecimento de conexatildeo e atrasos de processamento para conexotildees de curta duraccedilatildeo

48

95

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

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

Cabeccedilalhoda ceacutelula

Formato daceacutelula

96

Camada ATM Cabeccedilalho da ceacutelula ATM

VCI identificador de canal virtual

o pode mudar de enlace para enlace atraveacutes da rede

PT Tipo de payload (carga)o Ex ceacutelula de gerenciamento versus ceacutelula de dados

CLP bit de Prioridade de Perda de Ceacutelula (Cell Loss Priority)

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

HEC Verificaccedilatildeo de Erros no Cabeccedilalho

o verificaccedilatildeo ciacuteclica de erros

49

97

Camada Fiacutesica ATM Compotildee-se de duas partes (subcamadas) Transmission Convergence Sublayer - TCS adapta a

camada ATM acima agrave subcamada fiacutesica abaixo (PMD Physical Medium Dependent Sublayer- PMD depende

do tipo de meio fiacutesico sendo empregado

98

IP-sobre-ATMApenas IP Claacutessico 3 ldquoredesrdquo (ex

segmentos de LAN) endereccedilos MAC

(8023) e IP

IP sobre ATM substitui ldquorederdquo (ex

segmento de LAN) por rede ATM

endereccedilos ATM endereccedilos IP

redeATM

EthernetLANs

EthernetLANs

50

99

IP-sobre-ATM

AALATMphyphy

Eth

IP

ATMphy

ATMphy

apptranspIPAALATMphy

apptranspIPEthphy

100

Viagem de um Datagrama numa Rede IP-sobre-ATM Hospedeiro de Origem

o Camada IP encontra um mapeamento entre o endereccedilo IP e o endereccedilo de destino ATM (usando ATM-ARP)

o passa o datagrama para a camada de adaptaccedilatildeo AAL5o AAL5 encapsula os dados (datagrama) segmenta em ceacutelulas e

passa para a camada ATM Rede ATM move a ceacutelula para o destino de comutador a

comutador de acordo com o seu CV (circuito virtual) Hospedeiro de Destino

o AAL5 remonta o datagrama original a partir das ceacutelulas recebidas

o se o CRC OK datagrama eacute passado ao IP

51

101

IP-sobre-ATM

datagramas IP emPDUs ATM AAL5

de endereccedilos IP paraendereccedilos ATMo como de endereccedilos IP paraendereccedilos MAC 8023

RedeATM

LANsEthernet

102

Multiprotocol label switching (MPLS)

Objetivo inicial acelerar o repasse de datagramas IP usando um roacutetulo de tamanho fixoo usa ideacuteias da abordagem de Circuitos Virtuais

PPP or Ethernet

headerIP header remainder of link-layer frameMPLS header

label Exp S TTL

20 3 1 8

52

103

Roteadores habilitados para MPLS

Roteadores de chaveamento de roacutetulos (label-switchedrouter)

Repassa pacotes para as interfaces de saiacuteda baseado apenas no valor do roacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP)o tabela de repasse o MPLS diferente da tabela de repasse IP

Necessaacuterio um protocolo de sinalizaccedilatildeoo RSVP-TEo Repasse possiacutevel atraveacutes de caminhos que o IP sozinho natildeo

permitiria (pex roteamento especifico para fonte - source-specific routing)

o MPLS pode ser usado para engenharia de traacutefego Deve coexistir com roteadores que entendem apenas

IP

104

R1R2

D

R3R4R5

0

1

00

A

R6

in out out

label label dest interface

6 - A 0

in out out

label label dest interface

10 6 A 1

12 9 D 0

in out out

label label dest interface

10 A 0

12 D 0

1

in out out

label label dest interface

8 6 A 0

0

8 A 1

Tabelas de repasse MPLS

53

105

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Endereccedilamento na camada de enlace

55 Ethernet

56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)

57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de

enlace ATM e MPLS

11

21

Protocolos MAC taxonomiaTrecircs grandes classes

o Particionamento de canalbull divide o canal em pedaccedilos menores (compartimentos de tempo frequumlecircncia)

bull aloca um pedaccedilo para uso exclusivo de cada noacute

o Acesso Aleatoacuteriobull canal natildeo dividido permite colisotildeesbull ldquorecuperaccedilatildeordquo das colisotildees

o Revezamento (passagem de permissatildeo)bull compartilhamento estritamente coordenado para evitar colisotildees

22

Particionamento de Canal TDMA

TDMA acesso muacuteltiplo por divisatildeo temporal acesso ao canal eacute feito por rdquoturnos cada estaccedilatildeo recebe um compartimento (ldquoslotrdquo) de tamanho

fixo (= tempo de transmissatildeo de um pacote) em cada turno compartimentos natildeo usados satildeo desperdiccedilados exemplo rede local com 6 estaccedilotildees 134 tecircm pacotes

compartimentos 256 ficam vazios

ineficiente com usuaacuterios de pouca demanda ou quando carga for baixa

12

23

FDMA acesso muacuteltiplo por divisatildeo de frequumlecircncia o espectro 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 134 tecircm pacotes as bandas

de frequumlecircncia 256 ficam vazias

band

asde

fre

quumlecircn

cia tempo

Particionamento de Canal FDMA

mesmos problemas de eficiecircncia do TDM

24

Protocolos de Acesso Aleatoacuterio

Quando o noacute tem um pacote a enviaro transmite aleatoriamente agrave taxa do canal (R bps)o natildeo haacute coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes

dois ou mais noacutes transmitindo -gt ldquocolisatildeordquo Protocolo MAC de acesso aleatoacuterio especifica

o como detectar colisotildeeso como as estaccedilotildees se recuperam das colisotildees (ex via

retransmissotildees)

Exemplos de protocolos MAC de acesso aleatoacuterioo slotted ALOHAo ALOHAo CSMA e CSMACD

13

25

Slotted AlohaO tempo eacute dividido em compartimentos (slots) de tamanho igual (= tempo de transmissatildeo de um quadro)

Um noacute com quadro pronto transmite no iniacutecio do proacuteximo compartimento

Se houver colisatildeo (realimentaccedilatildeo pelo canal) o retransmitir o quadro nos compartimentos posteriores com probabilidade p ateacute obter sucesso

26

Slotted ALOHA

Pro Se apenas um noacute estiver ativo

pode transmitir continuamente agrave taxa do canal

Bastante descentralizado apenas os slots dos noacutes precisam ser sincronizados

simples

Contra Colisotildees desperdiacutecio de

slots Slots ociosos Os noacutes podem ser capazes

de detectar uma transmissatildeo em menos tempo do que o necessaacuterio para enviar um pacote

Sincronizaccedilatildeo de reloacutegios

14

27

Eficiecircncia do Slotted Aloha

Supondo N noacutes com muitos quadros a enviar cada um transmite em um slot com probabilidade p

prob de que um noacuteespeciacutefico tenha sucesso em um slot = p(1-p)N-1

prob de um noacute qualquer ter sucesso = Np(1-p)N-1

Para eficiecircncia maacutexima o N noacutes ativos

encontrar p que maximize N p(1- p)N-1

o muitos noacutes fazer o limite de Np(1-p)N-1 para N tendendo a infinito resulta em 1e = 037

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

Na melhor das hipoacuteteseso canal eacute usado para transmissotildees uacuteteis37 do tempo

28

ALOHA Puro (sem slots) Aloha puro operaccedilatildeo mais simples pois natildeo requer slots

(e nem a sincronizaccedilatildeo dos mesmos) quadro pronto transmitir imediatamente a probabilidade de colisatildeo aumenta

o pacote enviado em t0 colide com outros pacotes enviados em [t0-1 t0+1] (2 vezes o tamanho da janela do ALOHA com slots)

15

29

Eficiecircncia do Aloha PuroP( successo para um dado noacute) =

P(noacute transmitir) P(nenhum outro noacute transmiteem [t0-1t0] P(nenhum outro noacute transmiteem [t0t0+1]

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

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

hellip escolhendo p oacutetimo e fazendo N -gt infinito

= 1(2e) = 018

Ainda pior

30

CSMA Carrier Sense Multiple Access

CSMA escuta antes de transmitir Se o canal parece vazio transmite o quadro Se o canal estaacute ocupado adia a transmissatildeo

o CSMA Persistente tenta outra vez imediatamente com probabilidade p quando o canal se torna livre CSMA Natildeo-persistente tenta novamente apoacutes um intervalo aleatoacuterio

Analogia humana natildeo interrompa os outros Desta forma o problema das colisotildees fica resolvido

16

31

Colisotildees no CSMA

colisotildees podem ocorrero atraso de propagaccedilatildeo faz com que dois noacutes possam natildeo ouvir as transmissotildees do outro

colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo do pacote eacute desperdiccedilado

arranjo espacial dos noacutes

notapapel da distacircncia e do atraso de propagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo (janela de vulnerabilidade = retardo ida e volta entre os dois noacutes envolvidos)

espaccedilo

tem

po

32

CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisatildeo)

CSMACDo colisotildees detectadas num tempo curtoo transmissotildees com colisotildees satildeo interrompidas reduzindo o

desperdiacutecio do canal o retransmissotildees persistentes ou natildeo-persistentes

detecccedilatildeo de colisatildeoo faacutecil em LANs cabeadas mediccedilatildeo da intensidade do sinal ou

comparaccedilatildeo dos sinais transmitidos e recebidoso difiacutecil em LANs sem fio receptor desligado enquanto

transmitindo para evitar danificaacute-lo com excesso de potecircncia CSMACD pode conseguir utilizaccedilatildeo do canal perto de 100 em

redes locais (se tiver baixa razatildeo entre tempo de propagaccedilatildeo e tempo de transmissatildeo do pacote)

analogia humana interlocutor educado

17

33

CSMACD detecccedilatildeo de colisatildeoespaccedilo

tempo

detecccedilatildeo de colisatildeotempo

de parada

34

Protocolos com Revezamento

Protocolos MAC com particionamento de canalo compartilham o canal eficientemente quando a carga eacute alta e bem distribuiacuteda

o ineficiente nas cargas baixas retardos elevados para acesso ao canal

Protocolos MAC de acesso aleatoacuterioo eficiente com cargas baixas um uacutenico noacute pode usar todo o canal

o cargas altas excesso de colisotildeesProtocolos MAC com revezamento

buscam o melhor dos dois mundos

18

35

Protocolos MAC com Revezamento

Consulta (Polling) noacute mestre ldquoconvidardquo

os escravos a transmitir um de cada vez

problemaso custo da consulta

(polling overhead)o latecircnciao falha do mestre

Passagem de permissatildeo Ficha de controle (token)

passada de um noacute para o proacuteximo sequumlencialmente

problemaso custo (sobrecarga) da fichao latecircnciao falhas ficha e noacutes

36

Protocolos de ReservaConsulta (polling) distribuiacuteda O tempo eacute dividido em compartimentos (ldquoslotsrdquo) comeccedila com N compartimentos de reserva curtos

o tempo do compartimento de reserva eacute igual ao atraso de propagaccedilatildeo fim-a-fim do canal

o estaccedilatildeo com mensagem a enviar faz uma reservao reserva eacute vista por todas as estaccedilotildees

depois dos compartimentos de reserva ocorre a transmissatildeo das mensagens ordenadas pelas reservas e pelas prioridades de transmissatildeo

reserva mensagens

19

37

Tecnologias de Rede Local Protocolos MAC usados em redes locais para controlar

acesso ao canal Aneacuteis de fichas IEEE 8025 (Token Ring da IBM) para sala

de computaccedilatildeo ou rede departamental ateacute 16Mbps FDDI (Fiber Distributed Data Interface) para rede de Campus ou Metropolitana ateacute 200 estaccedilotildees em 100Mbps

Ethernet emprega o protocolo CSMACD 10Mbps (IEEE 8023) Fast E-net (100Mbps) Gigabit E-net (1000 Mbps) de longe a tecnologia mais popular de rede local

38

Sumaacuterio de protocolos MAC O que se pode fazer com um meio compartilhado

o Particionamento do canal por tempo frequumlecircncia ou coacutedigobull TDMA FDMA CDMA WDMA (wave division)

o Particionamento aleatoacuterio (dinacircmico) bull ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDdetecccedilatildeo de portadora faacutecil com algumas tecnologias (cabos) difiacutecil com outras (sem fio)

bull CSMACD usada na Ethernetbull CSMACA usada nas redes 80211

o Revezamentobull consulta por um noacute central passagem de ficha de permissatildeo

Para sateacutelites eacute difiacutecil detectar se o canal ascendente estaacuteocupado (retardos de 270ms) ALOHA FDM TDM CDMA

20

39

Tecnologias de LANCamada de enlace ateacute agora

o serviccedilos detecccedilatildeo de erroscorreccedilatildeo acesso muacuteltiplo

A seguir tecnologias de redes locais (LAN)o endereccedilamentoo Etherneto hubs pontes switcheso PPP

40

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Endereccedilamento na camada de enlace

55 Ethernet

56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)

57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de

enlace ATM e MPLS

21

41

Endereccedilos Fiacutesicos e ARP

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 MAC (ou de LAN fiacutesico Ethernet) usado para levar o datagrama de uma interface a

outra fisicamente conectada (isto eacute na mesma rede)

Endereccedilos MAC com 48 bits (na maioria das LANs) satildeo gravados na memoacuteria fixa (ROM) do adaptador

42

Cada adaptador numa LAN tem um endereccedilo de LAN uacutenico

End de Broadcast =FF-FF-FF-FF-FF-FF

= adaptador

1A-2F-BB-76-09-AD

58-23-D7-FA-20-B0

0C-C4-11-6F-E3-98

71-65-F7-2B-08-53

LAN(wired orwireless)

Endereccedilos Fiacutesicos e ARP

22

43

A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEE

O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (24 bits) para assegurar a unicidade

Analogia

(a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do CPF

(b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal

endereccedilamento MAC eacute plano (sem estrutura) =gt portabilidade

o eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra sem reconfiguraccedilatildeo do endereccedilo MAC

endereccedilamento IP eacute ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevel

o depende da rede na qual se estaacute ligado

Endereccedilos Fiacutesicos e ARP

44

Envio de um pacote de Argon para Neon

Fonte Liebeherr amp El Zarki 2004httpwwwcsvirginiaedu~itlabbookslidesindexhtml

23

45

DNS The IP address of

ldquoneontcpip-labedurdquo is

1281437121

ARP What is the MAC

address of 1281431371

DNS What is the IP address

of ldquoneontcpip-labedurdquoARP The MAC address of

1281431371 is 00e0f923a820

1281437121 is not on my local network

Therefore I need to send the packet to my

default gateway with address 1281431371

frame

1281437121 is on my local network

Therefore I can send the packet directly

ARP The MAC address of

1281431371 is 0020af039828

ARP What is the MAC

address of 1281437121

frame

46

Protocolo ARP O noacute A quer enviar pacote para o noacute B na mesma rede local A verifica se sua tabela ARP conteacutem o endereccedilo IP de B Se o end de natildeo estiver na Tabela ARP o moacutedulo ARP de A difunde um pacote ARP de consulta contendo o endereccedilo IP de Bo TODOS os noacutes na rede local recebem o pacote ARP

O noacute B responde ao noacute A com pacote ARP unicast informando seu proacuteprio endereccedilo MAC

A armazena o par endereccedilo IP-MAC em sua tabela ARP ateacuteque a informaccedilatildeo se torne obsoletao soft-state informaccedilatildeo que desaparece com o tempo se

natildeo for re-atualizada ARP eacute ldquoplug-and-playrdquo

o noacutes criam as suas tabelas ARP sem intervenccedilatildeo do administradorda rede

24

47

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Endereccedilamento na camada de enlace

55 Ethernet

56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)

57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de

enlace ATM e MPLS

48

Ethernet Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo

o Baratao Primeira tecnologia de LAN largamente usadao Mais simples e mais barata que LANs com token e ATMo Velocidade crescente 10 Mbps ndash 10 Gbps

Serviccedilo natildeo orientado a conexatildeo natildeo confiaacutevel

Esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf

25

49

Topologia em estrela

Barramento popular ateacute meados dos anos 90 Atualmente prevalece a topologia em estrela Conexatildeo hub ou switch

hub orswitch

50

Estrutura do Quadro Ethernet

Preacircmbulo 7 bytes com o padratildeo 10101010 seguidos por um byte com padratildeo o 10101011 usado para sincronizar os reloacutegios do receptor e do emissor

Endereccedilos 6 bytes quadro eacute recebido por todos os adaptadores e descartado se o endereccedilo do quadro natildeo coincide com o endereccedilo do adaptador

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

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

26

51

Codificaccedilatildeo Manchester Banda baacutesica transmissatildeo digital bits satildeo codificados usando

codificaccedilatildeo Manchester e transmitidos diretamente modificando a voltagem de sinal de corrente contiacutenua

Cada bit tem uma transiccedilatildeo Permite que os reloacutegios (clocks) nos noacutes emissor e receptor

mantenham-se sincronizadoso Natildeo eacute necessaacuterio um reloacutegio centralizado global para todos os noacutes

Aspecto da camada fiacutesica

52

Ethernet usa CSMACDA escutar canal se canal em silecircncio por determinado tempo (96 BTT)

entatildeo transmitir e monitorar o canal Se detectada outra transmissatildeo entatildeo

abortar e enviar sinal de ldquojamrdquo (48 bits)atualizar nuacutemero de colisotildees esperar de acordo com o algoritmo de retardo exponencial (ldquoexponential backoffrdquo)

ir para A

senatildeo quadro transmitido zerar contador de colisotildees

senatildeo esperar ateacute terminar a transmissatildeo em curso ir para A

27

53

Sinal de ldquoJamrdquo garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo (48 bits)

Tempo de Bit (BTT) 01 micros para Ethernet de 10 Mbps para K=1023 tempo de espera eacute de aprox 50 msec

ldquoExponential Backoffrdquo Objetivo adaptar tentativas

de retransmissatildeo agrave carga atual estimada da redeo carga pesada espera aleatoacuteria

mais longa Esperar K 512 BTT primeira colisatildeo

escolher K entre 01 segunda colisatildeo

escolher K entre 0123 apoacutes 10 ou mais colisotildees

escolher K entre 01234hellip1023

Ethernet CSMACD (cont)

54

Ethernet - Eficiecircncia Eficiecircncia com traacutefego pesado e nuacutemero grande de noacutes

)5(1

1

trans

prop

t

tEficiecircncia

+

=

tprop = tempo maacuteximo de propagaccedilatildeo entre 2 noacutesttrans= tempo para transmitir um quadro de tamanho maacuteximo

Quando tprop tende a 0 a eficiecircncia tende a 1Quando ttrans tende a infinito a eficiecircncia tende a 1

Muito melhor que ALOHA e ainda descentralizado simples e barato

28

55

Tecnologias Ethernet 10Base2 10 10Mbps 2 comprimento maacuteximo do cabo de 200 metros (de

fato 185 metros) Utiliza cabo coaxial fino numa topologia em barramento

repetidores satildeo usados para conectar muacuteltiplos segmentos (ateacuteum maacuteximo de 4)

repetidor repete os bits que ele recebe numa interface para as suas outras interfaces atua somente na camada fiacutesica

pacotes transmitidosviajam nas duas direccedilotildees

conectorT terminador

adaptador

noacute noacute noacute noacute noacute

56

10BaseT e 100BaseT Taxas de 10 e 100 Mbps A de taxa 100 Mbps eacute chamada de ldquoFast Ethernetrdquo T significa ldquoTwisted Pairrdquo (par tranccedilado) Noacutes conectados a um concentrador (ldquohubrdquo) ldquotopologia em

estrelardquo

par tranccedilado

hub

29

57

10BaseT e 100BaseT (cont)

Distacircncia maacutexima do noacute ao hub 100 metros Hub pode desconectar da rede um adaptador que

natildeo paacutera de transmitir (ldquojabbering adapterrdquo) ndash10Base2 natildeo funcionariahellip

Hub pode coletar e monitorar informaccedilotildees e estatiacutesticas para apresentaccedilatildeo ao administradores da LAN

10BaseT usa codificaccedilatildeo Manchester 100BaseT usa 4B5B

(5 clocks para transmitir 4 bits)

58

HubsHubs satildeo essencialmente repetidores da camada fiacutesica

o bits vindos de um enlace vatildeo para todos os demais enlaceso hellip agrave mesma velocidadeo natildeo haacute armazenamento de quadros (buffering)o natildeo haacute CSMACD no hub adaptadores detectam as

colisotildeeso oferece funccedilotildees de gerecircncia de rede

twisted pair

hub

30

59

Gbit Ethernet (IEEE 8023z)

Usa formato do quadro Ethernet padratildeo Permite enlaces ponto-a-ponto (com switchs) e

canais de difusatildeo compartilhados (com hubs) Em modo compartilhado usa CSMACD

o para ser eficiente as distacircncias entre os noacutes devem ser curtas (poucos metros)

hubs chamados de Distribuidores com Buffers(ldquoBuffered Distributorsrdquo)

Full-Duplex em 1 Gbps para enlaces ponto-a-ponto 10 Gbps atualmente

60

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Endereccedilamento na camada de enlace

55 Ethernet

56 Interconexotildees distribuidores e comutadores (Hubs and switches)

57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de

enlace ATM e MPLS

31

61

Interconexatildeo de LANs

Por que natildeo somente 1 grande LAN o Limitaccedilatildeo de traacutefego

bull em uma uacutenica LAN todas as estaccedilotildees compartilham a largura de banda

o Limitaccedilatildeo de distacircnciabull 8023 especifica o comprimento maacuteximo do cabo

o Grande ldquodomiacutenio de colisatildeordquobull pode-se colidir com muitas estaccedilotildees

o Limitaccedilatildeo do nuacutemero de estaccedilotildeesbull passagem de ficha provoca atraso em cada estaccedilatildeo p ex

62

Hubs e Comutadores

Usados para estender redes locais cobertura geograacutefica nuacutemero de noacutes funcionalidade administrativa etc

Diferem entre si em respeito ao isolamento de domiacutenios de colisatildeoo camada em que operam

Diferentes de roteadoreso ldquoplug and playrdquoo natildeo fazem o roteamento oacutetimo de pacotes IP

32

63

Hubs Dispositivos de camada fiacutesica

o repetem os bits recebidos numa interface para as demais

Podem ser dispostos numa hierarquia (multi-tier hub desing)

64

Hubs (cont)

Vantagens de Hubso Dispositivos simples e baratoso Configuraccedilatildeo em muacuteltiplos niacuteveis provecirc degradaccedilatildeo paulatina porccedilotildees da rede local continuam a operar se um dos hubs parar de funcionar

o Estende a distacircncia maacutexima entre pares de noacutes

33

65

Hubs (cont)

Limitaccedilotildeeso Domiacutenio de colisatildeo uacutenico natildeo leva a aumento na vazatildeo maacuteximabull a vazatildeo no caso de muacuteltiplos niacuteveis eacute igual agrave de um uacutenico segmento

o As tecnologias Ethernet (10Base 10BaseT etc) estabelecem limites no nuacutemero de noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo distacircncia entre hospedeiros e numero maacuteximo de niacuteveis (tiers)

o Natildeo se pode misturar Ethernet 10BaseT e 100Base)

66

Comutador (Switch) Dispositivo da camada de enlace

o Armazena e reenvia quadros Etherneto Encaminha os quadros a partir dos respectivos endereccedilos MAC de destino

o Quando quer repassar um quadro para um segmento usa o CSMACD para acessar o segmento

Transparente o Hospedeiros natildeo sabem da presenccedila do switch

plug-and-play auto-aprendizadoo Natildeo precisam ser configurados

34

67

Repasse (forwarding)

bull Com se determina para que segmento de LAN se deve repassar um quadrobull Parece um problema de roteamento

hub hubhub

switch1

2 3

68

Auto-aprendizado

Comutador tem uma tabela de comutaccedilatildeo (switch table) Entrada na tabela de comutaccedilatildeo

o (Endereccedilo MAC Interface Selo do Tempo)o Entradas antigas descartadas

O comutador aprende que noacutes satildeo alcanccedilaacuteveis atraveacutes de suas interfaceso Quando um quadro eacute recebido ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do remetente segmento de LAN de chegada

35

69

Filtragem e RepasseQuando um quadro eacute recebido

indexar a tabela de comutaccedilatildeo usando o end MAC destinose entrada encontradaentatildeo se destino no segmento de onde o quadro foi recebidoentatildeo descartar o quadrosenatildeo repassar o quadro para a interface indicada (CSMACD)

senatildeo inundar

Repassar a todas as interfaces exceto agravequelapor onde chegou o quadro

70

Exemplo

Suponha que C envia quadro para D

Switch recebe o quadro de Co registra na tabela que C estaacute na interface 1o como D natildeo estaacute na tabela repassa o quadro para as

interfaces 2 e 3

quadro recebido por D

hub hub hub

switch

A

B CD

EF G H

I

end interface

ABEG

1123

12 3

36

71

Exemplo

Suponha que D responde para C

Switch recebe o quadro de Do registra na tabela que D estaacute na interface 2o como C estaacute na tabela repassa o quadro apenas para a

interface 1

quadro recebido por C

hub hub hub

switch

A

B CD

EF G H

I

end interface

ABEGC

11231

72

Comutador isolamento de traacutefego A instalaccedilatildeo de um comutador divide uma subrede

em vaacuterios segmentos de LAN

Comutador filtra os quadroso segmentos tornam-se diferentes domiacutenios de colisatildeo

hub hub hub

switch

collision domain collision domain

collisiondomain

37

73

Comutador acesso dedicado Comutadores com muitas

interfaces Hospedeiros tecircm conexatildeo

direta com o comutador Sem colisotildees full duplex

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

switch

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

74

Comutador hellip

Alguns comutadores implementam cut-througho o quadro eacute repassado sem esperar a montagem do quadro inteiro no buffer do comutador bull pequena reduccedilatildeo da latecircncia

Combinaccedilotildees de interfaces compartilhadasdedicadas de 101001000 Mbps

38

75

Rede institucional

hub hubhub

comutador

para a rede externa

roteador

subrede IP

servidor de correio-e

servidor web

76

Comutadores vs Roteadores ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa

o roteadores dispositivos da camada de rede (examinam cabeccedilalhos da camada de rede)

o comutadores dispositivos da camada de enlace roteadores mantecircm tabelas de rotas e implementam algoritmos

de roteamento comutadores mantecircm tabelas de filtragem implementam

filtragem

39

77

Comparaccedilatildeo Sumaacuteria

hubs routers switches

traffic isolation

no yes yes

plug amp play yes no yes

optimal routing

no yes no

cut through

yes no yes

78

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Endereccedilamento na camada de enlace

55 Ethernet

56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

40

79

Controle de Enlace Ponto-a-Ponto

Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil que um enlace broadcasto natildeo haacute Controle de Acesso ao Meioo natildeo haacute necessidade de endereccedilamento MAC expliacutecito

o ex enlace discado linha ISDN protocolos ponto-a-ponto populares para camada

de enlaceo PPP (point-to-point protocol)o HDLC High-level Data Link Control(A camada de enlace costumava ser considerada de alto niacutevel na pilha de protocolos)

80

Protocolo Ponto-a-Ponto (PPP)

PPP eacute muito popular usado em conexotildees discadas entre sistema domeacutestico e provedor em conexotildees SONETSDH etc

PPP eacute extremamente simples (o mais simples dos protocolos de enlace de dados) e muito otimizado

41

81

PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]

Enquadramento de pacotes encapsulamento do datagrama da camada de rede no quadro da camada de enlace

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

Muacuteltiplos protocolos da camada de rede (natildeo apenas o IP) ao mesmo tempoo capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeoo Campo lsquotipo de protocolorsquo como no IP

Muacuteltiplos tipos de enlace seriais paralelos siacutencronos assiacutencronos eleacutetricos oacutepticos

Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo) connection livenes detecta e informa falhas do enlace para a

camada de rede Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede as camadas de rede

comuni9cantes devem poder aprender ou configurar mutuamente seus endereccedilos de rede

Simplicidade

82

Nem tudo foi requerido do PPP

natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros natildeo haacute controle de fluxo aceita entregas fora de ordem (embora seja pouco

comum) natildeo haacute necessidade de suportar enlaces multiponto

(ex polling)o HDLC os permite

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

42

83

PPP Formato do Quadro 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)

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

erros

endereccedilocontrole

tamanhovariaacutevelou ou

CRC

84

Byte Stuffing Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de

dados deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt01111110gt

Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte extra com o padratildeo lt 01111101gt (escape) antes de cada byte de dados lt 01111110gt

Receptoro dois bytes 01111101 seguidos descarta o primeiro e continua a recepccedilatildeo de dados

o um byte 01111110 flag Em enlaces siacutencronos orientados a bit usa-se bit

stuffing o depois de uma sequumlecircncia de 5 bits lsquo1rsquo o transmissor insere

um bit lsquo0rsquo

43

85

Byte Stuffing

byte como padratildeodo flag nosdados a enviar

byte com o padratildeo de flag seguido do byte inserido

86

PPP Protocolo de Controle de Enlace (LCP) e Controle de RedeAntes de trocar dados da camada

de rede os parceiros da camada de enlace devem

configurar o enlace PPP (PPP-LCP) (tamanho maacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo)

aprenderconfigurar informaccedilotildees da camada de redeo para o IP mensagens do

Protocolo de Controle IP (IPCP) para configurar aprender os endereccedilos IP

44

87

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Endereccedilamento na camada de enlace

55 Ethernet

56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)

57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

88

ATM e MPLS

ATM MPLS redes com arquiteturas proacutepriaso modelos de serviccedilo endereccedilamento e roteamento diferentes dos da Internet

Vistos pela Internet como enlaces loacutegicos conectando roteadores IPo assim como um enlace discado eacute parte de uma rede separada (a rede de telefonia)

ATM MPLS de interesse teacutecnico por si mesmas

45

89

Padratildeo dos anos 199000 para a arquitetura de alta velocidade (155 622Mbps hellip) da BroadbandIntegrated Service Digital Network (B-ISDN)

Objetivo transporte integrado fim-a-fim de voz viacutedeo e dadoso deve atender aos requisitos de tempoQoS para aplicaccedilotildees de voz e de viacutedeo (versus o serviccedilo de melhor esforccedilo da Internet)

o telefonia de ldquoproacutexima geraccedilatildeordquo fundamentos teacutecnicos no mundo da telefonia

o comutaccedilatildeo de pacotes (pacotes de tamanho fixo chamados ldquoceacutelulasrdquo) usando circuitos virtuais

ATM Modo de Transferecircncia Assiacutencrono

90

Arquitetura ATM

camada de adaptaccedilatildeo apenas na borda de uma rede ATM

o grosseiramente anaacuteloga agrave camada de transporte da Interneto ldquoadaptardquo camadas superiores (aplicaccedilotildees IP ou nativas ATM)

para a camada ATM abaixo camada ATM camada de ldquorederdquo

o comutaccedilatildeo de ceacutelulas roteamento camada fiacutesica

46

91

ATM camada de rede ou de enlaceVisatildeo transporte fim-a-fim

ldquoATM de computador a computadorrdquoo ATM eacute uma tecnologia

de rede

Realidade usada para conectar roteadores IP de backboneo ldquoIP sobre ATMrdquoo ATM como uma camada

de enlace comutada conectando roteadores IP

Rede ATM

rede IP

92

Camada ATMServiccedilo transporte de ceacutelulas atraveacutes da rede ATM

o anaacuteloga agrave camada de rede IPo Serviccedilos muito diferentes da camada de rede IP

Arquitetura

de Rede

Internet

ATM

ATM

ATM

ATM

Modelo

de Serviccedilo

melhor

esforccedilo

CBR

VBR

ABR

UBR

Banda

natildeo

taxa

constante

taxa

garantida

miacutenimo

garantido

natildeo

Perda

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Ordem

natildeo

sim

sim

sim

sim

Tempo

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Aviso de

Congestatildeo

natildeo (inferido

pelas perdas)

natildeo haacute

congestatildeo

natildeo haacute

congestatildeo

sim

natildeo

Garantias

47

93

Camada ATM Circuitos Virtuais Transporte em CV ceacutelulas (53 bytes) satildeo transportadas sobre CV

da fonte ao destinoo estabelecimento de conexatildeo necessaacuterio antes que o fluxo de dados

possa ser iniciadoo cada pacote transporta um identificador de CV (natildeo transporta o

endereccedilo do destino)o cada comutador no caminho entre a fonte e o destino manteacutem o

ldquoestadordquo para cada conexatildeo passanteo recursos do enlace e do comutador (banda passante buffers) podem

ser alocados aoCV para obter um comportamento semelhante ao de um circuito fiacutesico

CVs Permanentes (PVC)o conexotildees de longa duraccedilatildeo o tipicamente rota ldquopermanenterdquo entre roteadores IP

CVs Comutados (SVC)o conexotildees de curta duraccedilatildeoo dinamicamente criados com base nas chamadas

94

CVs ATM

Vantagens do uso de circuitos virtuais no ATMo Consegue garantir niacuteveis de QoS para conexotildees mapeadas em circuitos virtuais (banda passante atraso variacircncia de atraso)

Problemas no uso de circuitos virtuaiso O traacutefego de datagramas eacute ineficienteo um PVC entre cada par origemdestino natildeo eacuteescalaacutevel (N2 conexotildees satildeo necessaacuterias)

o SVC introduz latecircncia de estabelecimento de conexatildeo e atrasos de processamento para conexotildees de curta duraccedilatildeo

48

95

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

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

Cabeccedilalhoda ceacutelula

Formato daceacutelula

96

Camada ATM Cabeccedilalho da ceacutelula ATM

VCI identificador de canal virtual

o pode mudar de enlace para enlace atraveacutes da rede

PT Tipo de payload (carga)o Ex ceacutelula de gerenciamento versus ceacutelula de dados

CLP bit de Prioridade de Perda de Ceacutelula (Cell Loss Priority)

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

HEC Verificaccedilatildeo de Erros no Cabeccedilalho

o verificaccedilatildeo ciacuteclica de erros

49

97

Camada Fiacutesica ATM Compotildee-se de duas partes (subcamadas) Transmission Convergence Sublayer - TCS adapta a

camada ATM acima agrave subcamada fiacutesica abaixo (PMD Physical Medium Dependent Sublayer- PMD depende

do tipo de meio fiacutesico sendo empregado

98

IP-sobre-ATMApenas IP Claacutessico 3 ldquoredesrdquo (ex

segmentos de LAN) endereccedilos MAC

(8023) e IP

IP sobre ATM substitui ldquorederdquo (ex

segmento de LAN) por rede ATM

endereccedilos ATM endereccedilos IP

redeATM

EthernetLANs

EthernetLANs

50

99

IP-sobre-ATM

AALATMphyphy

Eth

IP

ATMphy

ATMphy

apptranspIPAALATMphy

apptranspIPEthphy

100

Viagem de um Datagrama numa Rede IP-sobre-ATM Hospedeiro de Origem

o Camada IP encontra um mapeamento entre o endereccedilo IP e o endereccedilo de destino ATM (usando ATM-ARP)

o passa o datagrama para a camada de adaptaccedilatildeo AAL5o AAL5 encapsula os dados (datagrama) segmenta em ceacutelulas e

passa para a camada ATM Rede ATM move a ceacutelula para o destino de comutador a

comutador de acordo com o seu CV (circuito virtual) Hospedeiro de Destino

o AAL5 remonta o datagrama original a partir das ceacutelulas recebidas

o se o CRC OK datagrama eacute passado ao IP

51

101

IP-sobre-ATM

datagramas IP emPDUs ATM AAL5

de endereccedilos IP paraendereccedilos ATMo como de endereccedilos IP paraendereccedilos MAC 8023

RedeATM

LANsEthernet

102

Multiprotocol label switching (MPLS)

Objetivo inicial acelerar o repasse de datagramas IP usando um roacutetulo de tamanho fixoo usa ideacuteias da abordagem de Circuitos Virtuais

PPP or Ethernet

headerIP header remainder of link-layer frameMPLS header

label Exp S TTL

20 3 1 8

52

103

Roteadores habilitados para MPLS

Roteadores de chaveamento de roacutetulos (label-switchedrouter)

Repassa pacotes para as interfaces de saiacuteda baseado apenas no valor do roacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP)o tabela de repasse o MPLS diferente da tabela de repasse IP

Necessaacuterio um protocolo de sinalizaccedilatildeoo RSVP-TEo Repasse possiacutevel atraveacutes de caminhos que o IP sozinho natildeo

permitiria (pex roteamento especifico para fonte - source-specific routing)

o MPLS pode ser usado para engenharia de traacutefego Deve coexistir com roteadores que entendem apenas

IP

104

R1R2

D

R3R4R5

0

1

00

A

R6

in out out

label label dest interface

6 - A 0

in out out

label label dest interface

10 6 A 1

12 9 D 0

in out out

label label dest interface

10 A 0

12 D 0

1

in out out

label label dest interface

8 6 A 0

0

8 A 1

Tabelas de repasse MPLS

53

105

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Endereccedilamento na camada de enlace

55 Ethernet

56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)

57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de

enlace ATM e MPLS

12

23

FDMA acesso muacuteltiplo por divisatildeo de frequumlecircncia o espectro 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 134 tecircm pacotes as bandas

de frequumlecircncia 256 ficam vazias

band

asde

fre

quumlecircn

cia tempo

Particionamento de Canal FDMA

mesmos problemas de eficiecircncia do TDM

24

Protocolos de Acesso Aleatoacuterio

Quando o noacute tem um pacote a enviaro transmite aleatoriamente agrave taxa do canal (R bps)o natildeo haacute coordenaccedilatildeo a priori entre os noacutes

dois ou mais noacutes transmitindo -gt ldquocolisatildeordquo Protocolo MAC de acesso aleatoacuterio especifica

o como detectar colisotildeeso como as estaccedilotildees se recuperam das colisotildees (ex via

retransmissotildees)

Exemplos de protocolos MAC de acesso aleatoacuterioo slotted ALOHAo ALOHAo CSMA e CSMACD

13

25

Slotted AlohaO tempo eacute dividido em compartimentos (slots) de tamanho igual (= tempo de transmissatildeo de um quadro)

Um noacute com quadro pronto transmite no iniacutecio do proacuteximo compartimento

Se houver colisatildeo (realimentaccedilatildeo pelo canal) o retransmitir o quadro nos compartimentos posteriores com probabilidade p ateacute obter sucesso

26

Slotted ALOHA

Pro Se apenas um noacute estiver ativo

pode transmitir continuamente agrave taxa do canal

Bastante descentralizado apenas os slots dos noacutes precisam ser sincronizados

simples

Contra Colisotildees desperdiacutecio de

slots Slots ociosos Os noacutes podem ser capazes

de detectar uma transmissatildeo em menos tempo do que o necessaacuterio para enviar um pacote

Sincronizaccedilatildeo de reloacutegios

14

27

Eficiecircncia do Slotted Aloha

Supondo N noacutes com muitos quadros a enviar cada um transmite em um slot com probabilidade p

prob de que um noacuteespeciacutefico tenha sucesso em um slot = p(1-p)N-1

prob de um noacute qualquer ter sucesso = Np(1-p)N-1

Para eficiecircncia maacutexima o N noacutes ativos

encontrar p que maximize N p(1- p)N-1

o muitos noacutes fazer o limite de Np(1-p)N-1 para N tendendo a infinito resulta em 1e = 037

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

Na melhor das hipoacuteteseso canal eacute usado para transmissotildees uacuteteis37 do tempo

28

ALOHA Puro (sem slots) Aloha puro operaccedilatildeo mais simples pois natildeo requer slots

(e nem a sincronizaccedilatildeo dos mesmos) quadro pronto transmitir imediatamente a probabilidade de colisatildeo aumenta

o pacote enviado em t0 colide com outros pacotes enviados em [t0-1 t0+1] (2 vezes o tamanho da janela do ALOHA com slots)

15

29

Eficiecircncia do Aloha PuroP( successo para um dado noacute) =

P(noacute transmitir) P(nenhum outro noacute transmiteem [t0-1t0] P(nenhum outro noacute transmiteem [t0t0+1]

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

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

hellip escolhendo p oacutetimo e fazendo N -gt infinito

= 1(2e) = 018

Ainda pior

30

CSMA Carrier Sense Multiple Access

CSMA escuta antes de transmitir Se o canal parece vazio transmite o quadro Se o canal estaacute ocupado adia a transmissatildeo

o CSMA Persistente tenta outra vez imediatamente com probabilidade p quando o canal se torna livre CSMA Natildeo-persistente tenta novamente apoacutes um intervalo aleatoacuterio

Analogia humana natildeo interrompa os outros Desta forma o problema das colisotildees fica resolvido

16

31

Colisotildees no CSMA

colisotildees podem ocorrero atraso de propagaccedilatildeo faz com que dois noacutes possam natildeo ouvir as transmissotildees do outro

colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo do pacote eacute desperdiccedilado

arranjo espacial dos noacutes

notapapel da distacircncia e do atraso de propagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo (janela de vulnerabilidade = retardo ida e volta entre os dois noacutes envolvidos)

espaccedilo

tem

po

32

CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisatildeo)

CSMACDo colisotildees detectadas num tempo curtoo transmissotildees com colisotildees satildeo interrompidas reduzindo o

desperdiacutecio do canal o retransmissotildees persistentes ou natildeo-persistentes

detecccedilatildeo de colisatildeoo faacutecil em LANs cabeadas mediccedilatildeo da intensidade do sinal ou

comparaccedilatildeo dos sinais transmitidos e recebidoso difiacutecil em LANs sem fio receptor desligado enquanto

transmitindo para evitar danificaacute-lo com excesso de potecircncia CSMACD pode conseguir utilizaccedilatildeo do canal perto de 100 em

redes locais (se tiver baixa razatildeo entre tempo de propagaccedilatildeo e tempo de transmissatildeo do pacote)

analogia humana interlocutor educado

17

33

CSMACD detecccedilatildeo de colisatildeoespaccedilo

tempo

detecccedilatildeo de colisatildeotempo

de parada

34

Protocolos com Revezamento

Protocolos MAC com particionamento de canalo compartilham o canal eficientemente quando a carga eacute alta e bem distribuiacuteda

o ineficiente nas cargas baixas retardos elevados para acesso ao canal

Protocolos MAC de acesso aleatoacuterioo eficiente com cargas baixas um uacutenico noacute pode usar todo o canal

o cargas altas excesso de colisotildeesProtocolos MAC com revezamento

buscam o melhor dos dois mundos

18

35

Protocolos MAC com Revezamento

Consulta (Polling) noacute mestre ldquoconvidardquo

os escravos a transmitir um de cada vez

problemaso custo da consulta

(polling overhead)o latecircnciao falha do mestre

Passagem de permissatildeo Ficha de controle (token)

passada de um noacute para o proacuteximo sequumlencialmente

problemaso custo (sobrecarga) da fichao latecircnciao falhas ficha e noacutes

36

Protocolos de ReservaConsulta (polling) distribuiacuteda O tempo eacute dividido em compartimentos (ldquoslotsrdquo) comeccedila com N compartimentos de reserva curtos

o tempo do compartimento de reserva eacute igual ao atraso de propagaccedilatildeo fim-a-fim do canal

o estaccedilatildeo com mensagem a enviar faz uma reservao reserva eacute vista por todas as estaccedilotildees

depois dos compartimentos de reserva ocorre a transmissatildeo das mensagens ordenadas pelas reservas e pelas prioridades de transmissatildeo

reserva mensagens

19

37

Tecnologias de Rede Local Protocolos MAC usados em redes locais para controlar

acesso ao canal Aneacuteis de fichas IEEE 8025 (Token Ring da IBM) para sala

de computaccedilatildeo ou rede departamental ateacute 16Mbps FDDI (Fiber Distributed Data Interface) para rede de Campus ou Metropolitana ateacute 200 estaccedilotildees em 100Mbps

Ethernet emprega o protocolo CSMACD 10Mbps (IEEE 8023) Fast E-net (100Mbps) Gigabit E-net (1000 Mbps) de longe a tecnologia mais popular de rede local

38

Sumaacuterio de protocolos MAC O que se pode fazer com um meio compartilhado

o Particionamento do canal por tempo frequumlecircncia ou coacutedigobull TDMA FDMA CDMA WDMA (wave division)

o Particionamento aleatoacuterio (dinacircmico) bull ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDdetecccedilatildeo de portadora faacutecil com algumas tecnologias (cabos) difiacutecil com outras (sem fio)

bull CSMACD usada na Ethernetbull CSMACA usada nas redes 80211

o Revezamentobull consulta por um noacute central passagem de ficha de permissatildeo

Para sateacutelites eacute difiacutecil detectar se o canal ascendente estaacuteocupado (retardos de 270ms) ALOHA FDM TDM CDMA

20

39

Tecnologias de LANCamada de enlace ateacute agora

o serviccedilos detecccedilatildeo de erroscorreccedilatildeo acesso muacuteltiplo

A seguir tecnologias de redes locais (LAN)o endereccedilamentoo Etherneto hubs pontes switcheso PPP

40

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Endereccedilamento na camada de enlace

55 Ethernet

56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)

57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de

enlace ATM e MPLS

21

41

Endereccedilos Fiacutesicos e ARP

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 MAC (ou de LAN fiacutesico Ethernet) usado para levar o datagrama de uma interface a

outra fisicamente conectada (isto eacute na mesma rede)

Endereccedilos MAC com 48 bits (na maioria das LANs) satildeo gravados na memoacuteria fixa (ROM) do adaptador

42

Cada adaptador numa LAN tem um endereccedilo de LAN uacutenico

End de Broadcast =FF-FF-FF-FF-FF-FF

= adaptador

1A-2F-BB-76-09-AD

58-23-D7-FA-20-B0

0C-C4-11-6F-E3-98

71-65-F7-2B-08-53

LAN(wired orwireless)

Endereccedilos Fiacutesicos e ARP

22

43

A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEE

O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (24 bits) para assegurar a unicidade

Analogia

(a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do CPF

(b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal

endereccedilamento MAC eacute plano (sem estrutura) =gt portabilidade

o eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra sem reconfiguraccedilatildeo do endereccedilo MAC

endereccedilamento IP eacute ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevel

o depende da rede na qual se estaacute ligado

Endereccedilos Fiacutesicos e ARP

44

Envio de um pacote de Argon para Neon

Fonte Liebeherr amp El Zarki 2004httpwwwcsvirginiaedu~itlabbookslidesindexhtml

23

45

DNS The IP address of

ldquoneontcpip-labedurdquo is

1281437121

ARP What is the MAC

address of 1281431371

DNS What is the IP address

of ldquoneontcpip-labedurdquoARP The MAC address of

1281431371 is 00e0f923a820

1281437121 is not on my local network

Therefore I need to send the packet to my

default gateway with address 1281431371

frame

1281437121 is on my local network

Therefore I can send the packet directly

ARP The MAC address of

1281431371 is 0020af039828

ARP What is the MAC

address of 1281437121

frame

46

Protocolo ARP O noacute A quer enviar pacote para o noacute B na mesma rede local A verifica se sua tabela ARP conteacutem o endereccedilo IP de B Se o end de natildeo estiver na Tabela ARP o moacutedulo ARP de A difunde um pacote ARP de consulta contendo o endereccedilo IP de Bo TODOS os noacutes na rede local recebem o pacote ARP

O noacute B responde ao noacute A com pacote ARP unicast informando seu proacuteprio endereccedilo MAC

A armazena o par endereccedilo IP-MAC em sua tabela ARP ateacuteque a informaccedilatildeo se torne obsoletao soft-state informaccedilatildeo que desaparece com o tempo se

natildeo for re-atualizada ARP eacute ldquoplug-and-playrdquo

o noacutes criam as suas tabelas ARP sem intervenccedilatildeo do administradorda rede

24

47

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Endereccedilamento na camada de enlace

55 Ethernet

56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)

57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de

enlace ATM e MPLS

48

Ethernet Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo

o Baratao Primeira tecnologia de LAN largamente usadao Mais simples e mais barata que LANs com token e ATMo Velocidade crescente 10 Mbps ndash 10 Gbps

Serviccedilo natildeo orientado a conexatildeo natildeo confiaacutevel

Esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf

25

49

Topologia em estrela

Barramento popular ateacute meados dos anos 90 Atualmente prevalece a topologia em estrela Conexatildeo hub ou switch

hub orswitch

50

Estrutura do Quadro Ethernet

Preacircmbulo 7 bytes com o padratildeo 10101010 seguidos por um byte com padratildeo o 10101011 usado para sincronizar os reloacutegios do receptor e do emissor

Endereccedilos 6 bytes quadro eacute recebido por todos os adaptadores e descartado se o endereccedilo do quadro natildeo coincide com o endereccedilo do adaptador

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

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

26

51

Codificaccedilatildeo Manchester Banda baacutesica transmissatildeo digital bits satildeo codificados usando

codificaccedilatildeo Manchester e transmitidos diretamente modificando a voltagem de sinal de corrente contiacutenua

Cada bit tem uma transiccedilatildeo Permite que os reloacutegios (clocks) nos noacutes emissor e receptor

mantenham-se sincronizadoso Natildeo eacute necessaacuterio um reloacutegio centralizado global para todos os noacutes

Aspecto da camada fiacutesica

52

Ethernet usa CSMACDA escutar canal se canal em silecircncio por determinado tempo (96 BTT)

entatildeo transmitir e monitorar o canal Se detectada outra transmissatildeo entatildeo

abortar e enviar sinal de ldquojamrdquo (48 bits)atualizar nuacutemero de colisotildees esperar de acordo com o algoritmo de retardo exponencial (ldquoexponential backoffrdquo)

ir para A

senatildeo quadro transmitido zerar contador de colisotildees

senatildeo esperar ateacute terminar a transmissatildeo em curso ir para A

27

53

Sinal de ldquoJamrdquo garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo (48 bits)

Tempo de Bit (BTT) 01 micros para Ethernet de 10 Mbps para K=1023 tempo de espera eacute de aprox 50 msec

ldquoExponential Backoffrdquo Objetivo adaptar tentativas

de retransmissatildeo agrave carga atual estimada da redeo carga pesada espera aleatoacuteria

mais longa Esperar K 512 BTT primeira colisatildeo

escolher K entre 01 segunda colisatildeo

escolher K entre 0123 apoacutes 10 ou mais colisotildees

escolher K entre 01234hellip1023

Ethernet CSMACD (cont)

54

Ethernet - Eficiecircncia Eficiecircncia com traacutefego pesado e nuacutemero grande de noacutes

)5(1

1

trans

prop

t

tEficiecircncia

+

=

tprop = tempo maacuteximo de propagaccedilatildeo entre 2 noacutesttrans= tempo para transmitir um quadro de tamanho maacuteximo

Quando tprop tende a 0 a eficiecircncia tende a 1Quando ttrans tende a infinito a eficiecircncia tende a 1

Muito melhor que ALOHA e ainda descentralizado simples e barato

28

55

Tecnologias Ethernet 10Base2 10 10Mbps 2 comprimento maacuteximo do cabo de 200 metros (de

fato 185 metros) Utiliza cabo coaxial fino numa topologia em barramento

repetidores satildeo usados para conectar muacuteltiplos segmentos (ateacuteum maacuteximo de 4)

repetidor repete os bits que ele recebe numa interface para as suas outras interfaces atua somente na camada fiacutesica

pacotes transmitidosviajam nas duas direccedilotildees

conectorT terminador

adaptador

noacute noacute noacute noacute noacute

56

10BaseT e 100BaseT Taxas de 10 e 100 Mbps A de taxa 100 Mbps eacute chamada de ldquoFast Ethernetrdquo T significa ldquoTwisted Pairrdquo (par tranccedilado) Noacutes conectados a um concentrador (ldquohubrdquo) ldquotopologia em

estrelardquo

par tranccedilado

hub

29

57

10BaseT e 100BaseT (cont)

Distacircncia maacutexima do noacute ao hub 100 metros Hub pode desconectar da rede um adaptador que

natildeo paacutera de transmitir (ldquojabbering adapterrdquo) ndash10Base2 natildeo funcionariahellip

Hub pode coletar e monitorar informaccedilotildees e estatiacutesticas para apresentaccedilatildeo ao administradores da LAN

10BaseT usa codificaccedilatildeo Manchester 100BaseT usa 4B5B

(5 clocks para transmitir 4 bits)

58

HubsHubs satildeo essencialmente repetidores da camada fiacutesica

o bits vindos de um enlace vatildeo para todos os demais enlaceso hellip agrave mesma velocidadeo natildeo haacute armazenamento de quadros (buffering)o natildeo haacute CSMACD no hub adaptadores detectam as

colisotildeeso oferece funccedilotildees de gerecircncia de rede

twisted pair

hub

30

59

Gbit Ethernet (IEEE 8023z)

Usa formato do quadro Ethernet padratildeo Permite enlaces ponto-a-ponto (com switchs) e

canais de difusatildeo compartilhados (com hubs) Em modo compartilhado usa CSMACD

o para ser eficiente as distacircncias entre os noacutes devem ser curtas (poucos metros)

hubs chamados de Distribuidores com Buffers(ldquoBuffered Distributorsrdquo)

Full-Duplex em 1 Gbps para enlaces ponto-a-ponto 10 Gbps atualmente

60

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Endereccedilamento na camada de enlace

55 Ethernet

56 Interconexotildees distribuidores e comutadores (Hubs and switches)

57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de

enlace ATM e MPLS

31

61

Interconexatildeo de LANs

Por que natildeo somente 1 grande LAN o Limitaccedilatildeo de traacutefego

bull em uma uacutenica LAN todas as estaccedilotildees compartilham a largura de banda

o Limitaccedilatildeo de distacircnciabull 8023 especifica o comprimento maacuteximo do cabo

o Grande ldquodomiacutenio de colisatildeordquobull pode-se colidir com muitas estaccedilotildees

o Limitaccedilatildeo do nuacutemero de estaccedilotildeesbull passagem de ficha provoca atraso em cada estaccedilatildeo p ex

62

Hubs e Comutadores

Usados para estender redes locais cobertura geograacutefica nuacutemero de noacutes funcionalidade administrativa etc

Diferem entre si em respeito ao isolamento de domiacutenios de colisatildeoo camada em que operam

Diferentes de roteadoreso ldquoplug and playrdquoo natildeo fazem o roteamento oacutetimo de pacotes IP

32

63

Hubs Dispositivos de camada fiacutesica

o repetem os bits recebidos numa interface para as demais

Podem ser dispostos numa hierarquia (multi-tier hub desing)

64

Hubs (cont)

Vantagens de Hubso Dispositivos simples e baratoso Configuraccedilatildeo em muacuteltiplos niacuteveis provecirc degradaccedilatildeo paulatina porccedilotildees da rede local continuam a operar se um dos hubs parar de funcionar

o Estende a distacircncia maacutexima entre pares de noacutes

33

65

Hubs (cont)

Limitaccedilotildeeso Domiacutenio de colisatildeo uacutenico natildeo leva a aumento na vazatildeo maacuteximabull a vazatildeo no caso de muacuteltiplos niacuteveis eacute igual agrave de um uacutenico segmento

o As tecnologias Ethernet (10Base 10BaseT etc) estabelecem limites no nuacutemero de noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo distacircncia entre hospedeiros e numero maacuteximo de niacuteveis (tiers)

o Natildeo se pode misturar Ethernet 10BaseT e 100Base)

66

Comutador (Switch) Dispositivo da camada de enlace

o Armazena e reenvia quadros Etherneto Encaminha os quadros a partir dos respectivos endereccedilos MAC de destino

o Quando quer repassar um quadro para um segmento usa o CSMACD para acessar o segmento

Transparente o Hospedeiros natildeo sabem da presenccedila do switch

plug-and-play auto-aprendizadoo Natildeo precisam ser configurados

34

67

Repasse (forwarding)

bull Com se determina para que segmento de LAN se deve repassar um quadrobull Parece um problema de roteamento

hub hubhub

switch1

2 3

68

Auto-aprendizado

Comutador tem uma tabela de comutaccedilatildeo (switch table) Entrada na tabela de comutaccedilatildeo

o (Endereccedilo MAC Interface Selo do Tempo)o Entradas antigas descartadas

O comutador aprende que noacutes satildeo alcanccedilaacuteveis atraveacutes de suas interfaceso Quando um quadro eacute recebido ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do remetente segmento de LAN de chegada

35

69

Filtragem e RepasseQuando um quadro eacute recebido

indexar a tabela de comutaccedilatildeo usando o end MAC destinose entrada encontradaentatildeo se destino no segmento de onde o quadro foi recebidoentatildeo descartar o quadrosenatildeo repassar o quadro para a interface indicada (CSMACD)

senatildeo inundar

Repassar a todas as interfaces exceto agravequelapor onde chegou o quadro

70

Exemplo

Suponha que C envia quadro para D

Switch recebe o quadro de Co registra na tabela que C estaacute na interface 1o como D natildeo estaacute na tabela repassa o quadro para as

interfaces 2 e 3

quadro recebido por D

hub hub hub

switch

A

B CD

EF G H

I

end interface

ABEG

1123

12 3

36

71

Exemplo

Suponha que D responde para C

Switch recebe o quadro de Do registra na tabela que D estaacute na interface 2o como C estaacute na tabela repassa o quadro apenas para a

interface 1

quadro recebido por C

hub hub hub

switch

A

B CD

EF G H

I

end interface

ABEGC

11231

72

Comutador isolamento de traacutefego A instalaccedilatildeo de um comutador divide uma subrede

em vaacuterios segmentos de LAN

Comutador filtra os quadroso segmentos tornam-se diferentes domiacutenios de colisatildeo

hub hub hub

switch

collision domain collision domain

collisiondomain

37

73

Comutador acesso dedicado Comutadores com muitas

interfaces Hospedeiros tecircm conexatildeo

direta com o comutador Sem colisotildees full duplex

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

switch

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

74

Comutador hellip

Alguns comutadores implementam cut-througho o quadro eacute repassado sem esperar a montagem do quadro inteiro no buffer do comutador bull pequena reduccedilatildeo da latecircncia

Combinaccedilotildees de interfaces compartilhadasdedicadas de 101001000 Mbps

38

75

Rede institucional

hub hubhub

comutador

para a rede externa

roteador

subrede IP

servidor de correio-e

servidor web

76

Comutadores vs Roteadores ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa

o roteadores dispositivos da camada de rede (examinam cabeccedilalhos da camada de rede)

o comutadores dispositivos da camada de enlace roteadores mantecircm tabelas de rotas e implementam algoritmos

de roteamento comutadores mantecircm tabelas de filtragem implementam

filtragem

39

77

Comparaccedilatildeo Sumaacuteria

hubs routers switches

traffic isolation

no yes yes

plug amp play yes no yes

optimal routing

no yes no

cut through

yes no yes

78

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Endereccedilamento na camada de enlace

55 Ethernet

56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

40

79

Controle de Enlace Ponto-a-Ponto

Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil que um enlace broadcasto natildeo haacute Controle de Acesso ao Meioo natildeo haacute necessidade de endereccedilamento MAC expliacutecito

o ex enlace discado linha ISDN protocolos ponto-a-ponto populares para camada

de enlaceo PPP (point-to-point protocol)o HDLC High-level Data Link Control(A camada de enlace costumava ser considerada de alto niacutevel na pilha de protocolos)

80

Protocolo Ponto-a-Ponto (PPP)

PPP eacute muito popular usado em conexotildees discadas entre sistema domeacutestico e provedor em conexotildees SONETSDH etc

PPP eacute extremamente simples (o mais simples dos protocolos de enlace de dados) e muito otimizado

41

81

PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]

Enquadramento de pacotes encapsulamento do datagrama da camada de rede no quadro da camada de enlace

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

Muacuteltiplos protocolos da camada de rede (natildeo apenas o IP) ao mesmo tempoo capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeoo Campo lsquotipo de protocolorsquo como no IP

Muacuteltiplos tipos de enlace seriais paralelos siacutencronos assiacutencronos eleacutetricos oacutepticos

Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo) connection livenes detecta e informa falhas do enlace para a

camada de rede Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede as camadas de rede

comuni9cantes devem poder aprender ou configurar mutuamente seus endereccedilos de rede

Simplicidade

82

Nem tudo foi requerido do PPP

natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros natildeo haacute controle de fluxo aceita entregas fora de ordem (embora seja pouco

comum) natildeo haacute necessidade de suportar enlaces multiponto

(ex polling)o HDLC os permite

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

42

83

PPP Formato do Quadro 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)

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

erros

endereccedilocontrole

tamanhovariaacutevelou ou

CRC

84

Byte Stuffing Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de

dados deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt01111110gt

Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte extra com o padratildeo lt 01111101gt (escape) antes de cada byte de dados lt 01111110gt

Receptoro dois bytes 01111101 seguidos descarta o primeiro e continua a recepccedilatildeo de dados

o um byte 01111110 flag Em enlaces siacutencronos orientados a bit usa-se bit

stuffing o depois de uma sequumlecircncia de 5 bits lsquo1rsquo o transmissor insere

um bit lsquo0rsquo

43

85

Byte Stuffing

byte como padratildeodo flag nosdados a enviar

byte com o padratildeo de flag seguido do byte inserido

86

PPP Protocolo de Controle de Enlace (LCP) e Controle de RedeAntes de trocar dados da camada

de rede os parceiros da camada de enlace devem

configurar o enlace PPP (PPP-LCP) (tamanho maacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo)

aprenderconfigurar informaccedilotildees da camada de redeo para o IP mensagens do

Protocolo de Controle IP (IPCP) para configurar aprender os endereccedilos IP

44

87

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Endereccedilamento na camada de enlace

55 Ethernet

56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)

57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

88

ATM e MPLS

ATM MPLS redes com arquiteturas proacutepriaso modelos de serviccedilo endereccedilamento e roteamento diferentes dos da Internet

Vistos pela Internet como enlaces loacutegicos conectando roteadores IPo assim como um enlace discado eacute parte de uma rede separada (a rede de telefonia)

ATM MPLS de interesse teacutecnico por si mesmas

45

89

Padratildeo dos anos 199000 para a arquitetura de alta velocidade (155 622Mbps hellip) da BroadbandIntegrated Service Digital Network (B-ISDN)

Objetivo transporte integrado fim-a-fim de voz viacutedeo e dadoso deve atender aos requisitos de tempoQoS para aplicaccedilotildees de voz e de viacutedeo (versus o serviccedilo de melhor esforccedilo da Internet)

o telefonia de ldquoproacutexima geraccedilatildeordquo fundamentos teacutecnicos no mundo da telefonia

o comutaccedilatildeo de pacotes (pacotes de tamanho fixo chamados ldquoceacutelulasrdquo) usando circuitos virtuais

ATM Modo de Transferecircncia Assiacutencrono

90

Arquitetura ATM

camada de adaptaccedilatildeo apenas na borda de uma rede ATM

o grosseiramente anaacuteloga agrave camada de transporte da Interneto ldquoadaptardquo camadas superiores (aplicaccedilotildees IP ou nativas ATM)

para a camada ATM abaixo camada ATM camada de ldquorederdquo

o comutaccedilatildeo de ceacutelulas roteamento camada fiacutesica

46

91

ATM camada de rede ou de enlaceVisatildeo transporte fim-a-fim

ldquoATM de computador a computadorrdquoo ATM eacute uma tecnologia

de rede

Realidade usada para conectar roteadores IP de backboneo ldquoIP sobre ATMrdquoo ATM como uma camada

de enlace comutada conectando roteadores IP

Rede ATM

rede IP

92

Camada ATMServiccedilo transporte de ceacutelulas atraveacutes da rede ATM

o anaacuteloga agrave camada de rede IPo Serviccedilos muito diferentes da camada de rede IP

Arquitetura

de Rede

Internet

ATM

ATM

ATM

ATM

Modelo

de Serviccedilo

melhor

esforccedilo

CBR

VBR

ABR

UBR

Banda

natildeo

taxa

constante

taxa

garantida

miacutenimo

garantido

natildeo

Perda

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Ordem

natildeo

sim

sim

sim

sim

Tempo

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Aviso de

Congestatildeo

natildeo (inferido

pelas perdas)

natildeo haacute

congestatildeo

natildeo haacute

congestatildeo

sim

natildeo

Garantias

47

93

Camada ATM Circuitos Virtuais Transporte em CV ceacutelulas (53 bytes) satildeo transportadas sobre CV

da fonte ao destinoo estabelecimento de conexatildeo necessaacuterio antes que o fluxo de dados

possa ser iniciadoo cada pacote transporta um identificador de CV (natildeo transporta o

endereccedilo do destino)o cada comutador no caminho entre a fonte e o destino manteacutem o

ldquoestadordquo para cada conexatildeo passanteo recursos do enlace e do comutador (banda passante buffers) podem

ser alocados aoCV para obter um comportamento semelhante ao de um circuito fiacutesico

CVs Permanentes (PVC)o conexotildees de longa duraccedilatildeo o tipicamente rota ldquopermanenterdquo entre roteadores IP

CVs Comutados (SVC)o conexotildees de curta duraccedilatildeoo dinamicamente criados com base nas chamadas

94

CVs ATM

Vantagens do uso de circuitos virtuais no ATMo Consegue garantir niacuteveis de QoS para conexotildees mapeadas em circuitos virtuais (banda passante atraso variacircncia de atraso)

Problemas no uso de circuitos virtuaiso O traacutefego de datagramas eacute ineficienteo um PVC entre cada par origemdestino natildeo eacuteescalaacutevel (N2 conexotildees satildeo necessaacuterias)

o SVC introduz latecircncia de estabelecimento de conexatildeo e atrasos de processamento para conexotildees de curta duraccedilatildeo

48

95

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

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

Cabeccedilalhoda ceacutelula

Formato daceacutelula

96

Camada ATM Cabeccedilalho da ceacutelula ATM

VCI identificador de canal virtual

o pode mudar de enlace para enlace atraveacutes da rede

PT Tipo de payload (carga)o Ex ceacutelula de gerenciamento versus ceacutelula de dados

CLP bit de Prioridade de Perda de Ceacutelula (Cell Loss Priority)

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

HEC Verificaccedilatildeo de Erros no Cabeccedilalho

o verificaccedilatildeo ciacuteclica de erros

49

97

Camada Fiacutesica ATM Compotildee-se de duas partes (subcamadas) Transmission Convergence Sublayer - TCS adapta a

camada ATM acima agrave subcamada fiacutesica abaixo (PMD Physical Medium Dependent Sublayer- PMD depende

do tipo de meio fiacutesico sendo empregado

98

IP-sobre-ATMApenas IP Claacutessico 3 ldquoredesrdquo (ex

segmentos de LAN) endereccedilos MAC

(8023) e IP

IP sobre ATM substitui ldquorederdquo (ex

segmento de LAN) por rede ATM

endereccedilos ATM endereccedilos IP

redeATM

EthernetLANs

EthernetLANs

50

99

IP-sobre-ATM

AALATMphyphy

Eth

IP

ATMphy

ATMphy

apptranspIPAALATMphy

apptranspIPEthphy

100

Viagem de um Datagrama numa Rede IP-sobre-ATM Hospedeiro de Origem

o Camada IP encontra um mapeamento entre o endereccedilo IP e o endereccedilo de destino ATM (usando ATM-ARP)

o passa o datagrama para a camada de adaptaccedilatildeo AAL5o AAL5 encapsula os dados (datagrama) segmenta em ceacutelulas e

passa para a camada ATM Rede ATM move a ceacutelula para o destino de comutador a

comutador de acordo com o seu CV (circuito virtual) Hospedeiro de Destino

o AAL5 remonta o datagrama original a partir das ceacutelulas recebidas

o se o CRC OK datagrama eacute passado ao IP

51

101

IP-sobre-ATM

datagramas IP emPDUs ATM AAL5

de endereccedilos IP paraendereccedilos ATMo como de endereccedilos IP paraendereccedilos MAC 8023

RedeATM

LANsEthernet

102

Multiprotocol label switching (MPLS)

Objetivo inicial acelerar o repasse de datagramas IP usando um roacutetulo de tamanho fixoo usa ideacuteias da abordagem de Circuitos Virtuais

PPP or Ethernet

headerIP header remainder of link-layer frameMPLS header

label Exp S TTL

20 3 1 8

52

103

Roteadores habilitados para MPLS

Roteadores de chaveamento de roacutetulos (label-switchedrouter)

Repassa pacotes para as interfaces de saiacuteda baseado apenas no valor do roacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP)o tabela de repasse o MPLS diferente da tabela de repasse IP

Necessaacuterio um protocolo de sinalizaccedilatildeoo RSVP-TEo Repasse possiacutevel atraveacutes de caminhos que o IP sozinho natildeo

permitiria (pex roteamento especifico para fonte - source-specific routing)

o MPLS pode ser usado para engenharia de traacutefego Deve coexistir com roteadores que entendem apenas

IP

104

R1R2

D

R3R4R5

0

1

00

A

R6

in out out

label label dest interface

6 - A 0

in out out

label label dest interface

10 6 A 1

12 9 D 0

in out out

label label dest interface

10 A 0

12 D 0

1

in out out

label label dest interface

8 6 A 0

0

8 A 1

Tabelas de repasse MPLS

53

105

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Endereccedilamento na camada de enlace

55 Ethernet

56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)

57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de

enlace ATM e MPLS

13

25

Slotted AlohaO tempo eacute dividido em compartimentos (slots) de tamanho igual (= tempo de transmissatildeo de um quadro)

Um noacute com quadro pronto transmite no iniacutecio do proacuteximo compartimento

Se houver colisatildeo (realimentaccedilatildeo pelo canal) o retransmitir o quadro nos compartimentos posteriores com probabilidade p ateacute obter sucesso

26

Slotted ALOHA

Pro Se apenas um noacute estiver ativo

pode transmitir continuamente agrave taxa do canal

Bastante descentralizado apenas os slots dos noacutes precisam ser sincronizados

simples

Contra Colisotildees desperdiacutecio de

slots Slots ociosos Os noacutes podem ser capazes

de detectar uma transmissatildeo em menos tempo do que o necessaacuterio para enviar um pacote

Sincronizaccedilatildeo de reloacutegios

14

27

Eficiecircncia do Slotted Aloha

Supondo N noacutes com muitos quadros a enviar cada um transmite em um slot com probabilidade p

prob de que um noacuteespeciacutefico tenha sucesso em um slot = p(1-p)N-1

prob de um noacute qualquer ter sucesso = Np(1-p)N-1

Para eficiecircncia maacutexima o N noacutes ativos

encontrar p que maximize N p(1- p)N-1

o muitos noacutes fazer o limite de Np(1-p)N-1 para N tendendo a infinito resulta em 1e = 037

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

Na melhor das hipoacuteteseso canal eacute usado para transmissotildees uacuteteis37 do tempo

28

ALOHA Puro (sem slots) Aloha puro operaccedilatildeo mais simples pois natildeo requer slots

(e nem a sincronizaccedilatildeo dos mesmos) quadro pronto transmitir imediatamente a probabilidade de colisatildeo aumenta

o pacote enviado em t0 colide com outros pacotes enviados em [t0-1 t0+1] (2 vezes o tamanho da janela do ALOHA com slots)

15

29

Eficiecircncia do Aloha PuroP( successo para um dado noacute) =

P(noacute transmitir) P(nenhum outro noacute transmiteem [t0-1t0] P(nenhum outro noacute transmiteem [t0t0+1]

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

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

hellip escolhendo p oacutetimo e fazendo N -gt infinito

= 1(2e) = 018

Ainda pior

30

CSMA Carrier Sense Multiple Access

CSMA escuta antes de transmitir Se o canal parece vazio transmite o quadro Se o canal estaacute ocupado adia a transmissatildeo

o CSMA Persistente tenta outra vez imediatamente com probabilidade p quando o canal se torna livre CSMA Natildeo-persistente tenta novamente apoacutes um intervalo aleatoacuterio

Analogia humana natildeo interrompa os outros Desta forma o problema das colisotildees fica resolvido

16

31

Colisotildees no CSMA

colisotildees podem ocorrero atraso de propagaccedilatildeo faz com que dois noacutes possam natildeo ouvir as transmissotildees do outro

colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo do pacote eacute desperdiccedilado

arranjo espacial dos noacutes

notapapel da distacircncia e do atraso de propagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo (janela de vulnerabilidade = retardo ida e volta entre os dois noacutes envolvidos)

espaccedilo

tem

po

32

CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisatildeo)

CSMACDo colisotildees detectadas num tempo curtoo transmissotildees com colisotildees satildeo interrompidas reduzindo o

desperdiacutecio do canal o retransmissotildees persistentes ou natildeo-persistentes

detecccedilatildeo de colisatildeoo faacutecil em LANs cabeadas mediccedilatildeo da intensidade do sinal ou

comparaccedilatildeo dos sinais transmitidos e recebidoso difiacutecil em LANs sem fio receptor desligado enquanto

transmitindo para evitar danificaacute-lo com excesso de potecircncia CSMACD pode conseguir utilizaccedilatildeo do canal perto de 100 em

redes locais (se tiver baixa razatildeo entre tempo de propagaccedilatildeo e tempo de transmissatildeo do pacote)

analogia humana interlocutor educado

17

33

CSMACD detecccedilatildeo de colisatildeoespaccedilo

tempo

detecccedilatildeo de colisatildeotempo

de parada

34

Protocolos com Revezamento

Protocolos MAC com particionamento de canalo compartilham o canal eficientemente quando a carga eacute alta e bem distribuiacuteda

o ineficiente nas cargas baixas retardos elevados para acesso ao canal

Protocolos MAC de acesso aleatoacuterioo eficiente com cargas baixas um uacutenico noacute pode usar todo o canal

o cargas altas excesso de colisotildeesProtocolos MAC com revezamento

buscam o melhor dos dois mundos

18

35

Protocolos MAC com Revezamento

Consulta (Polling) noacute mestre ldquoconvidardquo

os escravos a transmitir um de cada vez

problemaso custo da consulta

(polling overhead)o latecircnciao falha do mestre

Passagem de permissatildeo Ficha de controle (token)

passada de um noacute para o proacuteximo sequumlencialmente

problemaso custo (sobrecarga) da fichao latecircnciao falhas ficha e noacutes

36

Protocolos de ReservaConsulta (polling) distribuiacuteda O tempo eacute dividido em compartimentos (ldquoslotsrdquo) comeccedila com N compartimentos de reserva curtos

o tempo do compartimento de reserva eacute igual ao atraso de propagaccedilatildeo fim-a-fim do canal

o estaccedilatildeo com mensagem a enviar faz uma reservao reserva eacute vista por todas as estaccedilotildees

depois dos compartimentos de reserva ocorre a transmissatildeo das mensagens ordenadas pelas reservas e pelas prioridades de transmissatildeo

reserva mensagens

19

37

Tecnologias de Rede Local Protocolos MAC usados em redes locais para controlar

acesso ao canal Aneacuteis de fichas IEEE 8025 (Token Ring da IBM) para sala

de computaccedilatildeo ou rede departamental ateacute 16Mbps FDDI (Fiber Distributed Data Interface) para rede de Campus ou Metropolitana ateacute 200 estaccedilotildees em 100Mbps

Ethernet emprega o protocolo CSMACD 10Mbps (IEEE 8023) Fast E-net (100Mbps) Gigabit E-net (1000 Mbps) de longe a tecnologia mais popular de rede local

38

Sumaacuterio de protocolos MAC O que se pode fazer com um meio compartilhado

o Particionamento do canal por tempo frequumlecircncia ou coacutedigobull TDMA FDMA CDMA WDMA (wave division)

o Particionamento aleatoacuterio (dinacircmico) bull ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDdetecccedilatildeo de portadora faacutecil com algumas tecnologias (cabos) difiacutecil com outras (sem fio)

bull CSMACD usada na Ethernetbull CSMACA usada nas redes 80211

o Revezamentobull consulta por um noacute central passagem de ficha de permissatildeo

Para sateacutelites eacute difiacutecil detectar se o canal ascendente estaacuteocupado (retardos de 270ms) ALOHA FDM TDM CDMA

20

39

Tecnologias de LANCamada de enlace ateacute agora

o serviccedilos detecccedilatildeo de erroscorreccedilatildeo acesso muacuteltiplo

A seguir tecnologias de redes locais (LAN)o endereccedilamentoo Etherneto hubs pontes switcheso PPP

40

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Endereccedilamento na camada de enlace

55 Ethernet

56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)

57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de

enlace ATM e MPLS

21

41

Endereccedilos Fiacutesicos e ARP

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 MAC (ou de LAN fiacutesico Ethernet) usado para levar o datagrama de uma interface a

outra fisicamente conectada (isto eacute na mesma rede)

Endereccedilos MAC com 48 bits (na maioria das LANs) satildeo gravados na memoacuteria fixa (ROM) do adaptador

42

Cada adaptador numa LAN tem um endereccedilo de LAN uacutenico

End de Broadcast =FF-FF-FF-FF-FF-FF

= adaptador

1A-2F-BB-76-09-AD

58-23-D7-FA-20-B0

0C-C4-11-6F-E3-98

71-65-F7-2B-08-53

LAN(wired orwireless)

Endereccedilos Fiacutesicos e ARP

22

43

A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEE

O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (24 bits) para assegurar a unicidade

Analogia

(a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do CPF

(b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal

endereccedilamento MAC eacute plano (sem estrutura) =gt portabilidade

o eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra sem reconfiguraccedilatildeo do endereccedilo MAC

endereccedilamento IP eacute ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevel

o depende da rede na qual se estaacute ligado

Endereccedilos Fiacutesicos e ARP

44

Envio de um pacote de Argon para Neon

Fonte Liebeherr amp El Zarki 2004httpwwwcsvirginiaedu~itlabbookslidesindexhtml

23

45

DNS The IP address of

ldquoneontcpip-labedurdquo is

1281437121

ARP What is the MAC

address of 1281431371

DNS What is the IP address

of ldquoneontcpip-labedurdquoARP The MAC address of

1281431371 is 00e0f923a820

1281437121 is not on my local network

Therefore I need to send the packet to my

default gateway with address 1281431371

frame

1281437121 is on my local network

Therefore I can send the packet directly

ARP The MAC address of

1281431371 is 0020af039828

ARP What is the MAC

address of 1281437121

frame

46

Protocolo ARP O noacute A quer enviar pacote para o noacute B na mesma rede local A verifica se sua tabela ARP conteacutem o endereccedilo IP de B Se o end de natildeo estiver na Tabela ARP o moacutedulo ARP de A difunde um pacote ARP de consulta contendo o endereccedilo IP de Bo TODOS os noacutes na rede local recebem o pacote ARP

O noacute B responde ao noacute A com pacote ARP unicast informando seu proacuteprio endereccedilo MAC

A armazena o par endereccedilo IP-MAC em sua tabela ARP ateacuteque a informaccedilatildeo se torne obsoletao soft-state informaccedilatildeo que desaparece com o tempo se

natildeo for re-atualizada ARP eacute ldquoplug-and-playrdquo

o noacutes criam as suas tabelas ARP sem intervenccedilatildeo do administradorda rede

24

47

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Endereccedilamento na camada de enlace

55 Ethernet

56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)

57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de

enlace ATM e MPLS

48

Ethernet Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo

o Baratao Primeira tecnologia de LAN largamente usadao Mais simples e mais barata que LANs com token e ATMo Velocidade crescente 10 Mbps ndash 10 Gbps

Serviccedilo natildeo orientado a conexatildeo natildeo confiaacutevel

Esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf

25

49

Topologia em estrela

Barramento popular ateacute meados dos anos 90 Atualmente prevalece a topologia em estrela Conexatildeo hub ou switch

hub orswitch

50

Estrutura do Quadro Ethernet

Preacircmbulo 7 bytes com o padratildeo 10101010 seguidos por um byte com padratildeo o 10101011 usado para sincronizar os reloacutegios do receptor e do emissor

Endereccedilos 6 bytes quadro eacute recebido por todos os adaptadores e descartado se o endereccedilo do quadro natildeo coincide com o endereccedilo do adaptador

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

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

26

51

Codificaccedilatildeo Manchester Banda baacutesica transmissatildeo digital bits satildeo codificados usando

codificaccedilatildeo Manchester e transmitidos diretamente modificando a voltagem de sinal de corrente contiacutenua

Cada bit tem uma transiccedilatildeo Permite que os reloacutegios (clocks) nos noacutes emissor e receptor

mantenham-se sincronizadoso Natildeo eacute necessaacuterio um reloacutegio centralizado global para todos os noacutes

Aspecto da camada fiacutesica

52

Ethernet usa CSMACDA escutar canal se canal em silecircncio por determinado tempo (96 BTT)

entatildeo transmitir e monitorar o canal Se detectada outra transmissatildeo entatildeo

abortar e enviar sinal de ldquojamrdquo (48 bits)atualizar nuacutemero de colisotildees esperar de acordo com o algoritmo de retardo exponencial (ldquoexponential backoffrdquo)

ir para A

senatildeo quadro transmitido zerar contador de colisotildees

senatildeo esperar ateacute terminar a transmissatildeo em curso ir para A

27

53

Sinal de ldquoJamrdquo garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo (48 bits)

Tempo de Bit (BTT) 01 micros para Ethernet de 10 Mbps para K=1023 tempo de espera eacute de aprox 50 msec

ldquoExponential Backoffrdquo Objetivo adaptar tentativas

de retransmissatildeo agrave carga atual estimada da redeo carga pesada espera aleatoacuteria

mais longa Esperar K 512 BTT primeira colisatildeo

escolher K entre 01 segunda colisatildeo

escolher K entre 0123 apoacutes 10 ou mais colisotildees

escolher K entre 01234hellip1023

Ethernet CSMACD (cont)

54

Ethernet - Eficiecircncia Eficiecircncia com traacutefego pesado e nuacutemero grande de noacutes

)5(1

1

trans

prop

t

tEficiecircncia

+

=

tprop = tempo maacuteximo de propagaccedilatildeo entre 2 noacutesttrans= tempo para transmitir um quadro de tamanho maacuteximo

Quando tprop tende a 0 a eficiecircncia tende a 1Quando ttrans tende a infinito a eficiecircncia tende a 1

Muito melhor que ALOHA e ainda descentralizado simples e barato

28

55

Tecnologias Ethernet 10Base2 10 10Mbps 2 comprimento maacuteximo do cabo de 200 metros (de

fato 185 metros) Utiliza cabo coaxial fino numa topologia em barramento

repetidores satildeo usados para conectar muacuteltiplos segmentos (ateacuteum maacuteximo de 4)

repetidor repete os bits que ele recebe numa interface para as suas outras interfaces atua somente na camada fiacutesica

pacotes transmitidosviajam nas duas direccedilotildees

conectorT terminador

adaptador

noacute noacute noacute noacute noacute

56

10BaseT e 100BaseT Taxas de 10 e 100 Mbps A de taxa 100 Mbps eacute chamada de ldquoFast Ethernetrdquo T significa ldquoTwisted Pairrdquo (par tranccedilado) Noacutes conectados a um concentrador (ldquohubrdquo) ldquotopologia em

estrelardquo

par tranccedilado

hub

29

57

10BaseT e 100BaseT (cont)

Distacircncia maacutexima do noacute ao hub 100 metros Hub pode desconectar da rede um adaptador que

natildeo paacutera de transmitir (ldquojabbering adapterrdquo) ndash10Base2 natildeo funcionariahellip

Hub pode coletar e monitorar informaccedilotildees e estatiacutesticas para apresentaccedilatildeo ao administradores da LAN

10BaseT usa codificaccedilatildeo Manchester 100BaseT usa 4B5B

(5 clocks para transmitir 4 bits)

58

HubsHubs satildeo essencialmente repetidores da camada fiacutesica

o bits vindos de um enlace vatildeo para todos os demais enlaceso hellip agrave mesma velocidadeo natildeo haacute armazenamento de quadros (buffering)o natildeo haacute CSMACD no hub adaptadores detectam as

colisotildeeso oferece funccedilotildees de gerecircncia de rede

twisted pair

hub

30

59

Gbit Ethernet (IEEE 8023z)

Usa formato do quadro Ethernet padratildeo Permite enlaces ponto-a-ponto (com switchs) e

canais de difusatildeo compartilhados (com hubs) Em modo compartilhado usa CSMACD

o para ser eficiente as distacircncias entre os noacutes devem ser curtas (poucos metros)

hubs chamados de Distribuidores com Buffers(ldquoBuffered Distributorsrdquo)

Full-Duplex em 1 Gbps para enlaces ponto-a-ponto 10 Gbps atualmente

60

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Endereccedilamento na camada de enlace

55 Ethernet

56 Interconexotildees distribuidores e comutadores (Hubs and switches)

57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de

enlace ATM e MPLS

31

61

Interconexatildeo de LANs

Por que natildeo somente 1 grande LAN o Limitaccedilatildeo de traacutefego

bull em uma uacutenica LAN todas as estaccedilotildees compartilham a largura de banda

o Limitaccedilatildeo de distacircnciabull 8023 especifica o comprimento maacuteximo do cabo

o Grande ldquodomiacutenio de colisatildeordquobull pode-se colidir com muitas estaccedilotildees

o Limitaccedilatildeo do nuacutemero de estaccedilotildeesbull passagem de ficha provoca atraso em cada estaccedilatildeo p ex

62

Hubs e Comutadores

Usados para estender redes locais cobertura geograacutefica nuacutemero de noacutes funcionalidade administrativa etc

Diferem entre si em respeito ao isolamento de domiacutenios de colisatildeoo camada em que operam

Diferentes de roteadoreso ldquoplug and playrdquoo natildeo fazem o roteamento oacutetimo de pacotes IP

32

63

Hubs Dispositivos de camada fiacutesica

o repetem os bits recebidos numa interface para as demais

Podem ser dispostos numa hierarquia (multi-tier hub desing)

64

Hubs (cont)

Vantagens de Hubso Dispositivos simples e baratoso Configuraccedilatildeo em muacuteltiplos niacuteveis provecirc degradaccedilatildeo paulatina porccedilotildees da rede local continuam a operar se um dos hubs parar de funcionar

o Estende a distacircncia maacutexima entre pares de noacutes

33

65

Hubs (cont)

Limitaccedilotildeeso Domiacutenio de colisatildeo uacutenico natildeo leva a aumento na vazatildeo maacuteximabull a vazatildeo no caso de muacuteltiplos niacuteveis eacute igual agrave de um uacutenico segmento

o As tecnologias Ethernet (10Base 10BaseT etc) estabelecem limites no nuacutemero de noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo distacircncia entre hospedeiros e numero maacuteximo de niacuteveis (tiers)

o Natildeo se pode misturar Ethernet 10BaseT e 100Base)

66

Comutador (Switch) Dispositivo da camada de enlace

o Armazena e reenvia quadros Etherneto Encaminha os quadros a partir dos respectivos endereccedilos MAC de destino

o Quando quer repassar um quadro para um segmento usa o CSMACD para acessar o segmento

Transparente o Hospedeiros natildeo sabem da presenccedila do switch

plug-and-play auto-aprendizadoo Natildeo precisam ser configurados

34

67

Repasse (forwarding)

bull Com se determina para que segmento de LAN se deve repassar um quadrobull Parece um problema de roteamento

hub hubhub

switch1

2 3

68

Auto-aprendizado

Comutador tem uma tabela de comutaccedilatildeo (switch table) Entrada na tabela de comutaccedilatildeo

o (Endereccedilo MAC Interface Selo do Tempo)o Entradas antigas descartadas

O comutador aprende que noacutes satildeo alcanccedilaacuteveis atraveacutes de suas interfaceso Quando um quadro eacute recebido ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do remetente segmento de LAN de chegada

35

69

Filtragem e RepasseQuando um quadro eacute recebido

indexar a tabela de comutaccedilatildeo usando o end MAC destinose entrada encontradaentatildeo se destino no segmento de onde o quadro foi recebidoentatildeo descartar o quadrosenatildeo repassar o quadro para a interface indicada (CSMACD)

senatildeo inundar

Repassar a todas as interfaces exceto agravequelapor onde chegou o quadro

70

Exemplo

Suponha que C envia quadro para D

Switch recebe o quadro de Co registra na tabela que C estaacute na interface 1o como D natildeo estaacute na tabela repassa o quadro para as

interfaces 2 e 3

quadro recebido por D

hub hub hub

switch

A

B CD

EF G H

I

end interface

ABEG

1123

12 3

36

71

Exemplo

Suponha que D responde para C

Switch recebe o quadro de Do registra na tabela que D estaacute na interface 2o como C estaacute na tabela repassa o quadro apenas para a

interface 1

quadro recebido por C

hub hub hub

switch

A

B CD

EF G H

I

end interface

ABEGC

11231

72

Comutador isolamento de traacutefego A instalaccedilatildeo de um comutador divide uma subrede

em vaacuterios segmentos de LAN

Comutador filtra os quadroso segmentos tornam-se diferentes domiacutenios de colisatildeo

hub hub hub

switch

collision domain collision domain

collisiondomain

37

73

Comutador acesso dedicado Comutadores com muitas

interfaces Hospedeiros tecircm conexatildeo

direta com o comutador Sem colisotildees full duplex

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

switch

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

74

Comutador hellip

Alguns comutadores implementam cut-througho o quadro eacute repassado sem esperar a montagem do quadro inteiro no buffer do comutador bull pequena reduccedilatildeo da latecircncia

Combinaccedilotildees de interfaces compartilhadasdedicadas de 101001000 Mbps

38

75

Rede institucional

hub hubhub

comutador

para a rede externa

roteador

subrede IP

servidor de correio-e

servidor web

76

Comutadores vs Roteadores ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa

o roteadores dispositivos da camada de rede (examinam cabeccedilalhos da camada de rede)

o comutadores dispositivos da camada de enlace roteadores mantecircm tabelas de rotas e implementam algoritmos

de roteamento comutadores mantecircm tabelas de filtragem implementam

filtragem

39

77

Comparaccedilatildeo Sumaacuteria

hubs routers switches

traffic isolation

no yes yes

plug amp play yes no yes

optimal routing

no yes no

cut through

yes no yes

78

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Endereccedilamento na camada de enlace

55 Ethernet

56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

40

79

Controle de Enlace Ponto-a-Ponto

Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil que um enlace broadcasto natildeo haacute Controle de Acesso ao Meioo natildeo haacute necessidade de endereccedilamento MAC expliacutecito

o ex enlace discado linha ISDN protocolos ponto-a-ponto populares para camada

de enlaceo PPP (point-to-point protocol)o HDLC High-level Data Link Control(A camada de enlace costumava ser considerada de alto niacutevel na pilha de protocolos)

80

Protocolo Ponto-a-Ponto (PPP)

PPP eacute muito popular usado em conexotildees discadas entre sistema domeacutestico e provedor em conexotildees SONETSDH etc

PPP eacute extremamente simples (o mais simples dos protocolos de enlace de dados) e muito otimizado

41

81

PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]

Enquadramento de pacotes encapsulamento do datagrama da camada de rede no quadro da camada de enlace

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

Muacuteltiplos protocolos da camada de rede (natildeo apenas o IP) ao mesmo tempoo capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeoo Campo lsquotipo de protocolorsquo como no IP

Muacuteltiplos tipos de enlace seriais paralelos siacutencronos assiacutencronos eleacutetricos oacutepticos

Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo) connection livenes detecta e informa falhas do enlace para a

camada de rede Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede as camadas de rede

comuni9cantes devem poder aprender ou configurar mutuamente seus endereccedilos de rede

Simplicidade

82

Nem tudo foi requerido do PPP

natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros natildeo haacute controle de fluxo aceita entregas fora de ordem (embora seja pouco

comum) natildeo haacute necessidade de suportar enlaces multiponto

(ex polling)o HDLC os permite

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

42

83

PPP Formato do Quadro 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)

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

erros

endereccedilocontrole

tamanhovariaacutevelou ou

CRC

84

Byte Stuffing Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de

dados deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt01111110gt

Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte extra com o padratildeo lt 01111101gt (escape) antes de cada byte de dados lt 01111110gt

Receptoro dois bytes 01111101 seguidos descarta o primeiro e continua a recepccedilatildeo de dados

o um byte 01111110 flag Em enlaces siacutencronos orientados a bit usa-se bit

stuffing o depois de uma sequumlecircncia de 5 bits lsquo1rsquo o transmissor insere

um bit lsquo0rsquo

43

85

Byte Stuffing

byte como padratildeodo flag nosdados a enviar

byte com o padratildeo de flag seguido do byte inserido

86

PPP Protocolo de Controle de Enlace (LCP) e Controle de RedeAntes de trocar dados da camada

de rede os parceiros da camada de enlace devem

configurar o enlace PPP (PPP-LCP) (tamanho maacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo)

aprenderconfigurar informaccedilotildees da camada de redeo para o IP mensagens do

Protocolo de Controle IP (IPCP) para configurar aprender os endereccedilos IP

44

87

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Endereccedilamento na camada de enlace

55 Ethernet

56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)

57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

88

ATM e MPLS

ATM MPLS redes com arquiteturas proacutepriaso modelos de serviccedilo endereccedilamento e roteamento diferentes dos da Internet

Vistos pela Internet como enlaces loacutegicos conectando roteadores IPo assim como um enlace discado eacute parte de uma rede separada (a rede de telefonia)

ATM MPLS de interesse teacutecnico por si mesmas

45

89

Padratildeo dos anos 199000 para a arquitetura de alta velocidade (155 622Mbps hellip) da BroadbandIntegrated Service Digital Network (B-ISDN)

Objetivo transporte integrado fim-a-fim de voz viacutedeo e dadoso deve atender aos requisitos de tempoQoS para aplicaccedilotildees de voz e de viacutedeo (versus o serviccedilo de melhor esforccedilo da Internet)

o telefonia de ldquoproacutexima geraccedilatildeordquo fundamentos teacutecnicos no mundo da telefonia

o comutaccedilatildeo de pacotes (pacotes de tamanho fixo chamados ldquoceacutelulasrdquo) usando circuitos virtuais

ATM Modo de Transferecircncia Assiacutencrono

90

Arquitetura ATM

camada de adaptaccedilatildeo apenas na borda de uma rede ATM

o grosseiramente anaacuteloga agrave camada de transporte da Interneto ldquoadaptardquo camadas superiores (aplicaccedilotildees IP ou nativas ATM)

para a camada ATM abaixo camada ATM camada de ldquorederdquo

o comutaccedilatildeo de ceacutelulas roteamento camada fiacutesica

46

91

ATM camada de rede ou de enlaceVisatildeo transporte fim-a-fim

ldquoATM de computador a computadorrdquoo ATM eacute uma tecnologia

de rede

Realidade usada para conectar roteadores IP de backboneo ldquoIP sobre ATMrdquoo ATM como uma camada

de enlace comutada conectando roteadores IP

Rede ATM

rede IP

92

Camada ATMServiccedilo transporte de ceacutelulas atraveacutes da rede ATM

o anaacuteloga agrave camada de rede IPo Serviccedilos muito diferentes da camada de rede IP

Arquitetura

de Rede

Internet

ATM

ATM

ATM

ATM

Modelo

de Serviccedilo

melhor

esforccedilo

CBR

VBR

ABR

UBR

Banda

natildeo

taxa

constante

taxa

garantida

miacutenimo

garantido

natildeo

Perda

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Ordem

natildeo

sim

sim

sim

sim

Tempo

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Aviso de

Congestatildeo

natildeo (inferido

pelas perdas)

natildeo haacute

congestatildeo

natildeo haacute

congestatildeo

sim

natildeo

Garantias

47

93

Camada ATM Circuitos Virtuais Transporte em CV ceacutelulas (53 bytes) satildeo transportadas sobre CV

da fonte ao destinoo estabelecimento de conexatildeo necessaacuterio antes que o fluxo de dados

possa ser iniciadoo cada pacote transporta um identificador de CV (natildeo transporta o

endereccedilo do destino)o cada comutador no caminho entre a fonte e o destino manteacutem o

ldquoestadordquo para cada conexatildeo passanteo recursos do enlace e do comutador (banda passante buffers) podem

ser alocados aoCV para obter um comportamento semelhante ao de um circuito fiacutesico

CVs Permanentes (PVC)o conexotildees de longa duraccedilatildeo o tipicamente rota ldquopermanenterdquo entre roteadores IP

CVs Comutados (SVC)o conexotildees de curta duraccedilatildeoo dinamicamente criados com base nas chamadas

94

CVs ATM

Vantagens do uso de circuitos virtuais no ATMo Consegue garantir niacuteveis de QoS para conexotildees mapeadas em circuitos virtuais (banda passante atraso variacircncia de atraso)

Problemas no uso de circuitos virtuaiso O traacutefego de datagramas eacute ineficienteo um PVC entre cada par origemdestino natildeo eacuteescalaacutevel (N2 conexotildees satildeo necessaacuterias)

o SVC introduz latecircncia de estabelecimento de conexatildeo e atrasos de processamento para conexotildees de curta duraccedilatildeo

48

95

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

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

Cabeccedilalhoda ceacutelula

Formato daceacutelula

96

Camada ATM Cabeccedilalho da ceacutelula ATM

VCI identificador de canal virtual

o pode mudar de enlace para enlace atraveacutes da rede

PT Tipo de payload (carga)o Ex ceacutelula de gerenciamento versus ceacutelula de dados

CLP bit de Prioridade de Perda de Ceacutelula (Cell Loss Priority)

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

HEC Verificaccedilatildeo de Erros no Cabeccedilalho

o verificaccedilatildeo ciacuteclica de erros

49

97

Camada Fiacutesica ATM Compotildee-se de duas partes (subcamadas) Transmission Convergence Sublayer - TCS adapta a

camada ATM acima agrave subcamada fiacutesica abaixo (PMD Physical Medium Dependent Sublayer- PMD depende

do tipo de meio fiacutesico sendo empregado

98

IP-sobre-ATMApenas IP Claacutessico 3 ldquoredesrdquo (ex

segmentos de LAN) endereccedilos MAC

(8023) e IP

IP sobre ATM substitui ldquorederdquo (ex

segmento de LAN) por rede ATM

endereccedilos ATM endereccedilos IP

redeATM

EthernetLANs

EthernetLANs

50

99

IP-sobre-ATM

AALATMphyphy

Eth

IP

ATMphy

ATMphy

apptranspIPAALATMphy

apptranspIPEthphy

100

Viagem de um Datagrama numa Rede IP-sobre-ATM Hospedeiro de Origem

o Camada IP encontra um mapeamento entre o endereccedilo IP e o endereccedilo de destino ATM (usando ATM-ARP)

o passa o datagrama para a camada de adaptaccedilatildeo AAL5o AAL5 encapsula os dados (datagrama) segmenta em ceacutelulas e

passa para a camada ATM Rede ATM move a ceacutelula para o destino de comutador a

comutador de acordo com o seu CV (circuito virtual) Hospedeiro de Destino

o AAL5 remonta o datagrama original a partir das ceacutelulas recebidas

o se o CRC OK datagrama eacute passado ao IP

51

101

IP-sobre-ATM

datagramas IP emPDUs ATM AAL5

de endereccedilos IP paraendereccedilos ATMo como de endereccedilos IP paraendereccedilos MAC 8023

RedeATM

LANsEthernet

102

Multiprotocol label switching (MPLS)

Objetivo inicial acelerar o repasse de datagramas IP usando um roacutetulo de tamanho fixoo usa ideacuteias da abordagem de Circuitos Virtuais

PPP or Ethernet

headerIP header remainder of link-layer frameMPLS header

label Exp S TTL

20 3 1 8

52

103

Roteadores habilitados para MPLS

Roteadores de chaveamento de roacutetulos (label-switchedrouter)

Repassa pacotes para as interfaces de saiacuteda baseado apenas no valor do roacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP)o tabela de repasse o MPLS diferente da tabela de repasse IP

Necessaacuterio um protocolo de sinalizaccedilatildeoo RSVP-TEo Repasse possiacutevel atraveacutes de caminhos que o IP sozinho natildeo

permitiria (pex roteamento especifico para fonte - source-specific routing)

o MPLS pode ser usado para engenharia de traacutefego Deve coexistir com roteadores que entendem apenas

IP

104

R1R2

D

R3R4R5

0

1

00

A

R6

in out out

label label dest interface

6 - A 0

in out out

label label dest interface

10 6 A 1

12 9 D 0

in out out

label label dest interface

10 A 0

12 D 0

1

in out out

label label dest interface

8 6 A 0

0

8 A 1

Tabelas de repasse MPLS

53

105

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Endereccedilamento na camada de enlace

55 Ethernet

56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)

57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de

enlace ATM e MPLS

14

27

Eficiecircncia do Slotted Aloha

Supondo N noacutes com muitos quadros a enviar cada um transmite em um slot com probabilidade p

prob de que um noacuteespeciacutefico tenha sucesso em um slot = p(1-p)N-1

prob de um noacute qualquer ter sucesso = Np(1-p)N-1

Para eficiecircncia maacutexima o N noacutes ativos

encontrar p que maximize N p(1- p)N-1

o muitos noacutes fazer o limite de Np(1-p)N-1 para N tendendo a infinito resulta em 1e = 037

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

Na melhor das hipoacuteteseso canal eacute usado para transmissotildees uacuteteis37 do tempo

28

ALOHA Puro (sem slots) Aloha puro operaccedilatildeo mais simples pois natildeo requer slots

(e nem a sincronizaccedilatildeo dos mesmos) quadro pronto transmitir imediatamente a probabilidade de colisatildeo aumenta

o pacote enviado em t0 colide com outros pacotes enviados em [t0-1 t0+1] (2 vezes o tamanho da janela do ALOHA com slots)

15

29

Eficiecircncia do Aloha PuroP( successo para um dado noacute) =

P(noacute transmitir) P(nenhum outro noacute transmiteem [t0-1t0] P(nenhum outro noacute transmiteem [t0t0+1]

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

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

hellip escolhendo p oacutetimo e fazendo N -gt infinito

= 1(2e) = 018

Ainda pior

30

CSMA Carrier Sense Multiple Access

CSMA escuta antes de transmitir Se o canal parece vazio transmite o quadro Se o canal estaacute ocupado adia a transmissatildeo

o CSMA Persistente tenta outra vez imediatamente com probabilidade p quando o canal se torna livre CSMA Natildeo-persistente tenta novamente apoacutes um intervalo aleatoacuterio

Analogia humana natildeo interrompa os outros Desta forma o problema das colisotildees fica resolvido

16

31

Colisotildees no CSMA

colisotildees podem ocorrero atraso de propagaccedilatildeo faz com que dois noacutes possam natildeo ouvir as transmissotildees do outro

colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo do pacote eacute desperdiccedilado

arranjo espacial dos noacutes

notapapel da distacircncia e do atraso de propagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo (janela de vulnerabilidade = retardo ida e volta entre os dois noacutes envolvidos)

espaccedilo

tem

po

32

CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisatildeo)

CSMACDo colisotildees detectadas num tempo curtoo transmissotildees com colisotildees satildeo interrompidas reduzindo o

desperdiacutecio do canal o retransmissotildees persistentes ou natildeo-persistentes

detecccedilatildeo de colisatildeoo faacutecil em LANs cabeadas mediccedilatildeo da intensidade do sinal ou

comparaccedilatildeo dos sinais transmitidos e recebidoso difiacutecil em LANs sem fio receptor desligado enquanto

transmitindo para evitar danificaacute-lo com excesso de potecircncia CSMACD pode conseguir utilizaccedilatildeo do canal perto de 100 em

redes locais (se tiver baixa razatildeo entre tempo de propagaccedilatildeo e tempo de transmissatildeo do pacote)

analogia humana interlocutor educado

17

33

CSMACD detecccedilatildeo de colisatildeoespaccedilo

tempo

detecccedilatildeo de colisatildeotempo

de parada

34

Protocolos com Revezamento

Protocolos MAC com particionamento de canalo compartilham o canal eficientemente quando a carga eacute alta e bem distribuiacuteda

o ineficiente nas cargas baixas retardos elevados para acesso ao canal

Protocolos MAC de acesso aleatoacuterioo eficiente com cargas baixas um uacutenico noacute pode usar todo o canal

o cargas altas excesso de colisotildeesProtocolos MAC com revezamento

buscam o melhor dos dois mundos

18

35

Protocolos MAC com Revezamento

Consulta (Polling) noacute mestre ldquoconvidardquo

os escravos a transmitir um de cada vez

problemaso custo da consulta

(polling overhead)o latecircnciao falha do mestre

Passagem de permissatildeo Ficha de controle (token)

passada de um noacute para o proacuteximo sequumlencialmente

problemaso custo (sobrecarga) da fichao latecircnciao falhas ficha e noacutes

36

Protocolos de ReservaConsulta (polling) distribuiacuteda O tempo eacute dividido em compartimentos (ldquoslotsrdquo) comeccedila com N compartimentos de reserva curtos

o tempo do compartimento de reserva eacute igual ao atraso de propagaccedilatildeo fim-a-fim do canal

o estaccedilatildeo com mensagem a enviar faz uma reservao reserva eacute vista por todas as estaccedilotildees

depois dos compartimentos de reserva ocorre a transmissatildeo das mensagens ordenadas pelas reservas e pelas prioridades de transmissatildeo

reserva mensagens

19

37

Tecnologias de Rede Local Protocolos MAC usados em redes locais para controlar

acesso ao canal Aneacuteis de fichas IEEE 8025 (Token Ring da IBM) para sala

de computaccedilatildeo ou rede departamental ateacute 16Mbps FDDI (Fiber Distributed Data Interface) para rede de Campus ou Metropolitana ateacute 200 estaccedilotildees em 100Mbps

Ethernet emprega o protocolo CSMACD 10Mbps (IEEE 8023) Fast E-net (100Mbps) Gigabit E-net (1000 Mbps) de longe a tecnologia mais popular de rede local

38

Sumaacuterio de protocolos MAC O que se pode fazer com um meio compartilhado

o Particionamento do canal por tempo frequumlecircncia ou coacutedigobull TDMA FDMA CDMA WDMA (wave division)

o Particionamento aleatoacuterio (dinacircmico) bull ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDdetecccedilatildeo de portadora faacutecil com algumas tecnologias (cabos) difiacutecil com outras (sem fio)

bull CSMACD usada na Ethernetbull CSMACA usada nas redes 80211

o Revezamentobull consulta por um noacute central passagem de ficha de permissatildeo

Para sateacutelites eacute difiacutecil detectar se o canal ascendente estaacuteocupado (retardos de 270ms) ALOHA FDM TDM CDMA

20

39

Tecnologias de LANCamada de enlace ateacute agora

o serviccedilos detecccedilatildeo de erroscorreccedilatildeo acesso muacuteltiplo

A seguir tecnologias de redes locais (LAN)o endereccedilamentoo Etherneto hubs pontes switcheso PPP

40

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Endereccedilamento na camada de enlace

55 Ethernet

56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)

57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de

enlace ATM e MPLS

21

41

Endereccedilos Fiacutesicos e ARP

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 MAC (ou de LAN fiacutesico Ethernet) usado para levar o datagrama de uma interface a

outra fisicamente conectada (isto eacute na mesma rede)

Endereccedilos MAC com 48 bits (na maioria das LANs) satildeo gravados na memoacuteria fixa (ROM) do adaptador

42

Cada adaptador numa LAN tem um endereccedilo de LAN uacutenico

End de Broadcast =FF-FF-FF-FF-FF-FF

= adaptador

1A-2F-BB-76-09-AD

58-23-D7-FA-20-B0

0C-C4-11-6F-E3-98

71-65-F7-2B-08-53

LAN(wired orwireless)

Endereccedilos Fiacutesicos e ARP

22

43

A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEE

O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (24 bits) para assegurar a unicidade

Analogia

(a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do CPF

(b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal

endereccedilamento MAC eacute plano (sem estrutura) =gt portabilidade

o eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra sem reconfiguraccedilatildeo do endereccedilo MAC

endereccedilamento IP eacute ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevel

o depende da rede na qual se estaacute ligado

Endereccedilos Fiacutesicos e ARP

44

Envio de um pacote de Argon para Neon

Fonte Liebeherr amp El Zarki 2004httpwwwcsvirginiaedu~itlabbookslidesindexhtml

23

45

DNS The IP address of

ldquoneontcpip-labedurdquo is

1281437121

ARP What is the MAC

address of 1281431371

DNS What is the IP address

of ldquoneontcpip-labedurdquoARP The MAC address of

1281431371 is 00e0f923a820

1281437121 is not on my local network

Therefore I need to send the packet to my

default gateway with address 1281431371

frame

1281437121 is on my local network

Therefore I can send the packet directly

ARP The MAC address of

1281431371 is 0020af039828

ARP What is the MAC

address of 1281437121

frame

46

Protocolo ARP O noacute A quer enviar pacote para o noacute B na mesma rede local A verifica se sua tabela ARP conteacutem o endereccedilo IP de B Se o end de natildeo estiver na Tabela ARP o moacutedulo ARP de A difunde um pacote ARP de consulta contendo o endereccedilo IP de Bo TODOS os noacutes na rede local recebem o pacote ARP

O noacute B responde ao noacute A com pacote ARP unicast informando seu proacuteprio endereccedilo MAC

A armazena o par endereccedilo IP-MAC em sua tabela ARP ateacuteque a informaccedilatildeo se torne obsoletao soft-state informaccedilatildeo que desaparece com o tempo se

natildeo for re-atualizada ARP eacute ldquoplug-and-playrdquo

o noacutes criam as suas tabelas ARP sem intervenccedilatildeo do administradorda rede

24

47

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Endereccedilamento na camada de enlace

55 Ethernet

56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)

57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de

enlace ATM e MPLS

48

Ethernet Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo

o Baratao Primeira tecnologia de LAN largamente usadao Mais simples e mais barata que LANs com token e ATMo Velocidade crescente 10 Mbps ndash 10 Gbps

Serviccedilo natildeo orientado a conexatildeo natildeo confiaacutevel

Esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf

25

49

Topologia em estrela

Barramento popular ateacute meados dos anos 90 Atualmente prevalece a topologia em estrela Conexatildeo hub ou switch

hub orswitch

50

Estrutura do Quadro Ethernet

Preacircmbulo 7 bytes com o padratildeo 10101010 seguidos por um byte com padratildeo o 10101011 usado para sincronizar os reloacutegios do receptor e do emissor

Endereccedilos 6 bytes quadro eacute recebido por todos os adaptadores e descartado se o endereccedilo do quadro natildeo coincide com o endereccedilo do adaptador

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

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

26

51

Codificaccedilatildeo Manchester Banda baacutesica transmissatildeo digital bits satildeo codificados usando

codificaccedilatildeo Manchester e transmitidos diretamente modificando a voltagem de sinal de corrente contiacutenua

Cada bit tem uma transiccedilatildeo Permite que os reloacutegios (clocks) nos noacutes emissor e receptor

mantenham-se sincronizadoso Natildeo eacute necessaacuterio um reloacutegio centralizado global para todos os noacutes

Aspecto da camada fiacutesica

52

Ethernet usa CSMACDA escutar canal se canal em silecircncio por determinado tempo (96 BTT)

entatildeo transmitir e monitorar o canal Se detectada outra transmissatildeo entatildeo

abortar e enviar sinal de ldquojamrdquo (48 bits)atualizar nuacutemero de colisotildees esperar de acordo com o algoritmo de retardo exponencial (ldquoexponential backoffrdquo)

ir para A

senatildeo quadro transmitido zerar contador de colisotildees

senatildeo esperar ateacute terminar a transmissatildeo em curso ir para A

27

53

Sinal de ldquoJamrdquo garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo (48 bits)

Tempo de Bit (BTT) 01 micros para Ethernet de 10 Mbps para K=1023 tempo de espera eacute de aprox 50 msec

ldquoExponential Backoffrdquo Objetivo adaptar tentativas

de retransmissatildeo agrave carga atual estimada da redeo carga pesada espera aleatoacuteria

mais longa Esperar K 512 BTT primeira colisatildeo

escolher K entre 01 segunda colisatildeo

escolher K entre 0123 apoacutes 10 ou mais colisotildees

escolher K entre 01234hellip1023

Ethernet CSMACD (cont)

54

Ethernet - Eficiecircncia Eficiecircncia com traacutefego pesado e nuacutemero grande de noacutes

)5(1

1

trans

prop

t

tEficiecircncia

+

=

tprop = tempo maacuteximo de propagaccedilatildeo entre 2 noacutesttrans= tempo para transmitir um quadro de tamanho maacuteximo

Quando tprop tende a 0 a eficiecircncia tende a 1Quando ttrans tende a infinito a eficiecircncia tende a 1

Muito melhor que ALOHA e ainda descentralizado simples e barato

28

55

Tecnologias Ethernet 10Base2 10 10Mbps 2 comprimento maacuteximo do cabo de 200 metros (de

fato 185 metros) Utiliza cabo coaxial fino numa topologia em barramento

repetidores satildeo usados para conectar muacuteltiplos segmentos (ateacuteum maacuteximo de 4)

repetidor repete os bits que ele recebe numa interface para as suas outras interfaces atua somente na camada fiacutesica

pacotes transmitidosviajam nas duas direccedilotildees

conectorT terminador

adaptador

noacute noacute noacute noacute noacute

56

10BaseT e 100BaseT Taxas de 10 e 100 Mbps A de taxa 100 Mbps eacute chamada de ldquoFast Ethernetrdquo T significa ldquoTwisted Pairrdquo (par tranccedilado) Noacutes conectados a um concentrador (ldquohubrdquo) ldquotopologia em

estrelardquo

par tranccedilado

hub

29

57

10BaseT e 100BaseT (cont)

Distacircncia maacutexima do noacute ao hub 100 metros Hub pode desconectar da rede um adaptador que

natildeo paacutera de transmitir (ldquojabbering adapterrdquo) ndash10Base2 natildeo funcionariahellip

Hub pode coletar e monitorar informaccedilotildees e estatiacutesticas para apresentaccedilatildeo ao administradores da LAN

10BaseT usa codificaccedilatildeo Manchester 100BaseT usa 4B5B

(5 clocks para transmitir 4 bits)

58

HubsHubs satildeo essencialmente repetidores da camada fiacutesica

o bits vindos de um enlace vatildeo para todos os demais enlaceso hellip agrave mesma velocidadeo natildeo haacute armazenamento de quadros (buffering)o natildeo haacute CSMACD no hub adaptadores detectam as

colisotildeeso oferece funccedilotildees de gerecircncia de rede

twisted pair

hub

30

59

Gbit Ethernet (IEEE 8023z)

Usa formato do quadro Ethernet padratildeo Permite enlaces ponto-a-ponto (com switchs) e

canais de difusatildeo compartilhados (com hubs) Em modo compartilhado usa CSMACD

o para ser eficiente as distacircncias entre os noacutes devem ser curtas (poucos metros)

hubs chamados de Distribuidores com Buffers(ldquoBuffered Distributorsrdquo)

Full-Duplex em 1 Gbps para enlaces ponto-a-ponto 10 Gbps atualmente

60

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Endereccedilamento na camada de enlace

55 Ethernet

56 Interconexotildees distribuidores e comutadores (Hubs and switches)

57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de

enlace ATM e MPLS

31

61

Interconexatildeo de LANs

Por que natildeo somente 1 grande LAN o Limitaccedilatildeo de traacutefego

bull em uma uacutenica LAN todas as estaccedilotildees compartilham a largura de banda

o Limitaccedilatildeo de distacircnciabull 8023 especifica o comprimento maacuteximo do cabo

o Grande ldquodomiacutenio de colisatildeordquobull pode-se colidir com muitas estaccedilotildees

o Limitaccedilatildeo do nuacutemero de estaccedilotildeesbull passagem de ficha provoca atraso em cada estaccedilatildeo p ex

62

Hubs e Comutadores

Usados para estender redes locais cobertura geograacutefica nuacutemero de noacutes funcionalidade administrativa etc

Diferem entre si em respeito ao isolamento de domiacutenios de colisatildeoo camada em que operam

Diferentes de roteadoreso ldquoplug and playrdquoo natildeo fazem o roteamento oacutetimo de pacotes IP

32

63

Hubs Dispositivos de camada fiacutesica

o repetem os bits recebidos numa interface para as demais

Podem ser dispostos numa hierarquia (multi-tier hub desing)

64

Hubs (cont)

Vantagens de Hubso Dispositivos simples e baratoso Configuraccedilatildeo em muacuteltiplos niacuteveis provecirc degradaccedilatildeo paulatina porccedilotildees da rede local continuam a operar se um dos hubs parar de funcionar

o Estende a distacircncia maacutexima entre pares de noacutes

33

65

Hubs (cont)

Limitaccedilotildeeso Domiacutenio de colisatildeo uacutenico natildeo leva a aumento na vazatildeo maacuteximabull a vazatildeo no caso de muacuteltiplos niacuteveis eacute igual agrave de um uacutenico segmento

o As tecnologias Ethernet (10Base 10BaseT etc) estabelecem limites no nuacutemero de noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo distacircncia entre hospedeiros e numero maacuteximo de niacuteveis (tiers)

o Natildeo se pode misturar Ethernet 10BaseT e 100Base)

66

Comutador (Switch) Dispositivo da camada de enlace

o Armazena e reenvia quadros Etherneto Encaminha os quadros a partir dos respectivos endereccedilos MAC de destino

o Quando quer repassar um quadro para um segmento usa o CSMACD para acessar o segmento

Transparente o Hospedeiros natildeo sabem da presenccedila do switch

plug-and-play auto-aprendizadoo Natildeo precisam ser configurados

34

67

Repasse (forwarding)

bull Com se determina para que segmento de LAN se deve repassar um quadrobull Parece um problema de roteamento

hub hubhub

switch1

2 3

68

Auto-aprendizado

Comutador tem uma tabela de comutaccedilatildeo (switch table) Entrada na tabela de comutaccedilatildeo

o (Endereccedilo MAC Interface Selo do Tempo)o Entradas antigas descartadas

O comutador aprende que noacutes satildeo alcanccedilaacuteveis atraveacutes de suas interfaceso Quando um quadro eacute recebido ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do remetente segmento de LAN de chegada

35

69

Filtragem e RepasseQuando um quadro eacute recebido

indexar a tabela de comutaccedilatildeo usando o end MAC destinose entrada encontradaentatildeo se destino no segmento de onde o quadro foi recebidoentatildeo descartar o quadrosenatildeo repassar o quadro para a interface indicada (CSMACD)

senatildeo inundar

Repassar a todas as interfaces exceto agravequelapor onde chegou o quadro

70

Exemplo

Suponha que C envia quadro para D

Switch recebe o quadro de Co registra na tabela que C estaacute na interface 1o como D natildeo estaacute na tabela repassa o quadro para as

interfaces 2 e 3

quadro recebido por D

hub hub hub

switch

A

B CD

EF G H

I

end interface

ABEG

1123

12 3

36

71

Exemplo

Suponha que D responde para C

Switch recebe o quadro de Do registra na tabela que D estaacute na interface 2o como C estaacute na tabela repassa o quadro apenas para a

interface 1

quadro recebido por C

hub hub hub

switch

A

B CD

EF G H

I

end interface

ABEGC

11231

72

Comutador isolamento de traacutefego A instalaccedilatildeo de um comutador divide uma subrede

em vaacuterios segmentos de LAN

Comutador filtra os quadroso segmentos tornam-se diferentes domiacutenios de colisatildeo

hub hub hub

switch

collision domain collision domain

collisiondomain

37

73

Comutador acesso dedicado Comutadores com muitas

interfaces Hospedeiros tecircm conexatildeo

direta com o comutador Sem colisotildees full duplex

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

switch

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

74

Comutador hellip

Alguns comutadores implementam cut-througho o quadro eacute repassado sem esperar a montagem do quadro inteiro no buffer do comutador bull pequena reduccedilatildeo da latecircncia

Combinaccedilotildees de interfaces compartilhadasdedicadas de 101001000 Mbps

38

75

Rede institucional

hub hubhub

comutador

para a rede externa

roteador

subrede IP

servidor de correio-e

servidor web

76

Comutadores vs Roteadores ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa

o roteadores dispositivos da camada de rede (examinam cabeccedilalhos da camada de rede)

o comutadores dispositivos da camada de enlace roteadores mantecircm tabelas de rotas e implementam algoritmos

de roteamento comutadores mantecircm tabelas de filtragem implementam

filtragem

39

77

Comparaccedilatildeo Sumaacuteria

hubs routers switches

traffic isolation

no yes yes

plug amp play yes no yes

optimal routing

no yes no

cut through

yes no yes

78

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Endereccedilamento na camada de enlace

55 Ethernet

56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

40

79

Controle de Enlace Ponto-a-Ponto

Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil que um enlace broadcasto natildeo haacute Controle de Acesso ao Meioo natildeo haacute necessidade de endereccedilamento MAC expliacutecito

o ex enlace discado linha ISDN protocolos ponto-a-ponto populares para camada

de enlaceo PPP (point-to-point protocol)o HDLC High-level Data Link Control(A camada de enlace costumava ser considerada de alto niacutevel na pilha de protocolos)

80

Protocolo Ponto-a-Ponto (PPP)

PPP eacute muito popular usado em conexotildees discadas entre sistema domeacutestico e provedor em conexotildees SONETSDH etc

PPP eacute extremamente simples (o mais simples dos protocolos de enlace de dados) e muito otimizado

41

81

PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]

Enquadramento de pacotes encapsulamento do datagrama da camada de rede no quadro da camada de enlace

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

Muacuteltiplos protocolos da camada de rede (natildeo apenas o IP) ao mesmo tempoo capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeoo Campo lsquotipo de protocolorsquo como no IP

Muacuteltiplos tipos de enlace seriais paralelos siacutencronos assiacutencronos eleacutetricos oacutepticos

Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo) connection livenes detecta e informa falhas do enlace para a

camada de rede Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede as camadas de rede

comuni9cantes devem poder aprender ou configurar mutuamente seus endereccedilos de rede

Simplicidade

82

Nem tudo foi requerido do PPP

natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros natildeo haacute controle de fluxo aceita entregas fora de ordem (embora seja pouco

comum) natildeo haacute necessidade de suportar enlaces multiponto

(ex polling)o HDLC os permite

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

42

83

PPP Formato do Quadro 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)

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

erros

endereccedilocontrole

tamanhovariaacutevelou ou

CRC

84

Byte Stuffing Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de

dados deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt01111110gt

Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte extra com o padratildeo lt 01111101gt (escape) antes de cada byte de dados lt 01111110gt

Receptoro dois bytes 01111101 seguidos descarta o primeiro e continua a recepccedilatildeo de dados

o um byte 01111110 flag Em enlaces siacutencronos orientados a bit usa-se bit

stuffing o depois de uma sequumlecircncia de 5 bits lsquo1rsquo o transmissor insere

um bit lsquo0rsquo

43

85

Byte Stuffing

byte como padratildeodo flag nosdados a enviar

byte com o padratildeo de flag seguido do byte inserido

86

PPP Protocolo de Controle de Enlace (LCP) e Controle de RedeAntes de trocar dados da camada

de rede os parceiros da camada de enlace devem

configurar o enlace PPP (PPP-LCP) (tamanho maacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo)

aprenderconfigurar informaccedilotildees da camada de redeo para o IP mensagens do

Protocolo de Controle IP (IPCP) para configurar aprender os endereccedilos IP

44

87

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Endereccedilamento na camada de enlace

55 Ethernet

56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)

57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

88

ATM e MPLS

ATM MPLS redes com arquiteturas proacutepriaso modelos de serviccedilo endereccedilamento e roteamento diferentes dos da Internet

Vistos pela Internet como enlaces loacutegicos conectando roteadores IPo assim como um enlace discado eacute parte de uma rede separada (a rede de telefonia)

ATM MPLS de interesse teacutecnico por si mesmas

45

89

Padratildeo dos anos 199000 para a arquitetura de alta velocidade (155 622Mbps hellip) da BroadbandIntegrated Service Digital Network (B-ISDN)

Objetivo transporte integrado fim-a-fim de voz viacutedeo e dadoso deve atender aos requisitos de tempoQoS para aplicaccedilotildees de voz e de viacutedeo (versus o serviccedilo de melhor esforccedilo da Internet)

o telefonia de ldquoproacutexima geraccedilatildeordquo fundamentos teacutecnicos no mundo da telefonia

o comutaccedilatildeo de pacotes (pacotes de tamanho fixo chamados ldquoceacutelulasrdquo) usando circuitos virtuais

ATM Modo de Transferecircncia Assiacutencrono

90

Arquitetura ATM

camada de adaptaccedilatildeo apenas na borda de uma rede ATM

o grosseiramente anaacuteloga agrave camada de transporte da Interneto ldquoadaptardquo camadas superiores (aplicaccedilotildees IP ou nativas ATM)

para a camada ATM abaixo camada ATM camada de ldquorederdquo

o comutaccedilatildeo de ceacutelulas roteamento camada fiacutesica

46

91

ATM camada de rede ou de enlaceVisatildeo transporte fim-a-fim

ldquoATM de computador a computadorrdquoo ATM eacute uma tecnologia

de rede

Realidade usada para conectar roteadores IP de backboneo ldquoIP sobre ATMrdquoo ATM como uma camada

de enlace comutada conectando roteadores IP

Rede ATM

rede IP

92

Camada ATMServiccedilo transporte de ceacutelulas atraveacutes da rede ATM

o anaacuteloga agrave camada de rede IPo Serviccedilos muito diferentes da camada de rede IP

Arquitetura

de Rede

Internet

ATM

ATM

ATM

ATM

Modelo

de Serviccedilo

melhor

esforccedilo

CBR

VBR

ABR

UBR

Banda

natildeo

taxa

constante

taxa

garantida

miacutenimo

garantido

natildeo

Perda

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Ordem

natildeo

sim

sim

sim

sim

Tempo

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Aviso de

Congestatildeo

natildeo (inferido

pelas perdas)

natildeo haacute

congestatildeo

natildeo haacute

congestatildeo

sim

natildeo

Garantias

47

93

Camada ATM Circuitos Virtuais Transporte em CV ceacutelulas (53 bytes) satildeo transportadas sobre CV

da fonte ao destinoo estabelecimento de conexatildeo necessaacuterio antes que o fluxo de dados

possa ser iniciadoo cada pacote transporta um identificador de CV (natildeo transporta o

endereccedilo do destino)o cada comutador no caminho entre a fonte e o destino manteacutem o

ldquoestadordquo para cada conexatildeo passanteo recursos do enlace e do comutador (banda passante buffers) podem

ser alocados aoCV para obter um comportamento semelhante ao de um circuito fiacutesico

CVs Permanentes (PVC)o conexotildees de longa duraccedilatildeo o tipicamente rota ldquopermanenterdquo entre roteadores IP

CVs Comutados (SVC)o conexotildees de curta duraccedilatildeoo dinamicamente criados com base nas chamadas

94

CVs ATM

Vantagens do uso de circuitos virtuais no ATMo Consegue garantir niacuteveis de QoS para conexotildees mapeadas em circuitos virtuais (banda passante atraso variacircncia de atraso)

Problemas no uso de circuitos virtuaiso O traacutefego de datagramas eacute ineficienteo um PVC entre cada par origemdestino natildeo eacuteescalaacutevel (N2 conexotildees satildeo necessaacuterias)

o SVC introduz latecircncia de estabelecimento de conexatildeo e atrasos de processamento para conexotildees de curta duraccedilatildeo

48

95

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

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

Cabeccedilalhoda ceacutelula

Formato daceacutelula

96

Camada ATM Cabeccedilalho da ceacutelula ATM

VCI identificador de canal virtual

o pode mudar de enlace para enlace atraveacutes da rede

PT Tipo de payload (carga)o Ex ceacutelula de gerenciamento versus ceacutelula de dados

CLP bit de Prioridade de Perda de Ceacutelula (Cell Loss Priority)

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

HEC Verificaccedilatildeo de Erros no Cabeccedilalho

o verificaccedilatildeo ciacuteclica de erros

49

97

Camada Fiacutesica ATM Compotildee-se de duas partes (subcamadas) Transmission Convergence Sublayer - TCS adapta a

camada ATM acima agrave subcamada fiacutesica abaixo (PMD Physical Medium Dependent Sublayer- PMD depende

do tipo de meio fiacutesico sendo empregado

98

IP-sobre-ATMApenas IP Claacutessico 3 ldquoredesrdquo (ex

segmentos de LAN) endereccedilos MAC

(8023) e IP

IP sobre ATM substitui ldquorederdquo (ex

segmento de LAN) por rede ATM

endereccedilos ATM endereccedilos IP

redeATM

EthernetLANs

EthernetLANs

50

99

IP-sobre-ATM

AALATMphyphy

Eth

IP

ATMphy

ATMphy

apptranspIPAALATMphy

apptranspIPEthphy

100

Viagem de um Datagrama numa Rede IP-sobre-ATM Hospedeiro de Origem

o Camada IP encontra um mapeamento entre o endereccedilo IP e o endereccedilo de destino ATM (usando ATM-ARP)

o passa o datagrama para a camada de adaptaccedilatildeo AAL5o AAL5 encapsula os dados (datagrama) segmenta em ceacutelulas e

passa para a camada ATM Rede ATM move a ceacutelula para o destino de comutador a

comutador de acordo com o seu CV (circuito virtual) Hospedeiro de Destino

o AAL5 remonta o datagrama original a partir das ceacutelulas recebidas

o se o CRC OK datagrama eacute passado ao IP

51

101

IP-sobre-ATM

datagramas IP emPDUs ATM AAL5

de endereccedilos IP paraendereccedilos ATMo como de endereccedilos IP paraendereccedilos MAC 8023

RedeATM

LANsEthernet

102

Multiprotocol label switching (MPLS)

Objetivo inicial acelerar o repasse de datagramas IP usando um roacutetulo de tamanho fixoo usa ideacuteias da abordagem de Circuitos Virtuais

PPP or Ethernet

headerIP header remainder of link-layer frameMPLS header

label Exp S TTL

20 3 1 8

52

103

Roteadores habilitados para MPLS

Roteadores de chaveamento de roacutetulos (label-switchedrouter)

Repassa pacotes para as interfaces de saiacuteda baseado apenas no valor do roacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP)o tabela de repasse o MPLS diferente da tabela de repasse IP

Necessaacuterio um protocolo de sinalizaccedilatildeoo RSVP-TEo Repasse possiacutevel atraveacutes de caminhos que o IP sozinho natildeo

permitiria (pex roteamento especifico para fonte - source-specific routing)

o MPLS pode ser usado para engenharia de traacutefego Deve coexistir com roteadores que entendem apenas

IP

104

R1R2

D

R3R4R5

0

1

00

A

R6

in out out

label label dest interface

6 - A 0

in out out

label label dest interface

10 6 A 1

12 9 D 0

in out out

label label dest interface

10 A 0

12 D 0

1

in out out

label label dest interface

8 6 A 0

0

8 A 1

Tabelas de repasse MPLS

53

105

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Endereccedilamento na camada de enlace

55 Ethernet

56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)

57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de

enlace ATM e MPLS

15

29

Eficiecircncia do Aloha PuroP( successo para um dado noacute) =

P(noacute transmitir) P(nenhum outro noacute transmiteem [t0-1t0] P(nenhum outro noacute transmiteem [t0t0+1]

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

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

hellip escolhendo p oacutetimo e fazendo N -gt infinito

= 1(2e) = 018

Ainda pior

30

CSMA Carrier Sense Multiple Access

CSMA escuta antes de transmitir Se o canal parece vazio transmite o quadro Se o canal estaacute ocupado adia a transmissatildeo

o CSMA Persistente tenta outra vez imediatamente com probabilidade p quando o canal se torna livre CSMA Natildeo-persistente tenta novamente apoacutes um intervalo aleatoacuterio

Analogia humana natildeo interrompa os outros Desta forma o problema das colisotildees fica resolvido

16

31

Colisotildees no CSMA

colisotildees podem ocorrero atraso de propagaccedilatildeo faz com que dois noacutes possam natildeo ouvir as transmissotildees do outro

colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo do pacote eacute desperdiccedilado

arranjo espacial dos noacutes

notapapel da distacircncia e do atraso de propagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo (janela de vulnerabilidade = retardo ida e volta entre os dois noacutes envolvidos)

espaccedilo

tem

po

32

CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisatildeo)

CSMACDo colisotildees detectadas num tempo curtoo transmissotildees com colisotildees satildeo interrompidas reduzindo o

desperdiacutecio do canal o retransmissotildees persistentes ou natildeo-persistentes

detecccedilatildeo de colisatildeoo faacutecil em LANs cabeadas mediccedilatildeo da intensidade do sinal ou

comparaccedilatildeo dos sinais transmitidos e recebidoso difiacutecil em LANs sem fio receptor desligado enquanto

transmitindo para evitar danificaacute-lo com excesso de potecircncia CSMACD pode conseguir utilizaccedilatildeo do canal perto de 100 em

redes locais (se tiver baixa razatildeo entre tempo de propagaccedilatildeo e tempo de transmissatildeo do pacote)

analogia humana interlocutor educado

17

33

CSMACD detecccedilatildeo de colisatildeoespaccedilo

tempo

detecccedilatildeo de colisatildeotempo

de parada

34

Protocolos com Revezamento

Protocolos MAC com particionamento de canalo compartilham o canal eficientemente quando a carga eacute alta e bem distribuiacuteda

o ineficiente nas cargas baixas retardos elevados para acesso ao canal

Protocolos MAC de acesso aleatoacuterioo eficiente com cargas baixas um uacutenico noacute pode usar todo o canal

o cargas altas excesso de colisotildeesProtocolos MAC com revezamento

buscam o melhor dos dois mundos

18

35

Protocolos MAC com Revezamento

Consulta (Polling) noacute mestre ldquoconvidardquo

os escravos a transmitir um de cada vez

problemaso custo da consulta

(polling overhead)o latecircnciao falha do mestre

Passagem de permissatildeo Ficha de controle (token)

passada de um noacute para o proacuteximo sequumlencialmente

problemaso custo (sobrecarga) da fichao latecircnciao falhas ficha e noacutes

36

Protocolos de ReservaConsulta (polling) distribuiacuteda O tempo eacute dividido em compartimentos (ldquoslotsrdquo) comeccedila com N compartimentos de reserva curtos

o tempo do compartimento de reserva eacute igual ao atraso de propagaccedilatildeo fim-a-fim do canal

o estaccedilatildeo com mensagem a enviar faz uma reservao reserva eacute vista por todas as estaccedilotildees

depois dos compartimentos de reserva ocorre a transmissatildeo das mensagens ordenadas pelas reservas e pelas prioridades de transmissatildeo

reserva mensagens

19

37

Tecnologias de Rede Local Protocolos MAC usados em redes locais para controlar

acesso ao canal Aneacuteis de fichas IEEE 8025 (Token Ring da IBM) para sala

de computaccedilatildeo ou rede departamental ateacute 16Mbps FDDI (Fiber Distributed Data Interface) para rede de Campus ou Metropolitana ateacute 200 estaccedilotildees em 100Mbps

Ethernet emprega o protocolo CSMACD 10Mbps (IEEE 8023) Fast E-net (100Mbps) Gigabit E-net (1000 Mbps) de longe a tecnologia mais popular de rede local

38

Sumaacuterio de protocolos MAC O que se pode fazer com um meio compartilhado

o Particionamento do canal por tempo frequumlecircncia ou coacutedigobull TDMA FDMA CDMA WDMA (wave division)

o Particionamento aleatoacuterio (dinacircmico) bull ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDdetecccedilatildeo de portadora faacutecil com algumas tecnologias (cabos) difiacutecil com outras (sem fio)

bull CSMACD usada na Ethernetbull CSMACA usada nas redes 80211

o Revezamentobull consulta por um noacute central passagem de ficha de permissatildeo

Para sateacutelites eacute difiacutecil detectar se o canal ascendente estaacuteocupado (retardos de 270ms) ALOHA FDM TDM CDMA

20

39

Tecnologias de LANCamada de enlace ateacute agora

o serviccedilos detecccedilatildeo de erroscorreccedilatildeo acesso muacuteltiplo

A seguir tecnologias de redes locais (LAN)o endereccedilamentoo Etherneto hubs pontes switcheso PPP

40

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Endereccedilamento na camada de enlace

55 Ethernet

56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)

57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de

enlace ATM e MPLS

21

41

Endereccedilos Fiacutesicos e ARP

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 MAC (ou de LAN fiacutesico Ethernet) usado para levar o datagrama de uma interface a

outra fisicamente conectada (isto eacute na mesma rede)

Endereccedilos MAC com 48 bits (na maioria das LANs) satildeo gravados na memoacuteria fixa (ROM) do adaptador

42

Cada adaptador numa LAN tem um endereccedilo de LAN uacutenico

End de Broadcast =FF-FF-FF-FF-FF-FF

= adaptador

1A-2F-BB-76-09-AD

58-23-D7-FA-20-B0

0C-C4-11-6F-E3-98

71-65-F7-2B-08-53

LAN(wired orwireless)

Endereccedilos Fiacutesicos e ARP

22

43

A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEE

O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (24 bits) para assegurar a unicidade

Analogia

(a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do CPF

(b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal

endereccedilamento MAC eacute plano (sem estrutura) =gt portabilidade

o eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra sem reconfiguraccedilatildeo do endereccedilo MAC

endereccedilamento IP eacute ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevel

o depende da rede na qual se estaacute ligado

Endereccedilos Fiacutesicos e ARP

44

Envio de um pacote de Argon para Neon

Fonte Liebeherr amp El Zarki 2004httpwwwcsvirginiaedu~itlabbookslidesindexhtml

23

45

DNS The IP address of

ldquoneontcpip-labedurdquo is

1281437121

ARP What is the MAC

address of 1281431371

DNS What is the IP address

of ldquoneontcpip-labedurdquoARP The MAC address of

1281431371 is 00e0f923a820

1281437121 is not on my local network

Therefore I need to send the packet to my

default gateway with address 1281431371

frame

1281437121 is on my local network

Therefore I can send the packet directly

ARP The MAC address of

1281431371 is 0020af039828

ARP What is the MAC

address of 1281437121

frame

46

Protocolo ARP O noacute A quer enviar pacote para o noacute B na mesma rede local A verifica se sua tabela ARP conteacutem o endereccedilo IP de B Se o end de natildeo estiver na Tabela ARP o moacutedulo ARP de A difunde um pacote ARP de consulta contendo o endereccedilo IP de Bo TODOS os noacutes na rede local recebem o pacote ARP

O noacute B responde ao noacute A com pacote ARP unicast informando seu proacuteprio endereccedilo MAC

A armazena o par endereccedilo IP-MAC em sua tabela ARP ateacuteque a informaccedilatildeo se torne obsoletao soft-state informaccedilatildeo que desaparece com o tempo se

natildeo for re-atualizada ARP eacute ldquoplug-and-playrdquo

o noacutes criam as suas tabelas ARP sem intervenccedilatildeo do administradorda rede

24

47

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Endereccedilamento na camada de enlace

55 Ethernet

56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)

57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de

enlace ATM e MPLS

48

Ethernet Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo

o Baratao Primeira tecnologia de LAN largamente usadao Mais simples e mais barata que LANs com token e ATMo Velocidade crescente 10 Mbps ndash 10 Gbps

Serviccedilo natildeo orientado a conexatildeo natildeo confiaacutevel

Esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf

25

49

Topologia em estrela

Barramento popular ateacute meados dos anos 90 Atualmente prevalece a topologia em estrela Conexatildeo hub ou switch

hub orswitch

50

Estrutura do Quadro Ethernet

Preacircmbulo 7 bytes com o padratildeo 10101010 seguidos por um byte com padratildeo o 10101011 usado para sincronizar os reloacutegios do receptor e do emissor

Endereccedilos 6 bytes quadro eacute recebido por todos os adaptadores e descartado se o endereccedilo do quadro natildeo coincide com o endereccedilo do adaptador

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

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

26

51

Codificaccedilatildeo Manchester Banda baacutesica transmissatildeo digital bits satildeo codificados usando

codificaccedilatildeo Manchester e transmitidos diretamente modificando a voltagem de sinal de corrente contiacutenua

Cada bit tem uma transiccedilatildeo Permite que os reloacutegios (clocks) nos noacutes emissor e receptor

mantenham-se sincronizadoso Natildeo eacute necessaacuterio um reloacutegio centralizado global para todos os noacutes

Aspecto da camada fiacutesica

52

Ethernet usa CSMACDA escutar canal se canal em silecircncio por determinado tempo (96 BTT)

entatildeo transmitir e monitorar o canal Se detectada outra transmissatildeo entatildeo

abortar e enviar sinal de ldquojamrdquo (48 bits)atualizar nuacutemero de colisotildees esperar de acordo com o algoritmo de retardo exponencial (ldquoexponential backoffrdquo)

ir para A

senatildeo quadro transmitido zerar contador de colisotildees

senatildeo esperar ateacute terminar a transmissatildeo em curso ir para A

27

53

Sinal de ldquoJamrdquo garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo (48 bits)

Tempo de Bit (BTT) 01 micros para Ethernet de 10 Mbps para K=1023 tempo de espera eacute de aprox 50 msec

ldquoExponential Backoffrdquo Objetivo adaptar tentativas

de retransmissatildeo agrave carga atual estimada da redeo carga pesada espera aleatoacuteria

mais longa Esperar K 512 BTT primeira colisatildeo

escolher K entre 01 segunda colisatildeo

escolher K entre 0123 apoacutes 10 ou mais colisotildees

escolher K entre 01234hellip1023

Ethernet CSMACD (cont)

54

Ethernet - Eficiecircncia Eficiecircncia com traacutefego pesado e nuacutemero grande de noacutes

)5(1

1

trans

prop

t

tEficiecircncia

+

=

tprop = tempo maacuteximo de propagaccedilatildeo entre 2 noacutesttrans= tempo para transmitir um quadro de tamanho maacuteximo

Quando tprop tende a 0 a eficiecircncia tende a 1Quando ttrans tende a infinito a eficiecircncia tende a 1

Muito melhor que ALOHA e ainda descentralizado simples e barato

28

55

Tecnologias Ethernet 10Base2 10 10Mbps 2 comprimento maacuteximo do cabo de 200 metros (de

fato 185 metros) Utiliza cabo coaxial fino numa topologia em barramento

repetidores satildeo usados para conectar muacuteltiplos segmentos (ateacuteum maacuteximo de 4)

repetidor repete os bits que ele recebe numa interface para as suas outras interfaces atua somente na camada fiacutesica

pacotes transmitidosviajam nas duas direccedilotildees

conectorT terminador

adaptador

noacute noacute noacute noacute noacute

56

10BaseT e 100BaseT Taxas de 10 e 100 Mbps A de taxa 100 Mbps eacute chamada de ldquoFast Ethernetrdquo T significa ldquoTwisted Pairrdquo (par tranccedilado) Noacutes conectados a um concentrador (ldquohubrdquo) ldquotopologia em

estrelardquo

par tranccedilado

hub

29

57

10BaseT e 100BaseT (cont)

Distacircncia maacutexima do noacute ao hub 100 metros Hub pode desconectar da rede um adaptador que

natildeo paacutera de transmitir (ldquojabbering adapterrdquo) ndash10Base2 natildeo funcionariahellip

Hub pode coletar e monitorar informaccedilotildees e estatiacutesticas para apresentaccedilatildeo ao administradores da LAN

10BaseT usa codificaccedilatildeo Manchester 100BaseT usa 4B5B

(5 clocks para transmitir 4 bits)

58

HubsHubs satildeo essencialmente repetidores da camada fiacutesica

o bits vindos de um enlace vatildeo para todos os demais enlaceso hellip agrave mesma velocidadeo natildeo haacute armazenamento de quadros (buffering)o natildeo haacute CSMACD no hub adaptadores detectam as

colisotildeeso oferece funccedilotildees de gerecircncia de rede

twisted pair

hub

30

59

Gbit Ethernet (IEEE 8023z)

Usa formato do quadro Ethernet padratildeo Permite enlaces ponto-a-ponto (com switchs) e

canais de difusatildeo compartilhados (com hubs) Em modo compartilhado usa CSMACD

o para ser eficiente as distacircncias entre os noacutes devem ser curtas (poucos metros)

hubs chamados de Distribuidores com Buffers(ldquoBuffered Distributorsrdquo)

Full-Duplex em 1 Gbps para enlaces ponto-a-ponto 10 Gbps atualmente

60

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Endereccedilamento na camada de enlace

55 Ethernet

56 Interconexotildees distribuidores e comutadores (Hubs and switches)

57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de

enlace ATM e MPLS

31

61

Interconexatildeo de LANs

Por que natildeo somente 1 grande LAN o Limitaccedilatildeo de traacutefego

bull em uma uacutenica LAN todas as estaccedilotildees compartilham a largura de banda

o Limitaccedilatildeo de distacircnciabull 8023 especifica o comprimento maacuteximo do cabo

o Grande ldquodomiacutenio de colisatildeordquobull pode-se colidir com muitas estaccedilotildees

o Limitaccedilatildeo do nuacutemero de estaccedilotildeesbull passagem de ficha provoca atraso em cada estaccedilatildeo p ex

62

Hubs e Comutadores

Usados para estender redes locais cobertura geograacutefica nuacutemero de noacutes funcionalidade administrativa etc

Diferem entre si em respeito ao isolamento de domiacutenios de colisatildeoo camada em que operam

Diferentes de roteadoreso ldquoplug and playrdquoo natildeo fazem o roteamento oacutetimo de pacotes IP

32

63

Hubs Dispositivos de camada fiacutesica

o repetem os bits recebidos numa interface para as demais

Podem ser dispostos numa hierarquia (multi-tier hub desing)

64

Hubs (cont)

Vantagens de Hubso Dispositivos simples e baratoso Configuraccedilatildeo em muacuteltiplos niacuteveis provecirc degradaccedilatildeo paulatina porccedilotildees da rede local continuam a operar se um dos hubs parar de funcionar

o Estende a distacircncia maacutexima entre pares de noacutes

33

65

Hubs (cont)

Limitaccedilotildeeso Domiacutenio de colisatildeo uacutenico natildeo leva a aumento na vazatildeo maacuteximabull a vazatildeo no caso de muacuteltiplos niacuteveis eacute igual agrave de um uacutenico segmento

o As tecnologias Ethernet (10Base 10BaseT etc) estabelecem limites no nuacutemero de noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo distacircncia entre hospedeiros e numero maacuteximo de niacuteveis (tiers)

o Natildeo se pode misturar Ethernet 10BaseT e 100Base)

66

Comutador (Switch) Dispositivo da camada de enlace

o Armazena e reenvia quadros Etherneto Encaminha os quadros a partir dos respectivos endereccedilos MAC de destino

o Quando quer repassar um quadro para um segmento usa o CSMACD para acessar o segmento

Transparente o Hospedeiros natildeo sabem da presenccedila do switch

plug-and-play auto-aprendizadoo Natildeo precisam ser configurados

34

67

Repasse (forwarding)

bull Com se determina para que segmento de LAN se deve repassar um quadrobull Parece um problema de roteamento

hub hubhub

switch1

2 3

68

Auto-aprendizado

Comutador tem uma tabela de comutaccedilatildeo (switch table) Entrada na tabela de comutaccedilatildeo

o (Endereccedilo MAC Interface Selo do Tempo)o Entradas antigas descartadas

O comutador aprende que noacutes satildeo alcanccedilaacuteveis atraveacutes de suas interfaceso Quando um quadro eacute recebido ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do remetente segmento de LAN de chegada

35

69

Filtragem e RepasseQuando um quadro eacute recebido

indexar a tabela de comutaccedilatildeo usando o end MAC destinose entrada encontradaentatildeo se destino no segmento de onde o quadro foi recebidoentatildeo descartar o quadrosenatildeo repassar o quadro para a interface indicada (CSMACD)

senatildeo inundar

Repassar a todas as interfaces exceto agravequelapor onde chegou o quadro

70

Exemplo

Suponha que C envia quadro para D

Switch recebe o quadro de Co registra na tabela que C estaacute na interface 1o como D natildeo estaacute na tabela repassa o quadro para as

interfaces 2 e 3

quadro recebido por D

hub hub hub

switch

A

B CD

EF G H

I

end interface

ABEG

1123

12 3

36

71

Exemplo

Suponha que D responde para C

Switch recebe o quadro de Do registra na tabela que D estaacute na interface 2o como C estaacute na tabela repassa o quadro apenas para a

interface 1

quadro recebido por C

hub hub hub

switch

A

B CD

EF G H

I

end interface

ABEGC

11231

72

Comutador isolamento de traacutefego A instalaccedilatildeo de um comutador divide uma subrede

em vaacuterios segmentos de LAN

Comutador filtra os quadroso segmentos tornam-se diferentes domiacutenios de colisatildeo

hub hub hub

switch

collision domain collision domain

collisiondomain

37

73

Comutador acesso dedicado Comutadores com muitas

interfaces Hospedeiros tecircm conexatildeo

direta com o comutador Sem colisotildees full duplex

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

switch

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

74

Comutador hellip

Alguns comutadores implementam cut-througho o quadro eacute repassado sem esperar a montagem do quadro inteiro no buffer do comutador bull pequena reduccedilatildeo da latecircncia

Combinaccedilotildees de interfaces compartilhadasdedicadas de 101001000 Mbps

38

75

Rede institucional

hub hubhub

comutador

para a rede externa

roteador

subrede IP

servidor de correio-e

servidor web

76

Comutadores vs Roteadores ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa

o roteadores dispositivos da camada de rede (examinam cabeccedilalhos da camada de rede)

o comutadores dispositivos da camada de enlace roteadores mantecircm tabelas de rotas e implementam algoritmos

de roteamento comutadores mantecircm tabelas de filtragem implementam

filtragem

39

77

Comparaccedilatildeo Sumaacuteria

hubs routers switches

traffic isolation

no yes yes

plug amp play yes no yes

optimal routing

no yes no

cut through

yes no yes

78

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Endereccedilamento na camada de enlace

55 Ethernet

56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

40

79

Controle de Enlace Ponto-a-Ponto

Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil que um enlace broadcasto natildeo haacute Controle de Acesso ao Meioo natildeo haacute necessidade de endereccedilamento MAC expliacutecito

o ex enlace discado linha ISDN protocolos ponto-a-ponto populares para camada

de enlaceo PPP (point-to-point protocol)o HDLC High-level Data Link Control(A camada de enlace costumava ser considerada de alto niacutevel na pilha de protocolos)

80

Protocolo Ponto-a-Ponto (PPP)

PPP eacute muito popular usado em conexotildees discadas entre sistema domeacutestico e provedor em conexotildees SONETSDH etc

PPP eacute extremamente simples (o mais simples dos protocolos de enlace de dados) e muito otimizado

41

81

PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]

Enquadramento de pacotes encapsulamento do datagrama da camada de rede no quadro da camada de enlace

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

Muacuteltiplos protocolos da camada de rede (natildeo apenas o IP) ao mesmo tempoo capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeoo Campo lsquotipo de protocolorsquo como no IP

Muacuteltiplos tipos de enlace seriais paralelos siacutencronos assiacutencronos eleacutetricos oacutepticos

Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo) connection livenes detecta e informa falhas do enlace para a

camada de rede Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede as camadas de rede

comuni9cantes devem poder aprender ou configurar mutuamente seus endereccedilos de rede

Simplicidade

82

Nem tudo foi requerido do PPP

natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros natildeo haacute controle de fluxo aceita entregas fora de ordem (embora seja pouco

comum) natildeo haacute necessidade de suportar enlaces multiponto

(ex polling)o HDLC os permite

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

42

83

PPP Formato do Quadro 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)

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

erros

endereccedilocontrole

tamanhovariaacutevelou ou

CRC

84

Byte Stuffing Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de

dados deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt01111110gt

Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte extra com o padratildeo lt 01111101gt (escape) antes de cada byte de dados lt 01111110gt

Receptoro dois bytes 01111101 seguidos descarta o primeiro e continua a recepccedilatildeo de dados

o um byte 01111110 flag Em enlaces siacutencronos orientados a bit usa-se bit

stuffing o depois de uma sequumlecircncia de 5 bits lsquo1rsquo o transmissor insere

um bit lsquo0rsquo

43

85

Byte Stuffing

byte como padratildeodo flag nosdados a enviar

byte com o padratildeo de flag seguido do byte inserido

86

PPP Protocolo de Controle de Enlace (LCP) e Controle de RedeAntes de trocar dados da camada

de rede os parceiros da camada de enlace devem

configurar o enlace PPP (PPP-LCP) (tamanho maacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo)

aprenderconfigurar informaccedilotildees da camada de redeo para o IP mensagens do

Protocolo de Controle IP (IPCP) para configurar aprender os endereccedilos IP

44

87

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Endereccedilamento na camada de enlace

55 Ethernet

56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)

57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

88

ATM e MPLS

ATM MPLS redes com arquiteturas proacutepriaso modelos de serviccedilo endereccedilamento e roteamento diferentes dos da Internet

Vistos pela Internet como enlaces loacutegicos conectando roteadores IPo assim como um enlace discado eacute parte de uma rede separada (a rede de telefonia)

ATM MPLS de interesse teacutecnico por si mesmas

45

89

Padratildeo dos anos 199000 para a arquitetura de alta velocidade (155 622Mbps hellip) da BroadbandIntegrated Service Digital Network (B-ISDN)

Objetivo transporte integrado fim-a-fim de voz viacutedeo e dadoso deve atender aos requisitos de tempoQoS para aplicaccedilotildees de voz e de viacutedeo (versus o serviccedilo de melhor esforccedilo da Internet)

o telefonia de ldquoproacutexima geraccedilatildeordquo fundamentos teacutecnicos no mundo da telefonia

o comutaccedilatildeo de pacotes (pacotes de tamanho fixo chamados ldquoceacutelulasrdquo) usando circuitos virtuais

ATM Modo de Transferecircncia Assiacutencrono

90

Arquitetura ATM

camada de adaptaccedilatildeo apenas na borda de uma rede ATM

o grosseiramente anaacuteloga agrave camada de transporte da Interneto ldquoadaptardquo camadas superiores (aplicaccedilotildees IP ou nativas ATM)

para a camada ATM abaixo camada ATM camada de ldquorederdquo

o comutaccedilatildeo de ceacutelulas roteamento camada fiacutesica

46

91

ATM camada de rede ou de enlaceVisatildeo transporte fim-a-fim

ldquoATM de computador a computadorrdquoo ATM eacute uma tecnologia

de rede

Realidade usada para conectar roteadores IP de backboneo ldquoIP sobre ATMrdquoo ATM como uma camada

de enlace comutada conectando roteadores IP

Rede ATM

rede IP

92

Camada ATMServiccedilo transporte de ceacutelulas atraveacutes da rede ATM

o anaacuteloga agrave camada de rede IPo Serviccedilos muito diferentes da camada de rede IP

Arquitetura

de Rede

Internet

ATM

ATM

ATM

ATM

Modelo

de Serviccedilo

melhor

esforccedilo

CBR

VBR

ABR

UBR

Banda

natildeo

taxa

constante

taxa

garantida

miacutenimo

garantido

natildeo

Perda

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Ordem

natildeo

sim

sim

sim

sim

Tempo

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Aviso de

Congestatildeo

natildeo (inferido

pelas perdas)

natildeo haacute

congestatildeo

natildeo haacute

congestatildeo

sim

natildeo

Garantias

47

93

Camada ATM Circuitos Virtuais Transporte em CV ceacutelulas (53 bytes) satildeo transportadas sobre CV

da fonte ao destinoo estabelecimento de conexatildeo necessaacuterio antes que o fluxo de dados

possa ser iniciadoo cada pacote transporta um identificador de CV (natildeo transporta o

endereccedilo do destino)o cada comutador no caminho entre a fonte e o destino manteacutem o

ldquoestadordquo para cada conexatildeo passanteo recursos do enlace e do comutador (banda passante buffers) podem

ser alocados aoCV para obter um comportamento semelhante ao de um circuito fiacutesico

CVs Permanentes (PVC)o conexotildees de longa duraccedilatildeo o tipicamente rota ldquopermanenterdquo entre roteadores IP

CVs Comutados (SVC)o conexotildees de curta duraccedilatildeoo dinamicamente criados com base nas chamadas

94

CVs ATM

Vantagens do uso de circuitos virtuais no ATMo Consegue garantir niacuteveis de QoS para conexotildees mapeadas em circuitos virtuais (banda passante atraso variacircncia de atraso)

Problemas no uso de circuitos virtuaiso O traacutefego de datagramas eacute ineficienteo um PVC entre cada par origemdestino natildeo eacuteescalaacutevel (N2 conexotildees satildeo necessaacuterias)

o SVC introduz latecircncia de estabelecimento de conexatildeo e atrasos de processamento para conexotildees de curta duraccedilatildeo

48

95

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

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

Cabeccedilalhoda ceacutelula

Formato daceacutelula

96

Camada ATM Cabeccedilalho da ceacutelula ATM

VCI identificador de canal virtual

o pode mudar de enlace para enlace atraveacutes da rede

PT Tipo de payload (carga)o Ex ceacutelula de gerenciamento versus ceacutelula de dados

CLP bit de Prioridade de Perda de Ceacutelula (Cell Loss Priority)

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

HEC Verificaccedilatildeo de Erros no Cabeccedilalho

o verificaccedilatildeo ciacuteclica de erros

49

97

Camada Fiacutesica ATM Compotildee-se de duas partes (subcamadas) Transmission Convergence Sublayer - TCS adapta a

camada ATM acima agrave subcamada fiacutesica abaixo (PMD Physical Medium Dependent Sublayer- PMD depende

do tipo de meio fiacutesico sendo empregado

98

IP-sobre-ATMApenas IP Claacutessico 3 ldquoredesrdquo (ex

segmentos de LAN) endereccedilos MAC

(8023) e IP

IP sobre ATM substitui ldquorederdquo (ex

segmento de LAN) por rede ATM

endereccedilos ATM endereccedilos IP

redeATM

EthernetLANs

EthernetLANs

50

99

IP-sobre-ATM

AALATMphyphy

Eth

IP

ATMphy

ATMphy

apptranspIPAALATMphy

apptranspIPEthphy

100

Viagem de um Datagrama numa Rede IP-sobre-ATM Hospedeiro de Origem

o Camada IP encontra um mapeamento entre o endereccedilo IP e o endereccedilo de destino ATM (usando ATM-ARP)

o passa o datagrama para a camada de adaptaccedilatildeo AAL5o AAL5 encapsula os dados (datagrama) segmenta em ceacutelulas e

passa para a camada ATM Rede ATM move a ceacutelula para o destino de comutador a

comutador de acordo com o seu CV (circuito virtual) Hospedeiro de Destino

o AAL5 remonta o datagrama original a partir das ceacutelulas recebidas

o se o CRC OK datagrama eacute passado ao IP

51

101

IP-sobre-ATM

datagramas IP emPDUs ATM AAL5

de endereccedilos IP paraendereccedilos ATMo como de endereccedilos IP paraendereccedilos MAC 8023

RedeATM

LANsEthernet

102

Multiprotocol label switching (MPLS)

Objetivo inicial acelerar o repasse de datagramas IP usando um roacutetulo de tamanho fixoo usa ideacuteias da abordagem de Circuitos Virtuais

PPP or Ethernet

headerIP header remainder of link-layer frameMPLS header

label Exp S TTL

20 3 1 8

52

103

Roteadores habilitados para MPLS

Roteadores de chaveamento de roacutetulos (label-switchedrouter)

Repassa pacotes para as interfaces de saiacuteda baseado apenas no valor do roacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP)o tabela de repasse o MPLS diferente da tabela de repasse IP

Necessaacuterio um protocolo de sinalizaccedilatildeoo RSVP-TEo Repasse possiacutevel atraveacutes de caminhos que o IP sozinho natildeo

permitiria (pex roteamento especifico para fonte - source-specific routing)

o MPLS pode ser usado para engenharia de traacutefego Deve coexistir com roteadores que entendem apenas

IP

104

R1R2

D

R3R4R5

0

1

00

A

R6

in out out

label label dest interface

6 - A 0

in out out

label label dest interface

10 6 A 1

12 9 D 0

in out out

label label dest interface

10 A 0

12 D 0

1

in out out

label label dest interface

8 6 A 0

0

8 A 1

Tabelas de repasse MPLS

53

105

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Endereccedilamento na camada de enlace

55 Ethernet

56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)

57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de

enlace ATM e MPLS

16

31

Colisotildees no CSMA

colisotildees podem ocorrero atraso de propagaccedilatildeo faz com que dois noacutes possam natildeo ouvir as transmissotildees do outro

colisatildeotodo o tempo de transmissatildeo do pacote eacute desperdiccedilado

arranjo espacial dos noacutes

notapapel da distacircncia e do atraso de propagaccedilatildeo na determinaccedilatildeo da probabilidade de colisatildeo (janela de vulnerabilidade = retardo ida e volta entre os dois noacutes envolvidos)

espaccedilo

tem

po

32

CSMACD (Detecccedilatildeo de Colisatildeo)

CSMACDo colisotildees detectadas num tempo curtoo transmissotildees com colisotildees satildeo interrompidas reduzindo o

desperdiacutecio do canal o retransmissotildees persistentes ou natildeo-persistentes

detecccedilatildeo de colisatildeoo faacutecil em LANs cabeadas mediccedilatildeo da intensidade do sinal ou

comparaccedilatildeo dos sinais transmitidos e recebidoso difiacutecil em LANs sem fio receptor desligado enquanto

transmitindo para evitar danificaacute-lo com excesso de potecircncia CSMACD pode conseguir utilizaccedilatildeo do canal perto de 100 em

redes locais (se tiver baixa razatildeo entre tempo de propagaccedilatildeo e tempo de transmissatildeo do pacote)

analogia humana interlocutor educado

17

33

CSMACD detecccedilatildeo de colisatildeoespaccedilo

tempo

detecccedilatildeo de colisatildeotempo

de parada

34

Protocolos com Revezamento

Protocolos MAC com particionamento de canalo compartilham o canal eficientemente quando a carga eacute alta e bem distribuiacuteda

o ineficiente nas cargas baixas retardos elevados para acesso ao canal

Protocolos MAC de acesso aleatoacuterioo eficiente com cargas baixas um uacutenico noacute pode usar todo o canal

o cargas altas excesso de colisotildeesProtocolos MAC com revezamento

buscam o melhor dos dois mundos

18

35

Protocolos MAC com Revezamento

Consulta (Polling) noacute mestre ldquoconvidardquo

os escravos a transmitir um de cada vez

problemaso custo da consulta

(polling overhead)o latecircnciao falha do mestre

Passagem de permissatildeo Ficha de controle (token)

passada de um noacute para o proacuteximo sequumlencialmente

problemaso custo (sobrecarga) da fichao latecircnciao falhas ficha e noacutes

36

Protocolos de ReservaConsulta (polling) distribuiacuteda O tempo eacute dividido em compartimentos (ldquoslotsrdquo) comeccedila com N compartimentos de reserva curtos

o tempo do compartimento de reserva eacute igual ao atraso de propagaccedilatildeo fim-a-fim do canal

o estaccedilatildeo com mensagem a enviar faz uma reservao reserva eacute vista por todas as estaccedilotildees

depois dos compartimentos de reserva ocorre a transmissatildeo das mensagens ordenadas pelas reservas e pelas prioridades de transmissatildeo

reserva mensagens

19

37

Tecnologias de Rede Local Protocolos MAC usados em redes locais para controlar

acesso ao canal Aneacuteis de fichas IEEE 8025 (Token Ring da IBM) para sala

de computaccedilatildeo ou rede departamental ateacute 16Mbps FDDI (Fiber Distributed Data Interface) para rede de Campus ou Metropolitana ateacute 200 estaccedilotildees em 100Mbps

Ethernet emprega o protocolo CSMACD 10Mbps (IEEE 8023) Fast E-net (100Mbps) Gigabit E-net (1000 Mbps) de longe a tecnologia mais popular de rede local

38

Sumaacuterio de protocolos MAC O que se pode fazer com um meio compartilhado

o Particionamento do canal por tempo frequumlecircncia ou coacutedigobull TDMA FDMA CDMA WDMA (wave division)

o Particionamento aleatoacuterio (dinacircmico) bull ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDdetecccedilatildeo de portadora faacutecil com algumas tecnologias (cabos) difiacutecil com outras (sem fio)

bull CSMACD usada na Ethernetbull CSMACA usada nas redes 80211

o Revezamentobull consulta por um noacute central passagem de ficha de permissatildeo

Para sateacutelites eacute difiacutecil detectar se o canal ascendente estaacuteocupado (retardos de 270ms) ALOHA FDM TDM CDMA

20

39

Tecnologias de LANCamada de enlace ateacute agora

o serviccedilos detecccedilatildeo de erroscorreccedilatildeo acesso muacuteltiplo

A seguir tecnologias de redes locais (LAN)o endereccedilamentoo Etherneto hubs pontes switcheso PPP

40

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Endereccedilamento na camada de enlace

55 Ethernet

56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)

57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de

enlace ATM e MPLS

21

41

Endereccedilos Fiacutesicos e ARP

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 MAC (ou de LAN fiacutesico Ethernet) usado para levar o datagrama de uma interface a

outra fisicamente conectada (isto eacute na mesma rede)

Endereccedilos MAC com 48 bits (na maioria das LANs) satildeo gravados na memoacuteria fixa (ROM) do adaptador

42

Cada adaptador numa LAN tem um endereccedilo de LAN uacutenico

End de Broadcast =FF-FF-FF-FF-FF-FF

= adaptador

1A-2F-BB-76-09-AD

58-23-D7-FA-20-B0

0C-C4-11-6F-E3-98

71-65-F7-2B-08-53

LAN(wired orwireless)

Endereccedilos Fiacutesicos e ARP

22

43

A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEE

O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (24 bits) para assegurar a unicidade

Analogia

(a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do CPF

(b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal

endereccedilamento MAC eacute plano (sem estrutura) =gt portabilidade

o eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra sem reconfiguraccedilatildeo do endereccedilo MAC

endereccedilamento IP eacute ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevel

o depende da rede na qual se estaacute ligado

Endereccedilos Fiacutesicos e ARP

44

Envio de um pacote de Argon para Neon

Fonte Liebeherr amp El Zarki 2004httpwwwcsvirginiaedu~itlabbookslidesindexhtml

23

45

DNS The IP address of

ldquoneontcpip-labedurdquo is

1281437121

ARP What is the MAC

address of 1281431371

DNS What is the IP address

of ldquoneontcpip-labedurdquoARP The MAC address of

1281431371 is 00e0f923a820

1281437121 is not on my local network

Therefore I need to send the packet to my

default gateway with address 1281431371

frame

1281437121 is on my local network

Therefore I can send the packet directly

ARP The MAC address of

1281431371 is 0020af039828

ARP What is the MAC

address of 1281437121

frame

46

Protocolo ARP O noacute A quer enviar pacote para o noacute B na mesma rede local A verifica se sua tabela ARP conteacutem o endereccedilo IP de B Se o end de natildeo estiver na Tabela ARP o moacutedulo ARP de A difunde um pacote ARP de consulta contendo o endereccedilo IP de Bo TODOS os noacutes na rede local recebem o pacote ARP

O noacute B responde ao noacute A com pacote ARP unicast informando seu proacuteprio endereccedilo MAC

A armazena o par endereccedilo IP-MAC em sua tabela ARP ateacuteque a informaccedilatildeo se torne obsoletao soft-state informaccedilatildeo que desaparece com o tempo se

natildeo for re-atualizada ARP eacute ldquoplug-and-playrdquo

o noacutes criam as suas tabelas ARP sem intervenccedilatildeo do administradorda rede

24

47

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Endereccedilamento na camada de enlace

55 Ethernet

56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)

57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de

enlace ATM e MPLS

48

Ethernet Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo

o Baratao Primeira tecnologia de LAN largamente usadao Mais simples e mais barata que LANs com token e ATMo Velocidade crescente 10 Mbps ndash 10 Gbps

Serviccedilo natildeo orientado a conexatildeo natildeo confiaacutevel

Esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf

25

49

Topologia em estrela

Barramento popular ateacute meados dos anos 90 Atualmente prevalece a topologia em estrela Conexatildeo hub ou switch

hub orswitch

50

Estrutura do Quadro Ethernet

Preacircmbulo 7 bytes com o padratildeo 10101010 seguidos por um byte com padratildeo o 10101011 usado para sincronizar os reloacutegios do receptor e do emissor

Endereccedilos 6 bytes quadro eacute recebido por todos os adaptadores e descartado se o endereccedilo do quadro natildeo coincide com o endereccedilo do adaptador

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

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

26

51

Codificaccedilatildeo Manchester Banda baacutesica transmissatildeo digital bits satildeo codificados usando

codificaccedilatildeo Manchester e transmitidos diretamente modificando a voltagem de sinal de corrente contiacutenua

Cada bit tem uma transiccedilatildeo Permite que os reloacutegios (clocks) nos noacutes emissor e receptor

mantenham-se sincronizadoso Natildeo eacute necessaacuterio um reloacutegio centralizado global para todos os noacutes

Aspecto da camada fiacutesica

52

Ethernet usa CSMACDA escutar canal se canal em silecircncio por determinado tempo (96 BTT)

entatildeo transmitir e monitorar o canal Se detectada outra transmissatildeo entatildeo

abortar e enviar sinal de ldquojamrdquo (48 bits)atualizar nuacutemero de colisotildees esperar de acordo com o algoritmo de retardo exponencial (ldquoexponential backoffrdquo)

ir para A

senatildeo quadro transmitido zerar contador de colisotildees

senatildeo esperar ateacute terminar a transmissatildeo em curso ir para A

27

53

Sinal de ldquoJamrdquo garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo (48 bits)

Tempo de Bit (BTT) 01 micros para Ethernet de 10 Mbps para K=1023 tempo de espera eacute de aprox 50 msec

ldquoExponential Backoffrdquo Objetivo adaptar tentativas

de retransmissatildeo agrave carga atual estimada da redeo carga pesada espera aleatoacuteria

mais longa Esperar K 512 BTT primeira colisatildeo

escolher K entre 01 segunda colisatildeo

escolher K entre 0123 apoacutes 10 ou mais colisotildees

escolher K entre 01234hellip1023

Ethernet CSMACD (cont)

54

Ethernet - Eficiecircncia Eficiecircncia com traacutefego pesado e nuacutemero grande de noacutes

)5(1

1

trans

prop

t

tEficiecircncia

+

=

tprop = tempo maacuteximo de propagaccedilatildeo entre 2 noacutesttrans= tempo para transmitir um quadro de tamanho maacuteximo

Quando tprop tende a 0 a eficiecircncia tende a 1Quando ttrans tende a infinito a eficiecircncia tende a 1

Muito melhor que ALOHA e ainda descentralizado simples e barato

28

55

Tecnologias Ethernet 10Base2 10 10Mbps 2 comprimento maacuteximo do cabo de 200 metros (de

fato 185 metros) Utiliza cabo coaxial fino numa topologia em barramento

repetidores satildeo usados para conectar muacuteltiplos segmentos (ateacuteum maacuteximo de 4)

repetidor repete os bits que ele recebe numa interface para as suas outras interfaces atua somente na camada fiacutesica

pacotes transmitidosviajam nas duas direccedilotildees

conectorT terminador

adaptador

noacute noacute noacute noacute noacute

56

10BaseT e 100BaseT Taxas de 10 e 100 Mbps A de taxa 100 Mbps eacute chamada de ldquoFast Ethernetrdquo T significa ldquoTwisted Pairrdquo (par tranccedilado) Noacutes conectados a um concentrador (ldquohubrdquo) ldquotopologia em

estrelardquo

par tranccedilado

hub

29

57

10BaseT e 100BaseT (cont)

Distacircncia maacutexima do noacute ao hub 100 metros Hub pode desconectar da rede um adaptador que

natildeo paacutera de transmitir (ldquojabbering adapterrdquo) ndash10Base2 natildeo funcionariahellip

Hub pode coletar e monitorar informaccedilotildees e estatiacutesticas para apresentaccedilatildeo ao administradores da LAN

10BaseT usa codificaccedilatildeo Manchester 100BaseT usa 4B5B

(5 clocks para transmitir 4 bits)

58

HubsHubs satildeo essencialmente repetidores da camada fiacutesica

o bits vindos de um enlace vatildeo para todos os demais enlaceso hellip agrave mesma velocidadeo natildeo haacute armazenamento de quadros (buffering)o natildeo haacute CSMACD no hub adaptadores detectam as

colisotildeeso oferece funccedilotildees de gerecircncia de rede

twisted pair

hub

30

59

Gbit Ethernet (IEEE 8023z)

Usa formato do quadro Ethernet padratildeo Permite enlaces ponto-a-ponto (com switchs) e

canais de difusatildeo compartilhados (com hubs) Em modo compartilhado usa CSMACD

o para ser eficiente as distacircncias entre os noacutes devem ser curtas (poucos metros)

hubs chamados de Distribuidores com Buffers(ldquoBuffered Distributorsrdquo)

Full-Duplex em 1 Gbps para enlaces ponto-a-ponto 10 Gbps atualmente

60

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Endereccedilamento na camada de enlace

55 Ethernet

56 Interconexotildees distribuidores e comutadores (Hubs and switches)

57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de

enlace ATM e MPLS

31

61

Interconexatildeo de LANs

Por que natildeo somente 1 grande LAN o Limitaccedilatildeo de traacutefego

bull em uma uacutenica LAN todas as estaccedilotildees compartilham a largura de banda

o Limitaccedilatildeo de distacircnciabull 8023 especifica o comprimento maacuteximo do cabo

o Grande ldquodomiacutenio de colisatildeordquobull pode-se colidir com muitas estaccedilotildees

o Limitaccedilatildeo do nuacutemero de estaccedilotildeesbull passagem de ficha provoca atraso em cada estaccedilatildeo p ex

62

Hubs e Comutadores

Usados para estender redes locais cobertura geograacutefica nuacutemero de noacutes funcionalidade administrativa etc

Diferem entre si em respeito ao isolamento de domiacutenios de colisatildeoo camada em que operam

Diferentes de roteadoreso ldquoplug and playrdquoo natildeo fazem o roteamento oacutetimo de pacotes IP

32

63

Hubs Dispositivos de camada fiacutesica

o repetem os bits recebidos numa interface para as demais

Podem ser dispostos numa hierarquia (multi-tier hub desing)

64

Hubs (cont)

Vantagens de Hubso Dispositivos simples e baratoso Configuraccedilatildeo em muacuteltiplos niacuteveis provecirc degradaccedilatildeo paulatina porccedilotildees da rede local continuam a operar se um dos hubs parar de funcionar

o Estende a distacircncia maacutexima entre pares de noacutes

33

65

Hubs (cont)

Limitaccedilotildeeso Domiacutenio de colisatildeo uacutenico natildeo leva a aumento na vazatildeo maacuteximabull a vazatildeo no caso de muacuteltiplos niacuteveis eacute igual agrave de um uacutenico segmento

o As tecnologias Ethernet (10Base 10BaseT etc) estabelecem limites no nuacutemero de noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo distacircncia entre hospedeiros e numero maacuteximo de niacuteveis (tiers)

o Natildeo se pode misturar Ethernet 10BaseT e 100Base)

66

Comutador (Switch) Dispositivo da camada de enlace

o Armazena e reenvia quadros Etherneto Encaminha os quadros a partir dos respectivos endereccedilos MAC de destino

o Quando quer repassar um quadro para um segmento usa o CSMACD para acessar o segmento

Transparente o Hospedeiros natildeo sabem da presenccedila do switch

plug-and-play auto-aprendizadoo Natildeo precisam ser configurados

34

67

Repasse (forwarding)

bull Com se determina para que segmento de LAN se deve repassar um quadrobull Parece um problema de roteamento

hub hubhub

switch1

2 3

68

Auto-aprendizado

Comutador tem uma tabela de comutaccedilatildeo (switch table) Entrada na tabela de comutaccedilatildeo

o (Endereccedilo MAC Interface Selo do Tempo)o Entradas antigas descartadas

O comutador aprende que noacutes satildeo alcanccedilaacuteveis atraveacutes de suas interfaceso Quando um quadro eacute recebido ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do remetente segmento de LAN de chegada

35

69

Filtragem e RepasseQuando um quadro eacute recebido

indexar a tabela de comutaccedilatildeo usando o end MAC destinose entrada encontradaentatildeo se destino no segmento de onde o quadro foi recebidoentatildeo descartar o quadrosenatildeo repassar o quadro para a interface indicada (CSMACD)

senatildeo inundar

Repassar a todas as interfaces exceto agravequelapor onde chegou o quadro

70

Exemplo

Suponha que C envia quadro para D

Switch recebe o quadro de Co registra na tabela que C estaacute na interface 1o como D natildeo estaacute na tabela repassa o quadro para as

interfaces 2 e 3

quadro recebido por D

hub hub hub

switch

A

B CD

EF G H

I

end interface

ABEG

1123

12 3

36

71

Exemplo

Suponha que D responde para C

Switch recebe o quadro de Do registra na tabela que D estaacute na interface 2o como C estaacute na tabela repassa o quadro apenas para a

interface 1

quadro recebido por C

hub hub hub

switch

A

B CD

EF G H

I

end interface

ABEGC

11231

72

Comutador isolamento de traacutefego A instalaccedilatildeo de um comutador divide uma subrede

em vaacuterios segmentos de LAN

Comutador filtra os quadroso segmentos tornam-se diferentes domiacutenios de colisatildeo

hub hub hub

switch

collision domain collision domain

collisiondomain

37

73

Comutador acesso dedicado Comutadores com muitas

interfaces Hospedeiros tecircm conexatildeo

direta com o comutador Sem colisotildees full duplex

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

switch

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

74

Comutador hellip

Alguns comutadores implementam cut-througho o quadro eacute repassado sem esperar a montagem do quadro inteiro no buffer do comutador bull pequena reduccedilatildeo da latecircncia

Combinaccedilotildees de interfaces compartilhadasdedicadas de 101001000 Mbps

38

75

Rede institucional

hub hubhub

comutador

para a rede externa

roteador

subrede IP

servidor de correio-e

servidor web

76

Comutadores vs Roteadores ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa

o roteadores dispositivos da camada de rede (examinam cabeccedilalhos da camada de rede)

o comutadores dispositivos da camada de enlace roteadores mantecircm tabelas de rotas e implementam algoritmos

de roteamento comutadores mantecircm tabelas de filtragem implementam

filtragem

39

77

Comparaccedilatildeo Sumaacuteria

hubs routers switches

traffic isolation

no yes yes

plug amp play yes no yes

optimal routing

no yes no

cut through

yes no yes

78

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Endereccedilamento na camada de enlace

55 Ethernet

56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

40

79

Controle de Enlace Ponto-a-Ponto

Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil que um enlace broadcasto natildeo haacute Controle de Acesso ao Meioo natildeo haacute necessidade de endereccedilamento MAC expliacutecito

o ex enlace discado linha ISDN protocolos ponto-a-ponto populares para camada

de enlaceo PPP (point-to-point protocol)o HDLC High-level Data Link Control(A camada de enlace costumava ser considerada de alto niacutevel na pilha de protocolos)

80

Protocolo Ponto-a-Ponto (PPP)

PPP eacute muito popular usado em conexotildees discadas entre sistema domeacutestico e provedor em conexotildees SONETSDH etc

PPP eacute extremamente simples (o mais simples dos protocolos de enlace de dados) e muito otimizado

41

81

PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]

Enquadramento de pacotes encapsulamento do datagrama da camada de rede no quadro da camada de enlace

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

Muacuteltiplos protocolos da camada de rede (natildeo apenas o IP) ao mesmo tempoo capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeoo Campo lsquotipo de protocolorsquo como no IP

Muacuteltiplos tipos de enlace seriais paralelos siacutencronos assiacutencronos eleacutetricos oacutepticos

Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo) connection livenes detecta e informa falhas do enlace para a

camada de rede Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede as camadas de rede

comuni9cantes devem poder aprender ou configurar mutuamente seus endereccedilos de rede

Simplicidade

82

Nem tudo foi requerido do PPP

natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros natildeo haacute controle de fluxo aceita entregas fora de ordem (embora seja pouco

comum) natildeo haacute necessidade de suportar enlaces multiponto

(ex polling)o HDLC os permite

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

42

83

PPP Formato do Quadro 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)

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

erros

endereccedilocontrole

tamanhovariaacutevelou ou

CRC

84

Byte Stuffing Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de

dados deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt01111110gt

Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte extra com o padratildeo lt 01111101gt (escape) antes de cada byte de dados lt 01111110gt

Receptoro dois bytes 01111101 seguidos descarta o primeiro e continua a recepccedilatildeo de dados

o um byte 01111110 flag Em enlaces siacutencronos orientados a bit usa-se bit

stuffing o depois de uma sequumlecircncia de 5 bits lsquo1rsquo o transmissor insere

um bit lsquo0rsquo

43

85

Byte Stuffing

byte como padratildeodo flag nosdados a enviar

byte com o padratildeo de flag seguido do byte inserido

86

PPP Protocolo de Controle de Enlace (LCP) e Controle de RedeAntes de trocar dados da camada

de rede os parceiros da camada de enlace devem

configurar o enlace PPP (PPP-LCP) (tamanho maacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo)

aprenderconfigurar informaccedilotildees da camada de redeo para o IP mensagens do

Protocolo de Controle IP (IPCP) para configurar aprender os endereccedilos IP

44

87

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Endereccedilamento na camada de enlace

55 Ethernet

56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)

57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

88

ATM e MPLS

ATM MPLS redes com arquiteturas proacutepriaso modelos de serviccedilo endereccedilamento e roteamento diferentes dos da Internet

Vistos pela Internet como enlaces loacutegicos conectando roteadores IPo assim como um enlace discado eacute parte de uma rede separada (a rede de telefonia)

ATM MPLS de interesse teacutecnico por si mesmas

45

89

Padratildeo dos anos 199000 para a arquitetura de alta velocidade (155 622Mbps hellip) da BroadbandIntegrated Service Digital Network (B-ISDN)

Objetivo transporte integrado fim-a-fim de voz viacutedeo e dadoso deve atender aos requisitos de tempoQoS para aplicaccedilotildees de voz e de viacutedeo (versus o serviccedilo de melhor esforccedilo da Internet)

o telefonia de ldquoproacutexima geraccedilatildeordquo fundamentos teacutecnicos no mundo da telefonia

o comutaccedilatildeo de pacotes (pacotes de tamanho fixo chamados ldquoceacutelulasrdquo) usando circuitos virtuais

ATM Modo de Transferecircncia Assiacutencrono

90

Arquitetura ATM

camada de adaptaccedilatildeo apenas na borda de uma rede ATM

o grosseiramente anaacuteloga agrave camada de transporte da Interneto ldquoadaptardquo camadas superiores (aplicaccedilotildees IP ou nativas ATM)

para a camada ATM abaixo camada ATM camada de ldquorederdquo

o comutaccedilatildeo de ceacutelulas roteamento camada fiacutesica

46

91

ATM camada de rede ou de enlaceVisatildeo transporte fim-a-fim

ldquoATM de computador a computadorrdquoo ATM eacute uma tecnologia

de rede

Realidade usada para conectar roteadores IP de backboneo ldquoIP sobre ATMrdquoo ATM como uma camada

de enlace comutada conectando roteadores IP

Rede ATM

rede IP

92

Camada ATMServiccedilo transporte de ceacutelulas atraveacutes da rede ATM

o anaacuteloga agrave camada de rede IPo Serviccedilos muito diferentes da camada de rede IP

Arquitetura

de Rede

Internet

ATM

ATM

ATM

ATM

Modelo

de Serviccedilo

melhor

esforccedilo

CBR

VBR

ABR

UBR

Banda

natildeo

taxa

constante

taxa

garantida

miacutenimo

garantido

natildeo

Perda

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Ordem

natildeo

sim

sim

sim

sim

Tempo

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Aviso de

Congestatildeo

natildeo (inferido

pelas perdas)

natildeo haacute

congestatildeo

natildeo haacute

congestatildeo

sim

natildeo

Garantias

47

93

Camada ATM Circuitos Virtuais Transporte em CV ceacutelulas (53 bytes) satildeo transportadas sobre CV

da fonte ao destinoo estabelecimento de conexatildeo necessaacuterio antes que o fluxo de dados

possa ser iniciadoo cada pacote transporta um identificador de CV (natildeo transporta o

endereccedilo do destino)o cada comutador no caminho entre a fonte e o destino manteacutem o

ldquoestadordquo para cada conexatildeo passanteo recursos do enlace e do comutador (banda passante buffers) podem

ser alocados aoCV para obter um comportamento semelhante ao de um circuito fiacutesico

CVs Permanentes (PVC)o conexotildees de longa duraccedilatildeo o tipicamente rota ldquopermanenterdquo entre roteadores IP

CVs Comutados (SVC)o conexotildees de curta duraccedilatildeoo dinamicamente criados com base nas chamadas

94

CVs ATM

Vantagens do uso de circuitos virtuais no ATMo Consegue garantir niacuteveis de QoS para conexotildees mapeadas em circuitos virtuais (banda passante atraso variacircncia de atraso)

Problemas no uso de circuitos virtuaiso O traacutefego de datagramas eacute ineficienteo um PVC entre cada par origemdestino natildeo eacuteescalaacutevel (N2 conexotildees satildeo necessaacuterias)

o SVC introduz latecircncia de estabelecimento de conexatildeo e atrasos de processamento para conexotildees de curta duraccedilatildeo

48

95

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

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

Cabeccedilalhoda ceacutelula

Formato daceacutelula

96

Camada ATM Cabeccedilalho da ceacutelula ATM

VCI identificador de canal virtual

o pode mudar de enlace para enlace atraveacutes da rede

PT Tipo de payload (carga)o Ex ceacutelula de gerenciamento versus ceacutelula de dados

CLP bit de Prioridade de Perda de Ceacutelula (Cell Loss Priority)

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

HEC Verificaccedilatildeo de Erros no Cabeccedilalho

o verificaccedilatildeo ciacuteclica de erros

49

97

Camada Fiacutesica ATM Compotildee-se de duas partes (subcamadas) Transmission Convergence Sublayer - TCS adapta a

camada ATM acima agrave subcamada fiacutesica abaixo (PMD Physical Medium Dependent Sublayer- PMD depende

do tipo de meio fiacutesico sendo empregado

98

IP-sobre-ATMApenas IP Claacutessico 3 ldquoredesrdquo (ex

segmentos de LAN) endereccedilos MAC

(8023) e IP

IP sobre ATM substitui ldquorederdquo (ex

segmento de LAN) por rede ATM

endereccedilos ATM endereccedilos IP

redeATM

EthernetLANs

EthernetLANs

50

99

IP-sobre-ATM

AALATMphyphy

Eth

IP

ATMphy

ATMphy

apptranspIPAALATMphy

apptranspIPEthphy

100

Viagem de um Datagrama numa Rede IP-sobre-ATM Hospedeiro de Origem

o Camada IP encontra um mapeamento entre o endereccedilo IP e o endereccedilo de destino ATM (usando ATM-ARP)

o passa o datagrama para a camada de adaptaccedilatildeo AAL5o AAL5 encapsula os dados (datagrama) segmenta em ceacutelulas e

passa para a camada ATM Rede ATM move a ceacutelula para o destino de comutador a

comutador de acordo com o seu CV (circuito virtual) Hospedeiro de Destino

o AAL5 remonta o datagrama original a partir das ceacutelulas recebidas

o se o CRC OK datagrama eacute passado ao IP

51

101

IP-sobre-ATM

datagramas IP emPDUs ATM AAL5

de endereccedilos IP paraendereccedilos ATMo como de endereccedilos IP paraendereccedilos MAC 8023

RedeATM

LANsEthernet

102

Multiprotocol label switching (MPLS)

Objetivo inicial acelerar o repasse de datagramas IP usando um roacutetulo de tamanho fixoo usa ideacuteias da abordagem de Circuitos Virtuais

PPP or Ethernet

headerIP header remainder of link-layer frameMPLS header

label Exp S TTL

20 3 1 8

52

103

Roteadores habilitados para MPLS

Roteadores de chaveamento de roacutetulos (label-switchedrouter)

Repassa pacotes para as interfaces de saiacuteda baseado apenas no valor do roacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP)o tabela de repasse o MPLS diferente da tabela de repasse IP

Necessaacuterio um protocolo de sinalizaccedilatildeoo RSVP-TEo Repasse possiacutevel atraveacutes de caminhos que o IP sozinho natildeo

permitiria (pex roteamento especifico para fonte - source-specific routing)

o MPLS pode ser usado para engenharia de traacutefego Deve coexistir com roteadores que entendem apenas

IP

104

R1R2

D

R3R4R5

0

1

00

A

R6

in out out

label label dest interface

6 - A 0

in out out

label label dest interface

10 6 A 1

12 9 D 0

in out out

label label dest interface

10 A 0

12 D 0

1

in out out

label label dest interface

8 6 A 0

0

8 A 1

Tabelas de repasse MPLS

53

105

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Endereccedilamento na camada de enlace

55 Ethernet

56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)

57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de

enlace ATM e MPLS

17

33

CSMACD detecccedilatildeo de colisatildeoespaccedilo

tempo

detecccedilatildeo de colisatildeotempo

de parada

34

Protocolos com Revezamento

Protocolos MAC com particionamento de canalo compartilham o canal eficientemente quando a carga eacute alta e bem distribuiacuteda

o ineficiente nas cargas baixas retardos elevados para acesso ao canal

Protocolos MAC de acesso aleatoacuterioo eficiente com cargas baixas um uacutenico noacute pode usar todo o canal

o cargas altas excesso de colisotildeesProtocolos MAC com revezamento

buscam o melhor dos dois mundos

18

35

Protocolos MAC com Revezamento

Consulta (Polling) noacute mestre ldquoconvidardquo

os escravos a transmitir um de cada vez

problemaso custo da consulta

(polling overhead)o latecircnciao falha do mestre

Passagem de permissatildeo Ficha de controle (token)

passada de um noacute para o proacuteximo sequumlencialmente

problemaso custo (sobrecarga) da fichao latecircnciao falhas ficha e noacutes

36

Protocolos de ReservaConsulta (polling) distribuiacuteda O tempo eacute dividido em compartimentos (ldquoslotsrdquo) comeccedila com N compartimentos de reserva curtos

o tempo do compartimento de reserva eacute igual ao atraso de propagaccedilatildeo fim-a-fim do canal

o estaccedilatildeo com mensagem a enviar faz uma reservao reserva eacute vista por todas as estaccedilotildees

depois dos compartimentos de reserva ocorre a transmissatildeo das mensagens ordenadas pelas reservas e pelas prioridades de transmissatildeo

reserva mensagens

19

37

Tecnologias de Rede Local Protocolos MAC usados em redes locais para controlar

acesso ao canal Aneacuteis de fichas IEEE 8025 (Token Ring da IBM) para sala

de computaccedilatildeo ou rede departamental ateacute 16Mbps FDDI (Fiber Distributed Data Interface) para rede de Campus ou Metropolitana ateacute 200 estaccedilotildees em 100Mbps

Ethernet emprega o protocolo CSMACD 10Mbps (IEEE 8023) Fast E-net (100Mbps) Gigabit E-net (1000 Mbps) de longe a tecnologia mais popular de rede local

38

Sumaacuterio de protocolos MAC O que se pode fazer com um meio compartilhado

o Particionamento do canal por tempo frequumlecircncia ou coacutedigobull TDMA FDMA CDMA WDMA (wave division)

o Particionamento aleatoacuterio (dinacircmico) bull ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDdetecccedilatildeo de portadora faacutecil com algumas tecnologias (cabos) difiacutecil com outras (sem fio)

bull CSMACD usada na Ethernetbull CSMACA usada nas redes 80211

o Revezamentobull consulta por um noacute central passagem de ficha de permissatildeo

Para sateacutelites eacute difiacutecil detectar se o canal ascendente estaacuteocupado (retardos de 270ms) ALOHA FDM TDM CDMA

20

39

Tecnologias de LANCamada de enlace ateacute agora

o serviccedilos detecccedilatildeo de erroscorreccedilatildeo acesso muacuteltiplo

A seguir tecnologias de redes locais (LAN)o endereccedilamentoo Etherneto hubs pontes switcheso PPP

40

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Endereccedilamento na camada de enlace

55 Ethernet

56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)

57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de

enlace ATM e MPLS

21

41

Endereccedilos Fiacutesicos e ARP

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 MAC (ou de LAN fiacutesico Ethernet) usado para levar o datagrama de uma interface a

outra fisicamente conectada (isto eacute na mesma rede)

Endereccedilos MAC com 48 bits (na maioria das LANs) satildeo gravados na memoacuteria fixa (ROM) do adaptador

42

Cada adaptador numa LAN tem um endereccedilo de LAN uacutenico

End de Broadcast =FF-FF-FF-FF-FF-FF

= adaptador

1A-2F-BB-76-09-AD

58-23-D7-FA-20-B0

0C-C4-11-6F-E3-98

71-65-F7-2B-08-53

LAN(wired orwireless)

Endereccedilos Fiacutesicos e ARP

22

43

A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEE

O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (24 bits) para assegurar a unicidade

Analogia

(a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do CPF

(b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal

endereccedilamento MAC eacute plano (sem estrutura) =gt portabilidade

o eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra sem reconfiguraccedilatildeo do endereccedilo MAC

endereccedilamento IP eacute ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevel

o depende da rede na qual se estaacute ligado

Endereccedilos Fiacutesicos e ARP

44

Envio de um pacote de Argon para Neon

Fonte Liebeherr amp El Zarki 2004httpwwwcsvirginiaedu~itlabbookslidesindexhtml

23

45

DNS The IP address of

ldquoneontcpip-labedurdquo is

1281437121

ARP What is the MAC

address of 1281431371

DNS What is the IP address

of ldquoneontcpip-labedurdquoARP The MAC address of

1281431371 is 00e0f923a820

1281437121 is not on my local network

Therefore I need to send the packet to my

default gateway with address 1281431371

frame

1281437121 is on my local network

Therefore I can send the packet directly

ARP The MAC address of

1281431371 is 0020af039828

ARP What is the MAC

address of 1281437121

frame

46

Protocolo ARP O noacute A quer enviar pacote para o noacute B na mesma rede local A verifica se sua tabela ARP conteacutem o endereccedilo IP de B Se o end de natildeo estiver na Tabela ARP o moacutedulo ARP de A difunde um pacote ARP de consulta contendo o endereccedilo IP de Bo TODOS os noacutes na rede local recebem o pacote ARP

O noacute B responde ao noacute A com pacote ARP unicast informando seu proacuteprio endereccedilo MAC

A armazena o par endereccedilo IP-MAC em sua tabela ARP ateacuteque a informaccedilatildeo se torne obsoletao soft-state informaccedilatildeo que desaparece com o tempo se

natildeo for re-atualizada ARP eacute ldquoplug-and-playrdquo

o noacutes criam as suas tabelas ARP sem intervenccedilatildeo do administradorda rede

24

47

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Endereccedilamento na camada de enlace

55 Ethernet

56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)

57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de

enlace ATM e MPLS

48

Ethernet Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo

o Baratao Primeira tecnologia de LAN largamente usadao Mais simples e mais barata que LANs com token e ATMo Velocidade crescente 10 Mbps ndash 10 Gbps

Serviccedilo natildeo orientado a conexatildeo natildeo confiaacutevel

Esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf

25

49

Topologia em estrela

Barramento popular ateacute meados dos anos 90 Atualmente prevalece a topologia em estrela Conexatildeo hub ou switch

hub orswitch

50

Estrutura do Quadro Ethernet

Preacircmbulo 7 bytes com o padratildeo 10101010 seguidos por um byte com padratildeo o 10101011 usado para sincronizar os reloacutegios do receptor e do emissor

Endereccedilos 6 bytes quadro eacute recebido por todos os adaptadores e descartado se o endereccedilo do quadro natildeo coincide com o endereccedilo do adaptador

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

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

26

51

Codificaccedilatildeo Manchester Banda baacutesica transmissatildeo digital bits satildeo codificados usando

codificaccedilatildeo Manchester e transmitidos diretamente modificando a voltagem de sinal de corrente contiacutenua

Cada bit tem uma transiccedilatildeo Permite que os reloacutegios (clocks) nos noacutes emissor e receptor

mantenham-se sincronizadoso Natildeo eacute necessaacuterio um reloacutegio centralizado global para todos os noacutes

Aspecto da camada fiacutesica

52

Ethernet usa CSMACDA escutar canal se canal em silecircncio por determinado tempo (96 BTT)

entatildeo transmitir e monitorar o canal Se detectada outra transmissatildeo entatildeo

abortar e enviar sinal de ldquojamrdquo (48 bits)atualizar nuacutemero de colisotildees esperar de acordo com o algoritmo de retardo exponencial (ldquoexponential backoffrdquo)

ir para A

senatildeo quadro transmitido zerar contador de colisotildees

senatildeo esperar ateacute terminar a transmissatildeo em curso ir para A

27

53

Sinal de ldquoJamrdquo garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo (48 bits)

Tempo de Bit (BTT) 01 micros para Ethernet de 10 Mbps para K=1023 tempo de espera eacute de aprox 50 msec

ldquoExponential Backoffrdquo Objetivo adaptar tentativas

de retransmissatildeo agrave carga atual estimada da redeo carga pesada espera aleatoacuteria

mais longa Esperar K 512 BTT primeira colisatildeo

escolher K entre 01 segunda colisatildeo

escolher K entre 0123 apoacutes 10 ou mais colisotildees

escolher K entre 01234hellip1023

Ethernet CSMACD (cont)

54

Ethernet - Eficiecircncia Eficiecircncia com traacutefego pesado e nuacutemero grande de noacutes

)5(1

1

trans

prop

t

tEficiecircncia

+

=

tprop = tempo maacuteximo de propagaccedilatildeo entre 2 noacutesttrans= tempo para transmitir um quadro de tamanho maacuteximo

Quando tprop tende a 0 a eficiecircncia tende a 1Quando ttrans tende a infinito a eficiecircncia tende a 1

Muito melhor que ALOHA e ainda descentralizado simples e barato

28

55

Tecnologias Ethernet 10Base2 10 10Mbps 2 comprimento maacuteximo do cabo de 200 metros (de

fato 185 metros) Utiliza cabo coaxial fino numa topologia em barramento

repetidores satildeo usados para conectar muacuteltiplos segmentos (ateacuteum maacuteximo de 4)

repetidor repete os bits que ele recebe numa interface para as suas outras interfaces atua somente na camada fiacutesica

pacotes transmitidosviajam nas duas direccedilotildees

conectorT terminador

adaptador

noacute noacute noacute noacute noacute

56

10BaseT e 100BaseT Taxas de 10 e 100 Mbps A de taxa 100 Mbps eacute chamada de ldquoFast Ethernetrdquo T significa ldquoTwisted Pairrdquo (par tranccedilado) Noacutes conectados a um concentrador (ldquohubrdquo) ldquotopologia em

estrelardquo

par tranccedilado

hub

29

57

10BaseT e 100BaseT (cont)

Distacircncia maacutexima do noacute ao hub 100 metros Hub pode desconectar da rede um adaptador que

natildeo paacutera de transmitir (ldquojabbering adapterrdquo) ndash10Base2 natildeo funcionariahellip

Hub pode coletar e monitorar informaccedilotildees e estatiacutesticas para apresentaccedilatildeo ao administradores da LAN

10BaseT usa codificaccedilatildeo Manchester 100BaseT usa 4B5B

(5 clocks para transmitir 4 bits)

58

HubsHubs satildeo essencialmente repetidores da camada fiacutesica

o bits vindos de um enlace vatildeo para todos os demais enlaceso hellip agrave mesma velocidadeo natildeo haacute armazenamento de quadros (buffering)o natildeo haacute CSMACD no hub adaptadores detectam as

colisotildeeso oferece funccedilotildees de gerecircncia de rede

twisted pair

hub

30

59

Gbit Ethernet (IEEE 8023z)

Usa formato do quadro Ethernet padratildeo Permite enlaces ponto-a-ponto (com switchs) e

canais de difusatildeo compartilhados (com hubs) Em modo compartilhado usa CSMACD

o para ser eficiente as distacircncias entre os noacutes devem ser curtas (poucos metros)

hubs chamados de Distribuidores com Buffers(ldquoBuffered Distributorsrdquo)

Full-Duplex em 1 Gbps para enlaces ponto-a-ponto 10 Gbps atualmente

60

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Endereccedilamento na camada de enlace

55 Ethernet

56 Interconexotildees distribuidores e comutadores (Hubs and switches)

57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de

enlace ATM e MPLS

31

61

Interconexatildeo de LANs

Por que natildeo somente 1 grande LAN o Limitaccedilatildeo de traacutefego

bull em uma uacutenica LAN todas as estaccedilotildees compartilham a largura de banda

o Limitaccedilatildeo de distacircnciabull 8023 especifica o comprimento maacuteximo do cabo

o Grande ldquodomiacutenio de colisatildeordquobull pode-se colidir com muitas estaccedilotildees

o Limitaccedilatildeo do nuacutemero de estaccedilotildeesbull passagem de ficha provoca atraso em cada estaccedilatildeo p ex

62

Hubs e Comutadores

Usados para estender redes locais cobertura geograacutefica nuacutemero de noacutes funcionalidade administrativa etc

Diferem entre si em respeito ao isolamento de domiacutenios de colisatildeoo camada em que operam

Diferentes de roteadoreso ldquoplug and playrdquoo natildeo fazem o roteamento oacutetimo de pacotes IP

32

63

Hubs Dispositivos de camada fiacutesica

o repetem os bits recebidos numa interface para as demais

Podem ser dispostos numa hierarquia (multi-tier hub desing)

64

Hubs (cont)

Vantagens de Hubso Dispositivos simples e baratoso Configuraccedilatildeo em muacuteltiplos niacuteveis provecirc degradaccedilatildeo paulatina porccedilotildees da rede local continuam a operar se um dos hubs parar de funcionar

o Estende a distacircncia maacutexima entre pares de noacutes

33

65

Hubs (cont)

Limitaccedilotildeeso Domiacutenio de colisatildeo uacutenico natildeo leva a aumento na vazatildeo maacuteximabull a vazatildeo no caso de muacuteltiplos niacuteveis eacute igual agrave de um uacutenico segmento

o As tecnologias Ethernet (10Base 10BaseT etc) estabelecem limites no nuacutemero de noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo distacircncia entre hospedeiros e numero maacuteximo de niacuteveis (tiers)

o Natildeo se pode misturar Ethernet 10BaseT e 100Base)

66

Comutador (Switch) Dispositivo da camada de enlace

o Armazena e reenvia quadros Etherneto Encaminha os quadros a partir dos respectivos endereccedilos MAC de destino

o Quando quer repassar um quadro para um segmento usa o CSMACD para acessar o segmento

Transparente o Hospedeiros natildeo sabem da presenccedila do switch

plug-and-play auto-aprendizadoo Natildeo precisam ser configurados

34

67

Repasse (forwarding)

bull Com se determina para que segmento de LAN se deve repassar um quadrobull Parece um problema de roteamento

hub hubhub

switch1

2 3

68

Auto-aprendizado

Comutador tem uma tabela de comutaccedilatildeo (switch table) Entrada na tabela de comutaccedilatildeo

o (Endereccedilo MAC Interface Selo do Tempo)o Entradas antigas descartadas

O comutador aprende que noacutes satildeo alcanccedilaacuteveis atraveacutes de suas interfaceso Quando um quadro eacute recebido ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do remetente segmento de LAN de chegada

35

69

Filtragem e RepasseQuando um quadro eacute recebido

indexar a tabela de comutaccedilatildeo usando o end MAC destinose entrada encontradaentatildeo se destino no segmento de onde o quadro foi recebidoentatildeo descartar o quadrosenatildeo repassar o quadro para a interface indicada (CSMACD)

senatildeo inundar

Repassar a todas as interfaces exceto agravequelapor onde chegou o quadro

70

Exemplo

Suponha que C envia quadro para D

Switch recebe o quadro de Co registra na tabela que C estaacute na interface 1o como D natildeo estaacute na tabela repassa o quadro para as

interfaces 2 e 3

quadro recebido por D

hub hub hub

switch

A

B CD

EF G H

I

end interface

ABEG

1123

12 3

36

71

Exemplo

Suponha que D responde para C

Switch recebe o quadro de Do registra na tabela que D estaacute na interface 2o como C estaacute na tabela repassa o quadro apenas para a

interface 1

quadro recebido por C

hub hub hub

switch

A

B CD

EF G H

I

end interface

ABEGC

11231

72

Comutador isolamento de traacutefego A instalaccedilatildeo de um comutador divide uma subrede

em vaacuterios segmentos de LAN

Comutador filtra os quadroso segmentos tornam-se diferentes domiacutenios de colisatildeo

hub hub hub

switch

collision domain collision domain

collisiondomain

37

73

Comutador acesso dedicado Comutadores com muitas

interfaces Hospedeiros tecircm conexatildeo

direta com o comutador Sem colisotildees full duplex

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

switch

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

74

Comutador hellip

Alguns comutadores implementam cut-througho o quadro eacute repassado sem esperar a montagem do quadro inteiro no buffer do comutador bull pequena reduccedilatildeo da latecircncia

Combinaccedilotildees de interfaces compartilhadasdedicadas de 101001000 Mbps

38

75

Rede institucional

hub hubhub

comutador

para a rede externa

roteador

subrede IP

servidor de correio-e

servidor web

76

Comutadores vs Roteadores ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa

o roteadores dispositivos da camada de rede (examinam cabeccedilalhos da camada de rede)

o comutadores dispositivos da camada de enlace roteadores mantecircm tabelas de rotas e implementam algoritmos

de roteamento comutadores mantecircm tabelas de filtragem implementam

filtragem

39

77

Comparaccedilatildeo Sumaacuteria

hubs routers switches

traffic isolation

no yes yes

plug amp play yes no yes

optimal routing

no yes no

cut through

yes no yes

78

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Endereccedilamento na camada de enlace

55 Ethernet

56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

40

79

Controle de Enlace Ponto-a-Ponto

Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil que um enlace broadcasto natildeo haacute Controle de Acesso ao Meioo natildeo haacute necessidade de endereccedilamento MAC expliacutecito

o ex enlace discado linha ISDN protocolos ponto-a-ponto populares para camada

de enlaceo PPP (point-to-point protocol)o HDLC High-level Data Link Control(A camada de enlace costumava ser considerada de alto niacutevel na pilha de protocolos)

80

Protocolo Ponto-a-Ponto (PPP)

PPP eacute muito popular usado em conexotildees discadas entre sistema domeacutestico e provedor em conexotildees SONETSDH etc

PPP eacute extremamente simples (o mais simples dos protocolos de enlace de dados) e muito otimizado

41

81

PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]

Enquadramento de pacotes encapsulamento do datagrama da camada de rede no quadro da camada de enlace

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

Muacuteltiplos protocolos da camada de rede (natildeo apenas o IP) ao mesmo tempoo capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeoo Campo lsquotipo de protocolorsquo como no IP

Muacuteltiplos tipos de enlace seriais paralelos siacutencronos assiacutencronos eleacutetricos oacutepticos

Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo) connection livenes detecta e informa falhas do enlace para a

camada de rede Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede as camadas de rede

comuni9cantes devem poder aprender ou configurar mutuamente seus endereccedilos de rede

Simplicidade

82

Nem tudo foi requerido do PPP

natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros natildeo haacute controle de fluxo aceita entregas fora de ordem (embora seja pouco

comum) natildeo haacute necessidade de suportar enlaces multiponto

(ex polling)o HDLC os permite

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

42

83

PPP Formato do Quadro 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)

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

erros

endereccedilocontrole

tamanhovariaacutevelou ou

CRC

84

Byte Stuffing Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de

dados deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt01111110gt

Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte extra com o padratildeo lt 01111101gt (escape) antes de cada byte de dados lt 01111110gt

Receptoro dois bytes 01111101 seguidos descarta o primeiro e continua a recepccedilatildeo de dados

o um byte 01111110 flag Em enlaces siacutencronos orientados a bit usa-se bit

stuffing o depois de uma sequumlecircncia de 5 bits lsquo1rsquo o transmissor insere

um bit lsquo0rsquo

43

85

Byte Stuffing

byte como padratildeodo flag nosdados a enviar

byte com o padratildeo de flag seguido do byte inserido

86

PPP Protocolo de Controle de Enlace (LCP) e Controle de RedeAntes de trocar dados da camada

de rede os parceiros da camada de enlace devem

configurar o enlace PPP (PPP-LCP) (tamanho maacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo)

aprenderconfigurar informaccedilotildees da camada de redeo para o IP mensagens do

Protocolo de Controle IP (IPCP) para configurar aprender os endereccedilos IP

44

87

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Endereccedilamento na camada de enlace

55 Ethernet

56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)

57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

88

ATM e MPLS

ATM MPLS redes com arquiteturas proacutepriaso modelos de serviccedilo endereccedilamento e roteamento diferentes dos da Internet

Vistos pela Internet como enlaces loacutegicos conectando roteadores IPo assim como um enlace discado eacute parte de uma rede separada (a rede de telefonia)

ATM MPLS de interesse teacutecnico por si mesmas

45

89

Padratildeo dos anos 199000 para a arquitetura de alta velocidade (155 622Mbps hellip) da BroadbandIntegrated Service Digital Network (B-ISDN)

Objetivo transporte integrado fim-a-fim de voz viacutedeo e dadoso deve atender aos requisitos de tempoQoS para aplicaccedilotildees de voz e de viacutedeo (versus o serviccedilo de melhor esforccedilo da Internet)

o telefonia de ldquoproacutexima geraccedilatildeordquo fundamentos teacutecnicos no mundo da telefonia

o comutaccedilatildeo de pacotes (pacotes de tamanho fixo chamados ldquoceacutelulasrdquo) usando circuitos virtuais

ATM Modo de Transferecircncia Assiacutencrono

90

Arquitetura ATM

camada de adaptaccedilatildeo apenas na borda de uma rede ATM

o grosseiramente anaacuteloga agrave camada de transporte da Interneto ldquoadaptardquo camadas superiores (aplicaccedilotildees IP ou nativas ATM)

para a camada ATM abaixo camada ATM camada de ldquorederdquo

o comutaccedilatildeo de ceacutelulas roteamento camada fiacutesica

46

91

ATM camada de rede ou de enlaceVisatildeo transporte fim-a-fim

ldquoATM de computador a computadorrdquoo ATM eacute uma tecnologia

de rede

Realidade usada para conectar roteadores IP de backboneo ldquoIP sobre ATMrdquoo ATM como uma camada

de enlace comutada conectando roteadores IP

Rede ATM

rede IP

92

Camada ATMServiccedilo transporte de ceacutelulas atraveacutes da rede ATM

o anaacuteloga agrave camada de rede IPo Serviccedilos muito diferentes da camada de rede IP

Arquitetura

de Rede

Internet

ATM

ATM

ATM

ATM

Modelo

de Serviccedilo

melhor

esforccedilo

CBR

VBR

ABR

UBR

Banda

natildeo

taxa

constante

taxa

garantida

miacutenimo

garantido

natildeo

Perda

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Ordem

natildeo

sim

sim

sim

sim

Tempo

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Aviso de

Congestatildeo

natildeo (inferido

pelas perdas)

natildeo haacute

congestatildeo

natildeo haacute

congestatildeo

sim

natildeo

Garantias

47

93

Camada ATM Circuitos Virtuais Transporte em CV ceacutelulas (53 bytes) satildeo transportadas sobre CV

da fonte ao destinoo estabelecimento de conexatildeo necessaacuterio antes que o fluxo de dados

possa ser iniciadoo cada pacote transporta um identificador de CV (natildeo transporta o

endereccedilo do destino)o cada comutador no caminho entre a fonte e o destino manteacutem o

ldquoestadordquo para cada conexatildeo passanteo recursos do enlace e do comutador (banda passante buffers) podem

ser alocados aoCV para obter um comportamento semelhante ao de um circuito fiacutesico

CVs Permanentes (PVC)o conexotildees de longa duraccedilatildeo o tipicamente rota ldquopermanenterdquo entre roteadores IP

CVs Comutados (SVC)o conexotildees de curta duraccedilatildeoo dinamicamente criados com base nas chamadas

94

CVs ATM

Vantagens do uso de circuitos virtuais no ATMo Consegue garantir niacuteveis de QoS para conexotildees mapeadas em circuitos virtuais (banda passante atraso variacircncia de atraso)

Problemas no uso de circuitos virtuaiso O traacutefego de datagramas eacute ineficienteo um PVC entre cada par origemdestino natildeo eacuteescalaacutevel (N2 conexotildees satildeo necessaacuterias)

o SVC introduz latecircncia de estabelecimento de conexatildeo e atrasos de processamento para conexotildees de curta duraccedilatildeo

48

95

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

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

Cabeccedilalhoda ceacutelula

Formato daceacutelula

96

Camada ATM Cabeccedilalho da ceacutelula ATM

VCI identificador de canal virtual

o pode mudar de enlace para enlace atraveacutes da rede

PT Tipo de payload (carga)o Ex ceacutelula de gerenciamento versus ceacutelula de dados

CLP bit de Prioridade de Perda de Ceacutelula (Cell Loss Priority)

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

HEC Verificaccedilatildeo de Erros no Cabeccedilalho

o verificaccedilatildeo ciacuteclica de erros

49

97

Camada Fiacutesica ATM Compotildee-se de duas partes (subcamadas) Transmission Convergence Sublayer - TCS adapta a

camada ATM acima agrave subcamada fiacutesica abaixo (PMD Physical Medium Dependent Sublayer- PMD depende

do tipo de meio fiacutesico sendo empregado

98

IP-sobre-ATMApenas IP Claacutessico 3 ldquoredesrdquo (ex

segmentos de LAN) endereccedilos MAC

(8023) e IP

IP sobre ATM substitui ldquorederdquo (ex

segmento de LAN) por rede ATM

endereccedilos ATM endereccedilos IP

redeATM

EthernetLANs

EthernetLANs

50

99

IP-sobre-ATM

AALATMphyphy

Eth

IP

ATMphy

ATMphy

apptranspIPAALATMphy

apptranspIPEthphy

100

Viagem de um Datagrama numa Rede IP-sobre-ATM Hospedeiro de Origem

o Camada IP encontra um mapeamento entre o endereccedilo IP e o endereccedilo de destino ATM (usando ATM-ARP)

o passa o datagrama para a camada de adaptaccedilatildeo AAL5o AAL5 encapsula os dados (datagrama) segmenta em ceacutelulas e

passa para a camada ATM Rede ATM move a ceacutelula para o destino de comutador a

comutador de acordo com o seu CV (circuito virtual) Hospedeiro de Destino

o AAL5 remonta o datagrama original a partir das ceacutelulas recebidas

o se o CRC OK datagrama eacute passado ao IP

51

101

IP-sobre-ATM

datagramas IP emPDUs ATM AAL5

de endereccedilos IP paraendereccedilos ATMo como de endereccedilos IP paraendereccedilos MAC 8023

RedeATM

LANsEthernet

102

Multiprotocol label switching (MPLS)

Objetivo inicial acelerar o repasse de datagramas IP usando um roacutetulo de tamanho fixoo usa ideacuteias da abordagem de Circuitos Virtuais

PPP or Ethernet

headerIP header remainder of link-layer frameMPLS header

label Exp S TTL

20 3 1 8

52

103

Roteadores habilitados para MPLS

Roteadores de chaveamento de roacutetulos (label-switchedrouter)

Repassa pacotes para as interfaces de saiacuteda baseado apenas no valor do roacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP)o tabela de repasse o MPLS diferente da tabela de repasse IP

Necessaacuterio um protocolo de sinalizaccedilatildeoo RSVP-TEo Repasse possiacutevel atraveacutes de caminhos que o IP sozinho natildeo

permitiria (pex roteamento especifico para fonte - source-specific routing)

o MPLS pode ser usado para engenharia de traacutefego Deve coexistir com roteadores que entendem apenas

IP

104

R1R2

D

R3R4R5

0

1

00

A

R6

in out out

label label dest interface

6 - A 0

in out out

label label dest interface

10 6 A 1

12 9 D 0

in out out

label label dest interface

10 A 0

12 D 0

1

in out out

label label dest interface

8 6 A 0

0

8 A 1

Tabelas de repasse MPLS

53

105

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Endereccedilamento na camada de enlace

55 Ethernet

56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)

57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de

enlace ATM e MPLS

18

35

Protocolos MAC com Revezamento

Consulta (Polling) noacute mestre ldquoconvidardquo

os escravos a transmitir um de cada vez

problemaso custo da consulta

(polling overhead)o latecircnciao falha do mestre

Passagem de permissatildeo Ficha de controle (token)

passada de um noacute para o proacuteximo sequumlencialmente

problemaso custo (sobrecarga) da fichao latecircnciao falhas ficha e noacutes

36

Protocolos de ReservaConsulta (polling) distribuiacuteda O tempo eacute dividido em compartimentos (ldquoslotsrdquo) comeccedila com N compartimentos de reserva curtos

o tempo do compartimento de reserva eacute igual ao atraso de propagaccedilatildeo fim-a-fim do canal

o estaccedilatildeo com mensagem a enviar faz uma reservao reserva eacute vista por todas as estaccedilotildees

depois dos compartimentos de reserva ocorre a transmissatildeo das mensagens ordenadas pelas reservas e pelas prioridades de transmissatildeo

reserva mensagens

19

37

Tecnologias de Rede Local Protocolos MAC usados em redes locais para controlar

acesso ao canal Aneacuteis de fichas IEEE 8025 (Token Ring da IBM) para sala

de computaccedilatildeo ou rede departamental ateacute 16Mbps FDDI (Fiber Distributed Data Interface) para rede de Campus ou Metropolitana ateacute 200 estaccedilotildees em 100Mbps

Ethernet emprega o protocolo CSMACD 10Mbps (IEEE 8023) Fast E-net (100Mbps) Gigabit E-net (1000 Mbps) de longe a tecnologia mais popular de rede local

38

Sumaacuterio de protocolos MAC O que se pode fazer com um meio compartilhado

o Particionamento do canal por tempo frequumlecircncia ou coacutedigobull TDMA FDMA CDMA WDMA (wave division)

o Particionamento aleatoacuterio (dinacircmico) bull ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDdetecccedilatildeo de portadora faacutecil com algumas tecnologias (cabos) difiacutecil com outras (sem fio)

bull CSMACD usada na Ethernetbull CSMACA usada nas redes 80211

o Revezamentobull consulta por um noacute central passagem de ficha de permissatildeo

Para sateacutelites eacute difiacutecil detectar se o canal ascendente estaacuteocupado (retardos de 270ms) ALOHA FDM TDM CDMA

20

39

Tecnologias de LANCamada de enlace ateacute agora

o serviccedilos detecccedilatildeo de erroscorreccedilatildeo acesso muacuteltiplo

A seguir tecnologias de redes locais (LAN)o endereccedilamentoo Etherneto hubs pontes switcheso PPP

40

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Endereccedilamento na camada de enlace

55 Ethernet

56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)

57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de

enlace ATM e MPLS

21

41

Endereccedilos Fiacutesicos e ARP

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 MAC (ou de LAN fiacutesico Ethernet) usado para levar o datagrama de uma interface a

outra fisicamente conectada (isto eacute na mesma rede)

Endereccedilos MAC com 48 bits (na maioria das LANs) satildeo gravados na memoacuteria fixa (ROM) do adaptador

42

Cada adaptador numa LAN tem um endereccedilo de LAN uacutenico

End de Broadcast =FF-FF-FF-FF-FF-FF

= adaptador

1A-2F-BB-76-09-AD

58-23-D7-FA-20-B0

0C-C4-11-6F-E3-98

71-65-F7-2B-08-53

LAN(wired orwireless)

Endereccedilos Fiacutesicos e ARP

22

43

A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEE

O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (24 bits) para assegurar a unicidade

Analogia

(a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do CPF

(b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal

endereccedilamento MAC eacute plano (sem estrutura) =gt portabilidade

o eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra sem reconfiguraccedilatildeo do endereccedilo MAC

endereccedilamento IP eacute ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevel

o depende da rede na qual se estaacute ligado

Endereccedilos Fiacutesicos e ARP

44

Envio de um pacote de Argon para Neon

Fonte Liebeherr amp El Zarki 2004httpwwwcsvirginiaedu~itlabbookslidesindexhtml

23

45

DNS The IP address of

ldquoneontcpip-labedurdquo is

1281437121

ARP What is the MAC

address of 1281431371

DNS What is the IP address

of ldquoneontcpip-labedurdquoARP The MAC address of

1281431371 is 00e0f923a820

1281437121 is not on my local network

Therefore I need to send the packet to my

default gateway with address 1281431371

frame

1281437121 is on my local network

Therefore I can send the packet directly

ARP The MAC address of

1281431371 is 0020af039828

ARP What is the MAC

address of 1281437121

frame

46

Protocolo ARP O noacute A quer enviar pacote para o noacute B na mesma rede local A verifica se sua tabela ARP conteacutem o endereccedilo IP de B Se o end de natildeo estiver na Tabela ARP o moacutedulo ARP de A difunde um pacote ARP de consulta contendo o endereccedilo IP de Bo TODOS os noacutes na rede local recebem o pacote ARP

O noacute B responde ao noacute A com pacote ARP unicast informando seu proacuteprio endereccedilo MAC

A armazena o par endereccedilo IP-MAC em sua tabela ARP ateacuteque a informaccedilatildeo se torne obsoletao soft-state informaccedilatildeo que desaparece com o tempo se

natildeo for re-atualizada ARP eacute ldquoplug-and-playrdquo

o noacutes criam as suas tabelas ARP sem intervenccedilatildeo do administradorda rede

24

47

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Endereccedilamento na camada de enlace

55 Ethernet

56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)

57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de

enlace ATM e MPLS

48

Ethernet Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo

o Baratao Primeira tecnologia de LAN largamente usadao Mais simples e mais barata que LANs com token e ATMo Velocidade crescente 10 Mbps ndash 10 Gbps

Serviccedilo natildeo orientado a conexatildeo natildeo confiaacutevel

Esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf

25

49

Topologia em estrela

Barramento popular ateacute meados dos anos 90 Atualmente prevalece a topologia em estrela Conexatildeo hub ou switch

hub orswitch

50

Estrutura do Quadro Ethernet

Preacircmbulo 7 bytes com o padratildeo 10101010 seguidos por um byte com padratildeo o 10101011 usado para sincronizar os reloacutegios do receptor e do emissor

Endereccedilos 6 bytes quadro eacute recebido por todos os adaptadores e descartado se o endereccedilo do quadro natildeo coincide com o endereccedilo do adaptador

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

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

26

51

Codificaccedilatildeo Manchester Banda baacutesica transmissatildeo digital bits satildeo codificados usando

codificaccedilatildeo Manchester e transmitidos diretamente modificando a voltagem de sinal de corrente contiacutenua

Cada bit tem uma transiccedilatildeo Permite que os reloacutegios (clocks) nos noacutes emissor e receptor

mantenham-se sincronizadoso Natildeo eacute necessaacuterio um reloacutegio centralizado global para todos os noacutes

Aspecto da camada fiacutesica

52

Ethernet usa CSMACDA escutar canal se canal em silecircncio por determinado tempo (96 BTT)

entatildeo transmitir e monitorar o canal Se detectada outra transmissatildeo entatildeo

abortar e enviar sinal de ldquojamrdquo (48 bits)atualizar nuacutemero de colisotildees esperar de acordo com o algoritmo de retardo exponencial (ldquoexponential backoffrdquo)

ir para A

senatildeo quadro transmitido zerar contador de colisotildees

senatildeo esperar ateacute terminar a transmissatildeo em curso ir para A

27

53

Sinal de ldquoJamrdquo garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo (48 bits)

Tempo de Bit (BTT) 01 micros para Ethernet de 10 Mbps para K=1023 tempo de espera eacute de aprox 50 msec

ldquoExponential Backoffrdquo Objetivo adaptar tentativas

de retransmissatildeo agrave carga atual estimada da redeo carga pesada espera aleatoacuteria

mais longa Esperar K 512 BTT primeira colisatildeo

escolher K entre 01 segunda colisatildeo

escolher K entre 0123 apoacutes 10 ou mais colisotildees

escolher K entre 01234hellip1023

Ethernet CSMACD (cont)

54

Ethernet - Eficiecircncia Eficiecircncia com traacutefego pesado e nuacutemero grande de noacutes

)5(1

1

trans

prop

t

tEficiecircncia

+

=

tprop = tempo maacuteximo de propagaccedilatildeo entre 2 noacutesttrans= tempo para transmitir um quadro de tamanho maacuteximo

Quando tprop tende a 0 a eficiecircncia tende a 1Quando ttrans tende a infinito a eficiecircncia tende a 1

Muito melhor que ALOHA e ainda descentralizado simples e barato

28

55

Tecnologias Ethernet 10Base2 10 10Mbps 2 comprimento maacuteximo do cabo de 200 metros (de

fato 185 metros) Utiliza cabo coaxial fino numa topologia em barramento

repetidores satildeo usados para conectar muacuteltiplos segmentos (ateacuteum maacuteximo de 4)

repetidor repete os bits que ele recebe numa interface para as suas outras interfaces atua somente na camada fiacutesica

pacotes transmitidosviajam nas duas direccedilotildees

conectorT terminador

adaptador

noacute noacute noacute noacute noacute

56

10BaseT e 100BaseT Taxas de 10 e 100 Mbps A de taxa 100 Mbps eacute chamada de ldquoFast Ethernetrdquo T significa ldquoTwisted Pairrdquo (par tranccedilado) Noacutes conectados a um concentrador (ldquohubrdquo) ldquotopologia em

estrelardquo

par tranccedilado

hub

29

57

10BaseT e 100BaseT (cont)

Distacircncia maacutexima do noacute ao hub 100 metros Hub pode desconectar da rede um adaptador que

natildeo paacutera de transmitir (ldquojabbering adapterrdquo) ndash10Base2 natildeo funcionariahellip

Hub pode coletar e monitorar informaccedilotildees e estatiacutesticas para apresentaccedilatildeo ao administradores da LAN

10BaseT usa codificaccedilatildeo Manchester 100BaseT usa 4B5B

(5 clocks para transmitir 4 bits)

58

HubsHubs satildeo essencialmente repetidores da camada fiacutesica

o bits vindos de um enlace vatildeo para todos os demais enlaceso hellip agrave mesma velocidadeo natildeo haacute armazenamento de quadros (buffering)o natildeo haacute CSMACD no hub adaptadores detectam as

colisotildeeso oferece funccedilotildees de gerecircncia de rede

twisted pair

hub

30

59

Gbit Ethernet (IEEE 8023z)

Usa formato do quadro Ethernet padratildeo Permite enlaces ponto-a-ponto (com switchs) e

canais de difusatildeo compartilhados (com hubs) Em modo compartilhado usa CSMACD

o para ser eficiente as distacircncias entre os noacutes devem ser curtas (poucos metros)

hubs chamados de Distribuidores com Buffers(ldquoBuffered Distributorsrdquo)

Full-Duplex em 1 Gbps para enlaces ponto-a-ponto 10 Gbps atualmente

60

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Endereccedilamento na camada de enlace

55 Ethernet

56 Interconexotildees distribuidores e comutadores (Hubs and switches)

57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de

enlace ATM e MPLS

31

61

Interconexatildeo de LANs

Por que natildeo somente 1 grande LAN o Limitaccedilatildeo de traacutefego

bull em uma uacutenica LAN todas as estaccedilotildees compartilham a largura de banda

o Limitaccedilatildeo de distacircnciabull 8023 especifica o comprimento maacuteximo do cabo

o Grande ldquodomiacutenio de colisatildeordquobull pode-se colidir com muitas estaccedilotildees

o Limitaccedilatildeo do nuacutemero de estaccedilotildeesbull passagem de ficha provoca atraso em cada estaccedilatildeo p ex

62

Hubs e Comutadores

Usados para estender redes locais cobertura geograacutefica nuacutemero de noacutes funcionalidade administrativa etc

Diferem entre si em respeito ao isolamento de domiacutenios de colisatildeoo camada em que operam

Diferentes de roteadoreso ldquoplug and playrdquoo natildeo fazem o roteamento oacutetimo de pacotes IP

32

63

Hubs Dispositivos de camada fiacutesica

o repetem os bits recebidos numa interface para as demais

Podem ser dispostos numa hierarquia (multi-tier hub desing)

64

Hubs (cont)

Vantagens de Hubso Dispositivos simples e baratoso Configuraccedilatildeo em muacuteltiplos niacuteveis provecirc degradaccedilatildeo paulatina porccedilotildees da rede local continuam a operar se um dos hubs parar de funcionar

o Estende a distacircncia maacutexima entre pares de noacutes

33

65

Hubs (cont)

Limitaccedilotildeeso Domiacutenio de colisatildeo uacutenico natildeo leva a aumento na vazatildeo maacuteximabull a vazatildeo no caso de muacuteltiplos niacuteveis eacute igual agrave de um uacutenico segmento

o As tecnologias Ethernet (10Base 10BaseT etc) estabelecem limites no nuacutemero de noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo distacircncia entre hospedeiros e numero maacuteximo de niacuteveis (tiers)

o Natildeo se pode misturar Ethernet 10BaseT e 100Base)

66

Comutador (Switch) Dispositivo da camada de enlace

o Armazena e reenvia quadros Etherneto Encaminha os quadros a partir dos respectivos endereccedilos MAC de destino

o Quando quer repassar um quadro para um segmento usa o CSMACD para acessar o segmento

Transparente o Hospedeiros natildeo sabem da presenccedila do switch

plug-and-play auto-aprendizadoo Natildeo precisam ser configurados

34

67

Repasse (forwarding)

bull Com se determina para que segmento de LAN se deve repassar um quadrobull Parece um problema de roteamento

hub hubhub

switch1

2 3

68

Auto-aprendizado

Comutador tem uma tabela de comutaccedilatildeo (switch table) Entrada na tabela de comutaccedilatildeo

o (Endereccedilo MAC Interface Selo do Tempo)o Entradas antigas descartadas

O comutador aprende que noacutes satildeo alcanccedilaacuteveis atraveacutes de suas interfaceso Quando um quadro eacute recebido ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do remetente segmento de LAN de chegada

35

69

Filtragem e RepasseQuando um quadro eacute recebido

indexar a tabela de comutaccedilatildeo usando o end MAC destinose entrada encontradaentatildeo se destino no segmento de onde o quadro foi recebidoentatildeo descartar o quadrosenatildeo repassar o quadro para a interface indicada (CSMACD)

senatildeo inundar

Repassar a todas as interfaces exceto agravequelapor onde chegou o quadro

70

Exemplo

Suponha que C envia quadro para D

Switch recebe o quadro de Co registra na tabela que C estaacute na interface 1o como D natildeo estaacute na tabela repassa o quadro para as

interfaces 2 e 3

quadro recebido por D

hub hub hub

switch

A

B CD

EF G H

I

end interface

ABEG

1123

12 3

36

71

Exemplo

Suponha que D responde para C

Switch recebe o quadro de Do registra na tabela que D estaacute na interface 2o como C estaacute na tabela repassa o quadro apenas para a

interface 1

quadro recebido por C

hub hub hub

switch

A

B CD

EF G H

I

end interface

ABEGC

11231

72

Comutador isolamento de traacutefego A instalaccedilatildeo de um comutador divide uma subrede

em vaacuterios segmentos de LAN

Comutador filtra os quadroso segmentos tornam-se diferentes domiacutenios de colisatildeo

hub hub hub

switch

collision domain collision domain

collisiondomain

37

73

Comutador acesso dedicado Comutadores com muitas

interfaces Hospedeiros tecircm conexatildeo

direta com o comutador Sem colisotildees full duplex

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

switch

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

74

Comutador hellip

Alguns comutadores implementam cut-througho o quadro eacute repassado sem esperar a montagem do quadro inteiro no buffer do comutador bull pequena reduccedilatildeo da latecircncia

Combinaccedilotildees de interfaces compartilhadasdedicadas de 101001000 Mbps

38

75

Rede institucional

hub hubhub

comutador

para a rede externa

roteador

subrede IP

servidor de correio-e

servidor web

76

Comutadores vs Roteadores ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa

o roteadores dispositivos da camada de rede (examinam cabeccedilalhos da camada de rede)

o comutadores dispositivos da camada de enlace roteadores mantecircm tabelas de rotas e implementam algoritmos

de roteamento comutadores mantecircm tabelas de filtragem implementam

filtragem

39

77

Comparaccedilatildeo Sumaacuteria

hubs routers switches

traffic isolation

no yes yes

plug amp play yes no yes

optimal routing

no yes no

cut through

yes no yes

78

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Endereccedilamento na camada de enlace

55 Ethernet

56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

40

79

Controle de Enlace Ponto-a-Ponto

Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil que um enlace broadcasto natildeo haacute Controle de Acesso ao Meioo natildeo haacute necessidade de endereccedilamento MAC expliacutecito

o ex enlace discado linha ISDN protocolos ponto-a-ponto populares para camada

de enlaceo PPP (point-to-point protocol)o HDLC High-level Data Link Control(A camada de enlace costumava ser considerada de alto niacutevel na pilha de protocolos)

80

Protocolo Ponto-a-Ponto (PPP)

PPP eacute muito popular usado em conexotildees discadas entre sistema domeacutestico e provedor em conexotildees SONETSDH etc

PPP eacute extremamente simples (o mais simples dos protocolos de enlace de dados) e muito otimizado

41

81

PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]

Enquadramento de pacotes encapsulamento do datagrama da camada de rede no quadro da camada de enlace

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

Muacuteltiplos protocolos da camada de rede (natildeo apenas o IP) ao mesmo tempoo capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeoo Campo lsquotipo de protocolorsquo como no IP

Muacuteltiplos tipos de enlace seriais paralelos siacutencronos assiacutencronos eleacutetricos oacutepticos

Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo) connection livenes detecta e informa falhas do enlace para a

camada de rede Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede as camadas de rede

comuni9cantes devem poder aprender ou configurar mutuamente seus endereccedilos de rede

Simplicidade

82

Nem tudo foi requerido do PPP

natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros natildeo haacute controle de fluxo aceita entregas fora de ordem (embora seja pouco

comum) natildeo haacute necessidade de suportar enlaces multiponto

(ex polling)o HDLC os permite

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

42

83

PPP Formato do Quadro 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)

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

erros

endereccedilocontrole

tamanhovariaacutevelou ou

CRC

84

Byte Stuffing Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de

dados deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt01111110gt

Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte extra com o padratildeo lt 01111101gt (escape) antes de cada byte de dados lt 01111110gt

Receptoro dois bytes 01111101 seguidos descarta o primeiro e continua a recepccedilatildeo de dados

o um byte 01111110 flag Em enlaces siacutencronos orientados a bit usa-se bit

stuffing o depois de uma sequumlecircncia de 5 bits lsquo1rsquo o transmissor insere

um bit lsquo0rsquo

43

85

Byte Stuffing

byte como padratildeodo flag nosdados a enviar

byte com o padratildeo de flag seguido do byte inserido

86

PPP Protocolo de Controle de Enlace (LCP) e Controle de RedeAntes de trocar dados da camada

de rede os parceiros da camada de enlace devem

configurar o enlace PPP (PPP-LCP) (tamanho maacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo)

aprenderconfigurar informaccedilotildees da camada de redeo para o IP mensagens do

Protocolo de Controle IP (IPCP) para configurar aprender os endereccedilos IP

44

87

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Endereccedilamento na camada de enlace

55 Ethernet

56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)

57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

88

ATM e MPLS

ATM MPLS redes com arquiteturas proacutepriaso modelos de serviccedilo endereccedilamento e roteamento diferentes dos da Internet

Vistos pela Internet como enlaces loacutegicos conectando roteadores IPo assim como um enlace discado eacute parte de uma rede separada (a rede de telefonia)

ATM MPLS de interesse teacutecnico por si mesmas

45

89

Padratildeo dos anos 199000 para a arquitetura de alta velocidade (155 622Mbps hellip) da BroadbandIntegrated Service Digital Network (B-ISDN)

Objetivo transporte integrado fim-a-fim de voz viacutedeo e dadoso deve atender aos requisitos de tempoQoS para aplicaccedilotildees de voz e de viacutedeo (versus o serviccedilo de melhor esforccedilo da Internet)

o telefonia de ldquoproacutexima geraccedilatildeordquo fundamentos teacutecnicos no mundo da telefonia

o comutaccedilatildeo de pacotes (pacotes de tamanho fixo chamados ldquoceacutelulasrdquo) usando circuitos virtuais

ATM Modo de Transferecircncia Assiacutencrono

90

Arquitetura ATM

camada de adaptaccedilatildeo apenas na borda de uma rede ATM

o grosseiramente anaacuteloga agrave camada de transporte da Interneto ldquoadaptardquo camadas superiores (aplicaccedilotildees IP ou nativas ATM)

para a camada ATM abaixo camada ATM camada de ldquorederdquo

o comutaccedilatildeo de ceacutelulas roteamento camada fiacutesica

46

91

ATM camada de rede ou de enlaceVisatildeo transporte fim-a-fim

ldquoATM de computador a computadorrdquoo ATM eacute uma tecnologia

de rede

Realidade usada para conectar roteadores IP de backboneo ldquoIP sobre ATMrdquoo ATM como uma camada

de enlace comutada conectando roteadores IP

Rede ATM

rede IP

92

Camada ATMServiccedilo transporte de ceacutelulas atraveacutes da rede ATM

o anaacuteloga agrave camada de rede IPo Serviccedilos muito diferentes da camada de rede IP

Arquitetura

de Rede

Internet

ATM

ATM

ATM

ATM

Modelo

de Serviccedilo

melhor

esforccedilo

CBR

VBR

ABR

UBR

Banda

natildeo

taxa

constante

taxa

garantida

miacutenimo

garantido

natildeo

Perda

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Ordem

natildeo

sim

sim

sim

sim

Tempo

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Aviso de

Congestatildeo

natildeo (inferido

pelas perdas)

natildeo haacute

congestatildeo

natildeo haacute

congestatildeo

sim

natildeo

Garantias

47

93

Camada ATM Circuitos Virtuais Transporte em CV ceacutelulas (53 bytes) satildeo transportadas sobre CV

da fonte ao destinoo estabelecimento de conexatildeo necessaacuterio antes que o fluxo de dados

possa ser iniciadoo cada pacote transporta um identificador de CV (natildeo transporta o

endereccedilo do destino)o cada comutador no caminho entre a fonte e o destino manteacutem o

ldquoestadordquo para cada conexatildeo passanteo recursos do enlace e do comutador (banda passante buffers) podem

ser alocados aoCV para obter um comportamento semelhante ao de um circuito fiacutesico

CVs Permanentes (PVC)o conexotildees de longa duraccedilatildeo o tipicamente rota ldquopermanenterdquo entre roteadores IP

CVs Comutados (SVC)o conexotildees de curta duraccedilatildeoo dinamicamente criados com base nas chamadas

94

CVs ATM

Vantagens do uso de circuitos virtuais no ATMo Consegue garantir niacuteveis de QoS para conexotildees mapeadas em circuitos virtuais (banda passante atraso variacircncia de atraso)

Problemas no uso de circuitos virtuaiso O traacutefego de datagramas eacute ineficienteo um PVC entre cada par origemdestino natildeo eacuteescalaacutevel (N2 conexotildees satildeo necessaacuterias)

o SVC introduz latecircncia de estabelecimento de conexatildeo e atrasos de processamento para conexotildees de curta duraccedilatildeo

48

95

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

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

Cabeccedilalhoda ceacutelula

Formato daceacutelula

96

Camada ATM Cabeccedilalho da ceacutelula ATM

VCI identificador de canal virtual

o pode mudar de enlace para enlace atraveacutes da rede

PT Tipo de payload (carga)o Ex ceacutelula de gerenciamento versus ceacutelula de dados

CLP bit de Prioridade de Perda de Ceacutelula (Cell Loss Priority)

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

HEC Verificaccedilatildeo de Erros no Cabeccedilalho

o verificaccedilatildeo ciacuteclica de erros

49

97

Camada Fiacutesica ATM Compotildee-se de duas partes (subcamadas) Transmission Convergence Sublayer - TCS adapta a

camada ATM acima agrave subcamada fiacutesica abaixo (PMD Physical Medium Dependent Sublayer- PMD depende

do tipo de meio fiacutesico sendo empregado

98

IP-sobre-ATMApenas IP Claacutessico 3 ldquoredesrdquo (ex

segmentos de LAN) endereccedilos MAC

(8023) e IP

IP sobre ATM substitui ldquorederdquo (ex

segmento de LAN) por rede ATM

endereccedilos ATM endereccedilos IP

redeATM

EthernetLANs

EthernetLANs

50

99

IP-sobre-ATM

AALATMphyphy

Eth

IP

ATMphy

ATMphy

apptranspIPAALATMphy

apptranspIPEthphy

100

Viagem de um Datagrama numa Rede IP-sobre-ATM Hospedeiro de Origem

o Camada IP encontra um mapeamento entre o endereccedilo IP e o endereccedilo de destino ATM (usando ATM-ARP)

o passa o datagrama para a camada de adaptaccedilatildeo AAL5o AAL5 encapsula os dados (datagrama) segmenta em ceacutelulas e

passa para a camada ATM Rede ATM move a ceacutelula para o destino de comutador a

comutador de acordo com o seu CV (circuito virtual) Hospedeiro de Destino

o AAL5 remonta o datagrama original a partir das ceacutelulas recebidas

o se o CRC OK datagrama eacute passado ao IP

51

101

IP-sobre-ATM

datagramas IP emPDUs ATM AAL5

de endereccedilos IP paraendereccedilos ATMo como de endereccedilos IP paraendereccedilos MAC 8023

RedeATM

LANsEthernet

102

Multiprotocol label switching (MPLS)

Objetivo inicial acelerar o repasse de datagramas IP usando um roacutetulo de tamanho fixoo usa ideacuteias da abordagem de Circuitos Virtuais

PPP or Ethernet

headerIP header remainder of link-layer frameMPLS header

label Exp S TTL

20 3 1 8

52

103

Roteadores habilitados para MPLS

Roteadores de chaveamento de roacutetulos (label-switchedrouter)

Repassa pacotes para as interfaces de saiacuteda baseado apenas no valor do roacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP)o tabela de repasse o MPLS diferente da tabela de repasse IP

Necessaacuterio um protocolo de sinalizaccedilatildeoo RSVP-TEo Repasse possiacutevel atraveacutes de caminhos que o IP sozinho natildeo

permitiria (pex roteamento especifico para fonte - source-specific routing)

o MPLS pode ser usado para engenharia de traacutefego Deve coexistir com roteadores que entendem apenas

IP

104

R1R2

D

R3R4R5

0

1

00

A

R6

in out out

label label dest interface

6 - A 0

in out out

label label dest interface

10 6 A 1

12 9 D 0

in out out

label label dest interface

10 A 0

12 D 0

1

in out out

label label dest interface

8 6 A 0

0

8 A 1

Tabelas de repasse MPLS

53

105

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Endereccedilamento na camada de enlace

55 Ethernet

56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)

57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de

enlace ATM e MPLS

19

37

Tecnologias de Rede Local Protocolos MAC usados em redes locais para controlar

acesso ao canal Aneacuteis de fichas IEEE 8025 (Token Ring da IBM) para sala

de computaccedilatildeo ou rede departamental ateacute 16Mbps FDDI (Fiber Distributed Data Interface) para rede de Campus ou Metropolitana ateacute 200 estaccedilotildees em 100Mbps

Ethernet emprega o protocolo CSMACD 10Mbps (IEEE 8023) Fast E-net (100Mbps) Gigabit E-net (1000 Mbps) de longe a tecnologia mais popular de rede local

38

Sumaacuterio de protocolos MAC O que se pode fazer com um meio compartilhado

o Particionamento do canal por tempo frequumlecircncia ou coacutedigobull TDMA FDMA CDMA WDMA (wave division)

o Particionamento aleatoacuterio (dinacircmico) bull ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDdetecccedilatildeo de portadora faacutecil com algumas tecnologias (cabos) difiacutecil com outras (sem fio)

bull CSMACD usada na Ethernetbull CSMACA usada nas redes 80211

o Revezamentobull consulta por um noacute central passagem de ficha de permissatildeo

Para sateacutelites eacute difiacutecil detectar se o canal ascendente estaacuteocupado (retardos de 270ms) ALOHA FDM TDM CDMA

20

39

Tecnologias de LANCamada de enlace ateacute agora

o serviccedilos detecccedilatildeo de erroscorreccedilatildeo acesso muacuteltiplo

A seguir tecnologias de redes locais (LAN)o endereccedilamentoo Etherneto hubs pontes switcheso PPP

40

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Endereccedilamento na camada de enlace

55 Ethernet

56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)

57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de

enlace ATM e MPLS

21

41

Endereccedilos Fiacutesicos e ARP

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 MAC (ou de LAN fiacutesico Ethernet) usado para levar o datagrama de uma interface a

outra fisicamente conectada (isto eacute na mesma rede)

Endereccedilos MAC com 48 bits (na maioria das LANs) satildeo gravados na memoacuteria fixa (ROM) do adaptador

42

Cada adaptador numa LAN tem um endereccedilo de LAN uacutenico

End de Broadcast =FF-FF-FF-FF-FF-FF

= adaptador

1A-2F-BB-76-09-AD

58-23-D7-FA-20-B0

0C-C4-11-6F-E3-98

71-65-F7-2B-08-53

LAN(wired orwireless)

Endereccedilos Fiacutesicos e ARP

22

43

A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEE

O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (24 bits) para assegurar a unicidade

Analogia

(a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do CPF

(b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal

endereccedilamento MAC eacute plano (sem estrutura) =gt portabilidade

o eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra sem reconfiguraccedilatildeo do endereccedilo MAC

endereccedilamento IP eacute ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevel

o depende da rede na qual se estaacute ligado

Endereccedilos Fiacutesicos e ARP

44

Envio de um pacote de Argon para Neon

Fonte Liebeherr amp El Zarki 2004httpwwwcsvirginiaedu~itlabbookslidesindexhtml

23

45

DNS The IP address of

ldquoneontcpip-labedurdquo is

1281437121

ARP What is the MAC

address of 1281431371

DNS What is the IP address

of ldquoneontcpip-labedurdquoARP The MAC address of

1281431371 is 00e0f923a820

1281437121 is not on my local network

Therefore I need to send the packet to my

default gateway with address 1281431371

frame

1281437121 is on my local network

Therefore I can send the packet directly

ARP The MAC address of

1281431371 is 0020af039828

ARP What is the MAC

address of 1281437121

frame

46

Protocolo ARP O noacute A quer enviar pacote para o noacute B na mesma rede local A verifica se sua tabela ARP conteacutem o endereccedilo IP de B Se o end de natildeo estiver na Tabela ARP o moacutedulo ARP de A difunde um pacote ARP de consulta contendo o endereccedilo IP de Bo TODOS os noacutes na rede local recebem o pacote ARP

O noacute B responde ao noacute A com pacote ARP unicast informando seu proacuteprio endereccedilo MAC

A armazena o par endereccedilo IP-MAC em sua tabela ARP ateacuteque a informaccedilatildeo se torne obsoletao soft-state informaccedilatildeo que desaparece com o tempo se

natildeo for re-atualizada ARP eacute ldquoplug-and-playrdquo

o noacutes criam as suas tabelas ARP sem intervenccedilatildeo do administradorda rede

24

47

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Endereccedilamento na camada de enlace

55 Ethernet

56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)

57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de

enlace ATM e MPLS

48

Ethernet Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo

o Baratao Primeira tecnologia de LAN largamente usadao Mais simples e mais barata que LANs com token e ATMo Velocidade crescente 10 Mbps ndash 10 Gbps

Serviccedilo natildeo orientado a conexatildeo natildeo confiaacutevel

Esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf

25

49

Topologia em estrela

Barramento popular ateacute meados dos anos 90 Atualmente prevalece a topologia em estrela Conexatildeo hub ou switch

hub orswitch

50

Estrutura do Quadro Ethernet

Preacircmbulo 7 bytes com o padratildeo 10101010 seguidos por um byte com padratildeo o 10101011 usado para sincronizar os reloacutegios do receptor e do emissor

Endereccedilos 6 bytes quadro eacute recebido por todos os adaptadores e descartado se o endereccedilo do quadro natildeo coincide com o endereccedilo do adaptador

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

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

26

51

Codificaccedilatildeo Manchester Banda baacutesica transmissatildeo digital bits satildeo codificados usando

codificaccedilatildeo Manchester e transmitidos diretamente modificando a voltagem de sinal de corrente contiacutenua

Cada bit tem uma transiccedilatildeo Permite que os reloacutegios (clocks) nos noacutes emissor e receptor

mantenham-se sincronizadoso Natildeo eacute necessaacuterio um reloacutegio centralizado global para todos os noacutes

Aspecto da camada fiacutesica

52

Ethernet usa CSMACDA escutar canal se canal em silecircncio por determinado tempo (96 BTT)

entatildeo transmitir e monitorar o canal Se detectada outra transmissatildeo entatildeo

abortar e enviar sinal de ldquojamrdquo (48 bits)atualizar nuacutemero de colisotildees esperar de acordo com o algoritmo de retardo exponencial (ldquoexponential backoffrdquo)

ir para A

senatildeo quadro transmitido zerar contador de colisotildees

senatildeo esperar ateacute terminar a transmissatildeo em curso ir para A

27

53

Sinal de ldquoJamrdquo garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo (48 bits)

Tempo de Bit (BTT) 01 micros para Ethernet de 10 Mbps para K=1023 tempo de espera eacute de aprox 50 msec

ldquoExponential Backoffrdquo Objetivo adaptar tentativas

de retransmissatildeo agrave carga atual estimada da redeo carga pesada espera aleatoacuteria

mais longa Esperar K 512 BTT primeira colisatildeo

escolher K entre 01 segunda colisatildeo

escolher K entre 0123 apoacutes 10 ou mais colisotildees

escolher K entre 01234hellip1023

Ethernet CSMACD (cont)

54

Ethernet - Eficiecircncia Eficiecircncia com traacutefego pesado e nuacutemero grande de noacutes

)5(1

1

trans

prop

t

tEficiecircncia

+

=

tprop = tempo maacuteximo de propagaccedilatildeo entre 2 noacutesttrans= tempo para transmitir um quadro de tamanho maacuteximo

Quando tprop tende a 0 a eficiecircncia tende a 1Quando ttrans tende a infinito a eficiecircncia tende a 1

Muito melhor que ALOHA e ainda descentralizado simples e barato

28

55

Tecnologias Ethernet 10Base2 10 10Mbps 2 comprimento maacuteximo do cabo de 200 metros (de

fato 185 metros) Utiliza cabo coaxial fino numa topologia em barramento

repetidores satildeo usados para conectar muacuteltiplos segmentos (ateacuteum maacuteximo de 4)

repetidor repete os bits que ele recebe numa interface para as suas outras interfaces atua somente na camada fiacutesica

pacotes transmitidosviajam nas duas direccedilotildees

conectorT terminador

adaptador

noacute noacute noacute noacute noacute

56

10BaseT e 100BaseT Taxas de 10 e 100 Mbps A de taxa 100 Mbps eacute chamada de ldquoFast Ethernetrdquo T significa ldquoTwisted Pairrdquo (par tranccedilado) Noacutes conectados a um concentrador (ldquohubrdquo) ldquotopologia em

estrelardquo

par tranccedilado

hub

29

57

10BaseT e 100BaseT (cont)

Distacircncia maacutexima do noacute ao hub 100 metros Hub pode desconectar da rede um adaptador que

natildeo paacutera de transmitir (ldquojabbering adapterrdquo) ndash10Base2 natildeo funcionariahellip

Hub pode coletar e monitorar informaccedilotildees e estatiacutesticas para apresentaccedilatildeo ao administradores da LAN

10BaseT usa codificaccedilatildeo Manchester 100BaseT usa 4B5B

(5 clocks para transmitir 4 bits)

58

HubsHubs satildeo essencialmente repetidores da camada fiacutesica

o bits vindos de um enlace vatildeo para todos os demais enlaceso hellip agrave mesma velocidadeo natildeo haacute armazenamento de quadros (buffering)o natildeo haacute CSMACD no hub adaptadores detectam as

colisotildeeso oferece funccedilotildees de gerecircncia de rede

twisted pair

hub

30

59

Gbit Ethernet (IEEE 8023z)

Usa formato do quadro Ethernet padratildeo Permite enlaces ponto-a-ponto (com switchs) e

canais de difusatildeo compartilhados (com hubs) Em modo compartilhado usa CSMACD

o para ser eficiente as distacircncias entre os noacutes devem ser curtas (poucos metros)

hubs chamados de Distribuidores com Buffers(ldquoBuffered Distributorsrdquo)

Full-Duplex em 1 Gbps para enlaces ponto-a-ponto 10 Gbps atualmente

60

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Endereccedilamento na camada de enlace

55 Ethernet

56 Interconexotildees distribuidores e comutadores (Hubs and switches)

57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de

enlace ATM e MPLS

31

61

Interconexatildeo de LANs

Por que natildeo somente 1 grande LAN o Limitaccedilatildeo de traacutefego

bull em uma uacutenica LAN todas as estaccedilotildees compartilham a largura de banda

o Limitaccedilatildeo de distacircnciabull 8023 especifica o comprimento maacuteximo do cabo

o Grande ldquodomiacutenio de colisatildeordquobull pode-se colidir com muitas estaccedilotildees

o Limitaccedilatildeo do nuacutemero de estaccedilotildeesbull passagem de ficha provoca atraso em cada estaccedilatildeo p ex

62

Hubs e Comutadores

Usados para estender redes locais cobertura geograacutefica nuacutemero de noacutes funcionalidade administrativa etc

Diferem entre si em respeito ao isolamento de domiacutenios de colisatildeoo camada em que operam

Diferentes de roteadoreso ldquoplug and playrdquoo natildeo fazem o roteamento oacutetimo de pacotes IP

32

63

Hubs Dispositivos de camada fiacutesica

o repetem os bits recebidos numa interface para as demais

Podem ser dispostos numa hierarquia (multi-tier hub desing)

64

Hubs (cont)

Vantagens de Hubso Dispositivos simples e baratoso Configuraccedilatildeo em muacuteltiplos niacuteveis provecirc degradaccedilatildeo paulatina porccedilotildees da rede local continuam a operar se um dos hubs parar de funcionar

o Estende a distacircncia maacutexima entre pares de noacutes

33

65

Hubs (cont)

Limitaccedilotildeeso Domiacutenio de colisatildeo uacutenico natildeo leva a aumento na vazatildeo maacuteximabull a vazatildeo no caso de muacuteltiplos niacuteveis eacute igual agrave de um uacutenico segmento

o As tecnologias Ethernet (10Base 10BaseT etc) estabelecem limites no nuacutemero de noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo distacircncia entre hospedeiros e numero maacuteximo de niacuteveis (tiers)

o Natildeo se pode misturar Ethernet 10BaseT e 100Base)

66

Comutador (Switch) Dispositivo da camada de enlace

o Armazena e reenvia quadros Etherneto Encaminha os quadros a partir dos respectivos endereccedilos MAC de destino

o Quando quer repassar um quadro para um segmento usa o CSMACD para acessar o segmento

Transparente o Hospedeiros natildeo sabem da presenccedila do switch

plug-and-play auto-aprendizadoo Natildeo precisam ser configurados

34

67

Repasse (forwarding)

bull Com se determina para que segmento de LAN se deve repassar um quadrobull Parece um problema de roteamento

hub hubhub

switch1

2 3

68

Auto-aprendizado

Comutador tem uma tabela de comutaccedilatildeo (switch table) Entrada na tabela de comutaccedilatildeo

o (Endereccedilo MAC Interface Selo do Tempo)o Entradas antigas descartadas

O comutador aprende que noacutes satildeo alcanccedilaacuteveis atraveacutes de suas interfaceso Quando um quadro eacute recebido ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do remetente segmento de LAN de chegada

35

69

Filtragem e RepasseQuando um quadro eacute recebido

indexar a tabela de comutaccedilatildeo usando o end MAC destinose entrada encontradaentatildeo se destino no segmento de onde o quadro foi recebidoentatildeo descartar o quadrosenatildeo repassar o quadro para a interface indicada (CSMACD)

senatildeo inundar

Repassar a todas as interfaces exceto agravequelapor onde chegou o quadro

70

Exemplo

Suponha que C envia quadro para D

Switch recebe o quadro de Co registra na tabela que C estaacute na interface 1o como D natildeo estaacute na tabela repassa o quadro para as

interfaces 2 e 3

quadro recebido por D

hub hub hub

switch

A

B CD

EF G H

I

end interface

ABEG

1123

12 3

36

71

Exemplo

Suponha que D responde para C

Switch recebe o quadro de Do registra na tabela que D estaacute na interface 2o como C estaacute na tabela repassa o quadro apenas para a

interface 1

quadro recebido por C

hub hub hub

switch

A

B CD

EF G H

I

end interface

ABEGC

11231

72

Comutador isolamento de traacutefego A instalaccedilatildeo de um comutador divide uma subrede

em vaacuterios segmentos de LAN

Comutador filtra os quadroso segmentos tornam-se diferentes domiacutenios de colisatildeo

hub hub hub

switch

collision domain collision domain

collisiondomain

37

73

Comutador acesso dedicado Comutadores com muitas

interfaces Hospedeiros tecircm conexatildeo

direta com o comutador Sem colisotildees full duplex

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

switch

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

74

Comutador hellip

Alguns comutadores implementam cut-througho o quadro eacute repassado sem esperar a montagem do quadro inteiro no buffer do comutador bull pequena reduccedilatildeo da latecircncia

Combinaccedilotildees de interfaces compartilhadasdedicadas de 101001000 Mbps

38

75

Rede institucional

hub hubhub

comutador

para a rede externa

roteador

subrede IP

servidor de correio-e

servidor web

76

Comutadores vs Roteadores ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa

o roteadores dispositivos da camada de rede (examinam cabeccedilalhos da camada de rede)

o comutadores dispositivos da camada de enlace roteadores mantecircm tabelas de rotas e implementam algoritmos

de roteamento comutadores mantecircm tabelas de filtragem implementam

filtragem

39

77

Comparaccedilatildeo Sumaacuteria

hubs routers switches

traffic isolation

no yes yes

plug amp play yes no yes

optimal routing

no yes no

cut through

yes no yes

78

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Endereccedilamento na camada de enlace

55 Ethernet

56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

40

79

Controle de Enlace Ponto-a-Ponto

Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil que um enlace broadcasto natildeo haacute Controle de Acesso ao Meioo natildeo haacute necessidade de endereccedilamento MAC expliacutecito

o ex enlace discado linha ISDN protocolos ponto-a-ponto populares para camada

de enlaceo PPP (point-to-point protocol)o HDLC High-level Data Link Control(A camada de enlace costumava ser considerada de alto niacutevel na pilha de protocolos)

80

Protocolo Ponto-a-Ponto (PPP)

PPP eacute muito popular usado em conexotildees discadas entre sistema domeacutestico e provedor em conexotildees SONETSDH etc

PPP eacute extremamente simples (o mais simples dos protocolos de enlace de dados) e muito otimizado

41

81

PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]

Enquadramento de pacotes encapsulamento do datagrama da camada de rede no quadro da camada de enlace

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

Muacuteltiplos protocolos da camada de rede (natildeo apenas o IP) ao mesmo tempoo capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeoo Campo lsquotipo de protocolorsquo como no IP

Muacuteltiplos tipos de enlace seriais paralelos siacutencronos assiacutencronos eleacutetricos oacutepticos

Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo) connection livenes detecta e informa falhas do enlace para a

camada de rede Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede as camadas de rede

comuni9cantes devem poder aprender ou configurar mutuamente seus endereccedilos de rede

Simplicidade

82

Nem tudo foi requerido do PPP

natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros natildeo haacute controle de fluxo aceita entregas fora de ordem (embora seja pouco

comum) natildeo haacute necessidade de suportar enlaces multiponto

(ex polling)o HDLC os permite

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

42

83

PPP Formato do Quadro 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)

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

erros

endereccedilocontrole

tamanhovariaacutevelou ou

CRC

84

Byte Stuffing Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de

dados deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt01111110gt

Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte extra com o padratildeo lt 01111101gt (escape) antes de cada byte de dados lt 01111110gt

Receptoro dois bytes 01111101 seguidos descarta o primeiro e continua a recepccedilatildeo de dados

o um byte 01111110 flag Em enlaces siacutencronos orientados a bit usa-se bit

stuffing o depois de uma sequumlecircncia de 5 bits lsquo1rsquo o transmissor insere

um bit lsquo0rsquo

43

85

Byte Stuffing

byte como padratildeodo flag nosdados a enviar

byte com o padratildeo de flag seguido do byte inserido

86

PPP Protocolo de Controle de Enlace (LCP) e Controle de RedeAntes de trocar dados da camada

de rede os parceiros da camada de enlace devem

configurar o enlace PPP (PPP-LCP) (tamanho maacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo)

aprenderconfigurar informaccedilotildees da camada de redeo para o IP mensagens do

Protocolo de Controle IP (IPCP) para configurar aprender os endereccedilos IP

44

87

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Endereccedilamento na camada de enlace

55 Ethernet

56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)

57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

88

ATM e MPLS

ATM MPLS redes com arquiteturas proacutepriaso modelos de serviccedilo endereccedilamento e roteamento diferentes dos da Internet

Vistos pela Internet como enlaces loacutegicos conectando roteadores IPo assim como um enlace discado eacute parte de uma rede separada (a rede de telefonia)

ATM MPLS de interesse teacutecnico por si mesmas

45

89

Padratildeo dos anos 199000 para a arquitetura de alta velocidade (155 622Mbps hellip) da BroadbandIntegrated Service Digital Network (B-ISDN)

Objetivo transporte integrado fim-a-fim de voz viacutedeo e dadoso deve atender aos requisitos de tempoQoS para aplicaccedilotildees de voz e de viacutedeo (versus o serviccedilo de melhor esforccedilo da Internet)

o telefonia de ldquoproacutexima geraccedilatildeordquo fundamentos teacutecnicos no mundo da telefonia

o comutaccedilatildeo de pacotes (pacotes de tamanho fixo chamados ldquoceacutelulasrdquo) usando circuitos virtuais

ATM Modo de Transferecircncia Assiacutencrono

90

Arquitetura ATM

camada de adaptaccedilatildeo apenas na borda de uma rede ATM

o grosseiramente anaacuteloga agrave camada de transporte da Interneto ldquoadaptardquo camadas superiores (aplicaccedilotildees IP ou nativas ATM)

para a camada ATM abaixo camada ATM camada de ldquorederdquo

o comutaccedilatildeo de ceacutelulas roteamento camada fiacutesica

46

91

ATM camada de rede ou de enlaceVisatildeo transporte fim-a-fim

ldquoATM de computador a computadorrdquoo ATM eacute uma tecnologia

de rede

Realidade usada para conectar roteadores IP de backboneo ldquoIP sobre ATMrdquoo ATM como uma camada

de enlace comutada conectando roteadores IP

Rede ATM

rede IP

92

Camada ATMServiccedilo transporte de ceacutelulas atraveacutes da rede ATM

o anaacuteloga agrave camada de rede IPo Serviccedilos muito diferentes da camada de rede IP

Arquitetura

de Rede

Internet

ATM

ATM

ATM

ATM

Modelo

de Serviccedilo

melhor

esforccedilo

CBR

VBR

ABR

UBR

Banda

natildeo

taxa

constante

taxa

garantida

miacutenimo

garantido

natildeo

Perda

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Ordem

natildeo

sim

sim

sim

sim

Tempo

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Aviso de

Congestatildeo

natildeo (inferido

pelas perdas)

natildeo haacute

congestatildeo

natildeo haacute

congestatildeo

sim

natildeo

Garantias

47

93

Camada ATM Circuitos Virtuais Transporte em CV ceacutelulas (53 bytes) satildeo transportadas sobre CV

da fonte ao destinoo estabelecimento de conexatildeo necessaacuterio antes que o fluxo de dados

possa ser iniciadoo cada pacote transporta um identificador de CV (natildeo transporta o

endereccedilo do destino)o cada comutador no caminho entre a fonte e o destino manteacutem o

ldquoestadordquo para cada conexatildeo passanteo recursos do enlace e do comutador (banda passante buffers) podem

ser alocados aoCV para obter um comportamento semelhante ao de um circuito fiacutesico

CVs Permanentes (PVC)o conexotildees de longa duraccedilatildeo o tipicamente rota ldquopermanenterdquo entre roteadores IP

CVs Comutados (SVC)o conexotildees de curta duraccedilatildeoo dinamicamente criados com base nas chamadas

94

CVs ATM

Vantagens do uso de circuitos virtuais no ATMo Consegue garantir niacuteveis de QoS para conexotildees mapeadas em circuitos virtuais (banda passante atraso variacircncia de atraso)

Problemas no uso de circuitos virtuaiso O traacutefego de datagramas eacute ineficienteo um PVC entre cada par origemdestino natildeo eacuteescalaacutevel (N2 conexotildees satildeo necessaacuterias)

o SVC introduz latecircncia de estabelecimento de conexatildeo e atrasos de processamento para conexotildees de curta duraccedilatildeo

48

95

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

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

Cabeccedilalhoda ceacutelula

Formato daceacutelula

96

Camada ATM Cabeccedilalho da ceacutelula ATM

VCI identificador de canal virtual

o pode mudar de enlace para enlace atraveacutes da rede

PT Tipo de payload (carga)o Ex ceacutelula de gerenciamento versus ceacutelula de dados

CLP bit de Prioridade de Perda de Ceacutelula (Cell Loss Priority)

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

HEC Verificaccedilatildeo de Erros no Cabeccedilalho

o verificaccedilatildeo ciacuteclica de erros

49

97

Camada Fiacutesica ATM Compotildee-se de duas partes (subcamadas) Transmission Convergence Sublayer - TCS adapta a

camada ATM acima agrave subcamada fiacutesica abaixo (PMD Physical Medium Dependent Sublayer- PMD depende

do tipo de meio fiacutesico sendo empregado

98

IP-sobre-ATMApenas IP Claacutessico 3 ldquoredesrdquo (ex

segmentos de LAN) endereccedilos MAC

(8023) e IP

IP sobre ATM substitui ldquorederdquo (ex

segmento de LAN) por rede ATM

endereccedilos ATM endereccedilos IP

redeATM

EthernetLANs

EthernetLANs

50

99

IP-sobre-ATM

AALATMphyphy

Eth

IP

ATMphy

ATMphy

apptranspIPAALATMphy

apptranspIPEthphy

100

Viagem de um Datagrama numa Rede IP-sobre-ATM Hospedeiro de Origem

o Camada IP encontra um mapeamento entre o endereccedilo IP e o endereccedilo de destino ATM (usando ATM-ARP)

o passa o datagrama para a camada de adaptaccedilatildeo AAL5o AAL5 encapsula os dados (datagrama) segmenta em ceacutelulas e

passa para a camada ATM Rede ATM move a ceacutelula para o destino de comutador a

comutador de acordo com o seu CV (circuito virtual) Hospedeiro de Destino

o AAL5 remonta o datagrama original a partir das ceacutelulas recebidas

o se o CRC OK datagrama eacute passado ao IP

51

101

IP-sobre-ATM

datagramas IP emPDUs ATM AAL5

de endereccedilos IP paraendereccedilos ATMo como de endereccedilos IP paraendereccedilos MAC 8023

RedeATM

LANsEthernet

102

Multiprotocol label switching (MPLS)

Objetivo inicial acelerar o repasse de datagramas IP usando um roacutetulo de tamanho fixoo usa ideacuteias da abordagem de Circuitos Virtuais

PPP or Ethernet

headerIP header remainder of link-layer frameMPLS header

label Exp S TTL

20 3 1 8

52

103

Roteadores habilitados para MPLS

Roteadores de chaveamento de roacutetulos (label-switchedrouter)

Repassa pacotes para as interfaces de saiacuteda baseado apenas no valor do roacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP)o tabela de repasse o MPLS diferente da tabela de repasse IP

Necessaacuterio um protocolo de sinalizaccedilatildeoo RSVP-TEo Repasse possiacutevel atraveacutes de caminhos que o IP sozinho natildeo

permitiria (pex roteamento especifico para fonte - source-specific routing)

o MPLS pode ser usado para engenharia de traacutefego Deve coexistir com roteadores que entendem apenas

IP

104

R1R2

D

R3R4R5

0

1

00

A

R6

in out out

label label dest interface

6 - A 0

in out out

label label dest interface

10 6 A 1

12 9 D 0

in out out

label label dest interface

10 A 0

12 D 0

1

in out out

label label dest interface

8 6 A 0

0

8 A 1

Tabelas de repasse MPLS

53

105

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Endereccedilamento na camada de enlace

55 Ethernet

56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)

57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de

enlace ATM e MPLS

20

39

Tecnologias de LANCamada de enlace ateacute agora

o serviccedilos detecccedilatildeo de erroscorreccedilatildeo acesso muacuteltiplo

A seguir tecnologias de redes locais (LAN)o endereccedilamentoo Etherneto hubs pontes switcheso PPP

40

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Endereccedilamento na camada de enlace

55 Ethernet

56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)

57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de

enlace ATM e MPLS

21

41

Endereccedilos Fiacutesicos e ARP

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 MAC (ou de LAN fiacutesico Ethernet) usado para levar o datagrama de uma interface a

outra fisicamente conectada (isto eacute na mesma rede)

Endereccedilos MAC com 48 bits (na maioria das LANs) satildeo gravados na memoacuteria fixa (ROM) do adaptador

42

Cada adaptador numa LAN tem um endereccedilo de LAN uacutenico

End de Broadcast =FF-FF-FF-FF-FF-FF

= adaptador

1A-2F-BB-76-09-AD

58-23-D7-FA-20-B0

0C-C4-11-6F-E3-98

71-65-F7-2B-08-53

LAN(wired orwireless)

Endereccedilos Fiacutesicos e ARP

22

43

A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEE

O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (24 bits) para assegurar a unicidade

Analogia

(a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do CPF

(b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal

endereccedilamento MAC eacute plano (sem estrutura) =gt portabilidade

o eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra sem reconfiguraccedilatildeo do endereccedilo MAC

endereccedilamento IP eacute ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevel

o depende da rede na qual se estaacute ligado

Endereccedilos Fiacutesicos e ARP

44

Envio de um pacote de Argon para Neon

Fonte Liebeherr amp El Zarki 2004httpwwwcsvirginiaedu~itlabbookslidesindexhtml

23

45

DNS The IP address of

ldquoneontcpip-labedurdquo is

1281437121

ARP What is the MAC

address of 1281431371

DNS What is the IP address

of ldquoneontcpip-labedurdquoARP The MAC address of

1281431371 is 00e0f923a820

1281437121 is not on my local network

Therefore I need to send the packet to my

default gateway with address 1281431371

frame

1281437121 is on my local network

Therefore I can send the packet directly

ARP The MAC address of

1281431371 is 0020af039828

ARP What is the MAC

address of 1281437121

frame

46

Protocolo ARP O noacute A quer enviar pacote para o noacute B na mesma rede local A verifica se sua tabela ARP conteacutem o endereccedilo IP de B Se o end de natildeo estiver na Tabela ARP o moacutedulo ARP de A difunde um pacote ARP de consulta contendo o endereccedilo IP de Bo TODOS os noacutes na rede local recebem o pacote ARP

O noacute B responde ao noacute A com pacote ARP unicast informando seu proacuteprio endereccedilo MAC

A armazena o par endereccedilo IP-MAC em sua tabela ARP ateacuteque a informaccedilatildeo se torne obsoletao soft-state informaccedilatildeo que desaparece com o tempo se

natildeo for re-atualizada ARP eacute ldquoplug-and-playrdquo

o noacutes criam as suas tabelas ARP sem intervenccedilatildeo do administradorda rede

24

47

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Endereccedilamento na camada de enlace

55 Ethernet

56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)

57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de

enlace ATM e MPLS

48

Ethernet Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo

o Baratao Primeira tecnologia de LAN largamente usadao Mais simples e mais barata que LANs com token e ATMo Velocidade crescente 10 Mbps ndash 10 Gbps

Serviccedilo natildeo orientado a conexatildeo natildeo confiaacutevel

Esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf

25

49

Topologia em estrela

Barramento popular ateacute meados dos anos 90 Atualmente prevalece a topologia em estrela Conexatildeo hub ou switch

hub orswitch

50

Estrutura do Quadro Ethernet

Preacircmbulo 7 bytes com o padratildeo 10101010 seguidos por um byte com padratildeo o 10101011 usado para sincronizar os reloacutegios do receptor e do emissor

Endereccedilos 6 bytes quadro eacute recebido por todos os adaptadores e descartado se o endereccedilo do quadro natildeo coincide com o endereccedilo do adaptador

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

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

26

51

Codificaccedilatildeo Manchester Banda baacutesica transmissatildeo digital bits satildeo codificados usando

codificaccedilatildeo Manchester e transmitidos diretamente modificando a voltagem de sinal de corrente contiacutenua

Cada bit tem uma transiccedilatildeo Permite que os reloacutegios (clocks) nos noacutes emissor e receptor

mantenham-se sincronizadoso Natildeo eacute necessaacuterio um reloacutegio centralizado global para todos os noacutes

Aspecto da camada fiacutesica

52

Ethernet usa CSMACDA escutar canal se canal em silecircncio por determinado tempo (96 BTT)

entatildeo transmitir e monitorar o canal Se detectada outra transmissatildeo entatildeo

abortar e enviar sinal de ldquojamrdquo (48 bits)atualizar nuacutemero de colisotildees esperar de acordo com o algoritmo de retardo exponencial (ldquoexponential backoffrdquo)

ir para A

senatildeo quadro transmitido zerar contador de colisotildees

senatildeo esperar ateacute terminar a transmissatildeo em curso ir para A

27

53

Sinal de ldquoJamrdquo garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo (48 bits)

Tempo de Bit (BTT) 01 micros para Ethernet de 10 Mbps para K=1023 tempo de espera eacute de aprox 50 msec

ldquoExponential Backoffrdquo Objetivo adaptar tentativas

de retransmissatildeo agrave carga atual estimada da redeo carga pesada espera aleatoacuteria

mais longa Esperar K 512 BTT primeira colisatildeo

escolher K entre 01 segunda colisatildeo

escolher K entre 0123 apoacutes 10 ou mais colisotildees

escolher K entre 01234hellip1023

Ethernet CSMACD (cont)

54

Ethernet - Eficiecircncia Eficiecircncia com traacutefego pesado e nuacutemero grande de noacutes

)5(1

1

trans

prop

t

tEficiecircncia

+

=

tprop = tempo maacuteximo de propagaccedilatildeo entre 2 noacutesttrans= tempo para transmitir um quadro de tamanho maacuteximo

Quando tprop tende a 0 a eficiecircncia tende a 1Quando ttrans tende a infinito a eficiecircncia tende a 1

Muito melhor que ALOHA e ainda descentralizado simples e barato

28

55

Tecnologias Ethernet 10Base2 10 10Mbps 2 comprimento maacuteximo do cabo de 200 metros (de

fato 185 metros) Utiliza cabo coaxial fino numa topologia em barramento

repetidores satildeo usados para conectar muacuteltiplos segmentos (ateacuteum maacuteximo de 4)

repetidor repete os bits que ele recebe numa interface para as suas outras interfaces atua somente na camada fiacutesica

pacotes transmitidosviajam nas duas direccedilotildees

conectorT terminador

adaptador

noacute noacute noacute noacute noacute

56

10BaseT e 100BaseT Taxas de 10 e 100 Mbps A de taxa 100 Mbps eacute chamada de ldquoFast Ethernetrdquo T significa ldquoTwisted Pairrdquo (par tranccedilado) Noacutes conectados a um concentrador (ldquohubrdquo) ldquotopologia em

estrelardquo

par tranccedilado

hub

29

57

10BaseT e 100BaseT (cont)

Distacircncia maacutexima do noacute ao hub 100 metros Hub pode desconectar da rede um adaptador que

natildeo paacutera de transmitir (ldquojabbering adapterrdquo) ndash10Base2 natildeo funcionariahellip

Hub pode coletar e monitorar informaccedilotildees e estatiacutesticas para apresentaccedilatildeo ao administradores da LAN

10BaseT usa codificaccedilatildeo Manchester 100BaseT usa 4B5B

(5 clocks para transmitir 4 bits)

58

HubsHubs satildeo essencialmente repetidores da camada fiacutesica

o bits vindos de um enlace vatildeo para todos os demais enlaceso hellip agrave mesma velocidadeo natildeo haacute armazenamento de quadros (buffering)o natildeo haacute CSMACD no hub adaptadores detectam as

colisotildeeso oferece funccedilotildees de gerecircncia de rede

twisted pair

hub

30

59

Gbit Ethernet (IEEE 8023z)

Usa formato do quadro Ethernet padratildeo Permite enlaces ponto-a-ponto (com switchs) e

canais de difusatildeo compartilhados (com hubs) Em modo compartilhado usa CSMACD

o para ser eficiente as distacircncias entre os noacutes devem ser curtas (poucos metros)

hubs chamados de Distribuidores com Buffers(ldquoBuffered Distributorsrdquo)

Full-Duplex em 1 Gbps para enlaces ponto-a-ponto 10 Gbps atualmente

60

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Endereccedilamento na camada de enlace

55 Ethernet

56 Interconexotildees distribuidores e comutadores (Hubs and switches)

57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de

enlace ATM e MPLS

31

61

Interconexatildeo de LANs

Por que natildeo somente 1 grande LAN o Limitaccedilatildeo de traacutefego

bull em uma uacutenica LAN todas as estaccedilotildees compartilham a largura de banda

o Limitaccedilatildeo de distacircnciabull 8023 especifica o comprimento maacuteximo do cabo

o Grande ldquodomiacutenio de colisatildeordquobull pode-se colidir com muitas estaccedilotildees

o Limitaccedilatildeo do nuacutemero de estaccedilotildeesbull passagem de ficha provoca atraso em cada estaccedilatildeo p ex

62

Hubs e Comutadores

Usados para estender redes locais cobertura geograacutefica nuacutemero de noacutes funcionalidade administrativa etc

Diferem entre si em respeito ao isolamento de domiacutenios de colisatildeoo camada em que operam

Diferentes de roteadoreso ldquoplug and playrdquoo natildeo fazem o roteamento oacutetimo de pacotes IP

32

63

Hubs Dispositivos de camada fiacutesica

o repetem os bits recebidos numa interface para as demais

Podem ser dispostos numa hierarquia (multi-tier hub desing)

64

Hubs (cont)

Vantagens de Hubso Dispositivos simples e baratoso Configuraccedilatildeo em muacuteltiplos niacuteveis provecirc degradaccedilatildeo paulatina porccedilotildees da rede local continuam a operar se um dos hubs parar de funcionar

o Estende a distacircncia maacutexima entre pares de noacutes

33

65

Hubs (cont)

Limitaccedilotildeeso Domiacutenio de colisatildeo uacutenico natildeo leva a aumento na vazatildeo maacuteximabull a vazatildeo no caso de muacuteltiplos niacuteveis eacute igual agrave de um uacutenico segmento

o As tecnologias Ethernet (10Base 10BaseT etc) estabelecem limites no nuacutemero de noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo distacircncia entre hospedeiros e numero maacuteximo de niacuteveis (tiers)

o Natildeo se pode misturar Ethernet 10BaseT e 100Base)

66

Comutador (Switch) Dispositivo da camada de enlace

o Armazena e reenvia quadros Etherneto Encaminha os quadros a partir dos respectivos endereccedilos MAC de destino

o Quando quer repassar um quadro para um segmento usa o CSMACD para acessar o segmento

Transparente o Hospedeiros natildeo sabem da presenccedila do switch

plug-and-play auto-aprendizadoo Natildeo precisam ser configurados

34

67

Repasse (forwarding)

bull Com se determina para que segmento de LAN se deve repassar um quadrobull Parece um problema de roteamento

hub hubhub

switch1

2 3

68

Auto-aprendizado

Comutador tem uma tabela de comutaccedilatildeo (switch table) Entrada na tabela de comutaccedilatildeo

o (Endereccedilo MAC Interface Selo do Tempo)o Entradas antigas descartadas

O comutador aprende que noacutes satildeo alcanccedilaacuteveis atraveacutes de suas interfaceso Quando um quadro eacute recebido ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do remetente segmento de LAN de chegada

35

69

Filtragem e RepasseQuando um quadro eacute recebido

indexar a tabela de comutaccedilatildeo usando o end MAC destinose entrada encontradaentatildeo se destino no segmento de onde o quadro foi recebidoentatildeo descartar o quadrosenatildeo repassar o quadro para a interface indicada (CSMACD)

senatildeo inundar

Repassar a todas as interfaces exceto agravequelapor onde chegou o quadro

70

Exemplo

Suponha que C envia quadro para D

Switch recebe o quadro de Co registra na tabela que C estaacute na interface 1o como D natildeo estaacute na tabela repassa o quadro para as

interfaces 2 e 3

quadro recebido por D

hub hub hub

switch

A

B CD

EF G H

I

end interface

ABEG

1123

12 3

36

71

Exemplo

Suponha que D responde para C

Switch recebe o quadro de Do registra na tabela que D estaacute na interface 2o como C estaacute na tabela repassa o quadro apenas para a

interface 1

quadro recebido por C

hub hub hub

switch

A

B CD

EF G H

I

end interface

ABEGC

11231

72

Comutador isolamento de traacutefego A instalaccedilatildeo de um comutador divide uma subrede

em vaacuterios segmentos de LAN

Comutador filtra os quadroso segmentos tornam-se diferentes domiacutenios de colisatildeo

hub hub hub

switch

collision domain collision domain

collisiondomain

37

73

Comutador acesso dedicado Comutadores com muitas

interfaces Hospedeiros tecircm conexatildeo

direta com o comutador Sem colisotildees full duplex

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

switch

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

74

Comutador hellip

Alguns comutadores implementam cut-througho o quadro eacute repassado sem esperar a montagem do quadro inteiro no buffer do comutador bull pequena reduccedilatildeo da latecircncia

Combinaccedilotildees de interfaces compartilhadasdedicadas de 101001000 Mbps

38

75

Rede institucional

hub hubhub

comutador

para a rede externa

roteador

subrede IP

servidor de correio-e

servidor web

76

Comutadores vs Roteadores ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa

o roteadores dispositivos da camada de rede (examinam cabeccedilalhos da camada de rede)

o comutadores dispositivos da camada de enlace roteadores mantecircm tabelas de rotas e implementam algoritmos

de roteamento comutadores mantecircm tabelas de filtragem implementam

filtragem

39

77

Comparaccedilatildeo Sumaacuteria

hubs routers switches

traffic isolation

no yes yes

plug amp play yes no yes

optimal routing

no yes no

cut through

yes no yes

78

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Endereccedilamento na camada de enlace

55 Ethernet

56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

40

79

Controle de Enlace Ponto-a-Ponto

Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil que um enlace broadcasto natildeo haacute Controle de Acesso ao Meioo natildeo haacute necessidade de endereccedilamento MAC expliacutecito

o ex enlace discado linha ISDN protocolos ponto-a-ponto populares para camada

de enlaceo PPP (point-to-point protocol)o HDLC High-level Data Link Control(A camada de enlace costumava ser considerada de alto niacutevel na pilha de protocolos)

80

Protocolo Ponto-a-Ponto (PPP)

PPP eacute muito popular usado em conexotildees discadas entre sistema domeacutestico e provedor em conexotildees SONETSDH etc

PPP eacute extremamente simples (o mais simples dos protocolos de enlace de dados) e muito otimizado

41

81

PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]

Enquadramento de pacotes encapsulamento do datagrama da camada de rede no quadro da camada de enlace

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

Muacuteltiplos protocolos da camada de rede (natildeo apenas o IP) ao mesmo tempoo capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeoo Campo lsquotipo de protocolorsquo como no IP

Muacuteltiplos tipos de enlace seriais paralelos siacutencronos assiacutencronos eleacutetricos oacutepticos

Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo) connection livenes detecta e informa falhas do enlace para a

camada de rede Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede as camadas de rede

comuni9cantes devem poder aprender ou configurar mutuamente seus endereccedilos de rede

Simplicidade

82

Nem tudo foi requerido do PPP

natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros natildeo haacute controle de fluxo aceita entregas fora de ordem (embora seja pouco

comum) natildeo haacute necessidade de suportar enlaces multiponto

(ex polling)o HDLC os permite

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

42

83

PPP Formato do Quadro 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)

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

erros

endereccedilocontrole

tamanhovariaacutevelou ou

CRC

84

Byte Stuffing Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de

dados deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt01111110gt

Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte extra com o padratildeo lt 01111101gt (escape) antes de cada byte de dados lt 01111110gt

Receptoro dois bytes 01111101 seguidos descarta o primeiro e continua a recepccedilatildeo de dados

o um byte 01111110 flag Em enlaces siacutencronos orientados a bit usa-se bit

stuffing o depois de uma sequumlecircncia de 5 bits lsquo1rsquo o transmissor insere

um bit lsquo0rsquo

43

85

Byte Stuffing

byte como padratildeodo flag nosdados a enviar

byte com o padratildeo de flag seguido do byte inserido

86

PPP Protocolo de Controle de Enlace (LCP) e Controle de RedeAntes de trocar dados da camada

de rede os parceiros da camada de enlace devem

configurar o enlace PPP (PPP-LCP) (tamanho maacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo)

aprenderconfigurar informaccedilotildees da camada de redeo para o IP mensagens do

Protocolo de Controle IP (IPCP) para configurar aprender os endereccedilos IP

44

87

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Endereccedilamento na camada de enlace

55 Ethernet

56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)

57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

88

ATM e MPLS

ATM MPLS redes com arquiteturas proacutepriaso modelos de serviccedilo endereccedilamento e roteamento diferentes dos da Internet

Vistos pela Internet como enlaces loacutegicos conectando roteadores IPo assim como um enlace discado eacute parte de uma rede separada (a rede de telefonia)

ATM MPLS de interesse teacutecnico por si mesmas

45

89

Padratildeo dos anos 199000 para a arquitetura de alta velocidade (155 622Mbps hellip) da BroadbandIntegrated Service Digital Network (B-ISDN)

Objetivo transporte integrado fim-a-fim de voz viacutedeo e dadoso deve atender aos requisitos de tempoQoS para aplicaccedilotildees de voz e de viacutedeo (versus o serviccedilo de melhor esforccedilo da Internet)

o telefonia de ldquoproacutexima geraccedilatildeordquo fundamentos teacutecnicos no mundo da telefonia

o comutaccedilatildeo de pacotes (pacotes de tamanho fixo chamados ldquoceacutelulasrdquo) usando circuitos virtuais

ATM Modo de Transferecircncia Assiacutencrono

90

Arquitetura ATM

camada de adaptaccedilatildeo apenas na borda de uma rede ATM

o grosseiramente anaacuteloga agrave camada de transporte da Interneto ldquoadaptardquo camadas superiores (aplicaccedilotildees IP ou nativas ATM)

para a camada ATM abaixo camada ATM camada de ldquorederdquo

o comutaccedilatildeo de ceacutelulas roteamento camada fiacutesica

46

91

ATM camada de rede ou de enlaceVisatildeo transporte fim-a-fim

ldquoATM de computador a computadorrdquoo ATM eacute uma tecnologia

de rede

Realidade usada para conectar roteadores IP de backboneo ldquoIP sobre ATMrdquoo ATM como uma camada

de enlace comutada conectando roteadores IP

Rede ATM

rede IP

92

Camada ATMServiccedilo transporte de ceacutelulas atraveacutes da rede ATM

o anaacuteloga agrave camada de rede IPo Serviccedilos muito diferentes da camada de rede IP

Arquitetura

de Rede

Internet

ATM

ATM

ATM

ATM

Modelo

de Serviccedilo

melhor

esforccedilo

CBR

VBR

ABR

UBR

Banda

natildeo

taxa

constante

taxa

garantida

miacutenimo

garantido

natildeo

Perda

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Ordem

natildeo

sim

sim

sim

sim

Tempo

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Aviso de

Congestatildeo

natildeo (inferido

pelas perdas)

natildeo haacute

congestatildeo

natildeo haacute

congestatildeo

sim

natildeo

Garantias

47

93

Camada ATM Circuitos Virtuais Transporte em CV ceacutelulas (53 bytes) satildeo transportadas sobre CV

da fonte ao destinoo estabelecimento de conexatildeo necessaacuterio antes que o fluxo de dados

possa ser iniciadoo cada pacote transporta um identificador de CV (natildeo transporta o

endereccedilo do destino)o cada comutador no caminho entre a fonte e o destino manteacutem o

ldquoestadordquo para cada conexatildeo passanteo recursos do enlace e do comutador (banda passante buffers) podem

ser alocados aoCV para obter um comportamento semelhante ao de um circuito fiacutesico

CVs Permanentes (PVC)o conexotildees de longa duraccedilatildeo o tipicamente rota ldquopermanenterdquo entre roteadores IP

CVs Comutados (SVC)o conexotildees de curta duraccedilatildeoo dinamicamente criados com base nas chamadas

94

CVs ATM

Vantagens do uso de circuitos virtuais no ATMo Consegue garantir niacuteveis de QoS para conexotildees mapeadas em circuitos virtuais (banda passante atraso variacircncia de atraso)

Problemas no uso de circuitos virtuaiso O traacutefego de datagramas eacute ineficienteo um PVC entre cada par origemdestino natildeo eacuteescalaacutevel (N2 conexotildees satildeo necessaacuterias)

o SVC introduz latecircncia de estabelecimento de conexatildeo e atrasos de processamento para conexotildees de curta duraccedilatildeo

48

95

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

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

Cabeccedilalhoda ceacutelula

Formato daceacutelula

96

Camada ATM Cabeccedilalho da ceacutelula ATM

VCI identificador de canal virtual

o pode mudar de enlace para enlace atraveacutes da rede

PT Tipo de payload (carga)o Ex ceacutelula de gerenciamento versus ceacutelula de dados

CLP bit de Prioridade de Perda de Ceacutelula (Cell Loss Priority)

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

HEC Verificaccedilatildeo de Erros no Cabeccedilalho

o verificaccedilatildeo ciacuteclica de erros

49

97

Camada Fiacutesica ATM Compotildee-se de duas partes (subcamadas) Transmission Convergence Sublayer - TCS adapta a

camada ATM acima agrave subcamada fiacutesica abaixo (PMD Physical Medium Dependent Sublayer- PMD depende

do tipo de meio fiacutesico sendo empregado

98

IP-sobre-ATMApenas IP Claacutessico 3 ldquoredesrdquo (ex

segmentos de LAN) endereccedilos MAC

(8023) e IP

IP sobre ATM substitui ldquorederdquo (ex

segmento de LAN) por rede ATM

endereccedilos ATM endereccedilos IP

redeATM

EthernetLANs

EthernetLANs

50

99

IP-sobre-ATM

AALATMphyphy

Eth

IP

ATMphy

ATMphy

apptranspIPAALATMphy

apptranspIPEthphy

100

Viagem de um Datagrama numa Rede IP-sobre-ATM Hospedeiro de Origem

o Camada IP encontra um mapeamento entre o endereccedilo IP e o endereccedilo de destino ATM (usando ATM-ARP)

o passa o datagrama para a camada de adaptaccedilatildeo AAL5o AAL5 encapsula os dados (datagrama) segmenta em ceacutelulas e

passa para a camada ATM Rede ATM move a ceacutelula para o destino de comutador a

comutador de acordo com o seu CV (circuito virtual) Hospedeiro de Destino

o AAL5 remonta o datagrama original a partir das ceacutelulas recebidas

o se o CRC OK datagrama eacute passado ao IP

51

101

IP-sobre-ATM

datagramas IP emPDUs ATM AAL5

de endereccedilos IP paraendereccedilos ATMo como de endereccedilos IP paraendereccedilos MAC 8023

RedeATM

LANsEthernet

102

Multiprotocol label switching (MPLS)

Objetivo inicial acelerar o repasse de datagramas IP usando um roacutetulo de tamanho fixoo usa ideacuteias da abordagem de Circuitos Virtuais

PPP or Ethernet

headerIP header remainder of link-layer frameMPLS header

label Exp S TTL

20 3 1 8

52

103

Roteadores habilitados para MPLS

Roteadores de chaveamento de roacutetulos (label-switchedrouter)

Repassa pacotes para as interfaces de saiacuteda baseado apenas no valor do roacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP)o tabela de repasse o MPLS diferente da tabela de repasse IP

Necessaacuterio um protocolo de sinalizaccedilatildeoo RSVP-TEo Repasse possiacutevel atraveacutes de caminhos que o IP sozinho natildeo

permitiria (pex roteamento especifico para fonte - source-specific routing)

o MPLS pode ser usado para engenharia de traacutefego Deve coexistir com roteadores que entendem apenas

IP

104

R1R2

D

R3R4R5

0

1

00

A

R6

in out out

label label dest interface

6 - A 0

in out out

label label dest interface

10 6 A 1

12 9 D 0

in out out

label label dest interface

10 A 0

12 D 0

1

in out out

label label dest interface

8 6 A 0

0

8 A 1

Tabelas de repasse MPLS

53

105

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Endereccedilamento na camada de enlace

55 Ethernet

56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)

57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de

enlace ATM e MPLS

21

41

Endereccedilos Fiacutesicos e ARP

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 MAC (ou de LAN fiacutesico Ethernet) usado para levar o datagrama de uma interface a

outra fisicamente conectada (isto eacute na mesma rede)

Endereccedilos MAC com 48 bits (na maioria das LANs) satildeo gravados na memoacuteria fixa (ROM) do adaptador

42

Cada adaptador numa LAN tem um endereccedilo de LAN uacutenico

End de Broadcast =FF-FF-FF-FF-FF-FF

= adaptador

1A-2F-BB-76-09-AD

58-23-D7-FA-20-B0

0C-C4-11-6F-E3-98

71-65-F7-2B-08-53

LAN(wired orwireless)

Endereccedilos Fiacutesicos e ARP

22

43

A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEE

O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (24 bits) para assegurar a unicidade

Analogia

(a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do CPF

(b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal

endereccedilamento MAC eacute plano (sem estrutura) =gt portabilidade

o eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra sem reconfiguraccedilatildeo do endereccedilo MAC

endereccedilamento IP eacute ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevel

o depende da rede na qual se estaacute ligado

Endereccedilos Fiacutesicos e ARP

44

Envio de um pacote de Argon para Neon

Fonte Liebeherr amp El Zarki 2004httpwwwcsvirginiaedu~itlabbookslidesindexhtml

23

45

DNS The IP address of

ldquoneontcpip-labedurdquo is

1281437121

ARP What is the MAC

address of 1281431371

DNS What is the IP address

of ldquoneontcpip-labedurdquoARP The MAC address of

1281431371 is 00e0f923a820

1281437121 is not on my local network

Therefore I need to send the packet to my

default gateway with address 1281431371

frame

1281437121 is on my local network

Therefore I can send the packet directly

ARP The MAC address of

1281431371 is 0020af039828

ARP What is the MAC

address of 1281437121

frame

46

Protocolo ARP O noacute A quer enviar pacote para o noacute B na mesma rede local A verifica se sua tabela ARP conteacutem o endereccedilo IP de B Se o end de natildeo estiver na Tabela ARP o moacutedulo ARP de A difunde um pacote ARP de consulta contendo o endereccedilo IP de Bo TODOS os noacutes na rede local recebem o pacote ARP

O noacute B responde ao noacute A com pacote ARP unicast informando seu proacuteprio endereccedilo MAC

A armazena o par endereccedilo IP-MAC em sua tabela ARP ateacuteque a informaccedilatildeo se torne obsoletao soft-state informaccedilatildeo que desaparece com o tempo se

natildeo for re-atualizada ARP eacute ldquoplug-and-playrdquo

o noacutes criam as suas tabelas ARP sem intervenccedilatildeo do administradorda rede

24

47

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Endereccedilamento na camada de enlace

55 Ethernet

56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)

57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de

enlace ATM e MPLS

48

Ethernet Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo

o Baratao Primeira tecnologia de LAN largamente usadao Mais simples e mais barata que LANs com token e ATMo Velocidade crescente 10 Mbps ndash 10 Gbps

Serviccedilo natildeo orientado a conexatildeo natildeo confiaacutevel

Esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf

25

49

Topologia em estrela

Barramento popular ateacute meados dos anos 90 Atualmente prevalece a topologia em estrela Conexatildeo hub ou switch

hub orswitch

50

Estrutura do Quadro Ethernet

Preacircmbulo 7 bytes com o padratildeo 10101010 seguidos por um byte com padratildeo o 10101011 usado para sincronizar os reloacutegios do receptor e do emissor

Endereccedilos 6 bytes quadro eacute recebido por todos os adaptadores e descartado se o endereccedilo do quadro natildeo coincide com o endereccedilo do adaptador

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

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

26

51

Codificaccedilatildeo Manchester Banda baacutesica transmissatildeo digital bits satildeo codificados usando

codificaccedilatildeo Manchester e transmitidos diretamente modificando a voltagem de sinal de corrente contiacutenua

Cada bit tem uma transiccedilatildeo Permite que os reloacutegios (clocks) nos noacutes emissor e receptor

mantenham-se sincronizadoso Natildeo eacute necessaacuterio um reloacutegio centralizado global para todos os noacutes

Aspecto da camada fiacutesica

52

Ethernet usa CSMACDA escutar canal se canal em silecircncio por determinado tempo (96 BTT)

entatildeo transmitir e monitorar o canal Se detectada outra transmissatildeo entatildeo

abortar e enviar sinal de ldquojamrdquo (48 bits)atualizar nuacutemero de colisotildees esperar de acordo com o algoritmo de retardo exponencial (ldquoexponential backoffrdquo)

ir para A

senatildeo quadro transmitido zerar contador de colisotildees

senatildeo esperar ateacute terminar a transmissatildeo em curso ir para A

27

53

Sinal de ldquoJamrdquo garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo (48 bits)

Tempo de Bit (BTT) 01 micros para Ethernet de 10 Mbps para K=1023 tempo de espera eacute de aprox 50 msec

ldquoExponential Backoffrdquo Objetivo adaptar tentativas

de retransmissatildeo agrave carga atual estimada da redeo carga pesada espera aleatoacuteria

mais longa Esperar K 512 BTT primeira colisatildeo

escolher K entre 01 segunda colisatildeo

escolher K entre 0123 apoacutes 10 ou mais colisotildees

escolher K entre 01234hellip1023

Ethernet CSMACD (cont)

54

Ethernet - Eficiecircncia Eficiecircncia com traacutefego pesado e nuacutemero grande de noacutes

)5(1

1

trans

prop

t

tEficiecircncia

+

=

tprop = tempo maacuteximo de propagaccedilatildeo entre 2 noacutesttrans= tempo para transmitir um quadro de tamanho maacuteximo

Quando tprop tende a 0 a eficiecircncia tende a 1Quando ttrans tende a infinito a eficiecircncia tende a 1

Muito melhor que ALOHA e ainda descentralizado simples e barato

28

55

Tecnologias Ethernet 10Base2 10 10Mbps 2 comprimento maacuteximo do cabo de 200 metros (de

fato 185 metros) Utiliza cabo coaxial fino numa topologia em barramento

repetidores satildeo usados para conectar muacuteltiplos segmentos (ateacuteum maacuteximo de 4)

repetidor repete os bits que ele recebe numa interface para as suas outras interfaces atua somente na camada fiacutesica

pacotes transmitidosviajam nas duas direccedilotildees

conectorT terminador

adaptador

noacute noacute noacute noacute noacute

56

10BaseT e 100BaseT Taxas de 10 e 100 Mbps A de taxa 100 Mbps eacute chamada de ldquoFast Ethernetrdquo T significa ldquoTwisted Pairrdquo (par tranccedilado) Noacutes conectados a um concentrador (ldquohubrdquo) ldquotopologia em

estrelardquo

par tranccedilado

hub

29

57

10BaseT e 100BaseT (cont)

Distacircncia maacutexima do noacute ao hub 100 metros Hub pode desconectar da rede um adaptador que

natildeo paacutera de transmitir (ldquojabbering adapterrdquo) ndash10Base2 natildeo funcionariahellip

Hub pode coletar e monitorar informaccedilotildees e estatiacutesticas para apresentaccedilatildeo ao administradores da LAN

10BaseT usa codificaccedilatildeo Manchester 100BaseT usa 4B5B

(5 clocks para transmitir 4 bits)

58

HubsHubs satildeo essencialmente repetidores da camada fiacutesica

o bits vindos de um enlace vatildeo para todos os demais enlaceso hellip agrave mesma velocidadeo natildeo haacute armazenamento de quadros (buffering)o natildeo haacute CSMACD no hub adaptadores detectam as

colisotildeeso oferece funccedilotildees de gerecircncia de rede

twisted pair

hub

30

59

Gbit Ethernet (IEEE 8023z)

Usa formato do quadro Ethernet padratildeo Permite enlaces ponto-a-ponto (com switchs) e

canais de difusatildeo compartilhados (com hubs) Em modo compartilhado usa CSMACD

o para ser eficiente as distacircncias entre os noacutes devem ser curtas (poucos metros)

hubs chamados de Distribuidores com Buffers(ldquoBuffered Distributorsrdquo)

Full-Duplex em 1 Gbps para enlaces ponto-a-ponto 10 Gbps atualmente

60

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Endereccedilamento na camada de enlace

55 Ethernet

56 Interconexotildees distribuidores e comutadores (Hubs and switches)

57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de

enlace ATM e MPLS

31

61

Interconexatildeo de LANs

Por que natildeo somente 1 grande LAN o Limitaccedilatildeo de traacutefego

bull em uma uacutenica LAN todas as estaccedilotildees compartilham a largura de banda

o Limitaccedilatildeo de distacircnciabull 8023 especifica o comprimento maacuteximo do cabo

o Grande ldquodomiacutenio de colisatildeordquobull pode-se colidir com muitas estaccedilotildees

o Limitaccedilatildeo do nuacutemero de estaccedilotildeesbull passagem de ficha provoca atraso em cada estaccedilatildeo p ex

62

Hubs e Comutadores

Usados para estender redes locais cobertura geograacutefica nuacutemero de noacutes funcionalidade administrativa etc

Diferem entre si em respeito ao isolamento de domiacutenios de colisatildeoo camada em que operam

Diferentes de roteadoreso ldquoplug and playrdquoo natildeo fazem o roteamento oacutetimo de pacotes IP

32

63

Hubs Dispositivos de camada fiacutesica

o repetem os bits recebidos numa interface para as demais

Podem ser dispostos numa hierarquia (multi-tier hub desing)

64

Hubs (cont)

Vantagens de Hubso Dispositivos simples e baratoso Configuraccedilatildeo em muacuteltiplos niacuteveis provecirc degradaccedilatildeo paulatina porccedilotildees da rede local continuam a operar se um dos hubs parar de funcionar

o Estende a distacircncia maacutexima entre pares de noacutes

33

65

Hubs (cont)

Limitaccedilotildeeso Domiacutenio de colisatildeo uacutenico natildeo leva a aumento na vazatildeo maacuteximabull a vazatildeo no caso de muacuteltiplos niacuteveis eacute igual agrave de um uacutenico segmento

o As tecnologias Ethernet (10Base 10BaseT etc) estabelecem limites no nuacutemero de noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo distacircncia entre hospedeiros e numero maacuteximo de niacuteveis (tiers)

o Natildeo se pode misturar Ethernet 10BaseT e 100Base)

66

Comutador (Switch) Dispositivo da camada de enlace

o Armazena e reenvia quadros Etherneto Encaminha os quadros a partir dos respectivos endereccedilos MAC de destino

o Quando quer repassar um quadro para um segmento usa o CSMACD para acessar o segmento

Transparente o Hospedeiros natildeo sabem da presenccedila do switch

plug-and-play auto-aprendizadoo Natildeo precisam ser configurados

34

67

Repasse (forwarding)

bull Com se determina para que segmento de LAN se deve repassar um quadrobull Parece um problema de roteamento

hub hubhub

switch1

2 3

68

Auto-aprendizado

Comutador tem uma tabela de comutaccedilatildeo (switch table) Entrada na tabela de comutaccedilatildeo

o (Endereccedilo MAC Interface Selo do Tempo)o Entradas antigas descartadas

O comutador aprende que noacutes satildeo alcanccedilaacuteveis atraveacutes de suas interfaceso Quando um quadro eacute recebido ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do remetente segmento de LAN de chegada

35

69

Filtragem e RepasseQuando um quadro eacute recebido

indexar a tabela de comutaccedilatildeo usando o end MAC destinose entrada encontradaentatildeo se destino no segmento de onde o quadro foi recebidoentatildeo descartar o quadrosenatildeo repassar o quadro para a interface indicada (CSMACD)

senatildeo inundar

Repassar a todas as interfaces exceto agravequelapor onde chegou o quadro

70

Exemplo

Suponha que C envia quadro para D

Switch recebe o quadro de Co registra na tabela que C estaacute na interface 1o como D natildeo estaacute na tabela repassa o quadro para as

interfaces 2 e 3

quadro recebido por D

hub hub hub

switch

A

B CD

EF G H

I

end interface

ABEG

1123

12 3

36

71

Exemplo

Suponha que D responde para C

Switch recebe o quadro de Do registra na tabela que D estaacute na interface 2o como C estaacute na tabela repassa o quadro apenas para a

interface 1

quadro recebido por C

hub hub hub

switch

A

B CD

EF G H

I

end interface

ABEGC

11231

72

Comutador isolamento de traacutefego A instalaccedilatildeo de um comutador divide uma subrede

em vaacuterios segmentos de LAN

Comutador filtra os quadroso segmentos tornam-se diferentes domiacutenios de colisatildeo

hub hub hub

switch

collision domain collision domain

collisiondomain

37

73

Comutador acesso dedicado Comutadores com muitas

interfaces Hospedeiros tecircm conexatildeo

direta com o comutador Sem colisotildees full duplex

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

switch

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

74

Comutador hellip

Alguns comutadores implementam cut-througho o quadro eacute repassado sem esperar a montagem do quadro inteiro no buffer do comutador bull pequena reduccedilatildeo da latecircncia

Combinaccedilotildees de interfaces compartilhadasdedicadas de 101001000 Mbps

38

75

Rede institucional

hub hubhub

comutador

para a rede externa

roteador

subrede IP

servidor de correio-e

servidor web

76

Comutadores vs Roteadores ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa

o roteadores dispositivos da camada de rede (examinam cabeccedilalhos da camada de rede)

o comutadores dispositivos da camada de enlace roteadores mantecircm tabelas de rotas e implementam algoritmos

de roteamento comutadores mantecircm tabelas de filtragem implementam

filtragem

39

77

Comparaccedilatildeo Sumaacuteria

hubs routers switches

traffic isolation

no yes yes

plug amp play yes no yes

optimal routing

no yes no

cut through

yes no yes

78

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Endereccedilamento na camada de enlace

55 Ethernet

56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

40

79

Controle de Enlace Ponto-a-Ponto

Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil que um enlace broadcasto natildeo haacute Controle de Acesso ao Meioo natildeo haacute necessidade de endereccedilamento MAC expliacutecito

o ex enlace discado linha ISDN protocolos ponto-a-ponto populares para camada

de enlaceo PPP (point-to-point protocol)o HDLC High-level Data Link Control(A camada de enlace costumava ser considerada de alto niacutevel na pilha de protocolos)

80

Protocolo Ponto-a-Ponto (PPP)

PPP eacute muito popular usado em conexotildees discadas entre sistema domeacutestico e provedor em conexotildees SONETSDH etc

PPP eacute extremamente simples (o mais simples dos protocolos de enlace de dados) e muito otimizado

41

81

PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]

Enquadramento de pacotes encapsulamento do datagrama da camada de rede no quadro da camada de enlace

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

Muacuteltiplos protocolos da camada de rede (natildeo apenas o IP) ao mesmo tempoo capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeoo Campo lsquotipo de protocolorsquo como no IP

Muacuteltiplos tipos de enlace seriais paralelos siacutencronos assiacutencronos eleacutetricos oacutepticos

Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo) connection livenes detecta e informa falhas do enlace para a

camada de rede Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede as camadas de rede

comuni9cantes devem poder aprender ou configurar mutuamente seus endereccedilos de rede

Simplicidade

82

Nem tudo foi requerido do PPP

natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros natildeo haacute controle de fluxo aceita entregas fora de ordem (embora seja pouco

comum) natildeo haacute necessidade de suportar enlaces multiponto

(ex polling)o HDLC os permite

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

42

83

PPP Formato do Quadro 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)

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

erros

endereccedilocontrole

tamanhovariaacutevelou ou

CRC

84

Byte Stuffing Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de

dados deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt01111110gt

Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte extra com o padratildeo lt 01111101gt (escape) antes de cada byte de dados lt 01111110gt

Receptoro dois bytes 01111101 seguidos descarta o primeiro e continua a recepccedilatildeo de dados

o um byte 01111110 flag Em enlaces siacutencronos orientados a bit usa-se bit

stuffing o depois de uma sequumlecircncia de 5 bits lsquo1rsquo o transmissor insere

um bit lsquo0rsquo

43

85

Byte Stuffing

byte como padratildeodo flag nosdados a enviar

byte com o padratildeo de flag seguido do byte inserido

86

PPP Protocolo de Controle de Enlace (LCP) e Controle de RedeAntes de trocar dados da camada

de rede os parceiros da camada de enlace devem

configurar o enlace PPP (PPP-LCP) (tamanho maacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo)

aprenderconfigurar informaccedilotildees da camada de redeo para o IP mensagens do

Protocolo de Controle IP (IPCP) para configurar aprender os endereccedilos IP

44

87

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Endereccedilamento na camada de enlace

55 Ethernet

56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)

57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

88

ATM e MPLS

ATM MPLS redes com arquiteturas proacutepriaso modelos de serviccedilo endereccedilamento e roteamento diferentes dos da Internet

Vistos pela Internet como enlaces loacutegicos conectando roteadores IPo assim como um enlace discado eacute parte de uma rede separada (a rede de telefonia)

ATM MPLS de interesse teacutecnico por si mesmas

45

89

Padratildeo dos anos 199000 para a arquitetura de alta velocidade (155 622Mbps hellip) da BroadbandIntegrated Service Digital Network (B-ISDN)

Objetivo transporte integrado fim-a-fim de voz viacutedeo e dadoso deve atender aos requisitos de tempoQoS para aplicaccedilotildees de voz e de viacutedeo (versus o serviccedilo de melhor esforccedilo da Internet)

o telefonia de ldquoproacutexima geraccedilatildeordquo fundamentos teacutecnicos no mundo da telefonia

o comutaccedilatildeo de pacotes (pacotes de tamanho fixo chamados ldquoceacutelulasrdquo) usando circuitos virtuais

ATM Modo de Transferecircncia Assiacutencrono

90

Arquitetura ATM

camada de adaptaccedilatildeo apenas na borda de uma rede ATM

o grosseiramente anaacuteloga agrave camada de transporte da Interneto ldquoadaptardquo camadas superiores (aplicaccedilotildees IP ou nativas ATM)

para a camada ATM abaixo camada ATM camada de ldquorederdquo

o comutaccedilatildeo de ceacutelulas roteamento camada fiacutesica

46

91

ATM camada de rede ou de enlaceVisatildeo transporte fim-a-fim

ldquoATM de computador a computadorrdquoo ATM eacute uma tecnologia

de rede

Realidade usada para conectar roteadores IP de backboneo ldquoIP sobre ATMrdquoo ATM como uma camada

de enlace comutada conectando roteadores IP

Rede ATM

rede IP

92

Camada ATMServiccedilo transporte de ceacutelulas atraveacutes da rede ATM

o anaacuteloga agrave camada de rede IPo Serviccedilos muito diferentes da camada de rede IP

Arquitetura

de Rede

Internet

ATM

ATM

ATM

ATM

Modelo

de Serviccedilo

melhor

esforccedilo

CBR

VBR

ABR

UBR

Banda

natildeo

taxa

constante

taxa

garantida

miacutenimo

garantido

natildeo

Perda

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Ordem

natildeo

sim

sim

sim

sim

Tempo

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Aviso de

Congestatildeo

natildeo (inferido

pelas perdas)

natildeo haacute

congestatildeo

natildeo haacute

congestatildeo

sim

natildeo

Garantias

47

93

Camada ATM Circuitos Virtuais Transporte em CV ceacutelulas (53 bytes) satildeo transportadas sobre CV

da fonte ao destinoo estabelecimento de conexatildeo necessaacuterio antes que o fluxo de dados

possa ser iniciadoo cada pacote transporta um identificador de CV (natildeo transporta o

endereccedilo do destino)o cada comutador no caminho entre a fonte e o destino manteacutem o

ldquoestadordquo para cada conexatildeo passanteo recursos do enlace e do comutador (banda passante buffers) podem

ser alocados aoCV para obter um comportamento semelhante ao de um circuito fiacutesico

CVs Permanentes (PVC)o conexotildees de longa duraccedilatildeo o tipicamente rota ldquopermanenterdquo entre roteadores IP

CVs Comutados (SVC)o conexotildees de curta duraccedilatildeoo dinamicamente criados com base nas chamadas

94

CVs ATM

Vantagens do uso de circuitos virtuais no ATMo Consegue garantir niacuteveis de QoS para conexotildees mapeadas em circuitos virtuais (banda passante atraso variacircncia de atraso)

Problemas no uso de circuitos virtuaiso O traacutefego de datagramas eacute ineficienteo um PVC entre cada par origemdestino natildeo eacuteescalaacutevel (N2 conexotildees satildeo necessaacuterias)

o SVC introduz latecircncia de estabelecimento de conexatildeo e atrasos de processamento para conexotildees de curta duraccedilatildeo

48

95

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

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

Cabeccedilalhoda ceacutelula

Formato daceacutelula

96

Camada ATM Cabeccedilalho da ceacutelula ATM

VCI identificador de canal virtual

o pode mudar de enlace para enlace atraveacutes da rede

PT Tipo de payload (carga)o Ex ceacutelula de gerenciamento versus ceacutelula de dados

CLP bit de Prioridade de Perda de Ceacutelula (Cell Loss Priority)

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

HEC Verificaccedilatildeo de Erros no Cabeccedilalho

o verificaccedilatildeo ciacuteclica de erros

49

97

Camada Fiacutesica ATM Compotildee-se de duas partes (subcamadas) Transmission Convergence Sublayer - TCS adapta a

camada ATM acima agrave subcamada fiacutesica abaixo (PMD Physical Medium Dependent Sublayer- PMD depende

do tipo de meio fiacutesico sendo empregado

98

IP-sobre-ATMApenas IP Claacutessico 3 ldquoredesrdquo (ex

segmentos de LAN) endereccedilos MAC

(8023) e IP

IP sobre ATM substitui ldquorederdquo (ex

segmento de LAN) por rede ATM

endereccedilos ATM endereccedilos IP

redeATM

EthernetLANs

EthernetLANs

50

99

IP-sobre-ATM

AALATMphyphy

Eth

IP

ATMphy

ATMphy

apptranspIPAALATMphy

apptranspIPEthphy

100

Viagem de um Datagrama numa Rede IP-sobre-ATM Hospedeiro de Origem

o Camada IP encontra um mapeamento entre o endereccedilo IP e o endereccedilo de destino ATM (usando ATM-ARP)

o passa o datagrama para a camada de adaptaccedilatildeo AAL5o AAL5 encapsula os dados (datagrama) segmenta em ceacutelulas e

passa para a camada ATM Rede ATM move a ceacutelula para o destino de comutador a

comutador de acordo com o seu CV (circuito virtual) Hospedeiro de Destino

o AAL5 remonta o datagrama original a partir das ceacutelulas recebidas

o se o CRC OK datagrama eacute passado ao IP

51

101

IP-sobre-ATM

datagramas IP emPDUs ATM AAL5

de endereccedilos IP paraendereccedilos ATMo como de endereccedilos IP paraendereccedilos MAC 8023

RedeATM

LANsEthernet

102

Multiprotocol label switching (MPLS)

Objetivo inicial acelerar o repasse de datagramas IP usando um roacutetulo de tamanho fixoo usa ideacuteias da abordagem de Circuitos Virtuais

PPP or Ethernet

headerIP header remainder of link-layer frameMPLS header

label Exp S TTL

20 3 1 8

52

103

Roteadores habilitados para MPLS

Roteadores de chaveamento de roacutetulos (label-switchedrouter)

Repassa pacotes para as interfaces de saiacuteda baseado apenas no valor do roacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP)o tabela de repasse o MPLS diferente da tabela de repasse IP

Necessaacuterio um protocolo de sinalizaccedilatildeoo RSVP-TEo Repasse possiacutevel atraveacutes de caminhos que o IP sozinho natildeo

permitiria (pex roteamento especifico para fonte - source-specific routing)

o MPLS pode ser usado para engenharia de traacutefego Deve coexistir com roteadores que entendem apenas

IP

104

R1R2

D

R3R4R5

0

1

00

A

R6

in out out

label label dest interface

6 - A 0

in out out

label label dest interface

10 6 A 1

12 9 D 0

in out out

label label dest interface

10 A 0

12 D 0

1

in out out

label label dest interface

8 6 A 0

0

8 A 1

Tabelas de repasse MPLS

53

105

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Endereccedilamento na camada de enlace

55 Ethernet

56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)

57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de

enlace ATM e MPLS

22

43

A alocaccedilatildeo de endereccedilos MAC eacute administrada pelo IEEE

O fabricante compra porccedilotildees do espaccedilo de endereccedilo MAC (24 bits) para assegurar a unicidade

Analogia

(a) endereccedilo MAC semelhante ao nuacutemero do CPF

(b) endereccedilo IP semelhante a um endereccedilo postal

endereccedilamento MAC eacute plano (sem estrutura) =gt portabilidade

o eacute possiacutevel mover uma placa de LAN de uma rede para outra sem reconfiguraccedilatildeo do endereccedilo MAC

endereccedilamento IP eacute ldquohieraacuterquicordquo =gt NAtildeO portaacutevel

o depende da rede na qual se estaacute ligado

Endereccedilos Fiacutesicos e ARP

44

Envio de um pacote de Argon para Neon

Fonte Liebeherr amp El Zarki 2004httpwwwcsvirginiaedu~itlabbookslidesindexhtml

23

45

DNS The IP address of

ldquoneontcpip-labedurdquo is

1281437121

ARP What is the MAC

address of 1281431371

DNS What is the IP address

of ldquoneontcpip-labedurdquoARP The MAC address of

1281431371 is 00e0f923a820

1281437121 is not on my local network

Therefore I need to send the packet to my

default gateway with address 1281431371

frame

1281437121 is on my local network

Therefore I can send the packet directly

ARP The MAC address of

1281431371 is 0020af039828

ARP What is the MAC

address of 1281437121

frame

46

Protocolo ARP O noacute A quer enviar pacote para o noacute B na mesma rede local A verifica se sua tabela ARP conteacutem o endereccedilo IP de B Se o end de natildeo estiver na Tabela ARP o moacutedulo ARP de A difunde um pacote ARP de consulta contendo o endereccedilo IP de Bo TODOS os noacutes na rede local recebem o pacote ARP

O noacute B responde ao noacute A com pacote ARP unicast informando seu proacuteprio endereccedilo MAC

A armazena o par endereccedilo IP-MAC em sua tabela ARP ateacuteque a informaccedilatildeo se torne obsoletao soft-state informaccedilatildeo que desaparece com o tempo se

natildeo for re-atualizada ARP eacute ldquoplug-and-playrdquo

o noacutes criam as suas tabelas ARP sem intervenccedilatildeo do administradorda rede

24

47

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Endereccedilamento na camada de enlace

55 Ethernet

56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)

57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de

enlace ATM e MPLS

48

Ethernet Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo

o Baratao Primeira tecnologia de LAN largamente usadao Mais simples e mais barata que LANs com token e ATMo Velocidade crescente 10 Mbps ndash 10 Gbps

Serviccedilo natildeo orientado a conexatildeo natildeo confiaacutevel

Esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf

25

49

Topologia em estrela

Barramento popular ateacute meados dos anos 90 Atualmente prevalece a topologia em estrela Conexatildeo hub ou switch

hub orswitch

50

Estrutura do Quadro Ethernet

Preacircmbulo 7 bytes com o padratildeo 10101010 seguidos por um byte com padratildeo o 10101011 usado para sincronizar os reloacutegios do receptor e do emissor

Endereccedilos 6 bytes quadro eacute recebido por todos os adaptadores e descartado se o endereccedilo do quadro natildeo coincide com o endereccedilo do adaptador

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

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

26

51

Codificaccedilatildeo Manchester Banda baacutesica transmissatildeo digital bits satildeo codificados usando

codificaccedilatildeo Manchester e transmitidos diretamente modificando a voltagem de sinal de corrente contiacutenua

Cada bit tem uma transiccedilatildeo Permite que os reloacutegios (clocks) nos noacutes emissor e receptor

mantenham-se sincronizadoso Natildeo eacute necessaacuterio um reloacutegio centralizado global para todos os noacutes

Aspecto da camada fiacutesica

52

Ethernet usa CSMACDA escutar canal se canal em silecircncio por determinado tempo (96 BTT)

entatildeo transmitir e monitorar o canal Se detectada outra transmissatildeo entatildeo

abortar e enviar sinal de ldquojamrdquo (48 bits)atualizar nuacutemero de colisotildees esperar de acordo com o algoritmo de retardo exponencial (ldquoexponential backoffrdquo)

ir para A

senatildeo quadro transmitido zerar contador de colisotildees

senatildeo esperar ateacute terminar a transmissatildeo em curso ir para A

27

53

Sinal de ldquoJamrdquo garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo (48 bits)

Tempo de Bit (BTT) 01 micros para Ethernet de 10 Mbps para K=1023 tempo de espera eacute de aprox 50 msec

ldquoExponential Backoffrdquo Objetivo adaptar tentativas

de retransmissatildeo agrave carga atual estimada da redeo carga pesada espera aleatoacuteria

mais longa Esperar K 512 BTT primeira colisatildeo

escolher K entre 01 segunda colisatildeo

escolher K entre 0123 apoacutes 10 ou mais colisotildees

escolher K entre 01234hellip1023

Ethernet CSMACD (cont)

54

Ethernet - Eficiecircncia Eficiecircncia com traacutefego pesado e nuacutemero grande de noacutes

)5(1

1

trans

prop

t

tEficiecircncia

+

=

tprop = tempo maacuteximo de propagaccedilatildeo entre 2 noacutesttrans= tempo para transmitir um quadro de tamanho maacuteximo

Quando tprop tende a 0 a eficiecircncia tende a 1Quando ttrans tende a infinito a eficiecircncia tende a 1

Muito melhor que ALOHA e ainda descentralizado simples e barato

28

55

Tecnologias Ethernet 10Base2 10 10Mbps 2 comprimento maacuteximo do cabo de 200 metros (de

fato 185 metros) Utiliza cabo coaxial fino numa topologia em barramento

repetidores satildeo usados para conectar muacuteltiplos segmentos (ateacuteum maacuteximo de 4)

repetidor repete os bits que ele recebe numa interface para as suas outras interfaces atua somente na camada fiacutesica

pacotes transmitidosviajam nas duas direccedilotildees

conectorT terminador

adaptador

noacute noacute noacute noacute noacute

56

10BaseT e 100BaseT Taxas de 10 e 100 Mbps A de taxa 100 Mbps eacute chamada de ldquoFast Ethernetrdquo T significa ldquoTwisted Pairrdquo (par tranccedilado) Noacutes conectados a um concentrador (ldquohubrdquo) ldquotopologia em

estrelardquo

par tranccedilado

hub

29

57

10BaseT e 100BaseT (cont)

Distacircncia maacutexima do noacute ao hub 100 metros Hub pode desconectar da rede um adaptador que

natildeo paacutera de transmitir (ldquojabbering adapterrdquo) ndash10Base2 natildeo funcionariahellip

Hub pode coletar e monitorar informaccedilotildees e estatiacutesticas para apresentaccedilatildeo ao administradores da LAN

10BaseT usa codificaccedilatildeo Manchester 100BaseT usa 4B5B

(5 clocks para transmitir 4 bits)

58

HubsHubs satildeo essencialmente repetidores da camada fiacutesica

o bits vindos de um enlace vatildeo para todos os demais enlaceso hellip agrave mesma velocidadeo natildeo haacute armazenamento de quadros (buffering)o natildeo haacute CSMACD no hub adaptadores detectam as

colisotildeeso oferece funccedilotildees de gerecircncia de rede

twisted pair

hub

30

59

Gbit Ethernet (IEEE 8023z)

Usa formato do quadro Ethernet padratildeo Permite enlaces ponto-a-ponto (com switchs) e

canais de difusatildeo compartilhados (com hubs) Em modo compartilhado usa CSMACD

o para ser eficiente as distacircncias entre os noacutes devem ser curtas (poucos metros)

hubs chamados de Distribuidores com Buffers(ldquoBuffered Distributorsrdquo)

Full-Duplex em 1 Gbps para enlaces ponto-a-ponto 10 Gbps atualmente

60

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Endereccedilamento na camada de enlace

55 Ethernet

56 Interconexotildees distribuidores e comutadores (Hubs and switches)

57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de

enlace ATM e MPLS

31

61

Interconexatildeo de LANs

Por que natildeo somente 1 grande LAN o Limitaccedilatildeo de traacutefego

bull em uma uacutenica LAN todas as estaccedilotildees compartilham a largura de banda

o Limitaccedilatildeo de distacircnciabull 8023 especifica o comprimento maacuteximo do cabo

o Grande ldquodomiacutenio de colisatildeordquobull pode-se colidir com muitas estaccedilotildees

o Limitaccedilatildeo do nuacutemero de estaccedilotildeesbull passagem de ficha provoca atraso em cada estaccedilatildeo p ex

62

Hubs e Comutadores

Usados para estender redes locais cobertura geograacutefica nuacutemero de noacutes funcionalidade administrativa etc

Diferem entre si em respeito ao isolamento de domiacutenios de colisatildeoo camada em que operam

Diferentes de roteadoreso ldquoplug and playrdquoo natildeo fazem o roteamento oacutetimo de pacotes IP

32

63

Hubs Dispositivos de camada fiacutesica

o repetem os bits recebidos numa interface para as demais

Podem ser dispostos numa hierarquia (multi-tier hub desing)

64

Hubs (cont)

Vantagens de Hubso Dispositivos simples e baratoso Configuraccedilatildeo em muacuteltiplos niacuteveis provecirc degradaccedilatildeo paulatina porccedilotildees da rede local continuam a operar se um dos hubs parar de funcionar

o Estende a distacircncia maacutexima entre pares de noacutes

33

65

Hubs (cont)

Limitaccedilotildeeso Domiacutenio de colisatildeo uacutenico natildeo leva a aumento na vazatildeo maacuteximabull a vazatildeo no caso de muacuteltiplos niacuteveis eacute igual agrave de um uacutenico segmento

o As tecnologias Ethernet (10Base 10BaseT etc) estabelecem limites no nuacutemero de noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo distacircncia entre hospedeiros e numero maacuteximo de niacuteveis (tiers)

o Natildeo se pode misturar Ethernet 10BaseT e 100Base)

66

Comutador (Switch) Dispositivo da camada de enlace

o Armazena e reenvia quadros Etherneto Encaminha os quadros a partir dos respectivos endereccedilos MAC de destino

o Quando quer repassar um quadro para um segmento usa o CSMACD para acessar o segmento

Transparente o Hospedeiros natildeo sabem da presenccedila do switch

plug-and-play auto-aprendizadoo Natildeo precisam ser configurados

34

67

Repasse (forwarding)

bull Com se determina para que segmento de LAN se deve repassar um quadrobull Parece um problema de roteamento

hub hubhub

switch1

2 3

68

Auto-aprendizado

Comutador tem uma tabela de comutaccedilatildeo (switch table) Entrada na tabela de comutaccedilatildeo

o (Endereccedilo MAC Interface Selo do Tempo)o Entradas antigas descartadas

O comutador aprende que noacutes satildeo alcanccedilaacuteveis atraveacutes de suas interfaceso Quando um quadro eacute recebido ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do remetente segmento de LAN de chegada

35

69

Filtragem e RepasseQuando um quadro eacute recebido

indexar a tabela de comutaccedilatildeo usando o end MAC destinose entrada encontradaentatildeo se destino no segmento de onde o quadro foi recebidoentatildeo descartar o quadrosenatildeo repassar o quadro para a interface indicada (CSMACD)

senatildeo inundar

Repassar a todas as interfaces exceto agravequelapor onde chegou o quadro

70

Exemplo

Suponha que C envia quadro para D

Switch recebe o quadro de Co registra na tabela que C estaacute na interface 1o como D natildeo estaacute na tabela repassa o quadro para as

interfaces 2 e 3

quadro recebido por D

hub hub hub

switch

A

B CD

EF G H

I

end interface

ABEG

1123

12 3

36

71

Exemplo

Suponha que D responde para C

Switch recebe o quadro de Do registra na tabela que D estaacute na interface 2o como C estaacute na tabela repassa o quadro apenas para a

interface 1

quadro recebido por C

hub hub hub

switch

A

B CD

EF G H

I

end interface

ABEGC

11231

72

Comutador isolamento de traacutefego A instalaccedilatildeo de um comutador divide uma subrede

em vaacuterios segmentos de LAN

Comutador filtra os quadroso segmentos tornam-se diferentes domiacutenios de colisatildeo

hub hub hub

switch

collision domain collision domain

collisiondomain

37

73

Comutador acesso dedicado Comutadores com muitas

interfaces Hospedeiros tecircm conexatildeo

direta com o comutador Sem colisotildees full duplex

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

switch

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

74

Comutador hellip

Alguns comutadores implementam cut-througho o quadro eacute repassado sem esperar a montagem do quadro inteiro no buffer do comutador bull pequena reduccedilatildeo da latecircncia

Combinaccedilotildees de interfaces compartilhadasdedicadas de 101001000 Mbps

38

75

Rede institucional

hub hubhub

comutador

para a rede externa

roteador

subrede IP

servidor de correio-e

servidor web

76

Comutadores vs Roteadores ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa

o roteadores dispositivos da camada de rede (examinam cabeccedilalhos da camada de rede)

o comutadores dispositivos da camada de enlace roteadores mantecircm tabelas de rotas e implementam algoritmos

de roteamento comutadores mantecircm tabelas de filtragem implementam

filtragem

39

77

Comparaccedilatildeo Sumaacuteria

hubs routers switches

traffic isolation

no yes yes

plug amp play yes no yes

optimal routing

no yes no

cut through

yes no yes

78

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Endereccedilamento na camada de enlace

55 Ethernet

56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

40

79

Controle de Enlace Ponto-a-Ponto

Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil que um enlace broadcasto natildeo haacute Controle de Acesso ao Meioo natildeo haacute necessidade de endereccedilamento MAC expliacutecito

o ex enlace discado linha ISDN protocolos ponto-a-ponto populares para camada

de enlaceo PPP (point-to-point protocol)o HDLC High-level Data Link Control(A camada de enlace costumava ser considerada de alto niacutevel na pilha de protocolos)

80

Protocolo Ponto-a-Ponto (PPP)

PPP eacute muito popular usado em conexotildees discadas entre sistema domeacutestico e provedor em conexotildees SONETSDH etc

PPP eacute extremamente simples (o mais simples dos protocolos de enlace de dados) e muito otimizado

41

81

PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]

Enquadramento de pacotes encapsulamento do datagrama da camada de rede no quadro da camada de enlace

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

Muacuteltiplos protocolos da camada de rede (natildeo apenas o IP) ao mesmo tempoo capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeoo Campo lsquotipo de protocolorsquo como no IP

Muacuteltiplos tipos de enlace seriais paralelos siacutencronos assiacutencronos eleacutetricos oacutepticos

Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo) connection livenes detecta e informa falhas do enlace para a

camada de rede Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede as camadas de rede

comuni9cantes devem poder aprender ou configurar mutuamente seus endereccedilos de rede

Simplicidade

82

Nem tudo foi requerido do PPP

natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros natildeo haacute controle de fluxo aceita entregas fora de ordem (embora seja pouco

comum) natildeo haacute necessidade de suportar enlaces multiponto

(ex polling)o HDLC os permite

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

42

83

PPP Formato do Quadro 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)

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

erros

endereccedilocontrole

tamanhovariaacutevelou ou

CRC

84

Byte Stuffing Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de

dados deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt01111110gt

Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte extra com o padratildeo lt 01111101gt (escape) antes de cada byte de dados lt 01111110gt

Receptoro dois bytes 01111101 seguidos descarta o primeiro e continua a recepccedilatildeo de dados

o um byte 01111110 flag Em enlaces siacutencronos orientados a bit usa-se bit

stuffing o depois de uma sequumlecircncia de 5 bits lsquo1rsquo o transmissor insere

um bit lsquo0rsquo

43

85

Byte Stuffing

byte como padratildeodo flag nosdados a enviar

byte com o padratildeo de flag seguido do byte inserido

86

PPP Protocolo de Controle de Enlace (LCP) e Controle de RedeAntes de trocar dados da camada

de rede os parceiros da camada de enlace devem

configurar o enlace PPP (PPP-LCP) (tamanho maacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo)

aprenderconfigurar informaccedilotildees da camada de redeo para o IP mensagens do

Protocolo de Controle IP (IPCP) para configurar aprender os endereccedilos IP

44

87

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Endereccedilamento na camada de enlace

55 Ethernet

56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)

57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

88

ATM e MPLS

ATM MPLS redes com arquiteturas proacutepriaso modelos de serviccedilo endereccedilamento e roteamento diferentes dos da Internet

Vistos pela Internet como enlaces loacutegicos conectando roteadores IPo assim como um enlace discado eacute parte de uma rede separada (a rede de telefonia)

ATM MPLS de interesse teacutecnico por si mesmas

45

89

Padratildeo dos anos 199000 para a arquitetura de alta velocidade (155 622Mbps hellip) da BroadbandIntegrated Service Digital Network (B-ISDN)

Objetivo transporte integrado fim-a-fim de voz viacutedeo e dadoso deve atender aos requisitos de tempoQoS para aplicaccedilotildees de voz e de viacutedeo (versus o serviccedilo de melhor esforccedilo da Internet)

o telefonia de ldquoproacutexima geraccedilatildeordquo fundamentos teacutecnicos no mundo da telefonia

o comutaccedilatildeo de pacotes (pacotes de tamanho fixo chamados ldquoceacutelulasrdquo) usando circuitos virtuais

ATM Modo de Transferecircncia Assiacutencrono

90

Arquitetura ATM

camada de adaptaccedilatildeo apenas na borda de uma rede ATM

o grosseiramente anaacuteloga agrave camada de transporte da Interneto ldquoadaptardquo camadas superiores (aplicaccedilotildees IP ou nativas ATM)

para a camada ATM abaixo camada ATM camada de ldquorederdquo

o comutaccedilatildeo de ceacutelulas roteamento camada fiacutesica

46

91

ATM camada de rede ou de enlaceVisatildeo transporte fim-a-fim

ldquoATM de computador a computadorrdquoo ATM eacute uma tecnologia

de rede

Realidade usada para conectar roteadores IP de backboneo ldquoIP sobre ATMrdquoo ATM como uma camada

de enlace comutada conectando roteadores IP

Rede ATM

rede IP

92

Camada ATMServiccedilo transporte de ceacutelulas atraveacutes da rede ATM

o anaacuteloga agrave camada de rede IPo Serviccedilos muito diferentes da camada de rede IP

Arquitetura

de Rede

Internet

ATM

ATM

ATM

ATM

Modelo

de Serviccedilo

melhor

esforccedilo

CBR

VBR

ABR

UBR

Banda

natildeo

taxa

constante

taxa

garantida

miacutenimo

garantido

natildeo

Perda

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Ordem

natildeo

sim

sim

sim

sim

Tempo

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Aviso de

Congestatildeo

natildeo (inferido

pelas perdas)

natildeo haacute

congestatildeo

natildeo haacute

congestatildeo

sim

natildeo

Garantias

47

93

Camada ATM Circuitos Virtuais Transporte em CV ceacutelulas (53 bytes) satildeo transportadas sobre CV

da fonte ao destinoo estabelecimento de conexatildeo necessaacuterio antes que o fluxo de dados

possa ser iniciadoo cada pacote transporta um identificador de CV (natildeo transporta o

endereccedilo do destino)o cada comutador no caminho entre a fonte e o destino manteacutem o

ldquoestadordquo para cada conexatildeo passanteo recursos do enlace e do comutador (banda passante buffers) podem

ser alocados aoCV para obter um comportamento semelhante ao de um circuito fiacutesico

CVs Permanentes (PVC)o conexotildees de longa duraccedilatildeo o tipicamente rota ldquopermanenterdquo entre roteadores IP

CVs Comutados (SVC)o conexotildees de curta duraccedilatildeoo dinamicamente criados com base nas chamadas

94

CVs ATM

Vantagens do uso de circuitos virtuais no ATMo Consegue garantir niacuteveis de QoS para conexotildees mapeadas em circuitos virtuais (banda passante atraso variacircncia de atraso)

Problemas no uso de circuitos virtuaiso O traacutefego de datagramas eacute ineficienteo um PVC entre cada par origemdestino natildeo eacuteescalaacutevel (N2 conexotildees satildeo necessaacuterias)

o SVC introduz latecircncia de estabelecimento de conexatildeo e atrasos de processamento para conexotildees de curta duraccedilatildeo

48

95

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

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

Cabeccedilalhoda ceacutelula

Formato daceacutelula

96

Camada ATM Cabeccedilalho da ceacutelula ATM

VCI identificador de canal virtual

o pode mudar de enlace para enlace atraveacutes da rede

PT Tipo de payload (carga)o Ex ceacutelula de gerenciamento versus ceacutelula de dados

CLP bit de Prioridade de Perda de Ceacutelula (Cell Loss Priority)

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

HEC Verificaccedilatildeo de Erros no Cabeccedilalho

o verificaccedilatildeo ciacuteclica de erros

49

97

Camada Fiacutesica ATM Compotildee-se de duas partes (subcamadas) Transmission Convergence Sublayer - TCS adapta a

camada ATM acima agrave subcamada fiacutesica abaixo (PMD Physical Medium Dependent Sublayer- PMD depende

do tipo de meio fiacutesico sendo empregado

98

IP-sobre-ATMApenas IP Claacutessico 3 ldquoredesrdquo (ex

segmentos de LAN) endereccedilos MAC

(8023) e IP

IP sobre ATM substitui ldquorederdquo (ex

segmento de LAN) por rede ATM

endereccedilos ATM endereccedilos IP

redeATM

EthernetLANs

EthernetLANs

50

99

IP-sobre-ATM

AALATMphyphy

Eth

IP

ATMphy

ATMphy

apptranspIPAALATMphy

apptranspIPEthphy

100

Viagem de um Datagrama numa Rede IP-sobre-ATM Hospedeiro de Origem

o Camada IP encontra um mapeamento entre o endereccedilo IP e o endereccedilo de destino ATM (usando ATM-ARP)

o passa o datagrama para a camada de adaptaccedilatildeo AAL5o AAL5 encapsula os dados (datagrama) segmenta em ceacutelulas e

passa para a camada ATM Rede ATM move a ceacutelula para o destino de comutador a

comutador de acordo com o seu CV (circuito virtual) Hospedeiro de Destino

o AAL5 remonta o datagrama original a partir das ceacutelulas recebidas

o se o CRC OK datagrama eacute passado ao IP

51

101

IP-sobre-ATM

datagramas IP emPDUs ATM AAL5

de endereccedilos IP paraendereccedilos ATMo como de endereccedilos IP paraendereccedilos MAC 8023

RedeATM

LANsEthernet

102

Multiprotocol label switching (MPLS)

Objetivo inicial acelerar o repasse de datagramas IP usando um roacutetulo de tamanho fixoo usa ideacuteias da abordagem de Circuitos Virtuais

PPP or Ethernet

headerIP header remainder of link-layer frameMPLS header

label Exp S TTL

20 3 1 8

52

103

Roteadores habilitados para MPLS

Roteadores de chaveamento de roacutetulos (label-switchedrouter)

Repassa pacotes para as interfaces de saiacuteda baseado apenas no valor do roacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP)o tabela de repasse o MPLS diferente da tabela de repasse IP

Necessaacuterio um protocolo de sinalizaccedilatildeoo RSVP-TEo Repasse possiacutevel atraveacutes de caminhos que o IP sozinho natildeo

permitiria (pex roteamento especifico para fonte - source-specific routing)

o MPLS pode ser usado para engenharia de traacutefego Deve coexistir com roteadores que entendem apenas

IP

104

R1R2

D

R3R4R5

0

1

00

A

R6

in out out

label label dest interface

6 - A 0

in out out

label label dest interface

10 6 A 1

12 9 D 0

in out out

label label dest interface

10 A 0

12 D 0

1

in out out

label label dest interface

8 6 A 0

0

8 A 1

Tabelas de repasse MPLS

53

105

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Endereccedilamento na camada de enlace

55 Ethernet

56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)

57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de

enlace ATM e MPLS

23

45

DNS The IP address of

ldquoneontcpip-labedurdquo is

1281437121

ARP What is the MAC

address of 1281431371

DNS What is the IP address

of ldquoneontcpip-labedurdquoARP The MAC address of

1281431371 is 00e0f923a820

1281437121 is not on my local network

Therefore I need to send the packet to my

default gateway with address 1281431371

frame

1281437121 is on my local network

Therefore I can send the packet directly

ARP The MAC address of

1281431371 is 0020af039828

ARP What is the MAC

address of 1281437121

frame

46

Protocolo ARP O noacute A quer enviar pacote para o noacute B na mesma rede local A verifica se sua tabela ARP conteacutem o endereccedilo IP de B Se o end de natildeo estiver na Tabela ARP o moacutedulo ARP de A difunde um pacote ARP de consulta contendo o endereccedilo IP de Bo TODOS os noacutes na rede local recebem o pacote ARP

O noacute B responde ao noacute A com pacote ARP unicast informando seu proacuteprio endereccedilo MAC

A armazena o par endereccedilo IP-MAC em sua tabela ARP ateacuteque a informaccedilatildeo se torne obsoletao soft-state informaccedilatildeo que desaparece com o tempo se

natildeo for re-atualizada ARP eacute ldquoplug-and-playrdquo

o noacutes criam as suas tabelas ARP sem intervenccedilatildeo do administradorda rede

24

47

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Endereccedilamento na camada de enlace

55 Ethernet

56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)

57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de

enlace ATM e MPLS

48

Ethernet Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo

o Baratao Primeira tecnologia de LAN largamente usadao Mais simples e mais barata que LANs com token e ATMo Velocidade crescente 10 Mbps ndash 10 Gbps

Serviccedilo natildeo orientado a conexatildeo natildeo confiaacutevel

Esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf

25

49

Topologia em estrela

Barramento popular ateacute meados dos anos 90 Atualmente prevalece a topologia em estrela Conexatildeo hub ou switch

hub orswitch

50

Estrutura do Quadro Ethernet

Preacircmbulo 7 bytes com o padratildeo 10101010 seguidos por um byte com padratildeo o 10101011 usado para sincronizar os reloacutegios do receptor e do emissor

Endereccedilos 6 bytes quadro eacute recebido por todos os adaptadores e descartado se o endereccedilo do quadro natildeo coincide com o endereccedilo do adaptador

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

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

26

51

Codificaccedilatildeo Manchester Banda baacutesica transmissatildeo digital bits satildeo codificados usando

codificaccedilatildeo Manchester e transmitidos diretamente modificando a voltagem de sinal de corrente contiacutenua

Cada bit tem uma transiccedilatildeo Permite que os reloacutegios (clocks) nos noacutes emissor e receptor

mantenham-se sincronizadoso Natildeo eacute necessaacuterio um reloacutegio centralizado global para todos os noacutes

Aspecto da camada fiacutesica

52

Ethernet usa CSMACDA escutar canal se canal em silecircncio por determinado tempo (96 BTT)

entatildeo transmitir e monitorar o canal Se detectada outra transmissatildeo entatildeo

abortar e enviar sinal de ldquojamrdquo (48 bits)atualizar nuacutemero de colisotildees esperar de acordo com o algoritmo de retardo exponencial (ldquoexponential backoffrdquo)

ir para A

senatildeo quadro transmitido zerar contador de colisotildees

senatildeo esperar ateacute terminar a transmissatildeo em curso ir para A

27

53

Sinal de ldquoJamrdquo garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo (48 bits)

Tempo de Bit (BTT) 01 micros para Ethernet de 10 Mbps para K=1023 tempo de espera eacute de aprox 50 msec

ldquoExponential Backoffrdquo Objetivo adaptar tentativas

de retransmissatildeo agrave carga atual estimada da redeo carga pesada espera aleatoacuteria

mais longa Esperar K 512 BTT primeira colisatildeo

escolher K entre 01 segunda colisatildeo

escolher K entre 0123 apoacutes 10 ou mais colisotildees

escolher K entre 01234hellip1023

Ethernet CSMACD (cont)

54

Ethernet - Eficiecircncia Eficiecircncia com traacutefego pesado e nuacutemero grande de noacutes

)5(1

1

trans

prop

t

tEficiecircncia

+

=

tprop = tempo maacuteximo de propagaccedilatildeo entre 2 noacutesttrans= tempo para transmitir um quadro de tamanho maacuteximo

Quando tprop tende a 0 a eficiecircncia tende a 1Quando ttrans tende a infinito a eficiecircncia tende a 1

Muito melhor que ALOHA e ainda descentralizado simples e barato

28

55

Tecnologias Ethernet 10Base2 10 10Mbps 2 comprimento maacuteximo do cabo de 200 metros (de

fato 185 metros) Utiliza cabo coaxial fino numa topologia em barramento

repetidores satildeo usados para conectar muacuteltiplos segmentos (ateacuteum maacuteximo de 4)

repetidor repete os bits que ele recebe numa interface para as suas outras interfaces atua somente na camada fiacutesica

pacotes transmitidosviajam nas duas direccedilotildees

conectorT terminador

adaptador

noacute noacute noacute noacute noacute

56

10BaseT e 100BaseT Taxas de 10 e 100 Mbps A de taxa 100 Mbps eacute chamada de ldquoFast Ethernetrdquo T significa ldquoTwisted Pairrdquo (par tranccedilado) Noacutes conectados a um concentrador (ldquohubrdquo) ldquotopologia em

estrelardquo

par tranccedilado

hub

29

57

10BaseT e 100BaseT (cont)

Distacircncia maacutexima do noacute ao hub 100 metros Hub pode desconectar da rede um adaptador que

natildeo paacutera de transmitir (ldquojabbering adapterrdquo) ndash10Base2 natildeo funcionariahellip

Hub pode coletar e monitorar informaccedilotildees e estatiacutesticas para apresentaccedilatildeo ao administradores da LAN

10BaseT usa codificaccedilatildeo Manchester 100BaseT usa 4B5B

(5 clocks para transmitir 4 bits)

58

HubsHubs satildeo essencialmente repetidores da camada fiacutesica

o bits vindos de um enlace vatildeo para todos os demais enlaceso hellip agrave mesma velocidadeo natildeo haacute armazenamento de quadros (buffering)o natildeo haacute CSMACD no hub adaptadores detectam as

colisotildeeso oferece funccedilotildees de gerecircncia de rede

twisted pair

hub

30

59

Gbit Ethernet (IEEE 8023z)

Usa formato do quadro Ethernet padratildeo Permite enlaces ponto-a-ponto (com switchs) e

canais de difusatildeo compartilhados (com hubs) Em modo compartilhado usa CSMACD

o para ser eficiente as distacircncias entre os noacutes devem ser curtas (poucos metros)

hubs chamados de Distribuidores com Buffers(ldquoBuffered Distributorsrdquo)

Full-Duplex em 1 Gbps para enlaces ponto-a-ponto 10 Gbps atualmente

60

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Endereccedilamento na camada de enlace

55 Ethernet

56 Interconexotildees distribuidores e comutadores (Hubs and switches)

57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de

enlace ATM e MPLS

31

61

Interconexatildeo de LANs

Por que natildeo somente 1 grande LAN o Limitaccedilatildeo de traacutefego

bull em uma uacutenica LAN todas as estaccedilotildees compartilham a largura de banda

o Limitaccedilatildeo de distacircnciabull 8023 especifica o comprimento maacuteximo do cabo

o Grande ldquodomiacutenio de colisatildeordquobull pode-se colidir com muitas estaccedilotildees

o Limitaccedilatildeo do nuacutemero de estaccedilotildeesbull passagem de ficha provoca atraso em cada estaccedilatildeo p ex

62

Hubs e Comutadores

Usados para estender redes locais cobertura geograacutefica nuacutemero de noacutes funcionalidade administrativa etc

Diferem entre si em respeito ao isolamento de domiacutenios de colisatildeoo camada em que operam

Diferentes de roteadoreso ldquoplug and playrdquoo natildeo fazem o roteamento oacutetimo de pacotes IP

32

63

Hubs Dispositivos de camada fiacutesica

o repetem os bits recebidos numa interface para as demais

Podem ser dispostos numa hierarquia (multi-tier hub desing)

64

Hubs (cont)

Vantagens de Hubso Dispositivos simples e baratoso Configuraccedilatildeo em muacuteltiplos niacuteveis provecirc degradaccedilatildeo paulatina porccedilotildees da rede local continuam a operar se um dos hubs parar de funcionar

o Estende a distacircncia maacutexima entre pares de noacutes

33

65

Hubs (cont)

Limitaccedilotildeeso Domiacutenio de colisatildeo uacutenico natildeo leva a aumento na vazatildeo maacuteximabull a vazatildeo no caso de muacuteltiplos niacuteveis eacute igual agrave de um uacutenico segmento

o As tecnologias Ethernet (10Base 10BaseT etc) estabelecem limites no nuacutemero de noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo distacircncia entre hospedeiros e numero maacuteximo de niacuteveis (tiers)

o Natildeo se pode misturar Ethernet 10BaseT e 100Base)

66

Comutador (Switch) Dispositivo da camada de enlace

o Armazena e reenvia quadros Etherneto Encaminha os quadros a partir dos respectivos endereccedilos MAC de destino

o Quando quer repassar um quadro para um segmento usa o CSMACD para acessar o segmento

Transparente o Hospedeiros natildeo sabem da presenccedila do switch

plug-and-play auto-aprendizadoo Natildeo precisam ser configurados

34

67

Repasse (forwarding)

bull Com se determina para que segmento de LAN se deve repassar um quadrobull Parece um problema de roteamento

hub hubhub

switch1

2 3

68

Auto-aprendizado

Comutador tem uma tabela de comutaccedilatildeo (switch table) Entrada na tabela de comutaccedilatildeo

o (Endereccedilo MAC Interface Selo do Tempo)o Entradas antigas descartadas

O comutador aprende que noacutes satildeo alcanccedilaacuteveis atraveacutes de suas interfaceso Quando um quadro eacute recebido ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do remetente segmento de LAN de chegada

35

69

Filtragem e RepasseQuando um quadro eacute recebido

indexar a tabela de comutaccedilatildeo usando o end MAC destinose entrada encontradaentatildeo se destino no segmento de onde o quadro foi recebidoentatildeo descartar o quadrosenatildeo repassar o quadro para a interface indicada (CSMACD)

senatildeo inundar

Repassar a todas as interfaces exceto agravequelapor onde chegou o quadro

70

Exemplo

Suponha que C envia quadro para D

Switch recebe o quadro de Co registra na tabela que C estaacute na interface 1o como D natildeo estaacute na tabela repassa o quadro para as

interfaces 2 e 3

quadro recebido por D

hub hub hub

switch

A

B CD

EF G H

I

end interface

ABEG

1123

12 3

36

71

Exemplo

Suponha que D responde para C

Switch recebe o quadro de Do registra na tabela que D estaacute na interface 2o como C estaacute na tabela repassa o quadro apenas para a

interface 1

quadro recebido por C

hub hub hub

switch

A

B CD

EF G H

I

end interface

ABEGC

11231

72

Comutador isolamento de traacutefego A instalaccedilatildeo de um comutador divide uma subrede

em vaacuterios segmentos de LAN

Comutador filtra os quadroso segmentos tornam-se diferentes domiacutenios de colisatildeo

hub hub hub

switch

collision domain collision domain

collisiondomain

37

73

Comutador acesso dedicado Comutadores com muitas

interfaces Hospedeiros tecircm conexatildeo

direta com o comutador Sem colisotildees full duplex

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

switch

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

74

Comutador hellip

Alguns comutadores implementam cut-througho o quadro eacute repassado sem esperar a montagem do quadro inteiro no buffer do comutador bull pequena reduccedilatildeo da latecircncia

Combinaccedilotildees de interfaces compartilhadasdedicadas de 101001000 Mbps

38

75

Rede institucional

hub hubhub

comutador

para a rede externa

roteador

subrede IP

servidor de correio-e

servidor web

76

Comutadores vs Roteadores ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa

o roteadores dispositivos da camada de rede (examinam cabeccedilalhos da camada de rede)

o comutadores dispositivos da camada de enlace roteadores mantecircm tabelas de rotas e implementam algoritmos

de roteamento comutadores mantecircm tabelas de filtragem implementam

filtragem

39

77

Comparaccedilatildeo Sumaacuteria

hubs routers switches

traffic isolation

no yes yes

plug amp play yes no yes

optimal routing

no yes no

cut through

yes no yes

78

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Endereccedilamento na camada de enlace

55 Ethernet

56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

40

79

Controle de Enlace Ponto-a-Ponto

Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil que um enlace broadcasto natildeo haacute Controle de Acesso ao Meioo natildeo haacute necessidade de endereccedilamento MAC expliacutecito

o ex enlace discado linha ISDN protocolos ponto-a-ponto populares para camada

de enlaceo PPP (point-to-point protocol)o HDLC High-level Data Link Control(A camada de enlace costumava ser considerada de alto niacutevel na pilha de protocolos)

80

Protocolo Ponto-a-Ponto (PPP)

PPP eacute muito popular usado em conexotildees discadas entre sistema domeacutestico e provedor em conexotildees SONETSDH etc

PPP eacute extremamente simples (o mais simples dos protocolos de enlace de dados) e muito otimizado

41

81

PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]

Enquadramento de pacotes encapsulamento do datagrama da camada de rede no quadro da camada de enlace

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

Muacuteltiplos protocolos da camada de rede (natildeo apenas o IP) ao mesmo tempoo capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeoo Campo lsquotipo de protocolorsquo como no IP

Muacuteltiplos tipos de enlace seriais paralelos siacutencronos assiacutencronos eleacutetricos oacutepticos

Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo) connection livenes detecta e informa falhas do enlace para a

camada de rede Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede as camadas de rede

comuni9cantes devem poder aprender ou configurar mutuamente seus endereccedilos de rede

Simplicidade

82

Nem tudo foi requerido do PPP

natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros natildeo haacute controle de fluxo aceita entregas fora de ordem (embora seja pouco

comum) natildeo haacute necessidade de suportar enlaces multiponto

(ex polling)o HDLC os permite

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

42

83

PPP Formato do Quadro 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)

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

erros

endereccedilocontrole

tamanhovariaacutevelou ou

CRC

84

Byte Stuffing Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de

dados deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt01111110gt

Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte extra com o padratildeo lt 01111101gt (escape) antes de cada byte de dados lt 01111110gt

Receptoro dois bytes 01111101 seguidos descarta o primeiro e continua a recepccedilatildeo de dados

o um byte 01111110 flag Em enlaces siacutencronos orientados a bit usa-se bit

stuffing o depois de uma sequumlecircncia de 5 bits lsquo1rsquo o transmissor insere

um bit lsquo0rsquo

43

85

Byte Stuffing

byte como padratildeodo flag nosdados a enviar

byte com o padratildeo de flag seguido do byte inserido

86

PPP Protocolo de Controle de Enlace (LCP) e Controle de RedeAntes de trocar dados da camada

de rede os parceiros da camada de enlace devem

configurar o enlace PPP (PPP-LCP) (tamanho maacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo)

aprenderconfigurar informaccedilotildees da camada de redeo para o IP mensagens do

Protocolo de Controle IP (IPCP) para configurar aprender os endereccedilos IP

44

87

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Endereccedilamento na camada de enlace

55 Ethernet

56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)

57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

88

ATM e MPLS

ATM MPLS redes com arquiteturas proacutepriaso modelos de serviccedilo endereccedilamento e roteamento diferentes dos da Internet

Vistos pela Internet como enlaces loacutegicos conectando roteadores IPo assim como um enlace discado eacute parte de uma rede separada (a rede de telefonia)

ATM MPLS de interesse teacutecnico por si mesmas

45

89

Padratildeo dos anos 199000 para a arquitetura de alta velocidade (155 622Mbps hellip) da BroadbandIntegrated Service Digital Network (B-ISDN)

Objetivo transporte integrado fim-a-fim de voz viacutedeo e dadoso deve atender aos requisitos de tempoQoS para aplicaccedilotildees de voz e de viacutedeo (versus o serviccedilo de melhor esforccedilo da Internet)

o telefonia de ldquoproacutexima geraccedilatildeordquo fundamentos teacutecnicos no mundo da telefonia

o comutaccedilatildeo de pacotes (pacotes de tamanho fixo chamados ldquoceacutelulasrdquo) usando circuitos virtuais

ATM Modo de Transferecircncia Assiacutencrono

90

Arquitetura ATM

camada de adaptaccedilatildeo apenas na borda de uma rede ATM

o grosseiramente anaacuteloga agrave camada de transporte da Interneto ldquoadaptardquo camadas superiores (aplicaccedilotildees IP ou nativas ATM)

para a camada ATM abaixo camada ATM camada de ldquorederdquo

o comutaccedilatildeo de ceacutelulas roteamento camada fiacutesica

46

91

ATM camada de rede ou de enlaceVisatildeo transporte fim-a-fim

ldquoATM de computador a computadorrdquoo ATM eacute uma tecnologia

de rede

Realidade usada para conectar roteadores IP de backboneo ldquoIP sobre ATMrdquoo ATM como uma camada

de enlace comutada conectando roteadores IP

Rede ATM

rede IP

92

Camada ATMServiccedilo transporte de ceacutelulas atraveacutes da rede ATM

o anaacuteloga agrave camada de rede IPo Serviccedilos muito diferentes da camada de rede IP

Arquitetura

de Rede

Internet

ATM

ATM

ATM

ATM

Modelo

de Serviccedilo

melhor

esforccedilo

CBR

VBR

ABR

UBR

Banda

natildeo

taxa

constante

taxa

garantida

miacutenimo

garantido

natildeo

Perda

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Ordem

natildeo

sim

sim

sim

sim

Tempo

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Aviso de

Congestatildeo

natildeo (inferido

pelas perdas)

natildeo haacute

congestatildeo

natildeo haacute

congestatildeo

sim

natildeo

Garantias

47

93

Camada ATM Circuitos Virtuais Transporte em CV ceacutelulas (53 bytes) satildeo transportadas sobre CV

da fonte ao destinoo estabelecimento de conexatildeo necessaacuterio antes que o fluxo de dados

possa ser iniciadoo cada pacote transporta um identificador de CV (natildeo transporta o

endereccedilo do destino)o cada comutador no caminho entre a fonte e o destino manteacutem o

ldquoestadordquo para cada conexatildeo passanteo recursos do enlace e do comutador (banda passante buffers) podem

ser alocados aoCV para obter um comportamento semelhante ao de um circuito fiacutesico

CVs Permanentes (PVC)o conexotildees de longa duraccedilatildeo o tipicamente rota ldquopermanenterdquo entre roteadores IP

CVs Comutados (SVC)o conexotildees de curta duraccedilatildeoo dinamicamente criados com base nas chamadas

94

CVs ATM

Vantagens do uso de circuitos virtuais no ATMo Consegue garantir niacuteveis de QoS para conexotildees mapeadas em circuitos virtuais (banda passante atraso variacircncia de atraso)

Problemas no uso de circuitos virtuaiso O traacutefego de datagramas eacute ineficienteo um PVC entre cada par origemdestino natildeo eacuteescalaacutevel (N2 conexotildees satildeo necessaacuterias)

o SVC introduz latecircncia de estabelecimento de conexatildeo e atrasos de processamento para conexotildees de curta duraccedilatildeo

48

95

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

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

Cabeccedilalhoda ceacutelula

Formato daceacutelula

96

Camada ATM Cabeccedilalho da ceacutelula ATM

VCI identificador de canal virtual

o pode mudar de enlace para enlace atraveacutes da rede

PT Tipo de payload (carga)o Ex ceacutelula de gerenciamento versus ceacutelula de dados

CLP bit de Prioridade de Perda de Ceacutelula (Cell Loss Priority)

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

HEC Verificaccedilatildeo de Erros no Cabeccedilalho

o verificaccedilatildeo ciacuteclica de erros

49

97

Camada Fiacutesica ATM Compotildee-se de duas partes (subcamadas) Transmission Convergence Sublayer - TCS adapta a

camada ATM acima agrave subcamada fiacutesica abaixo (PMD Physical Medium Dependent Sublayer- PMD depende

do tipo de meio fiacutesico sendo empregado

98

IP-sobre-ATMApenas IP Claacutessico 3 ldquoredesrdquo (ex

segmentos de LAN) endereccedilos MAC

(8023) e IP

IP sobre ATM substitui ldquorederdquo (ex

segmento de LAN) por rede ATM

endereccedilos ATM endereccedilos IP

redeATM

EthernetLANs

EthernetLANs

50

99

IP-sobre-ATM

AALATMphyphy

Eth

IP

ATMphy

ATMphy

apptranspIPAALATMphy

apptranspIPEthphy

100

Viagem de um Datagrama numa Rede IP-sobre-ATM Hospedeiro de Origem

o Camada IP encontra um mapeamento entre o endereccedilo IP e o endereccedilo de destino ATM (usando ATM-ARP)

o passa o datagrama para a camada de adaptaccedilatildeo AAL5o AAL5 encapsula os dados (datagrama) segmenta em ceacutelulas e

passa para a camada ATM Rede ATM move a ceacutelula para o destino de comutador a

comutador de acordo com o seu CV (circuito virtual) Hospedeiro de Destino

o AAL5 remonta o datagrama original a partir das ceacutelulas recebidas

o se o CRC OK datagrama eacute passado ao IP

51

101

IP-sobre-ATM

datagramas IP emPDUs ATM AAL5

de endereccedilos IP paraendereccedilos ATMo como de endereccedilos IP paraendereccedilos MAC 8023

RedeATM

LANsEthernet

102

Multiprotocol label switching (MPLS)

Objetivo inicial acelerar o repasse de datagramas IP usando um roacutetulo de tamanho fixoo usa ideacuteias da abordagem de Circuitos Virtuais

PPP or Ethernet

headerIP header remainder of link-layer frameMPLS header

label Exp S TTL

20 3 1 8

52

103

Roteadores habilitados para MPLS

Roteadores de chaveamento de roacutetulos (label-switchedrouter)

Repassa pacotes para as interfaces de saiacuteda baseado apenas no valor do roacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP)o tabela de repasse o MPLS diferente da tabela de repasse IP

Necessaacuterio um protocolo de sinalizaccedilatildeoo RSVP-TEo Repasse possiacutevel atraveacutes de caminhos que o IP sozinho natildeo

permitiria (pex roteamento especifico para fonte - source-specific routing)

o MPLS pode ser usado para engenharia de traacutefego Deve coexistir com roteadores que entendem apenas

IP

104

R1R2

D

R3R4R5

0

1

00

A

R6

in out out

label label dest interface

6 - A 0

in out out

label label dest interface

10 6 A 1

12 9 D 0

in out out

label label dest interface

10 A 0

12 D 0

1

in out out

label label dest interface

8 6 A 0

0

8 A 1

Tabelas de repasse MPLS

53

105

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Endereccedilamento na camada de enlace

55 Ethernet

56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)

57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de

enlace ATM e MPLS

24

47

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Endereccedilamento na camada de enlace

55 Ethernet

56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)

57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de

enlace ATM e MPLS

48

Ethernet Tecnologia de rede local ldquodominanterdquo

o Baratao Primeira tecnologia de LAN largamente usadao Mais simples e mais barata que LANs com token e ATMo Velocidade crescente 10 Mbps ndash 10 Gbps

Serviccedilo natildeo orientado a conexatildeo natildeo confiaacutevel

Esboccedilo da Ethernetpor Bob Metcalf

25

49

Topologia em estrela

Barramento popular ateacute meados dos anos 90 Atualmente prevalece a topologia em estrela Conexatildeo hub ou switch

hub orswitch

50

Estrutura do Quadro Ethernet

Preacircmbulo 7 bytes com o padratildeo 10101010 seguidos por um byte com padratildeo o 10101011 usado para sincronizar os reloacutegios do receptor e do emissor

Endereccedilos 6 bytes quadro eacute recebido por todos os adaptadores e descartado se o endereccedilo do quadro natildeo coincide com o endereccedilo do adaptador

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

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

26

51

Codificaccedilatildeo Manchester Banda baacutesica transmissatildeo digital bits satildeo codificados usando

codificaccedilatildeo Manchester e transmitidos diretamente modificando a voltagem de sinal de corrente contiacutenua

Cada bit tem uma transiccedilatildeo Permite que os reloacutegios (clocks) nos noacutes emissor e receptor

mantenham-se sincronizadoso Natildeo eacute necessaacuterio um reloacutegio centralizado global para todos os noacutes

Aspecto da camada fiacutesica

52

Ethernet usa CSMACDA escutar canal se canal em silecircncio por determinado tempo (96 BTT)

entatildeo transmitir e monitorar o canal Se detectada outra transmissatildeo entatildeo

abortar e enviar sinal de ldquojamrdquo (48 bits)atualizar nuacutemero de colisotildees esperar de acordo com o algoritmo de retardo exponencial (ldquoexponential backoffrdquo)

ir para A

senatildeo quadro transmitido zerar contador de colisotildees

senatildeo esperar ateacute terminar a transmissatildeo em curso ir para A

27

53

Sinal de ldquoJamrdquo garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo (48 bits)

Tempo de Bit (BTT) 01 micros para Ethernet de 10 Mbps para K=1023 tempo de espera eacute de aprox 50 msec

ldquoExponential Backoffrdquo Objetivo adaptar tentativas

de retransmissatildeo agrave carga atual estimada da redeo carga pesada espera aleatoacuteria

mais longa Esperar K 512 BTT primeira colisatildeo

escolher K entre 01 segunda colisatildeo

escolher K entre 0123 apoacutes 10 ou mais colisotildees

escolher K entre 01234hellip1023

Ethernet CSMACD (cont)

54

Ethernet - Eficiecircncia Eficiecircncia com traacutefego pesado e nuacutemero grande de noacutes

)5(1

1

trans

prop

t

tEficiecircncia

+

=

tprop = tempo maacuteximo de propagaccedilatildeo entre 2 noacutesttrans= tempo para transmitir um quadro de tamanho maacuteximo

Quando tprop tende a 0 a eficiecircncia tende a 1Quando ttrans tende a infinito a eficiecircncia tende a 1

Muito melhor que ALOHA e ainda descentralizado simples e barato

28

55

Tecnologias Ethernet 10Base2 10 10Mbps 2 comprimento maacuteximo do cabo de 200 metros (de

fato 185 metros) Utiliza cabo coaxial fino numa topologia em barramento

repetidores satildeo usados para conectar muacuteltiplos segmentos (ateacuteum maacuteximo de 4)

repetidor repete os bits que ele recebe numa interface para as suas outras interfaces atua somente na camada fiacutesica

pacotes transmitidosviajam nas duas direccedilotildees

conectorT terminador

adaptador

noacute noacute noacute noacute noacute

56

10BaseT e 100BaseT Taxas de 10 e 100 Mbps A de taxa 100 Mbps eacute chamada de ldquoFast Ethernetrdquo T significa ldquoTwisted Pairrdquo (par tranccedilado) Noacutes conectados a um concentrador (ldquohubrdquo) ldquotopologia em

estrelardquo

par tranccedilado

hub

29

57

10BaseT e 100BaseT (cont)

Distacircncia maacutexima do noacute ao hub 100 metros Hub pode desconectar da rede um adaptador que

natildeo paacutera de transmitir (ldquojabbering adapterrdquo) ndash10Base2 natildeo funcionariahellip

Hub pode coletar e monitorar informaccedilotildees e estatiacutesticas para apresentaccedilatildeo ao administradores da LAN

10BaseT usa codificaccedilatildeo Manchester 100BaseT usa 4B5B

(5 clocks para transmitir 4 bits)

58

HubsHubs satildeo essencialmente repetidores da camada fiacutesica

o bits vindos de um enlace vatildeo para todos os demais enlaceso hellip agrave mesma velocidadeo natildeo haacute armazenamento de quadros (buffering)o natildeo haacute CSMACD no hub adaptadores detectam as

colisotildeeso oferece funccedilotildees de gerecircncia de rede

twisted pair

hub

30

59

Gbit Ethernet (IEEE 8023z)

Usa formato do quadro Ethernet padratildeo Permite enlaces ponto-a-ponto (com switchs) e

canais de difusatildeo compartilhados (com hubs) Em modo compartilhado usa CSMACD

o para ser eficiente as distacircncias entre os noacutes devem ser curtas (poucos metros)

hubs chamados de Distribuidores com Buffers(ldquoBuffered Distributorsrdquo)

Full-Duplex em 1 Gbps para enlaces ponto-a-ponto 10 Gbps atualmente

60

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Endereccedilamento na camada de enlace

55 Ethernet

56 Interconexotildees distribuidores e comutadores (Hubs and switches)

57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de

enlace ATM e MPLS

31

61

Interconexatildeo de LANs

Por que natildeo somente 1 grande LAN o Limitaccedilatildeo de traacutefego

bull em uma uacutenica LAN todas as estaccedilotildees compartilham a largura de banda

o Limitaccedilatildeo de distacircnciabull 8023 especifica o comprimento maacuteximo do cabo

o Grande ldquodomiacutenio de colisatildeordquobull pode-se colidir com muitas estaccedilotildees

o Limitaccedilatildeo do nuacutemero de estaccedilotildeesbull passagem de ficha provoca atraso em cada estaccedilatildeo p ex

62

Hubs e Comutadores

Usados para estender redes locais cobertura geograacutefica nuacutemero de noacutes funcionalidade administrativa etc

Diferem entre si em respeito ao isolamento de domiacutenios de colisatildeoo camada em que operam

Diferentes de roteadoreso ldquoplug and playrdquoo natildeo fazem o roteamento oacutetimo de pacotes IP

32

63

Hubs Dispositivos de camada fiacutesica

o repetem os bits recebidos numa interface para as demais

Podem ser dispostos numa hierarquia (multi-tier hub desing)

64

Hubs (cont)

Vantagens de Hubso Dispositivos simples e baratoso Configuraccedilatildeo em muacuteltiplos niacuteveis provecirc degradaccedilatildeo paulatina porccedilotildees da rede local continuam a operar se um dos hubs parar de funcionar

o Estende a distacircncia maacutexima entre pares de noacutes

33

65

Hubs (cont)

Limitaccedilotildeeso Domiacutenio de colisatildeo uacutenico natildeo leva a aumento na vazatildeo maacuteximabull a vazatildeo no caso de muacuteltiplos niacuteveis eacute igual agrave de um uacutenico segmento

o As tecnologias Ethernet (10Base 10BaseT etc) estabelecem limites no nuacutemero de noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo distacircncia entre hospedeiros e numero maacuteximo de niacuteveis (tiers)

o Natildeo se pode misturar Ethernet 10BaseT e 100Base)

66

Comutador (Switch) Dispositivo da camada de enlace

o Armazena e reenvia quadros Etherneto Encaminha os quadros a partir dos respectivos endereccedilos MAC de destino

o Quando quer repassar um quadro para um segmento usa o CSMACD para acessar o segmento

Transparente o Hospedeiros natildeo sabem da presenccedila do switch

plug-and-play auto-aprendizadoo Natildeo precisam ser configurados

34

67

Repasse (forwarding)

bull Com se determina para que segmento de LAN se deve repassar um quadrobull Parece um problema de roteamento

hub hubhub

switch1

2 3

68

Auto-aprendizado

Comutador tem uma tabela de comutaccedilatildeo (switch table) Entrada na tabela de comutaccedilatildeo

o (Endereccedilo MAC Interface Selo do Tempo)o Entradas antigas descartadas

O comutador aprende que noacutes satildeo alcanccedilaacuteveis atraveacutes de suas interfaceso Quando um quadro eacute recebido ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do remetente segmento de LAN de chegada

35

69

Filtragem e RepasseQuando um quadro eacute recebido

indexar a tabela de comutaccedilatildeo usando o end MAC destinose entrada encontradaentatildeo se destino no segmento de onde o quadro foi recebidoentatildeo descartar o quadrosenatildeo repassar o quadro para a interface indicada (CSMACD)

senatildeo inundar

Repassar a todas as interfaces exceto agravequelapor onde chegou o quadro

70

Exemplo

Suponha que C envia quadro para D

Switch recebe o quadro de Co registra na tabela que C estaacute na interface 1o como D natildeo estaacute na tabela repassa o quadro para as

interfaces 2 e 3

quadro recebido por D

hub hub hub

switch

A

B CD

EF G H

I

end interface

ABEG

1123

12 3

36

71

Exemplo

Suponha que D responde para C

Switch recebe o quadro de Do registra na tabela que D estaacute na interface 2o como C estaacute na tabela repassa o quadro apenas para a

interface 1

quadro recebido por C

hub hub hub

switch

A

B CD

EF G H

I

end interface

ABEGC

11231

72

Comutador isolamento de traacutefego A instalaccedilatildeo de um comutador divide uma subrede

em vaacuterios segmentos de LAN

Comutador filtra os quadroso segmentos tornam-se diferentes domiacutenios de colisatildeo

hub hub hub

switch

collision domain collision domain

collisiondomain

37

73

Comutador acesso dedicado Comutadores com muitas

interfaces Hospedeiros tecircm conexatildeo

direta com o comutador Sem colisotildees full duplex

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

switch

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

74

Comutador hellip

Alguns comutadores implementam cut-througho o quadro eacute repassado sem esperar a montagem do quadro inteiro no buffer do comutador bull pequena reduccedilatildeo da latecircncia

Combinaccedilotildees de interfaces compartilhadasdedicadas de 101001000 Mbps

38

75

Rede institucional

hub hubhub

comutador

para a rede externa

roteador

subrede IP

servidor de correio-e

servidor web

76

Comutadores vs Roteadores ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa

o roteadores dispositivos da camada de rede (examinam cabeccedilalhos da camada de rede)

o comutadores dispositivos da camada de enlace roteadores mantecircm tabelas de rotas e implementam algoritmos

de roteamento comutadores mantecircm tabelas de filtragem implementam

filtragem

39

77

Comparaccedilatildeo Sumaacuteria

hubs routers switches

traffic isolation

no yes yes

plug amp play yes no yes

optimal routing

no yes no

cut through

yes no yes

78

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Endereccedilamento na camada de enlace

55 Ethernet

56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

40

79

Controle de Enlace Ponto-a-Ponto

Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil que um enlace broadcasto natildeo haacute Controle de Acesso ao Meioo natildeo haacute necessidade de endereccedilamento MAC expliacutecito

o ex enlace discado linha ISDN protocolos ponto-a-ponto populares para camada

de enlaceo PPP (point-to-point protocol)o HDLC High-level Data Link Control(A camada de enlace costumava ser considerada de alto niacutevel na pilha de protocolos)

80

Protocolo Ponto-a-Ponto (PPP)

PPP eacute muito popular usado em conexotildees discadas entre sistema domeacutestico e provedor em conexotildees SONETSDH etc

PPP eacute extremamente simples (o mais simples dos protocolos de enlace de dados) e muito otimizado

41

81

PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]

Enquadramento de pacotes encapsulamento do datagrama da camada de rede no quadro da camada de enlace

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

Muacuteltiplos protocolos da camada de rede (natildeo apenas o IP) ao mesmo tempoo capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeoo Campo lsquotipo de protocolorsquo como no IP

Muacuteltiplos tipos de enlace seriais paralelos siacutencronos assiacutencronos eleacutetricos oacutepticos

Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo) connection livenes detecta e informa falhas do enlace para a

camada de rede Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede as camadas de rede

comuni9cantes devem poder aprender ou configurar mutuamente seus endereccedilos de rede

Simplicidade

82

Nem tudo foi requerido do PPP

natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros natildeo haacute controle de fluxo aceita entregas fora de ordem (embora seja pouco

comum) natildeo haacute necessidade de suportar enlaces multiponto

(ex polling)o HDLC os permite

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

42

83

PPP Formato do Quadro 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)

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

erros

endereccedilocontrole

tamanhovariaacutevelou ou

CRC

84

Byte Stuffing Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de

dados deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt01111110gt

Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte extra com o padratildeo lt 01111101gt (escape) antes de cada byte de dados lt 01111110gt

Receptoro dois bytes 01111101 seguidos descarta o primeiro e continua a recepccedilatildeo de dados

o um byte 01111110 flag Em enlaces siacutencronos orientados a bit usa-se bit

stuffing o depois de uma sequumlecircncia de 5 bits lsquo1rsquo o transmissor insere

um bit lsquo0rsquo

43

85

Byte Stuffing

byte como padratildeodo flag nosdados a enviar

byte com o padratildeo de flag seguido do byte inserido

86

PPP Protocolo de Controle de Enlace (LCP) e Controle de RedeAntes de trocar dados da camada

de rede os parceiros da camada de enlace devem

configurar o enlace PPP (PPP-LCP) (tamanho maacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo)

aprenderconfigurar informaccedilotildees da camada de redeo para o IP mensagens do

Protocolo de Controle IP (IPCP) para configurar aprender os endereccedilos IP

44

87

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Endereccedilamento na camada de enlace

55 Ethernet

56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)

57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

88

ATM e MPLS

ATM MPLS redes com arquiteturas proacutepriaso modelos de serviccedilo endereccedilamento e roteamento diferentes dos da Internet

Vistos pela Internet como enlaces loacutegicos conectando roteadores IPo assim como um enlace discado eacute parte de uma rede separada (a rede de telefonia)

ATM MPLS de interesse teacutecnico por si mesmas

45

89

Padratildeo dos anos 199000 para a arquitetura de alta velocidade (155 622Mbps hellip) da BroadbandIntegrated Service Digital Network (B-ISDN)

Objetivo transporte integrado fim-a-fim de voz viacutedeo e dadoso deve atender aos requisitos de tempoQoS para aplicaccedilotildees de voz e de viacutedeo (versus o serviccedilo de melhor esforccedilo da Internet)

o telefonia de ldquoproacutexima geraccedilatildeordquo fundamentos teacutecnicos no mundo da telefonia

o comutaccedilatildeo de pacotes (pacotes de tamanho fixo chamados ldquoceacutelulasrdquo) usando circuitos virtuais

ATM Modo de Transferecircncia Assiacutencrono

90

Arquitetura ATM

camada de adaptaccedilatildeo apenas na borda de uma rede ATM

o grosseiramente anaacuteloga agrave camada de transporte da Interneto ldquoadaptardquo camadas superiores (aplicaccedilotildees IP ou nativas ATM)

para a camada ATM abaixo camada ATM camada de ldquorederdquo

o comutaccedilatildeo de ceacutelulas roteamento camada fiacutesica

46

91

ATM camada de rede ou de enlaceVisatildeo transporte fim-a-fim

ldquoATM de computador a computadorrdquoo ATM eacute uma tecnologia

de rede

Realidade usada para conectar roteadores IP de backboneo ldquoIP sobre ATMrdquoo ATM como uma camada

de enlace comutada conectando roteadores IP

Rede ATM

rede IP

92

Camada ATMServiccedilo transporte de ceacutelulas atraveacutes da rede ATM

o anaacuteloga agrave camada de rede IPo Serviccedilos muito diferentes da camada de rede IP

Arquitetura

de Rede

Internet

ATM

ATM

ATM

ATM

Modelo

de Serviccedilo

melhor

esforccedilo

CBR

VBR

ABR

UBR

Banda

natildeo

taxa

constante

taxa

garantida

miacutenimo

garantido

natildeo

Perda

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Ordem

natildeo

sim

sim

sim

sim

Tempo

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Aviso de

Congestatildeo

natildeo (inferido

pelas perdas)

natildeo haacute

congestatildeo

natildeo haacute

congestatildeo

sim

natildeo

Garantias

47

93

Camada ATM Circuitos Virtuais Transporte em CV ceacutelulas (53 bytes) satildeo transportadas sobre CV

da fonte ao destinoo estabelecimento de conexatildeo necessaacuterio antes que o fluxo de dados

possa ser iniciadoo cada pacote transporta um identificador de CV (natildeo transporta o

endereccedilo do destino)o cada comutador no caminho entre a fonte e o destino manteacutem o

ldquoestadordquo para cada conexatildeo passanteo recursos do enlace e do comutador (banda passante buffers) podem

ser alocados aoCV para obter um comportamento semelhante ao de um circuito fiacutesico

CVs Permanentes (PVC)o conexotildees de longa duraccedilatildeo o tipicamente rota ldquopermanenterdquo entre roteadores IP

CVs Comutados (SVC)o conexotildees de curta duraccedilatildeoo dinamicamente criados com base nas chamadas

94

CVs ATM

Vantagens do uso de circuitos virtuais no ATMo Consegue garantir niacuteveis de QoS para conexotildees mapeadas em circuitos virtuais (banda passante atraso variacircncia de atraso)

Problemas no uso de circuitos virtuaiso O traacutefego de datagramas eacute ineficienteo um PVC entre cada par origemdestino natildeo eacuteescalaacutevel (N2 conexotildees satildeo necessaacuterias)

o SVC introduz latecircncia de estabelecimento de conexatildeo e atrasos de processamento para conexotildees de curta duraccedilatildeo

48

95

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

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

Cabeccedilalhoda ceacutelula

Formato daceacutelula

96

Camada ATM Cabeccedilalho da ceacutelula ATM

VCI identificador de canal virtual

o pode mudar de enlace para enlace atraveacutes da rede

PT Tipo de payload (carga)o Ex ceacutelula de gerenciamento versus ceacutelula de dados

CLP bit de Prioridade de Perda de Ceacutelula (Cell Loss Priority)

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

HEC Verificaccedilatildeo de Erros no Cabeccedilalho

o verificaccedilatildeo ciacuteclica de erros

49

97

Camada Fiacutesica ATM Compotildee-se de duas partes (subcamadas) Transmission Convergence Sublayer - TCS adapta a

camada ATM acima agrave subcamada fiacutesica abaixo (PMD Physical Medium Dependent Sublayer- PMD depende

do tipo de meio fiacutesico sendo empregado

98

IP-sobre-ATMApenas IP Claacutessico 3 ldquoredesrdquo (ex

segmentos de LAN) endereccedilos MAC

(8023) e IP

IP sobre ATM substitui ldquorederdquo (ex

segmento de LAN) por rede ATM

endereccedilos ATM endereccedilos IP

redeATM

EthernetLANs

EthernetLANs

50

99

IP-sobre-ATM

AALATMphyphy

Eth

IP

ATMphy

ATMphy

apptranspIPAALATMphy

apptranspIPEthphy

100

Viagem de um Datagrama numa Rede IP-sobre-ATM Hospedeiro de Origem

o Camada IP encontra um mapeamento entre o endereccedilo IP e o endereccedilo de destino ATM (usando ATM-ARP)

o passa o datagrama para a camada de adaptaccedilatildeo AAL5o AAL5 encapsula os dados (datagrama) segmenta em ceacutelulas e

passa para a camada ATM Rede ATM move a ceacutelula para o destino de comutador a

comutador de acordo com o seu CV (circuito virtual) Hospedeiro de Destino

o AAL5 remonta o datagrama original a partir das ceacutelulas recebidas

o se o CRC OK datagrama eacute passado ao IP

51

101

IP-sobre-ATM

datagramas IP emPDUs ATM AAL5

de endereccedilos IP paraendereccedilos ATMo como de endereccedilos IP paraendereccedilos MAC 8023

RedeATM

LANsEthernet

102

Multiprotocol label switching (MPLS)

Objetivo inicial acelerar o repasse de datagramas IP usando um roacutetulo de tamanho fixoo usa ideacuteias da abordagem de Circuitos Virtuais

PPP or Ethernet

headerIP header remainder of link-layer frameMPLS header

label Exp S TTL

20 3 1 8

52

103

Roteadores habilitados para MPLS

Roteadores de chaveamento de roacutetulos (label-switchedrouter)

Repassa pacotes para as interfaces de saiacuteda baseado apenas no valor do roacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP)o tabela de repasse o MPLS diferente da tabela de repasse IP

Necessaacuterio um protocolo de sinalizaccedilatildeoo RSVP-TEo Repasse possiacutevel atraveacutes de caminhos que o IP sozinho natildeo

permitiria (pex roteamento especifico para fonte - source-specific routing)

o MPLS pode ser usado para engenharia de traacutefego Deve coexistir com roteadores que entendem apenas

IP

104

R1R2

D

R3R4R5

0

1

00

A

R6

in out out

label label dest interface

6 - A 0

in out out

label label dest interface

10 6 A 1

12 9 D 0

in out out

label label dest interface

10 A 0

12 D 0

1

in out out

label label dest interface

8 6 A 0

0

8 A 1

Tabelas de repasse MPLS

53

105

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Endereccedilamento na camada de enlace

55 Ethernet

56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)

57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de

enlace ATM e MPLS

25

49

Topologia em estrela

Barramento popular ateacute meados dos anos 90 Atualmente prevalece a topologia em estrela Conexatildeo hub ou switch

hub orswitch

50

Estrutura do Quadro Ethernet

Preacircmbulo 7 bytes com o padratildeo 10101010 seguidos por um byte com padratildeo o 10101011 usado para sincronizar os reloacutegios do receptor e do emissor

Endereccedilos 6 bytes quadro eacute recebido por todos os adaptadores e descartado se o endereccedilo do quadro natildeo coincide com o endereccedilo do adaptador

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

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

26

51

Codificaccedilatildeo Manchester Banda baacutesica transmissatildeo digital bits satildeo codificados usando

codificaccedilatildeo Manchester e transmitidos diretamente modificando a voltagem de sinal de corrente contiacutenua

Cada bit tem uma transiccedilatildeo Permite que os reloacutegios (clocks) nos noacutes emissor e receptor

mantenham-se sincronizadoso Natildeo eacute necessaacuterio um reloacutegio centralizado global para todos os noacutes

Aspecto da camada fiacutesica

52

Ethernet usa CSMACDA escutar canal se canal em silecircncio por determinado tempo (96 BTT)

entatildeo transmitir e monitorar o canal Se detectada outra transmissatildeo entatildeo

abortar e enviar sinal de ldquojamrdquo (48 bits)atualizar nuacutemero de colisotildees esperar de acordo com o algoritmo de retardo exponencial (ldquoexponential backoffrdquo)

ir para A

senatildeo quadro transmitido zerar contador de colisotildees

senatildeo esperar ateacute terminar a transmissatildeo em curso ir para A

27

53

Sinal de ldquoJamrdquo garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo (48 bits)

Tempo de Bit (BTT) 01 micros para Ethernet de 10 Mbps para K=1023 tempo de espera eacute de aprox 50 msec

ldquoExponential Backoffrdquo Objetivo adaptar tentativas

de retransmissatildeo agrave carga atual estimada da redeo carga pesada espera aleatoacuteria

mais longa Esperar K 512 BTT primeira colisatildeo

escolher K entre 01 segunda colisatildeo

escolher K entre 0123 apoacutes 10 ou mais colisotildees

escolher K entre 01234hellip1023

Ethernet CSMACD (cont)

54

Ethernet - Eficiecircncia Eficiecircncia com traacutefego pesado e nuacutemero grande de noacutes

)5(1

1

trans

prop

t

tEficiecircncia

+

=

tprop = tempo maacuteximo de propagaccedilatildeo entre 2 noacutesttrans= tempo para transmitir um quadro de tamanho maacuteximo

Quando tprop tende a 0 a eficiecircncia tende a 1Quando ttrans tende a infinito a eficiecircncia tende a 1

Muito melhor que ALOHA e ainda descentralizado simples e barato

28

55

Tecnologias Ethernet 10Base2 10 10Mbps 2 comprimento maacuteximo do cabo de 200 metros (de

fato 185 metros) Utiliza cabo coaxial fino numa topologia em barramento

repetidores satildeo usados para conectar muacuteltiplos segmentos (ateacuteum maacuteximo de 4)

repetidor repete os bits que ele recebe numa interface para as suas outras interfaces atua somente na camada fiacutesica

pacotes transmitidosviajam nas duas direccedilotildees

conectorT terminador

adaptador

noacute noacute noacute noacute noacute

56

10BaseT e 100BaseT Taxas de 10 e 100 Mbps A de taxa 100 Mbps eacute chamada de ldquoFast Ethernetrdquo T significa ldquoTwisted Pairrdquo (par tranccedilado) Noacutes conectados a um concentrador (ldquohubrdquo) ldquotopologia em

estrelardquo

par tranccedilado

hub

29

57

10BaseT e 100BaseT (cont)

Distacircncia maacutexima do noacute ao hub 100 metros Hub pode desconectar da rede um adaptador que

natildeo paacutera de transmitir (ldquojabbering adapterrdquo) ndash10Base2 natildeo funcionariahellip

Hub pode coletar e monitorar informaccedilotildees e estatiacutesticas para apresentaccedilatildeo ao administradores da LAN

10BaseT usa codificaccedilatildeo Manchester 100BaseT usa 4B5B

(5 clocks para transmitir 4 bits)

58

HubsHubs satildeo essencialmente repetidores da camada fiacutesica

o bits vindos de um enlace vatildeo para todos os demais enlaceso hellip agrave mesma velocidadeo natildeo haacute armazenamento de quadros (buffering)o natildeo haacute CSMACD no hub adaptadores detectam as

colisotildeeso oferece funccedilotildees de gerecircncia de rede

twisted pair

hub

30

59

Gbit Ethernet (IEEE 8023z)

Usa formato do quadro Ethernet padratildeo Permite enlaces ponto-a-ponto (com switchs) e

canais de difusatildeo compartilhados (com hubs) Em modo compartilhado usa CSMACD

o para ser eficiente as distacircncias entre os noacutes devem ser curtas (poucos metros)

hubs chamados de Distribuidores com Buffers(ldquoBuffered Distributorsrdquo)

Full-Duplex em 1 Gbps para enlaces ponto-a-ponto 10 Gbps atualmente

60

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Endereccedilamento na camada de enlace

55 Ethernet

56 Interconexotildees distribuidores e comutadores (Hubs and switches)

57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de

enlace ATM e MPLS

31

61

Interconexatildeo de LANs

Por que natildeo somente 1 grande LAN o Limitaccedilatildeo de traacutefego

bull em uma uacutenica LAN todas as estaccedilotildees compartilham a largura de banda

o Limitaccedilatildeo de distacircnciabull 8023 especifica o comprimento maacuteximo do cabo

o Grande ldquodomiacutenio de colisatildeordquobull pode-se colidir com muitas estaccedilotildees

o Limitaccedilatildeo do nuacutemero de estaccedilotildeesbull passagem de ficha provoca atraso em cada estaccedilatildeo p ex

62

Hubs e Comutadores

Usados para estender redes locais cobertura geograacutefica nuacutemero de noacutes funcionalidade administrativa etc

Diferem entre si em respeito ao isolamento de domiacutenios de colisatildeoo camada em que operam

Diferentes de roteadoreso ldquoplug and playrdquoo natildeo fazem o roteamento oacutetimo de pacotes IP

32

63

Hubs Dispositivos de camada fiacutesica

o repetem os bits recebidos numa interface para as demais

Podem ser dispostos numa hierarquia (multi-tier hub desing)

64

Hubs (cont)

Vantagens de Hubso Dispositivos simples e baratoso Configuraccedilatildeo em muacuteltiplos niacuteveis provecirc degradaccedilatildeo paulatina porccedilotildees da rede local continuam a operar se um dos hubs parar de funcionar

o Estende a distacircncia maacutexima entre pares de noacutes

33

65

Hubs (cont)

Limitaccedilotildeeso Domiacutenio de colisatildeo uacutenico natildeo leva a aumento na vazatildeo maacuteximabull a vazatildeo no caso de muacuteltiplos niacuteveis eacute igual agrave de um uacutenico segmento

o As tecnologias Ethernet (10Base 10BaseT etc) estabelecem limites no nuacutemero de noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo distacircncia entre hospedeiros e numero maacuteximo de niacuteveis (tiers)

o Natildeo se pode misturar Ethernet 10BaseT e 100Base)

66

Comutador (Switch) Dispositivo da camada de enlace

o Armazena e reenvia quadros Etherneto Encaminha os quadros a partir dos respectivos endereccedilos MAC de destino

o Quando quer repassar um quadro para um segmento usa o CSMACD para acessar o segmento

Transparente o Hospedeiros natildeo sabem da presenccedila do switch

plug-and-play auto-aprendizadoo Natildeo precisam ser configurados

34

67

Repasse (forwarding)

bull Com se determina para que segmento de LAN se deve repassar um quadrobull Parece um problema de roteamento

hub hubhub

switch1

2 3

68

Auto-aprendizado

Comutador tem uma tabela de comutaccedilatildeo (switch table) Entrada na tabela de comutaccedilatildeo

o (Endereccedilo MAC Interface Selo do Tempo)o Entradas antigas descartadas

O comutador aprende que noacutes satildeo alcanccedilaacuteveis atraveacutes de suas interfaceso Quando um quadro eacute recebido ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do remetente segmento de LAN de chegada

35

69

Filtragem e RepasseQuando um quadro eacute recebido

indexar a tabela de comutaccedilatildeo usando o end MAC destinose entrada encontradaentatildeo se destino no segmento de onde o quadro foi recebidoentatildeo descartar o quadrosenatildeo repassar o quadro para a interface indicada (CSMACD)

senatildeo inundar

Repassar a todas as interfaces exceto agravequelapor onde chegou o quadro

70

Exemplo

Suponha que C envia quadro para D

Switch recebe o quadro de Co registra na tabela que C estaacute na interface 1o como D natildeo estaacute na tabela repassa o quadro para as

interfaces 2 e 3

quadro recebido por D

hub hub hub

switch

A

B CD

EF G H

I

end interface

ABEG

1123

12 3

36

71

Exemplo

Suponha que D responde para C

Switch recebe o quadro de Do registra na tabela que D estaacute na interface 2o como C estaacute na tabela repassa o quadro apenas para a

interface 1

quadro recebido por C

hub hub hub

switch

A

B CD

EF G H

I

end interface

ABEGC

11231

72

Comutador isolamento de traacutefego A instalaccedilatildeo de um comutador divide uma subrede

em vaacuterios segmentos de LAN

Comutador filtra os quadroso segmentos tornam-se diferentes domiacutenios de colisatildeo

hub hub hub

switch

collision domain collision domain

collisiondomain

37

73

Comutador acesso dedicado Comutadores com muitas

interfaces Hospedeiros tecircm conexatildeo

direta com o comutador Sem colisotildees full duplex

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

switch

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

74

Comutador hellip

Alguns comutadores implementam cut-througho o quadro eacute repassado sem esperar a montagem do quadro inteiro no buffer do comutador bull pequena reduccedilatildeo da latecircncia

Combinaccedilotildees de interfaces compartilhadasdedicadas de 101001000 Mbps

38

75

Rede institucional

hub hubhub

comutador

para a rede externa

roteador

subrede IP

servidor de correio-e

servidor web

76

Comutadores vs Roteadores ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa

o roteadores dispositivos da camada de rede (examinam cabeccedilalhos da camada de rede)

o comutadores dispositivos da camada de enlace roteadores mantecircm tabelas de rotas e implementam algoritmos

de roteamento comutadores mantecircm tabelas de filtragem implementam

filtragem

39

77

Comparaccedilatildeo Sumaacuteria

hubs routers switches

traffic isolation

no yes yes

plug amp play yes no yes

optimal routing

no yes no

cut through

yes no yes

78

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Endereccedilamento na camada de enlace

55 Ethernet

56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

40

79

Controle de Enlace Ponto-a-Ponto

Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil que um enlace broadcasto natildeo haacute Controle de Acesso ao Meioo natildeo haacute necessidade de endereccedilamento MAC expliacutecito

o ex enlace discado linha ISDN protocolos ponto-a-ponto populares para camada

de enlaceo PPP (point-to-point protocol)o HDLC High-level Data Link Control(A camada de enlace costumava ser considerada de alto niacutevel na pilha de protocolos)

80

Protocolo Ponto-a-Ponto (PPP)

PPP eacute muito popular usado em conexotildees discadas entre sistema domeacutestico e provedor em conexotildees SONETSDH etc

PPP eacute extremamente simples (o mais simples dos protocolos de enlace de dados) e muito otimizado

41

81

PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]

Enquadramento de pacotes encapsulamento do datagrama da camada de rede no quadro da camada de enlace

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

Muacuteltiplos protocolos da camada de rede (natildeo apenas o IP) ao mesmo tempoo capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeoo Campo lsquotipo de protocolorsquo como no IP

Muacuteltiplos tipos de enlace seriais paralelos siacutencronos assiacutencronos eleacutetricos oacutepticos

Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo) connection livenes detecta e informa falhas do enlace para a

camada de rede Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede as camadas de rede

comuni9cantes devem poder aprender ou configurar mutuamente seus endereccedilos de rede

Simplicidade

82

Nem tudo foi requerido do PPP

natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros natildeo haacute controle de fluxo aceita entregas fora de ordem (embora seja pouco

comum) natildeo haacute necessidade de suportar enlaces multiponto

(ex polling)o HDLC os permite

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

42

83

PPP Formato do Quadro 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)

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

erros

endereccedilocontrole

tamanhovariaacutevelou ou

CRC

84

Byte Stuffing Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de

dados deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt01111110gt

Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte extra com o padratildeo lt 01111101gt (escape) antes de cada byte de dados lt 01111110gt

Receptoro dois bytes 01111101 seguidos descarta o primeiro e continua a recepccedilatildeo de dados

o um byte 01111110 flag Em enlaces siacutencronos orientados a bit usa-se bit

stuffing o depois de uma sequumlecircncia de 5 bits lsquo1rsquo o transmissor insere

um bit lsquo0rsquo

43

85

Byte Stuffing

byte como padratildeodo flag nosdados a enviar

byte com o padratildeo de flag seguido do byte inserido

86

PPP Protocolo de Controle de Enlace (LCP) e Controle de RedeAntes de trocar dados da camada

de rede os parceiros da camada de enlace devem

configurar o enlace PPP (PPP-LCP) (tamanho maacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo)

aprenderconfigurar informaccedilotildees da camada de redeo para o IP mensagens do

Protocolo de Controle IP (IPCP) para configurar aprender os endereccedilos IP

44

87

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Endereccedilamento na camada de enlace

55 Ethernet

56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)

57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

88

ATM e MPLS

ATM MPLS redes com arquiteturas proacutepriaso modelos de serviccedilo endereccedilamento e roteamento diferentes dos da Internet

Vistos pela Internet como enlaces loacutegicos conectando roteadores IPo assim como um enlace discado eacute parte de uma rede separada (a rede de telefonia)

ATM MPLS de interesse teacutecnico por si mesmas

45

89

Padratildeo dos anos 199000 para a arquitetura de alta velocidade (155 622Mbps hellip) da BroadbandIntegrated Service Digital Network (B-ISDN)

Objetivo transporte integrado fim-a-fim de voz viacutedeo e dadoso deve atender aos requisitos de tempoQoS para aplicaccedilotildees de voz e de viacutedeo (versus o serviccedilo de melhor esforccedilo da Internet)

o telefonia de ldquoproacutexima geraccedilatildeordquo fundamentos teacutecnicos no mundo da telefonia

o comutaccedilatildeo de pacotes (pacotes de tamanho fixo chamados ldquoceacutelulasrdquo) usando circuitos virtuais

ATM Modo de Transferecircncia Assiacutencrono

90

Arquitetura ATM

camada de adaptaccedilatildeo apenas na borda de uma rede ATM

o grosseiramente anaacuteloga agrave camada de transporte da Interneto ldquoadaptardquo camadas superiores (aplicaccedilotildees IP ou nativas ATM)

para a camada ATM abaixo camada ATM camada de ldquorederdquo

o comutaccedilatildeo de ceacutelulas roteamento camada fiacutesica

46

91

ATM camada de rede ou de enlaceVisatildeo transporte fim-a-fim

ldquoATM de computador a computadorrdquoo ATM eacute uma tecnologia

de rede

Realidade usada para conectar roteadores IP de backboneo ldquoIP sobre ATMrdquoo ATM como uma camada

de enlace comutada conectando roteadores IP

Rede ATM

rede IP

92

Camada ATMServiccedilo transporte de ceacutelulas atraveacutes da rede ATM

o anaacuteloga agrave camada de rede IPo Serviccedilos muito diferentes da camada de rede IP

Arquitetura

de Rede

Internet

ATM

ATM

ATM

ATM

Modelo

de Serviccedilo

melhor

esforccedilo

CBR

VBR

ABR

UBR

Banda

natildeo

taxa

constante

taxa

garantida

miacutenimo

garantido

natildeo

Perda

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Ordem

natildeo

sim

sim

sim

sim

Tempo

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Aviso de

Congestatildeo

natildeo (inferido

pelas perdas)

natildeo haacute

congestatildeo

natildeo haacute

congestatildeo

sim

natildeo

Garantias

47

93

Camada ATM Circuitos Virtuais Transporte em CV ceacutelulas (53 bytes) satildeo transportadas sobre CV

da fonte ao destinoo estabelecimento de conexatildeo necessaacuterio antes que o fluxo de dados

possa ser iniciadoo cada pacote transporta um identificador de CV (natildeo transporta o

endereccedilo do destino)o cada comutador no caminho entre a fonte e o destino manteacutem o

ldquoestadordquo para cada conexatildeo passanteo recursos do enlace e do comutador (banda passante buffers) podem

ser alocados aoCV para obter um comportamento semelhante ao de um circuito fiacutesico

CVs Permanentes (PVC)o conexotildees de longa duraccedilatildeo o tipicamente rota ldquopermanenterdquo entre roteadores IP

CVs Comutados (SVC)o conexotildees de curta duraccedilatildeoo dinamicamente criados com base nas chamadas

94

CVs ATM

Vantagens do uso de circuitos virtuais no ATMo Consegue garantir niacuteveis de QoS para conexotildees mapeadas em circuitos virtuais (banda passante atraso variacircncia de atraso)

Problemas no uso de circuitos virtuaiso O traacutefego de datagramas eacute ineficienteo um PVC entre cada par origemdestino natildeo eacuteescalaacutevel (N2 conexotildees satildeo necessaacuterias)

o SVC introduz latecircncia de estabelecimento de conexatildeo e atrasos de processamento para conexotildees de curta duraccedilatildeo

48

95

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

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

Cabeccedilalhoda ceacutelula

Formato daceacutelula

96

Camada ATM Cabeccedilalho da ceacutelula ATM

VCI identificador de canal virtual

o pode mudar de enlace para enlace atraveacutes da rede

PT Tipo de payload (carga)o Ex ceacutelula de gerenciamento versus ceacutelula de dados

CLP bit de Prioridade de Perda de Ceacutelula (Cell Loss Priority)

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

HEC Verificaccedilatildeo de Erros no Cabeccedilalho

o verificaccedilatildeo ciacuteclica de erros

49

97

Camada Fiacutesica ATM Compotildee-se de duas partes (subcamadas) Transmission Convergence Sublayer - TCS adapta a

camada ATM acima agrave subcamada fiacutesica abaixo (PMD Physical Medium Dependent Sublayer- PMD depende

do tipo de meio fiacutesico sendo empregado

98

IP-sobre-ATMApenas IP Claacutessico 3 ldquoredesrdquo (ex

segmentos de LAN) endereccedilos MAC

(8023) e IP

IP sobre ATM substitui ldquorederdquo (ex

segmento de LAN) por rede ATM

endereccedilos ATM endereccedilos IP

redeATM

EthernetLANs

EthernetLANs

50

99

IP-sobre-ATM

AALATMphyphy

Eth

IP

ATMphy

ATMphy

apptranspIPAALATMphy

apptranspIPEthphy

100

Viagem de um Datagrama numa Rede IP-sobre-ATM Hospedeiro de Origem

o Camada IP encontra um mapeamento entre o endereccedilo IP e o endereccedilo de destino ATM (usando ATM-ARP)

o passa o datagrama para a camada de adaptaccedilatildeo AAL5o AAL5 encapsula os dados (datagrama) segmenta em ceacutelulas e

passa para a camada ATM Rede ATM move a ceacutelula para o destino de comutador a

comutador de acordo com o seu CV (circuito virtual) Hospedeiro de Destino

o AAL5 remonta o datagrama original a partir das ceacutelulas recebidas

o se o CRC OK datagrama eacute passado ao IP

51

101

IP-sobre-ATM

datagramas IP emPDUs ATM AAL5

de endereccedilos IP paraendereccedilos ATMo como de endereccedilos IP paraendereccedilos MAC 8023

RedeATM

LANsEthernet

102

Multiprotocol label switching (MPLS)

Objetivo inicial acelerar o repasse de datagramas IP usando um roacutetulo de tamanho fixoo usa ideacuteias da abordagem de Circuitos Virtuais

PPP or Ethernet

headerIP header remainder of link-layer frameMPLS header

label Exp S TTL

20 3 1 8

52

103

Roteadores habilitados para MPLS

Roteadores de chaveamento de roacutetulos (label-switchedrouter)

Repassa pacotes para as interfaces de saiacuteda baseado apenas no valor do roacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP)o tabela de repasse o MPLS diferente da tabela de repasse IP

Necessaacuterio um protocolo de sinalizaccedilatildeoo RSVP-TEo Repasse possiacutevel atraveacutes de caminhos que o IP sozinho natildeo

permitiria (pex roteamento especifico para fonte - source-specific routing)

o MPLS pode ser usado para engenharia de traacutefego Deve coexistir com roteadores que entendem apenas

IP

104

R1R2

D

R3R4R5

0

1

00

A

R6

in out out

label label dest interface

6 - A 0

in out out

label label dest interface

10 6 A 1

12 9 D 0

in out out

label label dest interface

10 A 0

12 D 0

1

in out out

label label dest interface

8 6 A 0

0

8 A 1

Tabelas de repasse MPLS

53

105

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Endereccedilamento na camada de enlace

55 Ethernet

56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)

57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de

enlace ATM e MPLS

26

51

Codificaccedilatildeo Manchester Banda baacutesica transmissatildeo digital bits satildeo codificados usando

codificaccedilatildeo Manchester e transmitidos diretamente modificando a voltagem de sinal de corrente contiacutenua

Cada bit tem uma transiccedilatildeo Permite que os reloacutegios (clocks) nos noacutes emissor e receptor

mantenham-se sincronizadoso Natildeo eacute necessaacuterio um reloacutegio centralizado global para todos os noacutes

Aspecto da camada fiacutesica

52

Ethernet usa CSMACDA escutar canal se canal em silecircncio por determinado tempo (96 BTT)

entatildeo transmitir e monitorar o canal Se detectada outra transmissatildeo entatildeo

abortar e enviar sinal de ldquojamrdquo (48 bits)atualizar nuacutemero de colisotildees esperar de acordo com o algoritmo de retardo exponencial (ldquoexponential backoffrdquo)

ir para A

senatildeo quadro transmitido zerar contador de colisotildees

senatildeo esperar ateacute terminar a transmissatildeo em curso ir para A

27

53

Sinal de ldquoJamrdquo garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo (48 bits)

Tempo de Bit (BTT) 01 micros para Ethernet de 10 Mbps para K=1023 tempo de espera eacute de aprox 50 msec

ldquoExponential Backoffrdquo Objetivo adaptar tentativas

de retransmissatildeo agrave carga atual estimada da redeo carga pesada espera aleatoacuteria

mais longa Esperar K 512 BTT primeira colisatildeo

escolher K entre 01 segunda colisatildeo

escolher K entre 0123 apoacutes 10 ou mais colisotildees

escolher K entre 01234hellip1023

Ethernet CSMACD (cont)

54

Ethernet - Eficiecircncia Eficiecircncia com traacutefego pesado e nuacutemero grande de noacutes

)5(1

1

trans

prop

t

tEficiecircncia

+

=

tprop = tempo maacuteximo de propagaccedilatildeo entre 2 noacutesttrans= tempo para transmitir um quadro de tamanho maacuteximo

Quando tprop tende a 0 a eficiecircncia tende a 1Quando ttrans tende a infinito a eficiecircncia tende a 1

Muito melhor que ALOHA e ainda descentralizado simples e barato

28

55

Tecnologias Ethernet 10Base2 10 10Mbps 2 comprimento maacuteximo do cabo de 200 metros (de

fato 185 metros) Utiliza cabo coaxial fino numa topologia em barramento

repetidores satildeo usados para conectar muacuteltiplos segmentos (ateacuteum maacuteximo de 4)

repetidor repete os bits que ele recebe numa interface para as suas outras interfaces atua somente na camada fiacutesica

pacotes transmitidosviajam nas duas direccedilotildees

conectorT terminador

adaptador

noacute noacute noacute noacute noacute

56

10BaseT e 100BaseT Taxas de 10 e 100 Mbps A de taxa 100 Mbps eacute chamada de ldquoFast Ethernetrdquo T significa ldquoTwisted Pairrdquo (par tranccedilado) Noacutes conectados a um concentrador (ldquohubrdquo) ldquotopologia em

estrelardquo

par tranccedilado

hub

29

57

10BaseT e 100BaseT (cont)

Distacircncia maacutexima do noacute ao hub 100 metros Hub pode desconectar da rede um adaptador que

natildeo paacutera de transmitir (ldquojabbering adapterrdquo) ndash10Base2 natildeo funcionariahellip

Hub pode coletar e monitorar informaccedilotildees e estatiacutesticas para apresentaccedilatildeo ao administradores da LAN

10BaseT usa codificaccedilatildeo Manchester 100BaseT usa 4B5B

(5 clocks para transmitir 4 bits)

58

HubsHubs satildeo essencialmente repetidores da camada fiacutesica

o bits vindos de um enlace vatildeo para todos os demais enlaceso hellip agrave mesma velocidadeo natildeo haacute armazenamento de quadros (buffering)o natildeo haacute CSMACD no hub adaptadores detectam as

colisotildeeso oferece funccedilotildees de gerecircncia de rede

twisted pair

hub

30

59

Gbit Ethernet (IEEE 8023z)

Usa formato do quadro Ethernet padratildeo Permite enlaces ponto-a-ponto (com switchs) e

canais de difusatildeo compartilhados (com hubs) Em modo compartilhado usa CSMACD

o para ser eficiente as distacircncias entre os noacutes devem ser curtas (poucos metros)

hubs chamados de Distribuidores com Buffers(ldquoBuffered Distributorsrdquo)

Full-Duplex em 1 Gbps para enlaces ponto-a-ponto 10 Gbps atualmente

60

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Endereccedilamento na camada de enlace

55 Ethernet

56 Interconexotildees distribuidores e comutadores (Hubs and switches)

57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de

enlace ATM e MPLS

31

61

Interconexatildeo de LANs

Por que natildeo somente 1 grande LAN o Limitaccedilatildeo de traacutefego

bull em uma uacutenica LAN todas as estaccedilotildees compartilham a largura de banda

o Limitaccedilatildeo de distacircnciabull 8023 especifica o comprimento maacuteximo do cabo

o Grande ldquodomiacutenio de colisatildeordquobull pode-se colidir com muitas estaccedilotildees

o Limitaccedilatildeo do nuacutemero de estaccedilotildeesbull passagem de ficha provoca atraso em cada estaccedilatildeo p ex

62

Hubs e Comutadores

Usados para estender redes locais cobertura geograacutefica nuacutemero de noacutes funcionalidade administrativa etc

Diferem entre si em respeito ao isolamento de domiacutenios de colisatildeoo camada em que operam

Diferentes de roteadoreso ldquoplug and playrdquoo natildeo fazem o roteamento oacutetimo de pacotes IP

32

63

Hubs Dispositivos de camada fiacutesica

o repetem os bits recebidos numa interface para as demais

Podem ser dispostos numa hierarquia (multi-tier hub desing)

64

Hubs (cont)

Vantagens de Hubso Dispositivos simples e baratoso Configuraccedilatildeo em muacuteltiplos niacuteveis provecirc degradaccedilatildeo paulatina porccedilotildees da rede local continuam a operar se um dos hubs parar de funcionar

o Estende a distacircncia maacutexima entre pares de noacutes

33

65

Hubs (cont)

Limitaccedilotildeeso Domiacutenio de colisatildeo uacutenico natildeo leva a aumento na vazatildeo maacuteximabull a vazatildeo no caso de muacuteltiplos niacuteveis eacute igual agrave de um uacutenico segmento

o As tecnologias Ethernet (10Base 10BaseT etc) estabelecem limites no nuacutemero de noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo distacircncia entre hospedeiros e numero maacuteximo de niacuteveis (tiers)

o Natildeo se pode misturar Ethernet 10BaseT e 100Base)

66

Comutador (Switch) Dispositivo da camada de enlace

o Armazena e reenvia quadros Etherneto Encaminha os quadros a partir dos respectivos endereccedilos MAC de destino

o Quando quer repassar um quadro para um segmento usa o CSMACD para acessar o segmento

Transparente o Hospedeiros natildeo sabem da presenccedila do switch

plug-and-play auto-aprendizadoo Natildeo precisam ser configurados

34

67

Repasse (forwarding)

bull Com se determina para que segmento de LAN se deve repassar um quadrobull Parece um problema de roteamento

hub hubhub

switch1

2 3

68

Auto-aprendizado

Comutador tem uma tabela de comutaccedilatildeo (switch table) Entrada na tabela de comutaccedilatildeo

o (Endereccedilo MAC Interface Selo do Tempo)o Entradas antigas descartadas

O comutador aprende que noacutes satildeo alcanccedilaacuteveis atraveacutes de suas interfaceso Quando um quadro eacute recebido ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do remetente segmento de LAN de chegada

35

69

Filtragem e RepasseQuando um quadro eacute recebido

indexar a tabela de comutaccedilatildeo usando o end MAC destinose entrada encontradaentatildeo se destino no segmento de onde o quadro foi recebidoentatildeo descartar o quadrosenatildeo repassar o quadro para a interface indicada (CSMACD)

senatildeo inundar

Repassar a todas as interfaces exceto agravequelapor onde chegou o quadro

70

Exemplo

Suponha que C envia quadro para D

Switch recebe o quadro de Co registra na tabela que C estaacute na interface 1o como D natildeo estaacute na tabela repassa o quadro para as

interfaces 2 e 3

quadro recebido por D

hub hub hub

switch

A

B CD

EF G H

I

end interface

ABEG

1123

12 3

36

71

Exemplo

Suponha que D responde para C

Switch recebe o quadro de Do registra na tabela que D estaacute na interface 2o como C estaacute na tabela repassa o quadro apenas para a

interface 1

quadro recebido por C

hub hub hub

switch

A

B CD

EF G H

I

end interface

ABEGC

11231

72

Comutador isolamento de traacutefego A instalaccedilatildeo de um comutador divide uma subrede

em vaacuterios segmentos de LAN

Comutador filtra os quadroso segmentos tornam-se diferentes domiacutenios de colisatildeo

hub hub hub

switch

collision domain collision domain

collisiondomain

37

73

Comutador acesso dedicado Comutadores com muitas

interfaces Hospedeiros tecircm conexatildeo

direta com o comutador Sem colisotildees full duplex

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

switch

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

74

Comutador hellip

Alguns comutadores implementam cut-througho o quadro eacute repassado sem esperar a montagem do quadro inteiro no buffer do comutador bull pequena reduccedilatildeo da latecircncia

Combinaccedilotildees de interfaces compartilhadasdedicadas de 101001000 Mbps

38

75

Rede institucional

hub hubhub

comutador

para a rede externa

roteador

subrede IP

servidor de correio-e

servidor web

76

Comutadores vs Roteadores ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa

o roteadores dispositivos da camada de rede (examinam cabeccedilalhos da camada de rede)

o comutadores dispositivos da camada de enlace roteadores mantecircm tabelas de rotas e implementam algoritmos

de roteamento comutadores mantecircm tabelas de filtragem implementam

filtragem

39

77

Comparaccedilatildeo Sumaacuteria

hubs routers switches

traffic isolation

no yes yes

plug amp play yes no yes

optimal routing

no yes no

cut through

yes no yes

78

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Endereccedilamento na camada de enlace

55 Ethernet

56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

40

79

Controle de Enlace Ponto-a-Ponto

Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil que um enlace broadcasto natildeo haacute Controle de Acesso ao Meioo natildeo haacute necessidade de endereccedilamento MAC expliacutecito

o ex enlace discado linha ISDN protocolos ponto-a-ponto populares para camada

de enlaceo PPP (point-to-point protocol)o HDLC High-level Data Link Control(A camada de enlace costumava ser considerada de alto niacutevel na pilha de protocolos)

80

Protocolo Ponto-a-Ponto (PPP)

PPP eacute muito popular usado em conexotildees discadas entre sistema domeacutestico e provedor em conexotildees SONETSDH etc

PPP eacute extremamente simples (o mais simples dos protocolos de enlace de dados) e muito otimizado

41

81

PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]

Enquadramento de pacotes encapsulamento do datagrama da camada de rede no quadro da camada de enlace

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

Muacuteltiplos protocolos da camada de rede (natildeo apenas o IP) ao mesmo tempoo capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeoo Campo lsquotipo de protocolorsquo como no IP

Muacuteltiplos tipos de enlace seriais paralelos siacutencronos assiacutencronos eleacutetricos oacutepticos

Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo) connection livenes detecta e informa falhas do enlace para a

camada de rede Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede as camadas de rede

comuni9cantes devem poder aprender ou configurar mutuamente seus endereccedilos de rede

Simplicidade

82

Nem tudo foi requerido do PPP

natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros natildeo haacute controle de fluxo aceita entregas fora de ordem (embora seja pouco

comum) natildeo haacute necessidade de suportar enlaces multiponto

(ex polling)o HDLC os permite

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

42

83

PPP Formato do Quadro 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)

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

erros

endereccedilocontrole

tamanhovariaacutevelou ou

CRC

84

Byte Stuffing Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de

dados deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt01111110gt

Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte extra com o padratildeo lt 01111101gt (escape) antes de cada byte de dados lt 01111110gt

Receptoro dois bytes 01111101 seguidos descarta o primeiro e continua a recepccedilatildeo de dados

o um byte 01111110 flag Em enlaces siacutencronos orientados a bit usa-se bit

stuffing o depois de uma sequumlecircncia de 5 bits lsquo1rsquo o transmissor insere

um bit lsquo0rsquo

43

85

Byte Stuffing

byte como padratildeodo flag nosdados a enviar

byte com o padratildeo de flag seguido do byte inserido

86

PPP Protocolo de Controle de Enlace (LCP) e Controle de RedeAntes de trocar dados da camada

de rede os parceiros da camada de enlace devem

configurar o enlace PPP (PPP-LCP) (tamanho maacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo)

aprenderconfigurar informaccedilotildees da camada de redeo para o IP mensagens do

Protocolo de Controle IP (IPCP) para configurar aprender os endereccedilos IP

44

87

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Endereccedilamento na camada de enlace

55 Ethernet

56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)

57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

88

ATM e MPLS

ATM MPLS redes com arquiteturas proacutepriaso modelos de serviccedilo endereccedilamento e roteamento diferentes dos da Internet

Vistos pela Internet como enlaces loacutegicos conectando roteadores IPo assim como um enlace discado eacute parte de uma rede separada (a rede de telefonia)

ATM MPLS de interesse teacutecnico por si mesmas

45

89

Padratildeo dos anos 199000 para a arquitetura de alta velocidade (155 622Mbps hellip) da BroadbandIntegrated Service Digital Network (B-ISDN)

Objetivo transporte integrado fim-a-fim de voz viacutedeo e dadoso deve atender aos requisitos de tempoQoS para aplicaccedilotildees de voz e de viacutedeo (versus o serviccedilo de melhor esforccedilo da Internet)

o telefonia de ldquoproacutexima geraccedilatildeordquo fundamentos teacutecnicos no mundo da telefonia

o comutaccedilatildeo de pacotes (pacotes de tamanho fixo chamados ldquoceacutelulasrdquo) usando circuitos virtuais

ATM Modo de Transferecircncia Assiacutencrono

90

Arquitetura ATM

camada de adaptaccedilatildeo apenas na borda de uma rede ATM

o grosseiramente anaacuteloga agrave camada de transporte da Interneto ldquoadaptardquo camadas superiores (aplicaccedilotildees IP ou nativas ATM)

para a camada ATM abaixo camada ATM camada de ldquorederdquo

o comutaccedilatildeo de ceacutelulas roteamento camada fiacutesica

46

91

ATM camada de rede ou de enlaceVisatildeo transporte fim-a-fim

ldquoATM de computador a computadorrdquoo ATM eacute uma tecnologia

de rede

Realidade usada para conectar roteadores IP de backboneo ldquoIP sobre ATMrdquoo ATM como uma camada

de enlace comutada conectando roteadores IP

Rede ATM

rede IP

92

Camada ATMServiccedilo transporte de ceacutelulas atraveacutes da rede ATM

o anaacuteloga agrave camada de rede IPo Serviccedilos muito diferentes da camada de rede IP

Arquitetura

de Rede

Internet

ATM

ATM

ATM

ATM

Modelo

de Serviccedilo

melhor

esforccedilo

CBR

VBR

ABR

UBR

Banda

natildeo

taxa

constante

taxa

garantida

miacutenimo

garantido

natildeo

Perda

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Ordem

natildeo

sim

sim

sim

sim

Tempo

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Aviso de

Congestatildeo

natildeo (inferido

pelas perdas)

natildeo haacute

congestatildeo

natildeo haacute

congestatildeo

sim

natildeo

Garantias

47

93

Camada ATM Circuitos Virtuais Transporte em CV ceacutelulas (53 bytes) satildeo transportadas sobre CV

da fonte ao destinoo estabelecimento de conexatildeo necessaacuterio antes que o fluxo de dados

possa ser iniciadoo cada pacote transporta um identificador de CV (natildeo transporta o

endereccedilo do destino)o cada comutador no caminho entre a fonte e o destino manteacutem o

ldquoestadordquo para cada conexatildeo passanteo recursos do enlace e do comutador (banda passante buffers) podem

ser alocados aoCV para obter um comportamento semelhante ao de um circuito fiacutesico

CVs Permanentes (PVC)o conexotildees de longa duraccedilatildeo o tipicamente rota ldquopermanenterdquo entre roteadores IP

CVs Comutados (SVC)o conexotildees de curta duraccedilatildeoo dinamicamente criados com base nas chamadas

94

CVs ATM

Vantagens do uso de circuitos virtuais no ATMo Consegue garantir niacuteveis de QoS para conexotildees mapeadas em circuitos virtuais (banda passante atraso variacircncia de atraso)

Problemas no uso de circuitos virtuaiso O traacutefego de datagramas eacute ineficienteo um PVC entre cada par origemdestino natildeo eacuteescalaacutevel (N2 conexotildees satildeo necessaacuterias)

o SVC introduz latecircncia de estabelecimento de conexatildeo e atrasos de processamento para conexotildees de curta duraccedilatildeo

48

95

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

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

Cabeccedilalhoda ceacutelula

Formato daceacutelula

96

Camada ATM Cabeccedilalho da ceacutelula ATM

VCI identificador de canal virtual

o pode mudar de enlace para enlace atraveacutes da rede

PT Tipo de payload (carga)o Ex ceacutelula de gerenciamento versus ceacutelula de dados

CLP bit de Prioridade de Perda de Ceacutelula (Cell Loss Priority)

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

HEC Verificaccedilatildeo de Erros no Cabeccedilalho

o verificaccedilatildeo ciacuteclica de erros

49

97

Camada Fiacutesica ATM Compotildee-se de duas partes (subcamadas) Transmission Convergence Sublayer - TCS adapta a

camada ATM acima agrave subcamada fiacutesica abaixo (PMD Physical Medium Dependent Sublayer- PMD depende

do tipo de meio fiacutesico sendo empregado

98

IP-sobre-ATMApenas IP Claacutessico 3 ldquoredesrdquo (ex

segmentos de LAN) endereccedilos MAC

(8023) e IP

IP sobre ATM substitui ldquorederdquo (ex

segmento de LAN) por rede ATM

endereccedilos ATM endereccedilos IP

redeATM

EthernetLANs

EthernetLANs

50

99

IP-sobre-ATM

AALATMphyphy

Eth

IP

ATMphy

ATMphy

apptranspIPAALATMphy

apptranspIPEthphy

100

Viagem de um Datagrama numa Rede IP-sobre-ATM Hospedeiro de Origem

o Camada IP encontra um mapeamento entre o endereccedilo IP e o endereccedilo de destino ATM (usando ATM-ARP)

o passa o datagrama para a camada de adaptaccedilatildeo AAL5o AAL5 encapsula os dados (datagrama) segmenta em ceacutelulas e

passa para a camada ATM Rede ATM move a ceacutelula para o destino de comutador a

comutador de acordo com o seu CV (circuito virtual) Hospedeiro de Destino

o AAL5 remonta o datagrama original a partir das ceacutelulas recebidas

o se o CRC OK datagrama eacute passado ao IP

51

101

IP-sobre-ATM

datagramas IP emPDUs ATM AAL5

de endereccedilos IP paraendereccedilos ATMo como de endereccedilos IP paraendereccedilos MAC 8023

RedeATM

LANsEthernet

102

Multiprotocol label switching (MPLS)

Objetivo inicial acelerar o repasse de datagramas IP usando um roacutetulo de tamanho fixoo usa ideacuteias da abordagem de Circuitos Virtuais

PPP or Ethernet

headerIP header remainder of link-layer frameMPLS header

label Exp S TTL

20 3 1 8

52

103

Roteadores habilitados para MPLS

Roteadores de chaveamento de roacutetulos (label-switchedrouter)

Repassa pacotes para as interfaces de saiacuteda baseado apenas no valor do roacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP)o tabela de repasse o MPLS diferente da tabela de repasse IP

Necessaacuterio um protocolo de sinalizaccedilatildeoo RSVP-TEo Repasse possiacutevel atraveacutes de caminhos que o IP sozinho natildeo

permitiria (pex roteamento especifico para fonte - source-specific routing)

o MPLS pode ser usado para engenharia de traacutefego Deve coexistir com roteadores que entendem apenas

IP

104

R1R2

D

R3R4R5

0

1

00

A

R6

in out out

label label dest interface

6 - A 0

in out out

label label dest interface

10 6 A 1

12 9 D 0

in out out

label label dest interface

10 A 0

12 D 0

1

in out out

label label dest interface

8 6 A 0

0

8 A 1

Tabelas de repasse MPLS

53

105

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Endereccedilamento na camada de enlace

55 Ethernet

56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)

57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de

enlace ATM e MPLS

27

53

Sinal de ldquoJamrdquo garante que todos os outros transmissores estatildeo cientes da colisatildeo (48 bits)

Tempo de Bit (BTT) 01 micros para Ethernet de 10 Mbps para K=1023 tempo de espera eacute de aprox 50 msec

ldquoExponential Backoffrdquo Objetivo adaptar tentativas

de retransmissatildeo agrave carga atual estimada da redeo carga pesada espera aleatoacuteria

mais longa Esperar K 512 BTT primeira colisatildeo

escolher K entre 01 segunda colisatildeo

escolher K entre 0123 apoacutes 10 ou mais colisotildees

escolher K entre 01234hellip1023

Ethernet CSMACD (cont)

54

Ethernet - Eficiecircncia Eficiecircncia com traacutefego pesado e nuacutemero grande de noacutes

)5(1

1

trans

prop

t

tEficiecircncia

+

=

tprop = tempo maacuteximo de propagaccedilatildeo entre 2 noacutesttrans= tempo para transmitir um quadro de tamanho maacuteximo

Quando tprop tende a 0 a eficiecircncia tende a 1Quando ttrans tende a infinito a eficiecircncia tende a 1

Muito melhor que ALOHA e ainda descentralizado simples e barato

28

55

Tecnologias Ethernet 10Base2 10 10Mbps 2 comprimento maacuteximo do cabo de 200 metros (de

fato 185 metros) Utiliza cabo coaxial fino numa topologia em barramento

repetidores satildeo usados para conectar muacuteltiplos segmentos (ateacuteum maacuteximo de 4)

repetidor repete os bits que ele recebe numa interface para as suas outras interfaces atua somente na camada fiacutesica

pacotes transmitidosviajam nas duas direccedilotildees

conectorT terminador

adaptador

noacute noacute noacute noacute noacute

56

10BaseT e 100BaseT Taxas de 10 e 100 Mbps A de taxa 100 Mbps eacute chamada de ldquoFast Ethernetrdquo T significa ldquoTwisted Pairrdquo (par tranccedilado) Noacutes conectados a um concentrador (ldquohubrdquo) ldquotopologia em

estrelardquo

par tranccedilado

hub

29

57

10BaseT e 100BaseT (cont)

Distacircncia maacutexima do noacute ao hub 100 metros Hub pode desconectar da rede um adaptador que

natildeo paacutera de transmitir (ldquojabbering adapterrdquo) ndash10Base2 natildeo funcionariahellip

Hub pode coletar e monitorar informaccedilotildees e estatiacutesticas para apresentaccedilatildeo ao administradores da LAN

10BaseT usa codificaccedilatildeo Manchester 100BaseT usa 4B5B

(5 clocks para transmitir 4 bits)

58

HubsHubs satildeo essencialmente repetidores da camada fiacutesica

o bits vindos de um enlace vatildeo para todos os demais enlaceso hellip agrave mesma velocidadeo natildeo haacute armazenamento de quadros (buffering)o natildeo haacute CSMACD no hub adaptadores detectam as

colisotildeeso oferece funccedilotildees de gerecircncia de rede

twisted pair

hub

30

59

Gbit Ethernet (IEEE 8023z)

Usa formato do quadro Ethernet padratildeo Permite enlaces ponto-a-ponto (com switchs) e

canais de difusatildeo compartilhados (com hubs) Em modo compartilhado usa CSMACD

o para ser eficiente as distacircncias entre os noacutes devem ser curtas (poucos metros)

hubs chamados de Distribuidores com Buffers(ldquoBuffered Distributorsrdquo)

Full-Duplex em 1 Gbps para enlaces ponto-a-ponto 10 Gbps atualmente

60

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Endereccedilamento na camada de enlace

55 Ethernet

56 Interconexotildees distribuidores e comutadores (Hubs and switches)

57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de

enlace ATM e MPLS

31

61

Interconexatildeo de LANs

Por que natildeo somente 1 grande LAN o Limitaccedilatildeo de traacutefego

bull em uma uacutenica LAN todas as estaccedilotildees compartilham a largura de banda

o Limitaccedilatildeo de distacircnciabull 8023 especifica o comprimento maacuteximo do cabo

o Grande ldquodomiacutenio de colisatildeordquobull pode-se colidir com muitas estaccedilotildees

o Limitaccedilatildeo do nuacutemero de estaccedilotildeesbull passagem de ficha provoca atraso em cada estaccedilatildeo p ex

62

Hubs e Comutadores

Usados para estender redes locais cobertura geograacutefica nuacutemero de noacutes funcionalidade administrativa etc

Diferem entre si em respeito ao isolamento de domiacutenios de colisatildeoo camada em que operam

Diferentes de roteadoreso ldquoplug and playrdquoo natildeo fazem o roteamento oacutetimo de pacotes IP

32

63

Hubs Dispositivos de camada fiacutesica

o repetem os bits recebidos numa interface para as demais

Podem ser dispostos numa hierarquia (multi-tier hub desing)

64

Hubs (cont)

Vantagens de Hubso Dispositivos simples e baratoso Configuraccedilatildeo em muacuteltiplos niacuteveis provecirc degradaccedilatildeo paulatina porccedilotildees da rede local continuam a operar se um dos hubs parar de funcionar

o Estende a distacircncia maacutexima entre pares de noacutes

33

65

Hubs (cont)

Limitaccedilotildeeso Domiacutenio de colisatildeo uacutenico natildeo leva a aumento na vazatildeo maacuteximabull a vazatildeo no caso de muacuteltiplos niacuteveis eacute igual agrave de um uacutenico segmento

o As tecnologias Ethernet (10Base 10BaseT etc) estabelecem limites no nuacutemero de noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo distacircncia entre hospedeiros e numero maacuteximo de niacuteveis (tiers)

o Natildeo se pode misturar Ethernet 10BaseT e 100Base)

66

Comutador (Switch) Dispositivo da camada de enlace

o Armazena e reenvia quadros Etherneto Encaminha os quadros a partir dos respectivos endereccedilos MAC de destino

o Quando quer repassar um quadro para um segmento usa o CSMACD para acessar o segmento

Transparente o Hospedeiros natildeo sabem da presenccedila do switch

plug-and-play auto-aprendizadoo Natildeo precisam ser configurados

34

67

Repasse (forwarding)

bull Com se determina para que segmento de LAN se deve repassar um quadrobull Parece um problema de roteamento

hub hubhub

switch1

2 3

68

Auto-aprendizado

Comutador tem uma tabela de comutaccedilatildeo (switch table) Entrada na tabela de comutaccedilatildeo

o (Endereccedilo MAC Interface Selo do Tempo)o Entradas antigas descartadas

O comutador aprende que noacutes satildeo alcanccedilaacuteveis atraveacutes de suas interfaceso Quando um quadro eacute recebido ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do remetente segmento de LAN de chegada

35

69

Filtragem e RepasseQuando um quadro eacute recebido

indexar a tabela de comutaccedilatildeo usando o end MAC destinose entrada encontradaentatildeo se destino no segmento de onde o quadro foi recebidoentatildeo descartar o quadrosenatildeo repassar o quadro para a interface indicada (CSMACD)

senatildeo inundar

Repassar a todas as interfaces exceto agravequelapor onde chegou o quadro

70

Exemplo

Suponha que C envia quadro para D

Switch recebe o quadro de Co registra na tabela que C estaacute na interface 1o como D natildeo estaacute na tabela repassa o quadro para as

interfaces 2 e 3

quadro recebido por D

hub hub hub

switch

A

B CD

EF G H

I

end interface

ABEG

1123

12 3

36

71

Exemplo

Suponha que D responde para C

Switch recebe o quadro de Do registra na tabela que D estaacute na interface 2o como C estaacute na tabela repassa o quadro apenas para a

interface 1

quadro recebido por C

hub hub hub

switch

A

B CD

EF G H

I

end interface

ABEGC

11231

72

Comutador isolamento de traacutefego A instalaccedilatildeo de um comutador divide uma subrede

em vaacuterios segmentos de LAN

Comutador filtra os quadroso segmentos tornam-se diferentes domiacutenios de colisatildeo

hub hub hub

switch

collision domain collision domain

collisiondomain

37

73

Comutador acesso dedicado Comutadores com muitas

interfaces Hospedeiros tecircm conexatildeo

direta com o comutador Sem colisotildees full duplex

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

switch

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

74

Comutador hellip

Alguns comutadores implementam cut-througho o quadro eacute repassado sem esperar a montagem do quadro inteiro no buffer do comutador bull pequena reduccedilatildeo da latecircncia

Combinaccedilotildees de interfaces compartilhadasdedicadas de 101001000 Mbps

38

75

Rede institucional

hub hubhub

comutador

para a rede externa

roteador

subrede IP

servidor de correio-e

servidor web

76

Comutadores vs Roteadores ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa

o roteadores dispositivos da camada de rede (examinam cabeccedilalhos da camada de rede)

o comutadores dispositivos da camada de enlace roteadores mantecircm tabelas de rotas e implementam algoritmos

de roteamento comutadores mantecircm tabelas de filtragem implementam

filtragem

39

77

Comparaccedilatildeo Sumaacuteria

hubs routers switches

traffic isolation

no yes yes

plug amp play yes no yes

optimal routing

no yes no

cut through

yes no yes

78

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Endereccedilamento na camada de enlace

55 Ethernet

56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

40

79

Controle de Enlace Ponto-a-Ponto

Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil que um enlace broadcasto natildeo haacute Controle de Acesso ao Meioo natildeo haacute necessidade de endereccedilamento MAC expliacutecito

o ex enlace discado linha ISDN protocolos ponto-a-ponto populares para camada

de enlaceo PPP (point-to-point protocol)o HDLC High-level Data Link Control(A camada de enlace costumava ser considerada de alto niacutevel na pilha de protocolos)

80

Protocolo Ponto-a-Ponto (PPP)

PPP eacute muito popular usado em conexotildees discadas entre sistema domeacutestico e provedor em conexotildees SONETSDH etc

PPP eacute extremamente simples (o mais simples dos protocolos de enlace de dados) e muito otimizado

41

81

PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]

Enquadramento de pacotes encapsulamento do datagrama da camada de rede no quadro da camada de enlace

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

Muacuteltiplos protocolos da camada de rede (natildeo apenas o IP) ao mesmo tempoo capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeoo Campo lsquotipo de protocolorsquo como no IP

Muacuteltiplos tipos de enlace seriais paralelos siacutencronos assiacutencronos eleacutetricos oacutepticos

Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo) connection livenes detecta e informa falhas do enlace para a

camada de rede Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede as camadas de rede

comuni9cantes devem poder aprender ou configurar mutuamente seus endereccedilos de rede

Simplicidade

82

Nem tudo foi requerido do PPP

natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros natildeo haacute controle de fluxo aceita entregas fora de ordem (embora seja pouco

comum) natildeo haacute necessidade de suportar enlaces multiponto

(ex polling)o HDLC os permite

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

42

83

PPP Formato do Quadro 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)

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

erros

endereccedilocontrole

tamanhovariaacutevelou ou

CRC

84

Byte Stuffing Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de

dados deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt01111110gt

Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte extra com o padratildeo lt 01111101gt (escape) antes de cada byte de dados lt 01111110gt

Receptoro dois bytes 01111101 seguidos descarta o primeiro e continua a recepccedilatildeo de dados

o um byte 01111110 flag Em enlaces siacutencronos orientados a bit usa-se bit

stuffing o depois de uma sequumlecircncia de 5 bits lsquo1rsquo o transmissor insere

um bit lsquo0rsquo

43

85

Byte Stuffing

byte como padratildeodo flag nosdados a enviar

byte com o padratildeo de flag seguido do byte inserido

86

PPP Protocolo de Controle de Enlace (LCP) e Controle de RedeAntes de trocar dados da camada

de rede os parceiros da camada de enlace devem

configurar o enlace PPP (PPP-LCP) (tamanho maacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo)

aprenderconfigurar informaccedilotildees da camada de redeo para o IP mensagens do

Protocolo de Controle IP (IPCP) para configurar aprender os endereccedilos IP

44

87

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Endereccedilamento na camada de enlace

55 Ethernet

56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)

57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

88

ATM e MPLS

ATM MPLS redes com arquiteturas proacutepriaso modelos de serviccedilo endereccedilamento e roteamento diferentes dos da Internet

Vistos pela Internet como enlaces loacutegicos conectando roteadores IPo assim como um enlace discado eacute parte de uma rede separada (a rede de telefonia)

ATM MPLS de interesse teacutecnico por si mesmas

45

89

Padratildeo dos anos 199000 para a arquitetura de alta velocidade (155 622Mbps hellip) da BroadbandIntegrated Service Digital Network (B-ISDN)

Objetivo transporte integrado fim-a-fim de voz viacutedeo e dadoso deve atender aos requisitos de tempoQoS para aplicaccedilotildees de voz e de viacutedeo (versus o serviccedilo de melhor esforccedilo da Internet)

o telefonia de ldquoproacutexima geraccedilatildeordquo fundamentos teacutecnicos no mundo da telefonia

o comutaccedilatildeo de pacotes (pacotes de tamanho fixo chamados ldquoceacutelulasrdquo) usando circuitos virtuais

ATM Modo de Transferecircncia Assiacutencrono

90

Arquitetura ATM

camada de adaptaccedilatildeo apenas na borda de uma rede ATM

o grosseiramente anaacuteloga agrave camada de transporte da Interneto ldquoadaptardquo camadas superiores (aplicaccedilotildees IP ou nativas ATM)

para a camada ATM abaixo camada ATM camada de ldquorederdquo

o comutaccedilatildeo de ceacutelulas roteamento camada fiacutesica

46

91

ATM camada de rede ou de enlaceVisatildeo transporte fim-a-fim

ldquoATM de computador a computadorrdquoo ATM eacute uma tecnologia

de rede

Realidade usada para conectar roteadores IP de backboneo ldquoIP sobre ATMrdquoo ATM como uma camada

de enlace comutada conectando roteadores IP

Rede ATM

rede IP

92

Camada ATMServiccedilo transporte de ceacutelulas atraveacutes da rede ATM

o anaacuteloga agrave camada de rede IPo Serviccedilos muito diferentes da camada de rede IP

Arquitetura

de Rede

Internet

ATM

ATM

ATM

ATM

Modelo

de Serviccedilo

melhor

esforccedilo

CBR

VBR

ABR

UBR

Banda

natildeo

taxa

constante

taxa

garantida

miacutenimo

garantido

natildeo

Perda

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Ordem

natildeo

sim

sim

sim

sim

Tempo

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Aviso de

Congestatildeo

natildeo (inferido

pelas perdas)

natildeo haacute

congestatildeo

natildeo haacute

congestatildeo

sim

natildeo

Garantias

47

93

Camada ATM Circuitos Virtuais Transporte em CV ceacutelulas (53 bytes) satildeo transportadas sobre CV

da fonte ao destinoo estabelecimento de conexatildeo necessaacuterio antes que o fluxo de dados

possa ser iniciadoo cada pacote transporta um identificador de CV (natildeo transporta o

endereccedilo do destino)o cada comutador no caminho entre a fonte e o destino manteacutem o

ldquoestadordquo para cada conexatildeo passanteo recursos do enlace e do comutador (banda passante buffers) podem

ser alocados aoCV para obter um comportamento semelhante ao de um circuito fiacutesico

CVs Permanentes (PVC)o conexotildees de longa duraccedilatildeo o tipicamente rota ldquopermanenterdquo entre roteadores IP

CVs Comutados (SVC)o conexotildees de curta duraccedilatildeoo dinamicamente criados com base nas chamadas

94

CVs ATM

Vantagens do uso de circuitos virtuais no ATMo Consegue garantir niacuteveis de QoS para conexotildees mapeadas em circuitos virtuais (banda passante atraso variacircncia de atraso)

Problemas no uso de circuitos virtuaiso O traacutefego de datagramas eacute ineficienteo um PVC entre cada par origemdestino natildeo eacuteescalaacutevel (N2 conexotildees satildeo necessaacuterias)

o SVC introduz latecircncia de estabelecimento de conexatildeo e atrasos de processamento para conexotildees de curta duraccedilatildeo

48

95

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

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

Cabeccedilalhoda ceacutelula

Formato daceacutelula

96

Camada ATM Cabeccedilalho da ceacutelula ATM

VCI identificador de canal virtual

o pode mudar de enlace para enlace atraveacutes da rede

PT Tipo de payload (carga)o Ex ceacutelula de gerenciamento versus ceacutelula de dados

CLP bit de Prioridade de Perda de Ceacutelula (Cell Loss Priority)

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

HEC Verificaccedilatildeo de Erros no Cabeccedilalho

o verificaccedilatildeo ciacuteclica de erros

49

97

Camada Fiacutesica ATM Compotildee-se de duas partes (subcamadas) Transmission Convergence Sublayer - TCS adapta a

camada ATM acima agrave subcamada fiacutesica abaixo (PMD Physical Medium Dependent Sublayer- PMD depende

do tipo de meio fiacutesico sendo empregado

98

IP-sobre-ATMApenas IP Claacutessico 3 ldquoredesrdquo (ex

segmentos de LAN) endereccedilos MAC

(8023) e IP

IP sobre ATM substitui ldquorederdquo (ex

segmento de LAN) por rede ATM

endereccedilos ATM endereccedilos IP

redeATM

EthernetLANs

EthernetLANs

50

99

IP-sobre-ATM

AALATMphyphy

Eth

IP

ATMphy

ATMphy

apptranspIPAALATMphy

apptranspIPEthphy

100

Viagem de um Datagrama numa Rede IP-sobre-ATM Hospedeiro de Origem

o Camada IP encontra um mapeamento entre o endereccedilo IP e o endereccedilo de destino ATM (usando ATM-ARP)

o passa o datagrama para a camada de adaptaccedilatildeo AAL5o AAL5 encapsula os dados (datagrama) segmenta em ceacutelulas e

passa para a camada ATM Rede ATM move a ceacutelula para o destino de comutador a

comutador de acordo com o seu CV (circuito virtual) Hospedeiro de Destino

o AAL5 remonta o datagrama original a partir das ceacutelulas recebidas

o se o CRC OK datagrama eacute passado ao IP

51

101

IP-sobre-ATM

datagramas IP emPDUs ATM AAL5

de endereccedilos IP paraendereccedilos ATMo como de endereccedilos IP paraendereccedilos MAC 8023

RedeATM

LANsEthernet

102

Multiprotocol label switching (MPLS)

Objetivo inicial acelerar o repasse de datagramas IP usando um roacutetulo de tamanho fixoo usa ideacuteias da abordagem de Circuitos Virtuais

PPP or Ethernet

headerIP header remainder of link-layer frameMPLS header

label Exp S TTL

20 3 1 8

52

103

Roteadores habilitados para MPLS

Roteadores de chaveamento de roacutetulos (label-switchedrouter)

Repassa pacotes para as interfaces de saiacuteda baseado apenas no valor do roacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP)o tabela de repasse o MPLS diferente da tabela de repasse IP

Necessaacuterio um protocolo de sinalizaccedilatildeoo RSVP-TEo Repasse possiacutevel atraveacutes de caminhos que o IP sozinho natildeo

permitiria (pex roteamento especifico para fonte - source-specific routing)

o MPLS pode ser usado para engenharia de traacutefego Deve coexistir com roteadores que entendem apenas

IP

104

R1R2

D

R3R4R5

0

1

00

A

R6

in out out

label label dest interface

6 - A 0

in out out

label label dest interface

10 6 A 1

12 9 D 0

in out out

label label dest interface

10 A 0

12 D 0

1

in out out

label label dest interface

8 6 A 0

0

8 A 1

Tabelas de repasse MPLS

53

105

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Endereccedilamento na camada de enlace

55 Ethernet

56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)

57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de

enlace ATM e MPLS

28

55

Tecnologias Ethernet 10Base2 10 10Mbps 2 comprimento maacuteximo do cabo de 200 metros (de

fato 185 metros) Utiliza cabo coaxial fino numa topologia em barramento

repetidores satildeo usados para conectar muacuteltiplos segmentos (ateacuteum maacuteximo de 4)

repetidor repete os bits que ele recebe numa interface para as suas outras interfaces atua somente na camada fiacutesica

pacotes transmitidosviajam nas duas direccedilotildees

conectorT terminador

adaptador

noacute noacute noacute noacute noacute

56

10BaseT e 100BaseT Taxas de 10 e 100 Mbps A de taxa 100 Mbps eacute chamada de ldquoFast Ethernetrdquo T significa ldquoTwisted Pairrdquo (par tranccedilado) Noacutes conectados a um concentrador (ldquohubrdquo) ldquotopologia em

estrelardquo

par tranccedilado

hub

29

57

10BaseT e 100BaseT (cont)

Distacircncia maacutexima do noacute ao hub 100 metros Hub pode desconectar da rede um adaptador que

natildeo paacutera de transmitir (ldquojabbering adapterrdquo) ndash10Base2 natildeo funcionariahellip

Hub pode coletar e monitorar informaccedilotildees e estatiacutesticas para apresentaccedilatildeo ao administradores da LAN

10BaseT usa codificaccedilatildeo Manchester 100BaseT usa 4B5B

(5 clocks para transmitir 4 bits)

58

HubsHubs satildeo essencialmente repetidores da camada fiacutesica

o bits vindos de um enlace vatildeo para todos os demais enlaceso hellip agrave mesma velocidadeo natildeo haacute armazenamento de quadros (buffering)o natildeo haacute CSMACD no hub adaptadores detectam as

colisotildeeso oferece funccedilotildees de gerecircncia de rede

twisted pair

hub

30

59

Gbit Ethernet (IEEE 8023z)

Usa formato do quadro Ethernet padratildeo Permite enlaces ponto-a-ponto (com switchs) e

canais de difusatildeo compartilhados (com hubs) Em modo compartilhado usa CSMACD

o para ser eficiente as distacircncias entre os noacutes devem ser curtas (poucos metros)

hubs chamados de Distribuidores com Buffers(ldquoBuffered Distributorsrdquo)

Full-Duplex em 1 Gbps para enlaces ponto-a-ponto 10 Gbps atualmente

60

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Endereccedilamento na camada de enlace

55 Ethernet

56 Interconexotildees distribuidores e comutadores (Hubs and switches)

57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de

enlace ATM e MPLS

31

61

Interconexatildeo de LANs

Por que natildeo somente 1 grande LAN o Limitaccedilatildeo de traacutefego

bull em uma uacutenica LAN todas as estaccedilotildees compartilham a largura de banda

o Limitaccedilatildeo de distacircnciabull 8023 especifica o comprimento maacuteximo do cabo

o Grande ldquodomiacutenio de colisatildeordquobull pode-se colidir com muitas estaccedilotildees

o Limitaccedilatildeo do nuacutemero de estaccedilotildeesbull passagem de ficha provoca atraso em cada estaccedilatildeo p ex

62

Hubs e Comutadores

Usados para estender redes locais cobertura geograacutefica nuacutemero de noacutes funcionalidade administrativa etc

Diferem entre si em respeito ao isolamento de domiacutenios de colisatildeoo camada em que operam

Diferentes de roteadoreso ldquoplug and playrdquoo natildeo fazem o roteamento oacutetimo de pacotes IP

32

63

Hubs Dispositivos de camada fiacutesica

o repetem os bits recebidos numa interface para as demais

Podem ser dispostos numa hierarquia (multi-tier hub desing)

64

Hubs (cont)

Vantagens de Hubso Dispositivos simples e baratoso Configuraccedilatildeo em muacuteltiplos niacuteveis provecirc degradaccedilatildeo paulatina porccedilotildees da rede local continuam a operar se um dos hubs parar de funcionar

o Estende a distacircncia maacutexima entre pares de noacutes

33

65

Hubs (cont)

Limitaccedilotildeeso Domiacutenio de colisatildeo uacutenico natildeo leva a aumento na vazatildeo maacuteximabull a vazatildeo no caso de muacuteltiplos niacuteveis eacute igual agrave de um uacutenico segmento

o As tecnologias Ethernet (10Base 10BaseT etc) estabelecem limites no nuacutemero de noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo distacircncia entre hospedeiros e numero maacuteximo de niacuteveis (tiers)

o Natildeo se pode misturar Ethernet 10BaseT e 100Base)

66

Comutador (Switch) Dispositivo da camada de enlace

o Armazena e reenvia quadros Etherneto Encaminha os quadros a partir dos respectivos endereccedilos MAC de destino

o Quando quer repassar um quadro para um segmento usa o CSMACD para acessar o segmento

Transparente o Hospedeiros natildeo sabem da presenccedila do switch

plug-and-play auto-aprendizadoo Natildeo precisam ser configurados

34

67

Repasse (forwarding)

bull Com se determina para que segmento de LAN se deve repassar um quadrobull Parece um problema de roteamento

hub hubhub

switch1

2 3

68

Auto-aprendizado

Comutador tem uma tabela de comutaccedilatildeo (switch table) Entrada na tabela de comutaccedilatildeo

o (Endereccedilo MAC Interface Selo do Tempo)o Entradas antigas descartadas

O comutador aprende que noacutes satildeo alcanccedilaacuteveis atraveacutes de suas interfaceso Quando um quadro eacute recebido ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do remetente segmento de LAN de chegada

35

69

Filtragem e RepasseQuando um quadro eacute recebido

indexar a tabela de comutaccedilatildeo usando o end MAC destinose entrada encontradaentatildeo se destino no segmento de onde o quadro foi recebidoentatildeo descartar o quadrosenatildeo repassar o quadro para a interface indicada (CSMACD)

senatildeo inundar

Repassar a todas as interfaces exceto agravequelapor onde chegou o quadro

70

Exemplo

Suponha que C envia quadro para D

Switch recebe o quadro de Co registra na tabela que C estaacute na interface 1o como D natildeo estaacute na tabela repassa o quadro para as

interfaces 2 e 3

quadro recebido por D

hub hub hub

switch

A

B CD

EF G H

I

end interface

ABEG

1123

12 3

36

71

Exemplo

Suponha que D responde para C

Switch recebe o quadro de Do registra na tabela que D estaacute na interface 2o como C estaacute na tabela repassa o quadro apenas para a

interface 1

quadro recebido por C

hub hub hub

switch

A

B CD

EF G H

I

end interface

ABEGC

11231

72

Comutador isolamento de traacutefego A instalaccedilatildeo de um comutador divide uma subrede

em vaacuterios segmentos de LAN

Comutador filtra os quadroso segmentos tornam-se diferentes domiacutenios de colisatildeo

hub hub hub

switch

collision domain collision domain

collisiondomain

37

73

Comutador acesso dedicado Comutadores com muitas

interfaces Hospedeiros tecircm conexatildeo

direta com o comutador Sem colisotildees full duplex

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

switch

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

74

Comutador hellip

Alguns comutadores implementam cut-througho o quadro eacute repassado sem esperar a montagem do quadro inteiro no buffer do comutador bull pequena reduccedilatildeo da latecircncia

Combinaccedilotildees de interfaces compartilhadasdedicadas de 101001000 Mbps

38

75

Rede institucional

hub hubhub

comutador

para a rede externa

roteador

subrede IP

servidor de correio-e

servidor web

76

Comutadores vs Roteadores ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa

o roteadores dispositivos da camada de rede (examinam cabeccedilalhos da camada de rede)

o comutadores dispositivos da camada de enlace roteadores mantecircm tabelas de rotas e implementam algoritmos

de roteamento comutadores mantecircm tabelas de filtragem implementam

filtragem

39

77

Comparaccedilatildeo Sumaacuteria

hubs routers switches

traffic isolation

no yes yes

plug amp play yes no yes

optimal routing

no yes no

cut through

yes no yes

78

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Endereccedilamento na camada de enlace

55 Ethernet

56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

40

79

Controle de Enlace Ponto-a-Ponto

Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil que um enlace broadcasto natildeo haacute Controle de Acesso ao Meioo natildeo haacute necessidade de endereccedilamento MAC expliacutecito

o ex enlace discado linha ISDN protocolos ponto-a-ponto populares para camada

de enlaceo PPP (point-to-point protocol)o HDLC High-level Data Link Control(A camada de enlace costumava ser considerada de alto niacutevel na pilha de protocolos)

80

Protocolo Ponto-a-Ponto (PPP)

PPP eacute muito popular usado em conexotildees discadas entre sistema domeacutestico e provedor em conexotildees SONETSDH etc

PPP eacute extremamente simples (o mais simples dos protocolos de enlace de dados) e muito otimizado

41

81

PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]

Enquadramento de pacotes encapsulamento do datagrama da camada de rede no quadro da camada de enlace

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

Muacuteltiplos protocolos da camada de rede (natildeo apenas o IP) ao mesmo tempoo capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeoo Campo lsquotipo de protocolorsquo como no IP

Muacuteltiplos tipos de enlace seriais paralelos siacutencronos assiacutencronos eleacutetricos oacutepticos

Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo) connection livenes detecta e informa falhas do enlace para a

camada de rede Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede as camadas de rede

comuni9cantes devem poder aprender ou configurar mutuamente seus endereccedilos de rede

Simplicidade

82

Nem tudo foi requerido do PPP

natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros natildeo haacute controle de fluxo aceita entregas fora de ordem (embora seja pouco

comum) natildeo haacute necessidade de suportar enlaces multiponto

(ex polling)o HDLC os permite

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

42

83

PPP Formato do Quadro 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)

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

erros

endereccedilocontrole

tamanhovariaacutevelou ou

CRC

84

Byte Stuffing Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de

dados deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt01111110gt

Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte extra com o padratildeo lt 01111101gt (escape) antes de cada byte de dados lt 01111110gt

Receptoro dois bytes 01111101 seguidos descarta o primeiro e continua a recepccedilatildeo de dados

o um byte 01111110 flag Em enlaces siacutencronos orientados a bit usa-se bit

stuffing o depois de uma sequumlecircncia de 5 bits lsquo1rsquo o transmissor insere

um bit lsquo0rsquo

43

85

Byte Stuffing

byte como padratildeodo flag nosdados a enviar

byte com o padratildeo de flag seguido do byte inserido

86

PPP Protocolo de Controle de Enlace (LCP) e Controle de RedeAntes de trocar dados da camada

de rede os parceiros da camada de enlace devem

configurar o enlace PPP (PPP-LCP) (tamanho maacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo)

aprenderconfigurar informaccedilotildees da camada de redeo para o IP mensagens do

Protocolo de Controle IP (IPCP) para configurar aprender os endereccedilos IP

44

87

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Endereccedilamento na camada de enlace

55 Ethernet

56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)

57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

88

ATM e MPLS

ATM MPLS redes com arquiteturas proacutepriaso modelos de serviccedilo endereccedilamento e roteamento diferentes dos da Internet

Vistos pela Internet como enlaces loacutegicos conectando roteadores IPo assim como um enlace discado eacute parte de uma rede separada (a rede de telefonia)

ATM MPLS de interesse teacutecnico por si mesmas

45

89

Padratildeo dos anos 199000 para a arquitetura de alta velocidade (155 622Mbps hellip) da BroadbandIntegrated Service Digital Network (B-ISDN)

Objetivo transporte integrado fim-a-fim de voz viacutedeo e dadoso deve atender aos requisitos de tempoQoS para aplicaccedilotildees de voz e de viacutedeo (versus o serviccedilo de melhor esforccedilo da Internet)

o telefonia de ldquoproacutexima geraccedilatildeordquo fundamentos teacutecnicos no mundo da telefonia

o comutaccedilatildeo de pacotes (pacotes de tamanho fixo chamados ldquoceacutelulasrdquo) usando circuitos virtuais

ATM Modo de Transferecircncia Assiacutencrono

90

Arquitetura ATM

camada de adaptaccedilatildeo apenas na borda de uma rede ATM

o grosseiramente anaacuteloga agrave camada de transporte da Interneto ldquoadaptardquo camadas superiores (aplicaccedilotildees IP ou nativas ATM)

para a camada ATM abaixo camada ATM camada de ldquorederdquo

o comutaccedilatildeo de ceacutelulas roteamento camada fiacutesica

46

91

ATM camada de rede ou de enlaceVisatildeo transporte fim-a-fim

ldquoATM de computador a computadorrdquoo ATM eacute uma tecnologia

de rede

Realidade usada para conectar roteadores IP de backboneo ldquoIP sobre ATMrdquoo ATM como uma camada

de enlace comutada conectando roteadores IP

Rede ATM

rede IP

92

Camada ATMServiccedilo transporte de ceacutelulas atraveacutes da rede ATM

o anaacuteloga agrave camada de rede IPo Serviccedilos muito diferentes da camada de rede IP

Arquitetura

de Rede

Internet

ATM

ATM

ATM

ATM

Modelo

de Serviccedilo

melhor

esforccedilo

CBR

VBR

ABR

UBR

Banda

natildeo

taxa

constante

taxa

garantida

miacutenimo

garantido

natildeo

Perda

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Ordem

natildeo

sim

sim

sim

sim

Tempo

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Aviso de

Congestatildeo

natildeo (inferido

pelas perdas)

natildeo haacute

congestatildeo

natildeo haacute

congestatildeo

sim

natildeo

Garantias

47

93

Camada ATM Circuitos Virtuais Transporte em CV ceacutelulas (53 bytes) satildeo transportadas sobre CV

da fonte ao destinoo estabelecimento de conexatildeo necessaacuterio antes que o fluxo de dados

possa ser iniciadoo cada pacote transporta um identificador de CV (natildeo transporta o

endereccedilo do destino)o cada comutador no caminho entre a fonte e o destino manteacutem o

ldquoestadordquo para cada conexatildeo passanteo recursos do enlace e do comutador (banda passante buffers) podem

ser alocados aoCV para obter um comportamento semelhante ao de um circuito fiacutesico

CVs Permanentes (PVC)o conexotildees de longa duraccedilatildeo o tipicamente rota ldquopermanenterdquo entre roteadores IP

CVs Comutados (SVC)o conexotildees de curta duraccedilatildeoo dinamicamente criados com base nas chamadas

94

CVs ATM

Vantagens do uso de circuitos virtuais no ATMo Consegue garantir niacuteveis de QoS para conexotildees mapeadas em circuitos virtuais (banda passante atraso variacircncia de atraso)

Problemas no uso de circuitos virtuaiso O traacutefego de datagramas eacute ineficienteo um PVC entre cada par origemdestino natildeo eacuteescalaacutevel (N2 conexotildees satildeo necessaacuterias)

o SVC introduz latecircncia de estabelecimento de conexatildeo e atrasos de processamento para conexotildees de curta duraccedilatildeo

48

95

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

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

Cabeccedilalhoda ceacutelula

Formato daceacutelula

96

Camada ATM Cabeccedilalho da ceacutelula ATM

VCI identificador de canal virtual

o pode mudar de enlace para enlace atraveacutes da rede

PT Tipo de payload (carga)o Ex ceacutelula de gerenciamento versus ceacutelula de dados

CLP bit de Prioridade de Perda de Ceacutelula (Cell Loss Priority)

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

HEC Verificaccedilatildeo de Erros no Cabeccedilalho

o verificaccedilatildeo ciacuteclica de erros

49

97

Camada Fiacutesica ATM Compotildee-se de duas partes (subcamadas) Transmission Convergence Sublayer - TCS adapta a

camada ATM acima agrave subcamada fiacutesica abaixo (PMD Physical Medium Dependent Sublayer- PMD depende

do tipo de meio fiacutesico sendo empregado

98

IP-sobre-ATMApenas IP Claacutessico 3 ldquoredesrdquo (ex

segmentos de LAN) endereccedilos MAC

(8023) e IP

IP sobre ATM substitui ldquorederdquo (ex

segmento de LAN) por rede ATM

endereccedilos ATM endereccedilos IP

redeATM

EthernetLANs

EthernetLANs

50

99

IP-sobre-ATM

AALATMphyphy

Eth

IP

ATMphy

ATMphy

apptranspIPAALATMphy

apptranspIPEthphy

100

Viagem de um Datagrama numa Rede IP-sobre-ATM Hospedeiro de Origem

o Camada IP encontra um mapeamento entre o endereccedilo IP e o endereccedilo de destino ATM (usando ATM-ARP)

o passa o datagrama para a camada de adaptaccedilatildeo AAL5o AAL5 encapsula os dados (datagrama) segmenta em ceacutelulas e

passa para a camada ATM Rede ATM move a ceacutelula para o destino de comutador a

comutador de acordo com o seu CV (circuito virtual) Hospedeiro de Destino

o AAL5 remonta o datagrama original a partir das ceacutelulas recebidas

o se o CRC OK datagrama eacute passado ao IP

51

101

IP-sobre-ATM

datagramas IP emPDUs ATM AAL5

de endereccedilos IP paraendereccedilos ATMo como de endereccedilos IP paraendereccedilos MAC 8023

RedeATM

LANsEthernet

102

Multiprotocol label switching (MPLS)

Objetivo inicial acelerar o repasse de datagramas IP usando um roacutetulo de tamanho fixoo usa ideacuteias da abordagem de Circuitos Virtuais

PPP or Ethernet

headerIP header remainder of link-layer frameMPLS header

label Exp S TTL

20 3 1 8

52

103

Roteadores habilitados para MPLS

Roteadores de chaveamento de roacutetulos (label-switchedrouter)

Repassa pacotes para as interfaces de saiacuteda baseado apenas no valor do roacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP)o tabela de repasse o MPLS diferente da tabela de repasse IP

Necessaacuterio um protocolo de sinalizaccedilatildeoo RSVP-TEo Repasse possiacutevel atraveacutes de caminhos que o IP sozinho natildeo

permitiria (pex roteamento especifico para fonte - source-specific routing)

o MPLS pode ser usado para engenharia de traacutefego Deve coexistir com roteadores que entendem apenas

IP

104

R1R2

D

R3R4R5

0

1

00

A

R6

in out out

label label dest interface

6 - A 0

in out out

label label dest interface

10 6 A 1

12 9 D 0

in out out

label label dest interface

10 A 0

12 D 0

1

in out out

label label dest interface

8 6 A 0

0

8 A 1

Tabelas de repasse MPLS

53

105

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Endereccedilamento na camada de enlace

55 Ethernet

56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)

57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de

enlace ATM e MPLS

29

57

10BaseT e 100BaseT (cont)

Distacircncia maacutexima do noacute ao hub 100 metros Hub pode desconectar da rede um adaptador que

natildeo paacutera de transmitir (ldquojabbering adapterrdquo) ndash10Base2 natildeo funcionariahellip

Hub pode coletar e monitorar informaccedilotildees e estatiacutesticas para apresentaccedilatildeo ao administradores da LAN

10BaseT usa codificaccedilatildeo Manchester 100BaseT usa 4B5B

(5 clocks para transmitir 4 bits)

58

HubsHubs satildeo essencialmente repetidores da camada fiacutesica

o bits vindos de um enlace vatildeo para todos os demais enlaceso hellip agrave mesma velocidadeo natildeo haacute armazenamento de quadros (buffering)o natildeo haacute CSMACD no hub adaptadores detectam as

colisotildeeso oferece funccedilotildees de gerecircncia de rede

twisted pair

hub

30

59

Gbit Ethernet (IEEE 8023z)

Usa formato do quadro Ethernet padratildeo Permite enlaces ponto-a-ponto (com switchs) e

canais de difusatildeo compartilhados (com hubs) Em modo compartilhado usa CSMACD

o para ser eficiente as distacircncias entre os noacutes devem ser curtas (poucos metros)

hubs chamados de Distribuidores com Buffers(ldquoBuffered Distributorsrdquo)

Full-Duplex em 1 Gbps para enlaces ponto-a-ponto 10 Gbps atualmente

60

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Endereccedilamento na camada de enlace

55 Ethernet

56 Interconexotildees distribuidores e comutadores (Hubs and switches)

57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de

enlace ATM e MPLS

31

61

Interconexatildeo de LANs

Por que natildeo somente 1 grande LAN o Limitaccedilatildeo de traacutefego

bull em uma uacutenica LAN todas as estaccedilotildees compartilham a largura de banda

o Limitaccedilatildeo de distacircnciabull 8023 especifica o comprimento maacuteximo do cabo

o Grande ldquodomiacutenio de colisatildeordquobull pode-se colidir com muitas estaccedilotildees

o Limitaccedilatildeo do nuacutemero de estaccedilotildeesbull passagem de ficha provoca atraso em cada estaccedilatildeo p ex

62

Hubs e Comutadores

Usados para estender redes locais cobertura geograacutefica nuacutemero de noacutes funcionalidade administrativa etc

Diferem entre si em respeito ao isolamento de domiacutenios de colisatildeoo camada em que operam

Diferentes de roteadoreso ldquoplug and playrdquoo natildeo fazem o roteamento oacutetimo de pacotes IP

32

63

Hubs Dispositivos de camada fiacutesica

o repetem os bits recebidos numa interface para as demais

Podem ser dispostos numa hierarquia (multi-tier hub desing)

64

Hubs (cont)

Vantagens de Hubso Dispositivos simples e baratoso Configuraccedilatildeo em muacuteltiplos niacuteveis provecirc degradaccedilatildeo paulatina porccedilotildees da rede local continuam a operar se um dos hubs parar de funcionar

o Estende a distacircncia maacutexima entre pares de noacutes

33

65

Hubs (cont)

Limitaccedilotildeeso Domiacutenio de colisatildeo uacutenico natildeo leva a aumento na vazatildeo maacuteximabull a vazatildeo no caso de muacuteltiplos niacuteveis eacute igual agrave de um uacutenico segmento

o As tecnologias Ethernet (10Base 10BaseT etc) estabelecem limites no nuacutemero de noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo distacircncia entre hospedeiros e numero maacuteximo de niacuteveis (tiers)

o Natildeo se pode misturar Ethernet 10BaseT e 100Base)

66

Comutador (Switch) Dispositivo da camada de enlace

o Armazena e reenvia quadros Etherneto Encaminha os quadros a partir dos respectivos endereccedilos MAC de destino

o Quando quer repassar um quadro para um segmento usa o CSMACD para acessar o segmento

Transparente o Hospedeiros natildeo sabem da presenccedila do switch

plug-and-play auto-aprendizadoo Natildeo precisam ser configurados

34

67

Repasse (forwarding)

bull Com se determina para que segmento de LAN se deve repassar um quadrobull Parece um problema de roteamento

hub hubhub

switch1

2 3

68

Auto-aprendizado

Comutador tem uma tabela de comutaccedilatildeo (switch table) Entrada na tabela de comutaccedilatildeo

o (Endereccedilo MAC Interface Selo do Tempo)o Entradas antigas descartadas

O comutador aprende que noacutes satildeo alcanccedilaacuteveis atraveacutes de suas interfaceso Quando um quadro eacute recebido ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do remetente segmento de LAN de chegada

35

69

Filtragem e RepasseQuando um quadro eacute recebido

indexar a tabela de comutaccedilatildeo usando o end MAC destinose entrada encontradaentatildeo se destino no segmento de onde o quadro foi recebidoentatildeo descartar o quadrosenatildeo repassar o quadro para a interface indicada (CSMACD)

senatildeo inundar

Repassar a todas as interfaces exceto agravequelapor onde chegou o quadro

70

Exemplo

Suponha que C envia quadro para D

Switch recebe o quadro de Co registra na tabela que C estaacute na interface 1o como D natildeo estaacute na tabela repassa o quadro para as

interfaces 2 e 3

quadro recebido por D

hub hub hub

switch

A

B CD

EF G H

I

end interface

ABEG

1123

12 3

36

71

Exemplo

Suponha que D responde para C

Switch recebe o quadro de Do registra na tabela que D estaacute na interface 2o como C estaacute na tabela repassa o quadro apenas para a

interface 1

quadro recebido por C

hub hub hub

switch

A

B CD

EF G H

I

end interface

ABEGC

11231

72

Comutador isolamento de traacutefego A instalaccedilatildeo de um comutador divide uma subrede

em vaacuterios segmentos de LAN

Comutador filtra os quadroso segmentos tornam-se diferentes domiacutenios de colisatildeo

hub hub hub

switch

collision domain collision domain

collisiondomain

37

73

Comutador acesso dedicado Comutadores com muitas

interfaces Hospedeiros tecircm conexatildeo

direta com o comutador Sem colisotildees full duplex

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

switch

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

74

Comutador hellip

Alguns comutadores implementam cut-througho o quadro eacute repassado sem esperar a montagem do quadro inteiro no buffer do comutador bull pequena reduccedilatildeo da latecircncia

Combinaccedilotildees de interfaces compartilhadasdedicadas de 101001000 Mbps

38

75

Rede institucional

hub hubhub

comutador

para a rede externa

roteador

subrede IP

servidor de correio-e

servidor web

76

Comutadores vs Roteadores ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa

o roteadores dispositivos da camada de rede (examinam cabeccedilalhos da camada de rede)

o comutadores dispositivos da camada de enlace roteadores mantecircm tabelas de rotas e implementam algoritmos

de roteamento comutadores mantecircm tabelas de filtragem implementam

filtragem

39

77

Comparaccedilatildeo Sumaacuteria

hubs routers switches

traffic isolation

no yes yes

plug amp play yes no yes

optimal routing

no yes no

cut through

yes no yes

78

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Endereccedilamento na camada de enlace

55 Ethernet

56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

40

79

Controle de Enlace Ponto-a-Ponto

Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil que um enlace broadcasto natildeo haacute Controle de Acesso ao Meioo natildeo haacute necessidade de endereccedilamento MAC expliacutecito

o ex enlace discado linha ISDN protocolos ponto-a-ponto populares para camada

de enlaceo PPP (point-to-point protocol)o HDLC High-level Data Link Control(A camada de enlace costumava ser considerada de alto niacutevel na pilha de protocolos)

80

Protocolo Ponto-a-Ponto (PPP)

PPP eacute muito popular usado em conexotildees discadas entre sistema domeacutestico e provedor em conexotildees SONETSDH etc

PPP eacute extremamente simples (o mais simples dos protocolos de enlace de dados) e muito otimizado

41

81

PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]

Enquadramento de pacotes encapsulamento do datagrama da camada de rede no quadro da camada de enlace

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

Muacuteltiplos protocolos da camada de rede (natildeo apenas o IP) ao mesmo tempoo capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeoo Campo lsquotipo de protocolorsquo como no IP

Muacuteltiplos tipos de enlace seriais paralelos siacutencronos assiacutencronos eleacutetricos oacutepticos

Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo) connection livenes detecta e informa falhas do enlace para a

camada de rede Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede as camadas de rede

comuni9cantes devem poder aprender ou configurar mutuamente seus endereccedilos de rede

Simplicidade

82

Nem tudo foi requerido do PPP

natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros natildeo haacute controle de fluxo aceita entregas fora de ordem (embora seja pouco

comum) natildeo haacute necessidade de suportar enlaces multiponto

(ex polling)o HDLC os permite

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

42

83

PPP Formato do Quadro 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)

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

erros

endereccedilocontrole

tamanhovariaacutevelou ou

CRC

84

Byte Stuffing Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de

dados deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt01111110gt

Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte extra com o padratildeo lt 01111101gt (escape) antes de cada byte de dados lt 01111110gt

Receptoro dois bytes 01111101 seguidos descarta o primeiro e continua a recepccedilatildeo de dados

o um byte 01111110 flag Em enlaces siacutencronos orientados a bit usa-se bit

stuffing o depois de uma sequumlecircncia de 5 bits lsquo1rsquo o transmissor insere

um bit lsquo0rsquo

43

85

Byte Stuffing

byte como padratildeodo flag nosdados a enviar

byte com o padratildeo de flag seguido do byte inserido

86

PPP Protocolo de Controle de Enlace (LCP) e Controle de RedeAntes de trocar dados da camada

de rede os parceiros da camada de enlace devem

configurar o enlace PPP (PPP-LCP) (tamanho maacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo)

aprenderconfigurar informaccedilotildees da camada de redeo para o IP mensagens do

Protocolo de Controle IP (IPCP) para configurar aprender os endereccedilos IP

44

87

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Endereccedilamento na camada de enlace

55 Ethernet

56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)

57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

88

ATM e MPLS

ATM MPLS redes com arquiteturas proacutepriaso modelos de serviccedilo endereccedilamento e roteamento diferentes dos da Internet

Vistos pela Internet como enlaces loacutegicos conectando roteadores IPo assim como um enlace discado eacute parte de uma rede separada (a rede de telefonia)

ATM MPLS de interesse teacutecnico por si mesmas

45

89

Padratildeo dos anos 199000 para a arquitetura de alta velocidade (155 622Mbps hellip) da BroadbandIntegrated Service Digital Network (B-ISDN)

Objetivo transporte integrado fim-a-fim de voz viacutedeo e dadoso deve atender aos requisitos de tempoQoS para aplicaccedilotildees de voz e de viacutedeo (versus o serviccedilo de melhor esforccedilo da Internet)

o telefonia de ldquoproacutexima geraccedilatildeordquo fundamentos teacutecnicos no mundo da telefonia

o comutaccedilatildeo de pacotes (pacotes de tamanho fixo chamados ldquoceacutelulasrdquo) usando circuitos virtuais

ATM Modo de Transferecircncia Assiacutencrono

90

Arquitetura ATM

camada de adaptaccedilatildeo apenas na borda de uma rede ATM

o grosseiramente anaacuteloga agrave camada de transporte da Interneto ldquoadaptardquo camadas superiores (aplicaccedilotildees IP ou nativas ATM)

para a camada ATM abaixo camada ATM camada de ldquorederdquo

o comutaccedilatildeo de ceacutelulas roteamento camada fiacutesica

46

91

ATM camada de rede ou de enlaceVisatildeo transporte fim-a-fim

ldquoATM de computador a computadorrdquoo ATM eacute uma tecnologia

de rede

Realidade usada para conectar roteadores IP de backboneo ldquoIP sobre ATMrdquoo ATM como uma camada

de enlace comutada conectando roteadores IP

Rede ATM

rede IP

92

Camada ATMServiccedilo transporte de ceacutelulas atraveacutes da rede ATM

o anaacuteloga agrave camada de rede IPo Serviccedilos muito diferentes da camada de rede IP

Arquitetura

de Rede

Internet

ATM

ATM

ATM

ATM

Modelo

de Serviccedilo

melhor

esforccedilo

CBR

VBR

ABR

UBR

Banda

natildeo

taxa

constante

taxa

garantida

miacutenimo

garantido

natildeo

Perda

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Ordem

natildeo

sim

sim

sim

sim

Tempo

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Aviso de

Congestatildeo

natildeo (inferido

pelas perdas)

natildeo haacute

congestatildeo

natildeo haacute

congestatildeo

sim

natildeo

Garantias

47

93

Camada ATM Circuitos Virtuais Transporte em CV ceacutelulas (53 bytes) satildeo transportadas sobre CV

da fonte ao destinoo estabelecimento de conexatildeo necessaacuterio antes que o fluxo de dados

possa ser iniciadoo cada pacote transporta um identificador de CV (natildeo transporta o

endereccedilo do destino)o cada comutador no caminho entre a fonte e o destino manteacutem o

ldquoestadordquo para cada conexatildeo passanteo recursos do enlace e do comutador (banda passante buffers) podem

ser alocados aoCV para obter um comportamento semelhante ao de um circuito fiacutesico

CVs Permanentes (PVC)o conexotildees de longa duraccedilatildeo o tipicamente rota ldquopermanenterdquo entre roteadores IP

CVs Comutados (SVC)o conexotildees de curta duraccedilatildeoo dinamicamente criados com base nas chamadas

94

CVs ATM

Vantagens do uso de circuitos virtuais no ATMo Consegue garantir niacuteveis de QoS para conexotildees mapeadas em circuitos virtuais (banda passante atraso variacircncia de atraso)

Problemas no uso de circuitos virtuaiso O traacutefego de datagramas eacute ineficienteo um PVC entre cada par origemdestino natildeo eacuteescalaacutevel (N2 conexotildees satildeo necessaacuterias)

o SVC introduz latecircncia de estabelecimento de conexatildeo e atrasos de processamento para conexotildees de curta duraccedilatildeo

48

95

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

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

Cabeccedilalhoda ceacutelula

Formato daceacutelula

96

Camada ATM Cabeccedilalho da ceacutelula ATM

VCI identificador de canal virtual

o pode mudar de enlace para enlace atraveacutes da rede

PT Tipo de payload (carga)o Ex ceacutelula de gerenciamento versus ceacutelula de dados

CLP bit de Prioridade de Perda de Ceacutelula (Cell Loss Priority)

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

HEC Verificaccedilatildeo de Erros no Cabeccedilalho

o verificaccedilatildeo ciacuteclica de erros

49

97

Camada Fiacutesica ATM Compotildee-se de duas partes (subcamadas) Transmission Convergence Sublayer - TCS adapta a

camada ATM acima agrave subcamada fiacutesica abaixo (PMD Physical Medium Dependent Sublayer- PMD depende

do tipo de meio fiacutesico sendo empregado

98

IP-sobre-ATMApenas IP Claacutessico 3 ldquoredesrdquo (ex

segmentos de LAN) endereccedilos MAC

(8023) e IP

IP sobre ATM substitui ldquorederdquo (ex

segmento de LAN) por rede ATM

endereccedilos ATM endereccedilos IP

redeATM

EthernetLANs

EthernetLANs

50

99

IP-sobre-ATM

AALATMphyphy

Eth

IP

ATMphy

ATMphy

apptranspIPAALATMphy

apptranspIPEthphy

100

Viagem de um Datagrama numa Rede IP-sobre-ATM Hospedeiro de Origem

o Camada IP encontra um mapeamento entre o endereccedilo IP e o endereccedilo de destino ATM (usando ATM-ARP)

o passa o datagrama para a camada de adaptaccedilatildeo AAL5o AAL5 encapsula os dados (datagrama) segmenta em ceacutelulas e

passa para a camada ATM Rede ATM move a ceacutelula para o destino de comutador a

comutador de acordo com o seu CV (circuito virtual) Hospedeiro de Destino

o AAL5 remonta o datagrama original a partir das ceacutelulas recebidas

o se o CRC OK datagrama eacute passado ao IP

51

101

IP-sobre-ATM

datagramas IP emPDUs ATM AAL5

de endereccedilos IP paraendereccedilos ATMo como de endereccedilos IP paraendereccedilos MAC 8023

RedeATM

LANsEthernet

102

Multiprotocol label switching (MPLS)

Objetivo inicial acelerar o repasse de datagramas IP usando um roacutetulo de tamanho fixoo usa ideacuteias da abordagem de Circuitos Virtuais

PPP or Ethernet

headerIP header remainder of link-layer frameMPLS header

label Exp S TTL

20 3 1 8

52

103

Roteadores habilitados para MPLS

Roteadores de chaveamento de roacutetulos (label-switchedrouter)

Repassa pacotes para as interfaces de saiacuteda baseado apenas no valor do roacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP)o tabela de repasse o MPLS diferente da tabela de repasse IP

Necessaacuterio um protocolo de sinalizaccedilatildeoo RSVP-TEo Repasse possiacutevel atraveacutes de caminhos que o IP sozinho natildeo

permitiria (pex roteamento especifico para fonte - source-specific routing)

o MPLS pode ser usado para engenharia de traacutefego Deve coexistir com roteadores que entendem apenas

IP

104

R1R2

D

R3R4R5

0

1

00

A

R6

in out out

label label dest interface

6 - A 0

in out out

label label dest interface

10 6 A 1

12 9 D 0

in out out

label label dest interface

10 A 0

12 D 0

1

in out out

label label dest interface

8 6 A 0

0

8 A 1

Tabelas de repasse MPLS

53

105

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Endereccedilamento na camada de enlace

55 Ethernet

56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)

57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de

enlace ATM e MPLS

30

59

Gbit Ethernet (IEEE 8023z)

Usa formato do quadro Ethernet padratildeo Permite enlaces ponto-a-ponto (com switchs) e

canais de difusatildeo compartilhados (com hubs) Em modo compartilhado usa CSMACD

o para ser eficiente as distacircncias entre os noacutes devem ser curtas (poucos metros)

hubs chamados de Distribuidores com Buffers(ldquoBuffered Distributorsrdquo)

Full-Duplex em 1 Gbps para enlaces ponto-a-ponto 10 Gbps atualmente

60

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Endereccedilamento na camada de enlace

55 Ethernet

56 Interconexotildees distribuidores e comutadores (Hubs and switches)

57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de

enlace ATM e MPLS

31

61

Interconexatildeo de LANs

Por que natildeo somente 1 grande LAN o Limitaccedilatildeo de traacutefego

bull em uma uacutenica LAN todas as estaccedilotildees compartilham a largura de banda

o Limitaccedilatildeo de distacircnciabull 8023 especifica o comprimento maacuteximo do cabo

o Grande ldquodomiacutenio de colisatildeordquobull pode-se colidir com muitas estaccedilotildees

o Limitaccedilatildeo do nuacutemero de estaccedilotildeesbull passagem de ficha provoca atraso em cada estaccedilatildeo p ex

62

Hubs e Comutadores

Usados para estender redes locais cobertura geograacutefica nuacutemero de noacutes funcionalidade administrativa etc

Diferem entre si em respeito ao isolamento de domiacutenios de colisatildeoo camada em que operam

Diferentes de roteadoreso ldquoplug and playrdquoo natildeo fazem o roteamento oacutetimo de pacotes IP

32

63

Hubs Dispositivos de camada fiacutesica

o repetem os bits recebidos numa interface para as demais

Podem ser dispostos numa hierarquia (multi-tier hub desing)

64

Hubs (cont)

Vantagens de Hubso Dispositivos simples e baratoso Configuraccedilatildeo em muacuteltiplos niacuteveis provecirc degradaccedilatildeo paulatina porccedilotildees da rede local continuam a operar se um dos hubs parar de funcionar

o Estende a distacircncia maacutexima entre pares de noacutes

33

65

Hubs (cont)

Limitaccedilotildeeso Domiacutenio de colisatildeo uacutenico natildeo leva a aumento na vazatildeo maacuteximabull a vazatildeo no caso de muacuteltiplos niacuteveis eacute igual agrave de um uacutenico segmento

o As tecnologias Ethernet (10Base 10BaseT etc) estabelecem limites no nuacutemero de noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo distacircncia entre hospedeiros e numero maacuteximo de niacuteveis (tiers)

o Natildeo se pode misturar Ethernet 10BaseT e 100Base)

66

Comutador (Switch) Dispositivo da camada de enlace

o Armazena e reenvia quadros Etherneto Encaminha os quadros a partir dos respectivos endereccedilos MAC de destino

o Quando quer repassar um quadro para um segmento usa o CSMACD para acessar o segmento

Transparente o Hospedeiros natildeo sabem da presenccedila do switch

plug-and-play auto-aprendizadoo Natildeo precisam ser configurados

34

67

Repasse (forwarding)

bull Com se determina para que segmento de LAN se deve repassar um quadrobull Parece um problema de roteamento

hub hubhub

switch1

2 3

68

Auto-aprendizado

Comutador tem uma tabela de comutaccedilatildeo (switch table) Entrada na tabela de comutaccedilatildeo

o (Endereccedilo MAC Interface Selo do Tempo)o Entradas antigas descartadas

O comutador aprende que noacutes satildeo alcanccedilaacuteveis atraveacutes de suas interfaceso Quando um quadro eacute recebido ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do remetente segmento de LAN de chegada

35

69

Filtragem e RepasseQuando um quadro eacute recebido

indexar a tabela de comutaccedilatildeo usando o end MAC destinose entrada encontradaentatildeo se destino no segmento de onde o quadro foi recebidoentatildeo descartar o quadrosenatildeo repassar o quadro para a interface indicada (CSMACD)

senatildeo inundar

Repassar a todas as interfaces exceto agravequelapor onde chegou o quadro

70

Exemplo

Suponha que C envia quadro para D

Switch recebe o quadro de Co registra na tabela que C estaacute na interface 1o como D natildeo estaacute na tabela repassa o quadro para as

interfaces 2 e 3

quadro recebido por D

hub hub hub

switch

A

B CD

EF G H

I

end interface

ABEG

1123

12 3

36

71

Exemplo

Suponha que D responde para C

Switch recebe o quadro de Do registra na tabela que D estaacute na interface 2o como C estaacute na tabela repassa o quadro apenas para a

interface 1

quadro recebido por C

hub hub hub

switch

A

B CD

EF G H

I

end interface

ABEGC

11231

72

Comutador isolamento de traacutefego A instalaccedilatildeo de um comutador divide uma subrede

em vaacuterios segmentos de LAN

Comutador filtra os quadroso segmentos tornam-se diferentes domiacutenios de colisatildeo

hub hub hub

switch

collision domain collision domain

collisiondomain

37

73

Comutador acesso dedicado Comutadores com muitas

interfaces Hospedeiros tecircm conexatildeo

direta com o comutador Sem colisotildees full duplex

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

switch

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

74

Comutador hellip

Alguns comutadores implementam cut-througho o quadro eacute repassado sem esperar a montagem do quadro inteiro no buffer do comutador bull pequena reduccedilatildeo da latecircncia

Combinaccedilotildees de interfaces compartilhadasdedicadas de 101001000 Mbps

38

75

Rede institucional

hub hubhub

comutador

para a rede externa

roteador

subrede IP

servidor de correio-e

servidor web

76

Comutadores vs Roteadores ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa

o roteadores dispositivos da camada de rede (examinam cabeccedilalhos da camada de rede)

o comutadores dispositivos da camada de enlace roteadores mantecircm tabelas de rotas e implementam algoritmos

de roteamento comutadores mantecircm tabelas de filtragem implementam

filtragem

39

77

Comparaccedilatildeo Sumaacuteria

hubs routers switches

traffic isolation

no yes yes

plug amp play yes no yes

optimal routing

no yes no

cut through

yes no yes

78

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Endereccedilamento na camada de enlace

55 Ethernet

56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

40

79

Controle de Enlace Ponto-a-Ponto

Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil que um enlace broadcasto natildeo haacute Controle de Acesso ao Meioo natildeo haacute necessidade de endereccedilamento MAC expliacutecito

o ex enlace discado linha ISDN protocolos ponto-a-ponto populares para camada

de enlaceo PPP (point-to-point protocol)o HDLC High-level Data Link Control(A camada de enlace costumava ser considerada de alto niacutevel na pilha de protocolos)

80

Protocolo Ponto-a-Ponto (PPP)

PPP eacute muito popular usado em conexotildees discadas entre sistema domeacutestico e provedor em conexotildees SONETSDH etc

PPP eacute extremamente simples (o mais simples dos protocolos de enlace de dados) e muito otimizado

41

81

PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]

Enquadramento de pacotes encapsulamento do datagrama da camada de rede no quadro da camada de enlace

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

Muacuteltiplos protocolos da camada de rede (natildeo apenas o IP) ao mesmo tempoo capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeoo Campo lsquotipo de protocolorsquo como no IP

Muacuteltiplos tipos de enlace seriais paralelos siacutencronos assiacutencronos eleacutetricos oacutepticos

Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo) connection livenes detecta e informa falhas do enlace para a

camada de rede Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede as camadas de rede

comuni9cantes devem poder aprender ou configurar mutuamente seus endereccedilos de rede

Simplicidade

82

Nem tudo foi requerido do PPP

natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros natildeo haacute controle de fluxo aceita entregas fora de ordem (embora seja pouco

comum) natildeo haacute necessidade de suportar enlaces multiponto

(ex polling)o HDLC os permite

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

42

83

PPP Formato do Quadro 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)

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

erros

endereccedilocontrole

tamanhovariaacutevelou ou

CRC

84

Byte Stuffing Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de

dados deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt01111110gt

Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte extra com o padratildeo lt 01111101gt (escape) antes de cada byte de dados lt 01111110gt

Receptoro dois bytes 01111101 seguidos descarta o primeiro e continua a recepccedilatildeo de dados

o um byte 01111110 flag Em enlaces siacutencronos orientados a bit usa-se bit

stuffing o depois de uma sequumlecircncia de 5 bits lsquo1rsquo o transmissor insere

um bit lsquo0rsquo

43

85

Byte Stuffing

byte como padratildeodo flag nosdados a enviar

byte com o padratildeo de flag seguido do byte inserido

86

PPP Protocolo de Controle de Enlace (LCP) e Controle de RedeAntes de trocar dados da camada

de rede os parceiros da camada de enlace devem

configurar o enlace PPP (PPP-LCP) (tamanho maacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo)

aprenderconfigurar informaccedilotildees da camada de redeo para o IP mensagens do

Protocolo de Controle IP (IPCP) para configurar aprender os endereccedilos IP

44

87

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Endereccedilamento na camada de enlace

55 Ethernet

56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)

57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

88

ATM e MPLS

ATM MPLS redes com arquiteturas proacutepriaso modelos de serviccedilo endereccedilamento e roteamento diferentes dos da Internet

Vistos pela Internet como enlaces loacutegicos conectando roteadores IPo assim como um enlace discado eacute parte de uma rede separada (a rede de telefonia)

ATM MPLS de interesse teacutecnico por si mesmas

45

89

Padratildeo dos anos 199000 para a arquitetura de alta velocidade (155 622Mbps hellip) da BroadbandIntegrated Service Digital Network (B-ISDN)

Objetivo transporte integrado fim-a-fim de voz viacutedeo e dadoso deve atender aos requisitos de tempoQoS para aplicaccedilotildees de voz e de viacutedeo (versus o serviccedilo de melhor esforccedilo da Internet)

o telefonia de ldquoproacutexima geraccedilatildeordquo fundamentos teacutecnicos no mundo da telefonia

o comutaccedilatildeo de pacotes (pacotes de tamanho fixo chamados ldquoceacutelulasrdquo) usando circuitos virtuais

ATM Modo de Transferecircncia Assiacutencrono

90

Arquitetura ATM

camada de adaptaccedilatildeo apenas na borda de uma rede ATM

o grosseiramente anaacuteloga agrave camada de transporte da Interneto ldquoadaptardquo camadas superiores (aplicaccedilotildees IP ou nativas ATM)

para a camada ATM abaixo camada ATM camada de ldquorederdquo

o comutaccedilatildeo de ceacutelulas roteamento camada fiacutesica

46

91

ATM camada de rede ou de enlaceVisatildeo transporte fim-a-fim

ldquoATM de computador a computadorrdquoo ATM eacute uma tecnologia

de rede

Realidade usada para conectar roteadores IP de backboneo ldquoIP sobre ATMrdquoo ATM como uma camada

de enlace comutada conectando roteadores IP

Rede ATM

rede IP

92

Camada ATMServiccedilo transporte de ceacutelulas atraveacutes da rede ATM

o anaacuteloga agrave camada de rede IPo Serviccedilos muito diferentes da camada de rede IP

Arquitetura

de Rede

Internet

ATM

ATM

ATM

ATM

Modelo

de Serviccedilo

melhor

esforccedilo

CBR

VBR

ABR

UBR

Banda

natildeo

taxa

constante

taxa

garantida

miacutenimo

garantido

natildeo

Perda

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Ordem

natildeo

sim

sim

sim

sim

Tempo

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Aviso de

Congestatildeo

natildeo (inferido

pelas perdas)

natildeo haacute

congestatildeo

natildeo haacute

congestatildeo

sim

natildeo

Garantias

47

93

Camada ATM Circuitos Virtuais Transporte em CV ceacutelulas (53 bytes) satildeo transportadas sobre CV

da fonte ao destinoo estabelecimento de conexatildeo necessaacuterio antes que o fluxo de dados

possa ser iniciadoo cada pacote transporta um identificador de CV (natildeo transporta o

endereccedilo do destino)o cada comutador no caminho entre a fonte e o destino manteacutem o

ldquoestadordquo para cada conexatildeo passanteo recursos do enlace e do comutador (banda passante buffers) podem

ser alocados aoCV para obter um comportamento semelhante ao de um circuito fiacutesico

CVs Permanentes (PVC)o conexotildees de longa duraccedilatildeo o tipicamente rota ldquopermanenterdquo entre roteadores IP

CVs Comutados (SVC)o conexotildees de curta duraccedilatildeoo dinamicamente criados com base nas chamadas

94

CVs ATM

Vantagens do uso de circuitos virtuais no ATMo Consegue garantir niacuteveis de QoS para conexotildees mapeadas em circuitos virtuais (banda passante atraso variacircncia de atraso)

Problemas no uso de circuitos virtuaiso O traacutefego de datagramas eacute ineficienteo um PVC entre cada par origemdestino natildeo eacuteescalaacutevel (N2 conexotildees satildeo necessaacuterias)

o SVC introduz latecircncia de estabelecimento de conexatildeo e atrasos de processamento para conexotildees de curta duraccedilatildeo

48

95

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

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

Cabeccedilalhoda ceacutelula

Formato daceacutelula

96

Camada ATM Cabeccedilalho da ceacutelula ATM

VCI identificador de canal virtual

o pode mudar de enlace para enlace atraveacutes da rede

PT Tipo de payload (carga)o Ex ceacutelula de gerenciamento versus ceacutelula de dados

CLP bit de Prioridade de Perda de Ceacutelula (Cell Loss Priority)

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

HEC Verificaccedilatildeo de Erros no Cabeccedilalho

o verificaccedilatildeo ciacuteclica de erros

49

97

Camada Fiacutesica ATM Compotildee-se de duas partes (subcamadas) Transmission Convergence Sublayer - TCS adapta a

camada ATM acima agrave subcamada fiacutesica abaixo (PMD Physical Medium Dependent Sublayer- PMD depende

do tipo de meio fiacutesico sendo empregado

98

IP-sobre-ATMApenas IP Claacutessico 3 ldquoredesrdquo (ex

segmentos de LAN) endereccedilos MAC

(8023) e IP

IP sobre ATM substitui ldquorederdquo (ex

segmento de LAN) por rede ATM

endereccedilos ATM endereccedilos IP

redeATM

EthernetLANs

EthernetLANs

50

99

IP-sobre-ATM

AALATMphyphy

Eth

IP

ATMphy

ATMphy

apptranspIPAALATMphy

apptranspIPEthphy

100

Viagem de um Datagrama numa Rede IP-sobre-ATM Hospedeiro de Origem

o Camada IP encontra um mapeamento entre o endereccedilo IP e o endereccedilo de destino ATM (usando ATM-ARP)

o passa o datagrama para a camada de adaptaccedilatildeo AAL5o AAL5 encapsula os dados (datagrama) segmenta em ceacutelulas e

passa para a camada ATM Rede ATM move a ceacutelula para o destino de comutador a

comutador de acordo com o seu CV (circuito virtual) Hospedeiro de Destino

o AAL5 remonta o datagrama original a partir das ceacutelulas recebidas

o se o CRC OK datagrama eacute passado ao IP

51

101

IP-sobre-ATM

datagramas IP emPDUs ATM AAL5

de endereccedilos IP paraendereccedilos ATMo como de endereccedilos IP paraendereccedilos MAC 8023

RedeATM

LANsEthernet

102

Multiprotocol label switching (MPLS)

Objetivo inicial acelerar o repasse de datagramas IP usando um roacutetulo de tamanho fixoo usa ideacuteias da abordagem de Circuitos Virtuais

PPP or Ethernet

headerIP header remainder of link-layer frameMPLS header

label Exp S TTL

20 3 1 8

52

103

Roteadores habilitados para MPLS

Roteadores de chaveamento de roacutetulos (label-switchedrouter)

Repassa pacotes para as interfaces de saiacuteda baseado apenas no valor do roacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP)o tabela de repasse o MPLS diferente da tabela de repasse IP

Necessaacuterio um protocolo de sinalizaccedilatildeoo RSVP-TEo Repasse possiacutevel atraveacutes de caminhos que o IP sozinho natildeo

permitiria (pex roteamento especifico para fonte - source-specific routing)

o MPLS pode ser usado para engenharia de traacutefego Deve coexistir com roteadores que entendem apenas

IP

104

R1R2

D

R3R4R5

0

1

00

A

R6

in out out

label label dest interface

6 - A 0

in out out

label label dest interface

10 6 A 1

12 9 D 0

in out out

label label dest interface

10 A 0

12 D 0

1

in out out

label label dest interface

8 6 A 0

0

8 A 1

Tabelas de repasse MPLS

53

105

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Endereccedilamento na camada de enlace

55 Ethernet

56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)

57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de

enlace ATM e MPLS

31

61

Interconexatildeo de LANs

Por que natildeo somente 1 grande LAN o Limitaccedilatildeo de traacutefego

bull em uma uacutenica LAN todas as estaccedilotildees compartilham a largura de banda

o Limitaccedilatildeo de distacircnciabull 8023 especifica o comprimento maacuteximo do cabo

o Grande ldquodomiacutenio de colisatildeordquobull pode-se colidir com muitas estaccedilotildees

o Limitaccedilatildeo do nuacutemero de estaccedilotildeesbull passagem de ficha provoca atraso em cada estaccedilatildeo p ex

62

Hubs e Comutadores

Usados para estender redes locais cobertura geograacutefica nuacutemero de noacutes funcionalidade administrativa etc

Diferem entre si em respeito ao isolamento de domiacutenios de colisatildeoo camada em que operam

Diferentes de roteadoreso ldquoplug and playrdquoo natildeo fazem o roteamento oacutetimo de pacotes IP

32

63

Hubs Dispositivos de camada fiacutesica

o repetem os bits recebidos numa interface para as demais

Podem ser dispostos numa hierarquia (multi-tier hub desing)

64

Hubs (cont)

Vantagens de Hubso Dispositivos simples e baratoso Configuraccedilatildeo em muacuteltiplos niacuteveis provecirc degradaccedilatildeo paulatina porccedilotildees da rede local continuam a operar se um dos hubs parar de funcionar

o Estende a distacircncia maacutexima entre pares de noacutes

33

65

Hubs (cont)

Limitaccedilotildeeso Domiacutenio de colisatildeo uacutenico natildeo leva a aumento na vazatildeo maacuteximabull a vazatildeo no caso de muacuteltiplos niacuteveis eacute igual agrave de um uacutenico segmento

o As tecnologias Ethernet (10Base 10BaseT etc) estabelecem limites no nuacutemero de noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo distacircncia entre hospedeiros e numero maacuteximo de niacuteveis (tiers)

o Natildeo se pode misturar Ethernet 10BaseT e 100Base)

66

Comutador (Switch) Dispositivo da camada de enlace

o Armazena e reenvia quadros Etherneto Encaminha os quadros a partir dos respectivos endereccedilos MAC de destino

o Quando quer repassar um quadro para um segmento usa o CSMACD para acessar o segmento

Transparente o Hospedeiros natildeo sabem da presenccedila do switch

plug-and-play auto-aprendizadoo Natildeo precisam ser configurados

34

67

Repasse (forwarding)

bull Com se determina para que segmento de LAN se deve repassar um quadrobull Parece um problema de roteamento

hub hubhub

switch1

2 3

68

Auto-aprendizado

Comutador tem uma tabela de comutaccedilatildeo (switch table) Entrada na tabela de comutaccedilatildeo

o (Endereccedilo MAC Interface Selo do Tempo)o Entradas antigas descartadas

O comutador aprende que noacutes satildeo alcanccedilaacuteveis atraveacutes de suas interfaceso Quando um quadro eacute recebido ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do remetente segmento de LAN de chegada

35

69

Filtragem e RepasseQuando um quadro eacute recebido

indexar a tabela de comutaccedilatildeo usando o end MAC destinose entrada encontradaentatildeo se destino no segmento de onde o quadro foi recebidoentatildeo descartar o quadrosenatildeo repassar o quadro para a interface indicada (CSMACD)

senatildeo inundar

Repassar a todas as interfaces exceto agravequelapor onde chegou o quadro

70

Exemplo

Suponha que C envia quadro para D

Switch recebe o quadro de Co registra na tabela que C estaacute na interface 1o como D natildeo estaacute na tabela repassa o quadro para as

interfaces 2 e 3

quadro recebido por D

hub hub hub

switch

A

B CD

EF G H

I

end interface

ABEG

1123

12 3

36

71

Exemplo

Suponha que D responde para C

Switch recebe o quadro de Do registra na tabela que D estaacute na interface 2o como C estaacute na tabela repassa o quadro apenas para a

interface 1

quadro recebido por C

hub hub hub

switch

A

B CD

EF G H

I

end interface

ABEGC

11231

72

Comutador isolamento de traacutefego A instalaccedilatildeo de um comutador divide uma subrede

em vaacuterios segmentos de LAN

Comutador filtra os quadroso segmentos tornam-se diferentes domiacutenios de colisatildeo

hub hub hub

switch

collision domain collision domain

collisiondomain

37

73

Comutador acesso dedicado Comutadores com muitas

interfaces Hospedeiros tecircm conexatildeo

direta com o comutador Sem colisotildees full duplex

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

switch

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

74

Comutador hellip

Alguns comutadores implementam cut-througho o quadro eacute repassado sem esperar a montagem do quadro inteiro no buffer do comutador bull pequena reduccedilatildeo da latecircncia

Combinaccedilotildees de interfaces compartilhadasdedicadas de 101001000 Mbps

38

75

Rede institucional

hub hubhub

comutador

para a rede externa

roteador

subrede IP

servidor de correio-e

servidor web

76

Comutadores vs Roteadores ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa

o roteadores dispositivos da camada de rede (examinam cabeccedilalhos da camada de rede)

o comutadores dispositivos da camada de enlace roteadores mantecircm tabelas de rotas e implementam algoritmos

de roteamento comutadores mantecircm tabelas de filtragem implementam

filtragem

39

77

Comparaccedilatildeo Sumaacuteria

hubs routers switches

traffic isolation

no yes yes

plug amp play yes no yes

optimal routing

no yes no

cut through

yes no yes

78

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Endereccedilamento na camada de enlace

55 Ethernet

56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

40

79

Controle de Enlace Ponto-a-Ponto

Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil que um enlace broadcasto natildeo haacute Controle de Acesso ao Meioo natildeo haacute necessidade de endereccedilamento MAC expliacutecito

o ex enlace discado linha ISDN protocolos ponto-a-ponto populares para camada

de enlaceo PPP (point-to-point protocol)o HDLC High-level Data Link Control(A camada de enlace costumava ser considerada de alto niacutevel na pilha de protocolos)

80

Protocolo Ponto-a-Ponto (PPP)

PPP eacute muito popular usado em conexotildees discadas entre sistema domeacutestico e provedor em conexotildees SONETSDH etc

PPP eacute extremamente simples (o mais simples dos protocolos de enlace de dados) e muito otimizado

41

81

PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]

Enquadramento de pacotes encapsulamento do datagrama da camada de rede no quadro da camada de enlace

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

Muacuteltiplos protocolos da camada de rede (natildeo apenas o IP) ao mesmo tempoo capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeoo Campo lsquotipo de protocolorsquo como no IP

Muacuteltiplos tipos de enlace seriais paralelos siacutencronos assiacutencronos eleacutetricos oacutepticos

Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo) connection livenes detecta e informa falhas do enlace para a

camada de rede Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede as camadas de rede

comuni9cantes devem poder aprender ou configurar mutuamente seus endereccedilos de rede

Simplicidade

82

Nem tudo foi requerido do PPP

natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros natildeo haacute controle de fluxo aceita entregas fora de ordem (embora seja pouco

comum) natildeo haacute necessidade de suportar enlaces multiponto

(ex polling)o HDLC os permite

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

42

83

PPP Formato do Quadro 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)

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

erros

endereccedilocontrole

tamanhovariaacutevelou ou

CRC

84

Byte Stuffing Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de

dados deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt01111110gt

Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte extra com o padratildeo lt 01111101gt (escape) antes de cada byte de dados lt 01111110gt

Receptoro dois bytes 01111101 seguidos descarta o primeiro e continua a recepccedilatildeo de dados

o um byte 01111110 flag Em enlaces siacutencronos orientados a bit usa-se bit

stuffing o depois de uma sequumlecircncia de 5 bits lsquo1rsquo o transmissor insere

um bit lsquo0rsquo

43

85

Byte Stuffing

byte como padratildeodo flag nosdados a enviar

byte com o padratildeo de flag seguido do byte inserido

86

PPP Protocolo de Controle de Enlace (LCP) e Controle de RedeAntes de trocar dados da camada

de rede os parceiros da camada de enlace devem

configurar o enlace PPP (PPP-LCP) (tamanho maacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo)

aprenderconfigurar informaccedilotildees da camada de redeo para o IP mensagens do

Protocolo de Controle IP (IPCP) para configurar aprender os endereccedilos IP

44

87

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Endereccedilamento na camada de enlace

55 Ethernet

56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)

57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

88

ATM e MPLS

ATM MPLS redes com arquiteturas proacutepriaso modelos de serviccedilo endereccedilamento e roteamento diferentes dos da Internet

Vistos pela Internet como enlaces loacutegicos conectando roteadores IPo assim como um enlace discado eacute parte de uma rede separada (a rede de telefonia)

ATM MPLS de interesse teacutecnico por si mesmas

45

89

Padratildeo dos anos 199000 para a arquitetura de alta velocidade (155 622Mbps hellip) da BroadbandIntegrated Service Digital Network (B-ISDN)

Objetivo transporte integrado fim-a-fim de voz viacutedeo e dadoso deve atender aos requisitos de tempoQoS para aplicaccedilotildees de voz e de viacutedeo (versus o serviccedilo de melhor esforccedilo da Internet)

o telefonia de ldquoproacutexima geraccedilatildeordquo fundamentos teacutecnicos no mundo da telefonia

o comutaccedilatildeo de pacotes (pacotes de tamanho fixo chamados ldquoceacutelulasrdquo) usando circuitos virtuais

ATM Modo de Transferecircncia Assiacutencrono

90

Arquitetura ATM

camada de adaptaccedilatildeo apenas na borda de uma rede ATM

o grosseiramente anaacuteloga agrave camada de transporte da Interneto ldquoadaptardquo camadas superiores (aplicaccedilotildees IP ou nativas ATM)

para a camada ATM abaixo camada ATM camada de ldquorederdquo

o comutaccedilatildeo de ceacutelulas roteamento camada fiacutesica

46

91

ATM camada de rede ou de enlaceVisatildeo transporte fim-a-fim

ldquoATM de computador a computadorrdquoo ATM eacute uma tecnologia

de rede

Realidade usada para conectar roteadores IP de backboneo ldquoIP sobre ATMrdquoo ATM como uma camada

de enlace comutada conectando roteadores IP

Rede ATM

rede IP

92

Camada ATMServiccedilo transporte de ceacutelulas atraveacutes da rede ATM

o anaacuteloga agrave camada de rede IPo Serviccedilos muito diferentes da camada de rede IP

Arquitetura

de Rede

Internet

ATM

ATM

ATM

ATM

Modelo

de Serviccedilo

melhor

esforccedilo

CBR

VBR

ABR

UBR

Banda

natildeo

taxa

constante

taxa

garantida

miacutenimo

garantido

natildeo

Perda

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Ordem

natildeo

sim

sim

sim

sim

Tempo

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Aviso de

Congestatildeo

natildeo (inferido

pelas perdas)

natildeo haacute

congestatildeo

natildeo haacute

congestatildeo

sim

natildeo

Garantias

47

93

Camada ATM Circuitos Virtuais Transporte em CV ceacutelulas (53 bytes) satildeo transportadas sobre CV

da fonte ao destinoo estabelecimento de conexatildeo necessaacuterio antes que o fluxo de dados

possa ser iniciadoo cada pacote transporta um identificador de CV (natildeo transporta o

endereccedilo do destino)o cada comutador no caminho entre a fonte e o destino manteacutem o

ldquoestadordquo para cada conexatildeo passanteo recursos do enlace e do comutador (banda passante buffers) podem

ser alocados aoCV para obter um comportamento semelhante ao de um circuito fiacutesico

CVs Permanentes (PVC)o conexotildees de longa duraccedilatildeo o tipicamente rota ldquopermanenterdquo entre roteadores IP

CVs Comutados (SVC)o conexotildees de curta duraccedilatildeoo dinamicamente criados com base nas chamadas

94

CVs ATM

Vantagens do uso de circuitos virtuais no ATMo Consegue garantir niacuteveis de QoS para conexotildees mapeadas em circuitos virtuais (banda passante atraso variacircncia de atraso)

Problemas no uso de circuitos virtuaiso O traacutefego de datagramas eacute ineficienteo um PVC entre cada par origemdestino natildeo eacuteescalaacutevel (N2 conexotildees satildeo necessaacuterias)

o SVC introduz latecircncia de estabelecimento de conexatildeo e atrasos de processamento para conexotildees de curta duraccedilatildeo

48

95

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

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

Cabeccedilalhoda ceacutelula

Formato daceacutelula

96

Camada ATM Cabeccedilalho da ceacutelula ATM

VCI identificador de canal virtual

o pode mudar de enlace para enlace atraveacutes da rede

PT Tipo de payload (carga)o Ex ceacutelula de gerenciamento versus ceacutelula de dados

CLP bit de Prioridade de Perda de Ceacutelula (Cell Loss Priority)

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

HEC Verificaccedilatildeo de Erros no Cabeccedilalho

o verificaccedilatildeo ciacuteclica de erros

49

97

Camada Fiacutesica ATM Compotildee-se de duas partes (subcamadas) Transmission Convergence Sublayer - TCS adapta a

camada ATM acima agrave subcamada fiacutesica abaixo (PMD Physical Medium Dependent Sublayer- PMD depende

do tipo de meio fiacutesico sendo empregado

98

IP-sobre-ATMApenas IP Claacutessico 3 ldquoredesrdquo (ex

segmentos de LAN) endereccedilos MAC

(8023) e IP

IP sobre ATM substitui ldquorederdquo (ex

segmento de LAN) por rede ATM

endereccedilos ATM endereccedilos IP

redeATM

EthernetLANs

EthernetLANs

50

99

IP-sobre-ATM

AALATMphyphy

Eth

IP

ATMphy

ATMphy

apptranspIPAALATMphy

apptranspIPEthphy

100

Viagem de um Datagrama numa Rede IP-sobre-ATM Hospedeiro de Origem

o Camada IP encontra um mapeamento entre o endereccedilo IP e o endereccedilo de destino ATM (usando ATM-ARP)

o passa o datagrama para a camada de adaptaccedilatildeo AAL5o AAL5 encapsula os dados (datagrama) segmenta em ceacutelulas e

passa para a camada ATM Rede ATM move a ceacutelula para o destino de comutador a

comutador de acordo com o seu CV (circuito virtual) Hospedeiro de Destino

o AAL5 remonta o datagrama original a partir das ceacutelulas recebidas

o se o CRC OK datagrama eacute passado ao IP

51

101

IP-sobre-ATM

datagramas IP emPDUs ATM AAL5

de endereccedilos IP paraendereccedilos ATMo como de endereccedilos IP paraendereccedilos MAC 8023

RedeATM

LANsEthernet

102

Multiprotocol label switching (MPLS)

Objetivo inicial acelerar o repasse de datagramas IP usando um roacutetulo de tamanho fixoo usa ideacuteias da abordagem de Circuitos Virtuais

PPP or Ethernet

headerIP header remainder of link-layer frameMPLS header

label Exp S TTL

20 3 1 8

52

103

Roteadores habilitados para MPLS

Roteadores de chaveamento de roacutetulos (label-switchedrouter)

Repassa pacotes para as interfaces de saiacuteda baseado apenas no valor do roacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP)o tabela de repasse o MPLS diferente da tabela de repasse IP

Necessaacuterio um protocolo de sinalizaccedilatildeoo RSVP-TEo Repasse possiacutevel atraveacutes de caminhos que o IP sozinho natildeo

permitiria (pex roteamento especifico para fonte - source-specific routing)

o MPLS pode ser usado para engenharia de traacutefego Deve coexistir com roteadores que entendem apenas

IP

104

R1R2

D

R3R4R5

0

1

00

A

R6

in out out

label label dest interface

6 - A 0

in out out

label label dest interface

10 6 A 1

12 9 D 0

in out out

label label dest interface

10 A 0

12 D 0

1

in out out

label label dest interface

8 6 A 0

0

8 A 1

Tabelas de repasse MPLS

53

105

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Endereccedilamento na camada de enlace

55 Ethernet

56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)

57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de

enlace ATM e MPLS

32

63

Hubs Dispositivos de camada fiacutesica

o repetem os bits recebidos numa interface para as demais

Podem ser dispostos numa hierarquia (multi-tier hub desing)

64

Hubs (cont)

Vantagens de Hubso Dispositivos simples e baratoso Configuraccedilatildeo em muacuteltiplos niacuteveis provecirc degradaccedilatildeo paulatina porccedilotildees da rede local continuam a operar se um dos hubs parar de funcionar

o Estende a distacircncia maacutexima entre pares de noacutes

33

65

Hubs (cont)

Limitaccedilotildeeso Domiacutenio de colisatildeo uacutenico natildeo leva a aumento na vazatildeo maacuteximabull a vazatildeo no caso de muacuteltiplos niacuteveis eacute igual agrave de um uacutenico segmento

o As tecnologias Ethernet (10Base 10BaseT etc) estabelecem limites no nuacutemero de noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo distacircncia entre hospedeiros e numero maacuteximo de niacuteveis (tiers)

o Natildeo se pode misturar Ethernet 10BaseT e 100Base)

66

Comutador (Switch) Dispositivo da camada de enlace

o Armazena e reenvia quadros Etherneto Encaminha os quadros a partir dos respectivos endereccedilos MAC de destino

o Quando quer repassar um quadro para um segmento usa o CSMACD para acessar o segmento

Transparente o Hospedeiros natildeo sabem da presenccedila do switch

plug-and-play auto-aprendizadoo Natildeo precisam ser configurados

34

67

Repasse (forwarding)

bull Com se determina para que segmento de LAN se deve repassar um quadrobull Parece um problema de roteamento

hub hubhub

switch1

2 3

68

Auto-aprendizado

Comutador tem uma tabela de comutaccedilatildeo (switch table) Entrada na tabela de comutaccedilatildeo

o (Endereccedilo MAC Interface Selo do Tempo)o Entradas antigas descartadas

O comutador aprende que noacutes satildeo alcanccedilaacuteveis atraveacutes de suas interfaceso Quando um quadro eacute recebido ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do remetente segmento de LAN de chegada

35

69

Filtragem e RepasseQuando um quadro eacute recebido

indexar a tabela de comutaccedilatildeo usando o end MAC destinose entrada encontradaentatildeo se destino no segmento de onde o quadro foi recebidoentatildeo descartar o quadrosenatildeo repassar o quadro para a interface indicada (CSMACD)

senatildeo inundar

Repassar a todas as interfaces exceto agravequelapor onde chegou o quadro

70

Exemplo

Suponha que C envia quadro para D

Switch recebe o quadro de Co registra na tabela que C estaacute na interface 1o como D natildeo estaacute na tabela repassa o quadro para as

interfaces 2 e 3

quadro recebido por D

hub hub hub

switch

A

B CD

EF G H

I

end interface

ABEG

1123

12 3

36

71

Exemplo

Suponha que D responde para C

Switch recebe o quadro de Do registra na tabela que D estaacute na interface 2o como C estaacute na tabela repassa o quadro apenas para a

interface 1

quadro recebido por C

hub hub hub

switch

A

B CD

EF G H

I

end interface

ABEGC

11231

72

Comutador isolamento de traacutefego A instalaccedilatildeo de um comutador divide uma subrede

em vaacuterios segmentos de LAN

Comutador filtra os quadroso segmentos tornam-se diferentes domiacutenios de colisatildeo

hub hub hub

switch

collision domain collision domain

collisiondomain

37

73

Comutador acesso dedicado Comutadores com muitas

interfaces Hospedeiros tecircm conexatildeo

direta com o comutador Sem colisotildees full duplex

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

switch

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

74

Comutador hellip

Alguns comutadores implementam cut-througho o quadro eacute repassado sem esperar a montagem do quadro inteiro no buffer do comutador bull pequena reduccedilatildeo da latecircncia

Combinaccedilotildees de interfaces compartilhadasdedicadas de 101001000 Mbps

38

75

Rede institucional

hub hubhub

comutador

para a rede externa

roteador

subrede IP

servidor de correio-e

servidor web

76

Comutadores vs Roteadores ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa

o roteadores dispositivos da camada de rede (examinam cabeccedilalhos da camada de rede)

o comutadores dispositivos da camada de enlace roteadores mantecircm tabelas de rotas e implementam algoritmos

de roteamento comutadores mantecircm tabelas de filtragem implementam

filtragem

39

77

Comparaccedilatildeo Sumaacuteria

hubs routers switches

traffic isolation

no yes yes

plug amp play yes no yes

optimal routing

no yes no

cut through

yes no yes

78

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Endereccedilamento na camada de enlace

55 Ethernet

56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

40

79

Controle de Enlace Ponto-a-Ponto

Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil que um enlace broadcasto natildeo haacute Controle de Acesso ao Meioo natildeo haacute necessidade de endereccedilamento MAC expliacutecito

o ex enlace discado linha ISDN protocolos ponto-a-ponto populares para camada

de enlaceo PPP (point-to-point protocol)o HDLC High-level Data Link Control(A camada de enlace costumava ser considerada de alto niacutevel na pilha de protocolos)

80

Protocolo Ponto-a-Ponto (PPP)

PPP eacute muito popular usado em conexotildees discadas entre sistema domeacutestico e provedor em conexotildees SONETSDH etc

PPP eacute extremamente simples (o mais simples dos protocolos de enlace de dados) e muito otimizado

41

81

PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]

Enquadramento de pacotes encapsulamento do datagrama da camada de rede no quadro da camada de enlace

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

Muacuteltiplos protocolos da camada de rede (natildeo apenas o IP) ao mesmo tempoo capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeoo Campo lsquotipo de protocolorsquo como no IP

Muacuteltiplos tipos de enlace seriais paralelos siacutencronos assiacutencronos eleacutetricos oacutepticos

Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo) connection livenes detecta e informa falhas do enlace para a

camada de rede Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede as camadas de rede

comuni9cantes devem poder aprender ou configurar mutuamente seus endereccedilos de rede

Simplicidade

82

Nem tudo foi requerido do PPP

natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros natildeo haacute controle de fluxo aceita entregas fora de ordem (embora seja pouco

comum) natildeo haacute necessidade de suportar enlaces multiponto

(ex polling)o HDLC os permite

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

42

83

PPP Formato do Quadro 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)

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

erros

endereccedilocontrole

tamanhovariaacutevelou ou

CRC

84

Byte Stuffing Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de

dados deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt01111110gt

Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte extra com o padratildeo lt 01111101gt (escape) antes de cada byte de dados lt 01111110gt

Receptoro dois bytes 01111101 seguidos descarta o primeiro e continua a recepccedilatildeo de dados

o um byte 01111110 flag Em enlaces siacutencronos orientados a bit usa-se bit

stuffing o depois de uma sequumlecircncia de 5 bits lsquo1rsquo o transmissor insere

um bit lsquo0rsquo

43

85

Byte Stuffing

byte como padratildeodo flag nosdados a enviar

byte com o padratildeo de flag seguido do byte inserido

86

PPP Protocolo de Controle de Enlace (LCP) e Controle de RedeAntes de trocar dados da camada

de rede os parceiros da camada de enlace devem

configurar o enlace PPP (PPP-LCP) (tamanho maacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo)

aprenderconfigurar informaccedilotildees da camada de redeo para o IP mensagens do

Protocolo de Controle IP (IPCP) para configurar aprender os endereccedilos IP

44

87

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Endereccedilamento na camada de enlace

55 Ethernet

56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)

57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

88

ATM e MPLS

ATM MPLS redes com arquiteturas proacutepriaso modelos de serviccedilo endereccedilamento e roteamento diferentes dos da Internet

Vistos pela Internet como enlaces loacutegicos conectando roteadores IPo assim como um enlace discado eacute parte de uma rede separada (a rede de telefonia)

ATM MPLS de interesse teacutecnico por si mesmas

45

89

Padratildeo dos anos 199000 para a arquitetura de alta velocidade (155 622Mbps hellip) da BroadbandIntegrated Service Digital Network (B-ISDN)

Objetivo transporte integrado fim-a-fim de voz viacutedeo e dadoso deve atender aos requisitos de tempoQoS para aplicaccedilotildees de voz e de viacutedeo (versus o serviccedilo de melhor esforccedilo da Internet)

o telefonia de ldquoproacutexima geraccedilatildeordquo fundamentos teacutecnicos no mundo da telefonia

o comutaccedilatildeo de pacotes (pacotes de tamanho fixo chamados ldquoceacutelulasrdquo) usando circuitos virtuais

ATM Modo de Transferecircncia Assiacutencrono

90

Arquitetura ATM

camada de adaptaccedilatildeo apenas na borda de uma rede ATM

o grosseiramente anaacuteloga agrave camada de transporte da Interneto ldquoadaptardquo camadas superiores (aplicaccedilotildees IP ou nativas ATM)

para a camada ATM abaixo camada ATM camada de ldquorederdquo

o comutaccedilatildeo de ceacutelulas roteamento camada fiacutesica

46

91

ATM camada de rede ou de enlaceVisatildeo transporte fim-a-fim

ldquoATM de computador a computadorrdquoo ATM eacute uma tecnologia

de rede

Realidade usada para conectar roteadores IP de backboneo ldquoIP sobre ATMrdquoo ATM como uma camada

de enlace comutada conectando roteadores IP

Rede ATM

rede IP

92

Camada ATMServiccedilo transporte de ceacutelulas atraveacutes da rede ATM

o anaacuteloga agrave camada de rede IPo Serviccedilos muito diferentes da camada de rede IP

Arquitetura

de Rede

Internet

ATM

ATM

ATM

ATM

Modelo

de Serviccedilo

melhor

esforccedilo

CBR

VBR

ABR

UBR

Banda

natildeo

taxa

constante

taxa

garantida

miacutenimo

garantido

natildeo

Perda

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Ordem

natildeo

sim

sim

sim

sim

Tempo

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Aviso de

Congestatildeo

natildeo (inferido

pelas perdas)

natildeo haacute

congestatildeo

natildeo haacute

congestatildeo

sim

natildeo

Garantias

47

93

Camada ATM Circuitos Virtuais Transporte em CV ceacutelulas (53 bytes) satildeo transportadas sobre CV

da fonte ao destinoo estabelecimento de conexatildeo necessaacuterio antes que o fluxo de dados

possa ser iniciadoo cada pacote transporta um identificador de CV (natildeo transporta o

endereccedilo do destino)o cada comutador no caminho entre a fonte e o destino manteacutem o

ldquoestadordquo para cada conexatildeo passanteo recursos do enlace e do comutador (banda passante buffers) podem

ser alocados aoCV para obter um comportamento semelhante ao de um circuito fiacutesico

CVs Permanentes (PVC)o conexotildees de longa duraccedilatildeo o tipicamente rota ldquopermanenterdquo entre roteadores IP

CVs Comutados (SVC)o conexotildees de curta duraccedilatildeoo dinamicamente criados com base nas chamadas

94

CVs ATM

Vantagens do uso de circuitos virtuais no ATMo Consegue garantir niacuteveis de QoS para conexotildees mapeadas em circuitos virtuais (banda passante atraso variacircncia de atraso)

Problemas no uso de circuitos virtuaiso O traacutefego de datagramas eacute ineficienteo um PVC entre cada par origemdestino natildeo eacuteescalaacutevel (N2 conexotildees satildeo necessaacuterias)

o SVC introduz latecircncia de estabelecimento de conexatildeo e atrasos de processamento para conexotildees de curta duraccedilatildeo

48

95

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

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

Cabeccedilalhoda ceacutelula

Formato daceacutelula

96

Camada ATM Cabeccedilalho da ceacutelula ATM

VCI identificador de canal virtual

o pode mudar de enlace para enlace atraveacutes da rede

PT Tipo de payload (carga)o Ex ceacutelula de gerenciamento versus ceacutelula de dados

CLP bit de Prioridade de Perda de Ceacutelula (Cell Loss Priority)

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

HEC Verificaccedilatildeo de Erros no Cabeccedilalho

o verificaccedilatildeo ciacuteclica de erros

49

97

Camada Fiacutesica ATM Compotildee-se de duas partes (subcamadas) Transmission Convergence Sublayer - TCS adapta a

camada ATM acima agrave subcamada fiacutesica abaixo (PMD Physical Medium Dependent Sublayer- PMD depende

do tipo de meio fiacutesico sendo empregado

98

IP-sobre-ATMApenas IP Claacutessico 3 ldquoredesrdquo (ex

segmentos de LAN) endereccedilos MAC

(8023) e IP

IP sobre ATM substitui ldquorederdquo (ex

segmento de LAN) por rede ATM

endereccedilos ATM endereccedilos IP

redeATM

EthernetLANs

EthernetLANs

50

99

IP-sobre-ATM

AALATMphyphy

Eth

IP

ATMphy

ATMphy

apptranspIPAALATMphy

apptranspIPEthphy

100

Viagem de um Datagrama numa Rede IP-sobre-ATM Hospedeiro de Origem

o Camada IP encontra um mapeamento entre o endereccedilo IP e o endereccedilo de destino ATM (usando ATM-ARP)

o passa o datagrama para a camada de adaptaccedilatildeo AAL5o AAL5 encapsula os dados (datagrama) segmenta em ceacutelulas e

passa para a camada ATM Rede ATM move a ceacutelula para o destino de comutador a

comutador de acordo com o seu CV (circuito virtual) Hospedeiro de Destino

o AAL5 remonta o datagrama original a partir das ceacutelulas recebidas

o se o CRC OK datagrama eacute passado ao IP

51

101

IP-sobre-ATM

datagramas IP emPDUs ATM AAL5

de endereccedilos IP paraendereccedilos ATMo como de endereccedilos IP paraendereccedilos MAC 8023

RedeATM

LANsEthernet

102

Multiprotocol label switching (MPLS)

Objetivo inicial acelerar o repasse de datagramas IP usando um roacutetulo de tamanho fixoo usa ideacuteias da abordagem de Circuitos Virtuais

PPP or Ethernet

headerIP header remainder of link-layer frameMPLS header

label Exp S TTL

20 3 1 8

52

103

Roteadores habilitados para MPLS

Roteadores de chaveamento de roacutetulos (label-switchedrouter)

Repassa pacotes para as interfaces de saiacuteda baseado apenas no valor do roacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP)o tabela de repasse o MPLS diferente da tabela de repasse IP

Necessaacuterio um protocolo de sinalizaccedilatildeoo RSVP-TEo Repasse possiacutevel atraveacutes de caminhos que o IP sozinho natildeo

permitiria (pex roteamento especifico para fonte - source-specific routing)

o MPLS pode ser usado para engenharia de traacutefego Deve coexistir com roteadores que entendem apenas

IP

104

R1R2

D

R3R4R5

0

1

00

A

R6

in out out

label label dest interface

6 - A 0

in out out

label label dest interface

10 6 A 1

12 9 D 0

in out out

label label dest interface

10 A 0

12 D 0

1

in out out

label label dest interface

8 6 A 0

0

8 A 1

Tabelas de repasse MPLS

53

105

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Endereccedilamento na camada de enlace

55 Ethernet

56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)

57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de

enlace ATM e MPLS

33

65

Hubs (cont)

Limitaccedilotildeeso Domiacutenio de colisatildeo uacutenico natildeo leva a aumento na vazatildeo maacuteximabull a vazatildeo no caso de muacuteltiplos niacuteveis eacute igual agrave de um uacutenico segmento

o As tecnologias Ethernet (10Base 10BaseT etc) estabelecem limites no nuacutemero de noacutes no mesmo domiacutenio de colisatildeo distacircncia entre hospedeiros e numero maacuteximo de niacuteveis (tiers)

o Natildeo se pode misturar Ethernet 10BaseT e 100Base)

66

Comutador (Switch) Dispositivo da camada de enlace

o Armazena e reenvia quadros Etherneto Encaminha os quadros a partir dos respectivos endereccedilos MAC de destino

o Quando quer repassar um quadro para um segmento usa o CSMACD para acessar o segmento

Transparente o Hospedeiros natildeo sabem da presenccedila do switch

plug-and-play auto-aprendizadoo Natildeo precisam ser configurados

34

67

Repasse (forwarding)

bull Com se determina para que segmento de LAN se deve repassar um quadrobull Parece um problema de roteamento

hub hubhub

switch1

2 3

68

Auto-aprendizado

Comutador tem uma tabela de comutaccedilatildeo (switch table) Entrada na tabela de comutaccedilatildeo

o (Endereccedilo MAC Interface Selo do Tempo)o Entradas antigas descartadas

O comutador aprende que noacutes satildeo alcanccedilaacuteveis atraveacutes de suas interfaceso Quando um quadro eacute recebido ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do remetente segmento de LAN de chegada

35

69

Filtragem e RepasseQuando um quadro eacute recebido

indexar a tabela de comutaccedilatildeo usando o end MAC destinose entrada encontradaentatildeo se destino no segmento de onde o quadro foi recebidoentatildeo descartar o quadrosenatildeo repassar o quadro para a interface indicada (CSMACD)

senatildeo inundar

Repassar a todas as interfaces exceto agravequelapor onde chegou o quadro

70

Exemplo

Suponha que C envia quadro para D

Switch recebe o quadro de Co registra na tabela que C estaacute na interface 1o como D natildeo estaacute na tabela repassa o quadro para as

interfaces 2 e 3

quadro recebido por D

hub hub hub

switch

A

B CD

EF G H

I

end interface

ABEG

1123

12 3

36

71

Exemplo

Suponha que D responde para C

Switch recebe o quadro de Do registra na tabela que D estaacute na interface 2o como C estaacute na tabela repassa o quadro apenas para a

interface 1

quadro recebido por C

hub hub hub

switch

A

B CD

EF G H

I

end interface

ABEGC

11231

72

Comutador isolamento de traacutefego A instalaccedilatildeo de um comutador divide uma subrede

em vaacuterios segmentos de LAN

Comutador filtra os quadroso segmentos tornam-se diferentes domiacutenios de colisatildeo

hub hub hub

switch

collision domain collision domain

collisiondomain

37

73

Comutador acesso dedicado Comutadores com muitas

interfaces Hospedeiros tecircm conexatildeo

direta com o comutador Sem colisotildees full duplex

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

switch

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

74

Comutador hellip

Alguns comutadores implementam cut-througho o quadro eacute repassado sem esperar a montagem do quadro inteiro no buffer do comutador bull pequena reduccedilatildeo da latecircncia

Combinaccedilotildees de interfaces compartilhadasdedicadas de 101001000 Mbps

38

75

Rede institucional

hub hubhub

comutador

para a rede externa

roteador

subrede IP

servidor de correio-e

servidor web

76

Comutadores vs Roteadores ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa

o roteadores dispositivos da camada de rede (examinam cabeccedilalhos da camada de rede)

o comutadores dispositivos da camada de enlace roteadores mantecircm tabelas de rotas e implementam algoritmos

de roteamento comutadores mantecircm tabelas de filtragem implementam

filtragem

39

77

Comparaccedilatildeo Sumaacuteria

hubs routers switches

traffic isolation

no yes yes

plug amp play yes no yes

optimal routing

no yes no

cut through

yes no yes

78

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Endereccedilamento na camada de enlace

55 Ethernet

56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

40

79

Controle de Enlace Ponto-a-Ponto

Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil que um enlace broadcasto natildeo haacute Controle de Acesso ao Meioo natildeo haacute necessidade de endereccedilamento MAC expliacutecito

o ex enlace discado linha ISDN protocolos ponto-a-ponto populares para camada

de enlaceo PPP (point-to-point protocol)o HDLC High-level Data Link Control(A camada de enlace costumava ser considerada de alto niacutevel na pilha de protocolos)

80

Protocolo Ponto-a-Ponto (PPP)

PPP eacute muito popular usado em conexotildees discadas entre sistema domeacutestico e provedor em conexotildees SONETSDH etc

PPP eacute extremamente simples (o mais simples dos protocolos de enlace de dados) e muito otimizado

41

81

PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]

Enquadramento de pacotes encapsulamento do datagrama da camada de rede no quadro da camada de enlace

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

Muacuteltiplos protocolos da camada de rede (natildeo apenas o IP) ao mesmo tempoo capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeoo Campo lsquotipo de protocolorsquo como no IP

Muacuteltiplos tipos de enlace seriais paralelos siacutencronos assiacutencronos eleacutetricos oacutepticos

Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo) connection livenes detecta e informa falhas do enlace para a

camada de rede Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede as camadas de rede

comuni9cantes devem poder aprender ou configurar mutuamente seus endereccedilos de rede

Simplicidade

82

Nem tudo foi requerido do PPP

natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros natildeo haacute controle de fluxo aceita entregas fora de ordem (embora seja pouco

comum) natildeo haacute necessidade de suportar enlaces multiponto

(ex polling)o HDLC os permite

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

42

83

PPP Formato do Quadro 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)

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

erros

endereccedilocontrole

tamanhovariaacutevelou ou

CRC

84

Byte Stuffing Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de

dados deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt01111110gt

Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte extra com o padratildeo lt 01111101gt (escape) antes de cada byte de dados lt 01111110gt

Receptoro dois bytes 01111101 seguidos descarta o primeiro e continua a recepccedilatildeo de dados

o um byte 01111110 flag Em enlaces siacutencronos orientados a bit usa-se bit

stuffing o depois de uma sequumlecircncia de 5 bits lsquo1rsquo o transmissor insere

um bit lsquo0rsquo

43

85

Byte Stuffing

byte como padratildeodo flag nosdados a enviar

byte com o padratildeo de flag seguido do byte inserido

86

PPP Protocolo de Controle de Enlace (LCP) e Controle de RedeAntes de trocar dados da camada

de rede os parceiros da camada de enlace devem

configurar o enlace PPP (PPP-LCP) (tamanho maacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo)

aprenderconfigurar informaccedilotildees da camada de redeo para o IP mensagens do

Protocolo de Controle IP (IPCP) para configurar aprender os endereccedilos IP

44

87

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Endereccedilamento na camada de enlace

55 Ethernet

56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)

57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

88

ATM e MPLS

ATM MPLS redes com arquiteturas proacutepriaso modelos de serviccedilo endereccedilamento e roteamento diferentes dos da Internet

Vistos pela Internet como enlaces loacutegicos conectando roteadores IPo assim como um enlace discado eacute parte de uma rede separada (a rede de telefonia)

ATM MPLS de interesse teacutecnico por si mesmas

45

89

Padratildeo dos anos 199000 para a arquitetura de alta velocidade (155 622Mbps hellip) da BroadbandIntegrated Service Digital Network (B-ISDN)

Objetivo transporte integrado fim-a-fim de voz viacutedeo e dadoso deve atender aos requisitos de tempoQoS para aplicaccedilotildees de voz e de viacutedeo (versus o serviccedilo de melhor esforccedilo da Internet)

o telefonia de ldquoproacutexima geraccedilatildeordquo fundamentos teacutecnicos no mundo da telefonia

o comutaccedilatildeo de pacotes (pacotes de tamanho fixo chamados ldquoceacutelulasrdquo) usando circuitos virtuais

ATM Modo de Transferecircncia Assiacutencrono

90

Arquitetura ATM

camada de adaptaccedilatildeo apenas na borda de uma rede ATM

o grosseiramente anaacuteloga agrave camada de transporte da Interneto ldquoadaptardquo camadas superiores (aplicaccedilotildees IP ou nativas ATM)

para a camada ATM abaixo camada ATM camada de ldquorederdquo

o comutaccedilatildeo de ceacutelulas roteamento camada fiacutesica

46

91

ATM camada de rede ou de enlaceVisatildeo transporte fim-a-fim

ldquoATM de computador a computadorrdquoo ATM eacute uma tecnologia

de rede

Realidade usada para conectar roteadores IP de backboneo ldquoIP sobre ATMrdquoo ATM como uma camada

de enlace comutada conectando roteadores IP

Rede ATM

rede IP

92

Camada ATMServiccedilo transporte de ceacutelulas atraveacutes da rede ATM

o anaacuteloga agrave camada de rede IPo Serviccedilos muito diferentes da camada de rede IP

Arquitetura

de Rede

Internet

ATM

ATM

ATM

ATM

Modelo

de Serviccedilo

melhor

esforccedilo

CBR

VBR

ABR

UBR

Banda

natildeo

taxa

constante

taxa

garantida

miacutenimo

garantido

natildeo

Perda

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Ordem

natildeo

sim

sim

sim

sim

Tempo

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Aviso de

Congestatildeo

natildeo (inferido

pelas perdas)

natildeo haacute

congestatildeo

natildeo haacute

congestatildeo

sim

natildeo

Garantias

47

93

Camada ATM Circuitos Virtuais Transporte em CV ceacutelulas (53 bytes) satildeo transportadas sobre CV

da fonte ao destinoo estabelecimento de conexatildeo necessaacuterio antes que o fluxo de dados

possa ser iniciadoo cada pacote transporta um identificador de CV (natildeo transporta o

endereccedilo do destino)o cada comutador no caminho entre a fonte e o destino manteacutem o

ldquoestadordquo para cada conexatildeo passanteo recursos do enlace e do comutador (banda passante buffers) podem

ser alocados aoCV para obter um comportamento semelhante ao de um circuito fiacutesico

CVs Permanentes (PVC)o conexotildees de longa duraccedilatildeo o tipicamente rota ldquopermanenterdquo entre roteadores IP

CVs Comutados (SVC)o conexotildees de curta duraccedilatildeoo dinamicamente criados com base nas chamadas

94

CVs ATM

Vantagens do uso de circuitos virtuais no ATMo Consegue garantir niacuteveis de QoS para conexotildees mapeadas em circuitos virtuais (banda passante atraso variacircncia de atraso)

Problemas no uso de circuitos virtuaiso O traacutefego de datagramas eacute ineficienteo um PVC entre cada par origemdestino natildeo eacuteescalaacutevel (N2 conexotildees satildeo necessaacuterias)

o SVC introduz latecircncia de estabelecimento de conexatildeo e atrasos de processamento para conexotildees de curta duraccedilatildeo

48

95

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

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

Cabeccedilalhoda ceacutelula

Formato daceacutelula

96

Camada ATM Cabeccedilalho da ceacutelula ATM

VCI identificador de canal virtual

o pode mudar de enlace para enlace atraveacutes da rede

PT Tipo de payload (carga)o Ex ceacutelula de gerenciamento versus ceacutelula de dados

CLP bit de Prioridade de Perda de Ceacutelula (Cell Loss Priority)

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

HEC Verificaccedilatildeo de Erros no Cabeccedilalho

o verificaccedilatildeo ciacuteclica de erros

49

97

Camada Fiacutesica ATM Compotildee-se de duas partes (subcamadas) Transmission Convergence Sublayer - TCS adapta a

camada ATM acima agrave subcamada fiacutesica abaixo (PMD Physical Medium Dependent Sublayer- PMD depende

do tipo de meio fiacutesico sendo empregado

98

IP-sobre-ATMApenas IP Claacutessico 3 ldquoredesrdquo (ex

segmentos de LAN) endereccedilos MAC

(8023) e IP

IP sobre ATM substitui ldquorederdquo (ex

segmento de LAN) por rede ATM

endereccedilos ATM endereccedilos IP

redeATM

EthernetLANs

EthernetLANs

50

99

IP-sobre-ATM

AALATMphyphy

Eth

IP

ATMphy

ATMphy

apptranspIPAALATMphy

apptranspIPEthphy

100

Viagem de um Datagrama numa Rede IP-sobre-ATM Hospedeiro de Origem

o Camada IP encontra um mapeamento entre o endereccedilo IP e o endereccedilo de destino ATM (usando ATM-ARP)

o passa o datagrama para a camada de adaptaccedilatildeo AAL5o AAL5 encapsula os dados (datagrama) segmenta em ceacutelulas e

passa para a camada ATM Rede ATM move a ceacutelula para o destino de comutador a

comutador de acordo com o seu CV (circuito virtual) Hospedeiro de Destino

o AAL5 remonta o datagrama original a partir das ceacutelulas recebidas

o se o CRC OK datagrama eacute passado ao IP

51

101

IP-sobre-ATM

datagramas IP emPDUs ATM AAL5

de endereccedilos IP paraendereccedilos ATMo como de endereccedilos IP paraendereccedilos MAC 8023

RedeATM

LANsEthernet

102

Multiprotocol label switching (MPLS)

Objetivo inicial acelerar o repasse de datagramas IP usando um roacutetulo de tamanho fixoo usa ideacuteias da abordagem de Circuitos Virtuais

PPP or Ethernet

headerIP header remainder of link-layer frameMPLS header

label Exp S TTL

20 3 1 8

52

103

Roteadores habilitados para MPLS

Roteadores de chaveamento de roacutetulos (label-switchedrouter)

Repassa pacotes para as interfaces de saiacuteda baseado apenas no valor do roacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP)o tabela de repasse o MPLS diferente da tabela de repasse IP

Necessaacuterio um protocolo de sinalizaccedilatildeoo RSVP-TEo Repasse possiacutevel atraveacutes de caminhos que o IP sozinho natildeo

permitiria (pex roteamento especifico para fonte - source-specific routing)

o MPLS pode ser usado para engenharia de traacutefego Deve coexistir com roteadores que entendem apenas

IP

104

R1R2

D

R3R4R5

0

1

00

A

R6

in out out

label label dest interface

6 - A 0

in out out

label label dest interface

10 6 A 1

12 9 D 0

in out out

label label dest interface

10 A 0

12 D 0

1

in out out

label label dest interface

8 6 A 0

0

8 A 1

Tabelas de repasse MPLS

53

105

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Endereccedilamento na camada de enlace

55 Ethernet

56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)

57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de

enlace ATM e MPLS

34

67

Repasse (forwarding)

bull Com se determina para que segmento de LAN se deve repassar um quadrobull Parece um problema de roteamento

hub hubhub

switch1

2 3

68

Auto-aprendizado

Comutador tem uma tabela de comutaccedilatildeo (switch table) Entrada na tabela de comutaccedilatildeo

o (Endereccedilo MAC Interface Selo do Tempo)o Entradas antigas descartadas

O comutador aprende que noacutes satildeo alcanccedilaacuteveis atraveacutes de suas interfaceso Quando um quadro eacute recebido ldquoaprenderdquo a localizaccedilatildeo do remetente segmento de LAN de chegada

35

69

Filtragem e RepasseQuando um quadro eacute recebido

indexar a tabela de comutaccedilatildeo usando o end MAC destinose entrada encontradaentatildeo se destino no segmento de onde o quadro foi recebidoentatildeo descartar o quadrosenatildeo repassar o quadro para a interface indicada (CSMACD)

senatildeo inundar

Repassar a todas as interfaces exceto agravequelapor onde chegou o quadro

70

Exemplo

Suponha que C envia quadro para D

Switch recebe o quadro de Co registra na tabela que C estaacute na interface 1o como D natildeo estaacute na tabela repassa o quadro para as

interfaces 2 e 3

quadro recebido por D

hub hub hub

switch

A

B CD

EF G H

I

end interface

ABEG

1123

12 3

36

71

Exemplo

Suponha que D responde para C

Switch recebe o quadro de Do registra na tabela que D estaacute na interface 2o como C estaacute na tabela repassa o quadro apenas para a

interface 1

quadro recebido por C

hub hub hub

switch

A

B CD

EF G H

I

end interface

ABEGC

11231

72

Comutador isolamento de traacutefego A instalaccedilatildeo de um comutador divide uma subrede

em vaacuterios segmentos de LAN

Comutador filtra os quadroso segmentos tornam-se diferentes domiacutenios de colisatildeo

hub hub hub

switch

collision domain collision domain

collisiondomain

37

73

Comutador acesso dedicado Comutadores com muitas

interfaces Hospedeiros tecircm conexatildeo

direta com o comutador Sem colisotildees full duplex

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

switch

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

74

Comutador hellip

Alguns comutadores implementam cut-througho o quadro eacute repassado sem esperar a montagem do quadro inteiro no buffer do comutador bull pequena reduccedilatildeo da latecircncia

Combinaccedilotildees de interfaces compartilhadasdedicadas de 101001000 Mbps

38

75

Rede institucional

hub hubhub

comutador

para a rede externa

roteador

subrede IP

servidor de correio-e

servidor web

76

Comutadores vs Roteadores ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa

o roteadores dispositivos da camada de rede (examinam cabeccedilalhos da camada de rede)

o comutadores dispositivos da camada de enlace roteadores mantecircm tabelas de rotas e implementam algoritmos

de roteamento comutadores mantecircm tabelas de filtragem implementam

filtragem

39

77

Comparaccedilatildeo Sumaacuteria

hubs routers switches

traffic isolation

no yes yes

plug amp play yes no yes

optimal routing

no yes no

cut through

yes no yes

78

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Endereccedilamento na camada de enlace

55 Ethernet

56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

40

79

Controle de Enlace Ponto-a-Ponto

Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil que um enlace broadcasto natildeo haacute Controle de Acesso ao Meioo natildeo haacute necessidade de endereccedilamento MAC expliacutecito

o ex enlace discado linha ISDN protocolos ponto-a-ponto populares para camada

de enlaceo PPP (point-to-point protocol)o HDLC High-level Data Link Control(A camada de enlace costumava ser considerada de alto niacutevel na pilha de protocolos)

80

Protocolo Ponto-a-Ponto (PPP)

PPP eacute muito popular usado em conexotildees discadas entre sistema domeacutestico e provedor em conexotildees SONETSDH etc

PPP eacute extremamente simples (o mais simples dos protocolos de enlace de dados) e muito otimizado

41

81

PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]

Enquadramento de pacotes encapsulamento do datagrama da camada de rede no quadro da camada de enlace

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

Muacuteltiplos protocolos da camada de rede (natildeo apenas o IP) ao mesmo tempoo capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeoo Campo lsquotipo de protocolorsquo como no IP

Muacuteltiplos tipos de enlace seriais paralelos siacutencronos assiacutencronos eleacutetricos oacutepticos

Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo) connection livenes detecta e informa falhas do enlace para a

camada de rede Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede as camadas de rede

comuni9cantes devem poder aprender ou configurar mutuamente seus endereccedilos de rede

Simplicidade

82

Nem tudo foi requerido do PPP

natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros natildeo haacute controle de fluxo aceita entregas fora de ordem (embora seja pouco

comum) natildeo haacute necessidade de suportar enlaces multiponto

(ex polling)o HDLC os permite

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

42

83

PPP Formato do Quadro 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)

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

erros

endereccedilocontrole

tamanhovariaacutevelou ou

CRC

84

Byte Stuffing Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de

dados deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt01111110gt

Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte extra com o padratildeo lt 01111101gt (escape) antes de cada byte de dados lt 01111110gt

Receptoro dois bytes 01111101 seguidos descarta o primeiro e continua a recepccedilatildeo de dados

o um byte 01111110 flag Em enlaces siacutencronos orientados a bit usa-se bit

stuffing o depois de uma sequumlecircncia de 5 bits lsquo1rsquo o transmissor insere

um bit lsquo0rsquo

43

85

Byte Stuffing

byte como padratildeodo flag nosdados a enviar

byte com o padratildeo de flag seguido do byte inserido

86

PPP Protocolo de Controle de Enlace (LCP) e Controle de RedeAntes de trocar dados da camada

de rede os parceiros da camada de enlace devem

configurar o enlace PPP (PPP-LCP) (tamanho maacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo)

aprenderconfigurar informaccedilotildees da camada de redeo para o IP mensagens do

Protocolo de Controle IP (IPCP) para configurar aprender os endereccedilos IP

44

87

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Endereccedilamento na camada de enlace

55 Ethernet

56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)

57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

88

ATM e MPLS

ATM MPLS redes com arquiteturas proacutepriaso modelos de serviccedilo endereccedilamento e roteamento diferentes dos da Internet

Vistos pela Internet como enlaces loacutegicos conectando roteadores IPo assim como um enlace discado eacute parte de uma rede separada (a rede de telefonia)

ATM MPLS de interesse teacutecnico por si mesmas

45

89

Padratildeo dos anos 199000 para a arquitetura de alta velocidade (155 622Mbps hellip) da BroadbandIntegrated Service Digital Network (B-ISDN)

Objetivo transporte integrado fim-a-fim de voz viacutedeo e dadoso deve atender aos requisitos de tempoQoS para aplicaccedilotildees de voz e de viacutedeo (versus o serviccedilo de melhor esforccedilo da Internet)

o telefonia de ldquoproacutexima geraccedilatildeordquo fundamentos teacutecnicos no mundo da telefonia

o comutaccedilatildeo de pacotes (pacotes de tamanho fixo chamados ldquoceacutelulasrdquo) usando circuitos virtuais

ATM Modo de Transferecircncia Assiacutencrono

90

Arquitetura ATM

camada de adaptaccedilatildeo apenas na borda de uma rede ATM

o grosseiramente anaacuteloga agrave camada de transporte da Interneto ldquoadaptardquo camadas superiores (aplicaccedilotildees IP ou nativas ATM)

para a camada ATM abaixo camada ATM camada de ldquorederdquo

o comutaccedilatildeo de ceacutelulas roteamento camada fiacutesica

46

91

ATM camada de rede ou de enlaceVisatildeo transporte fim-a-fim

ldquoATM de computador a computadorrdquoo ATM eacute uma tecnologia

de rede

Realidade usada para conectar roteadores IP de backboneo ldquoIP sobre ATMrdquoo ATM como uma camada

de enlace comutada conectando roteadores IP

Rede ATM

rede IP

92

Camada ATMServiccedilo transporte de ceacutelulas atraveacutes da rede ATM

o anaacuteloga agrave camada de rede IPo Serviccedilos muito diferentes da camada de rede IP

Arquitetura

de Rede

Internet

ATM

ATM

ATM

ATM

Modelo

de Serviccedilo

melhor

esforccedilo

CBR

VBR

ABR

UBR

Banda

natildeo

taxa

constante

taxa

garantida

miacutenimo

garantido

natildeo

Perda

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Ordem

natildeo

sim

sim

sim

sim

Tempo

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Aviso de

Congestatildeo

natildeo (inferido

pelas perdas)

natildeo haacute

congestatildeo

natildeo haacute

congestatildeo

sim

natildeo

Garantias

47

93

Camada ATM Circuitos Virtuais Transporte em CV ceacutelulas (53 bytes) satildeo transportadas sobre CV

da fonte ao destinoo estabelecimento de conexatildeo necessaacuterio antes que o fluxo de dados

possa ser iniciadoo cada pacote transporta um identificador de CV (natildeo transporta o

endereccedilo do destino)o cada comutador no caminho entre a fonte e o destino manteacutem o

ldquoestadordquo para cada conexatildeo passanteo recursos do enlace e do comutador (banda passante buffers) podem

ser alocados aoCV para obter um comportamento semelhante ao de um circuito fiacutesico

CVs Permanentes (PVC)o conexotildees de longa duraccedilatildeo o tipicamente rota ldquopermanenterdquo entre roteadores IP

CVs Comutados (SVC)o conexotildees de curta duraccedilatildeoo dinamicamente criados com base nas chamadas

94

CVs ATM

Vantagens do uso de circuitos virtuais no ATMo Consegue garantir niacuteveis de QoS para conexotildees mapeadas em circuitos virtuais (banda passante atraso variacircncia de atraso)

Problemas no uso de circuitos virtuaiso O traacutefego de datagramas eacute ineficienteo um PVC entre cada par origemdestino natildeo eacuteescalaacutevel (N2 conexotildees satildeo necessaacuterias)

o SVC introduz latecircncia de estabelecimento de conexatildeo e atrasos de processamento para conexotildees de curta duraccedilatildeo

48

95

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

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

Cabeccedilalhoda ceacutelula

Formato daceacutelula

96

Camada ATM Cabeccedilalho da ceacutelula ATM

VCI identificador de canal virtual

o pode mudar de enlace para enlace atraveacutes da rede

PT Tipo de payload (carga)o Ex ceacutelula de gerenciamento versus ceacutelula de dados

CLP bit de Prioridade de Perda de Ceacutelula (Cell Loss Priority)

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

HEC Verificaccedilatildeo de Erros no Cabeccedilalho

o verificaccedilatildeo ciacuteclica de erros

49

97

Camada Fiacutesica ATM Compotildee-se de duas partes (subcamadas) Transmission Convergence Sublayer - TCS adapta a

camada ATM acima agrave subcamada fiacutesica abaixo (PMD Physical Medium Dependent Sublayer- PMD depende

do tipo de meio fiacutesico sendo empregado

98

IP-sobre-ATMApenas IP Claacutessico 3 ldquoredesrdquo (ex

segmentos de LAN) endereccedilos MAC

(8023) e IP

IP sobre ATM substitui ldquorederdquo (ex

segmento de LAN) por rede ATM

endereccedilos ATM endereccedilos IP

redeATM

EthernetLANs

EthernetLANs

50

99

IP-sobre-ATM

AALATMphyphy

Eth

IP

ATMphy

ATMphy

apptranspIPAALATMphy

apptranspIPEthphy

100

Viagem de um Datagrama numa Rede IP-sobre-ATM Hospedeiro de Origem

o Camada IP encontra um mapeamento entre o endereccedilo IP e o endereccedilo de destino ATM (usando ATM-ARP)

o passa o datagrama para a camada de adaptaccedilatildeo AAL5o AAL5 encapsula os dados (datagrama) segmenta em ceacutelulas e

passa para a camada ATM Rede ATM move a ceacutelula para o destino de comutador a

comutador de acordo com o seu CV (circuito virtual) Hospedeiro de Destino

o AAL5 remonta o datagrama original a partir das ceacutelulas recebidas

o se o CRC OK datagrama eacute passado ao IP

51

101

IP-sobre-ATM

datagramas IP emPDUs ATM AAL5

de endereccedilos IP paraendereccedilos ATMo como de endereccedilos IP paraendereccedilos MAC 8023

RedeATM

LANsEthernet

102

Multiprotocol label switching (MPLS)

Objetivo inicial acelerar o repasse de datagramas IP usando um roacutetulo de tamanho fixoo usa ideacuteias da abordagem de Circuitos Virtuais

PPP or Ethernet

headerIP header remainder of link-layer frameMPLS header

label Exp S TTL

20 3 1 8

52

103

Roteadores habilitados para MPLS

Roteadores de chaveamento de roacutetulos (label-switchedrouter)

Repassa pacotes para as interfaces de saiacuteda baseado apenas no valor do roacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP)o tabela de repasse o MPLS diferente da tabela de repasse IP

Necessaacuterio um protocolo de sinalizaccedilatildeoo RSVP-TEo Repasse possiacutevel atraveacutes de caminhos que o IP sozinho natildeo

permitiria (pex roteamento especifico para fonte - source-specific routing)

o MPLS pode ser usado para engenharia de traacutefego Deve coexistir com roteadores que entendem apenas

IP

104

R1R2

D

R3R4R5

0

1

00

A

R6

in out out

label label dest interface

6 - A 0

in out out

label label dest interface

10 6 A 1

12 9 D 0

in out out

label label dest interface

10 A 0

12 D 0

1

in out out

label label dest interface

8 6 A 0

0

8 A 1

Tabelas de repasse MPLS

53

105

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Endereccedilamento na camada de enlace

55 Ethernet

56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)

57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de

enlace ATM e MPLS

35

69

Filtragem e RepasseQuando um quadro eacute recebido

indexar a tabela de comutaccedilatildeo usando o end MAC destinose entrada encontradaentatildeo se destino no segmento de onde o quadro foi recebidoentatildeo descartar o quadrosenatildeo repassar o quadro para a interface indicada (CSMACD)

senatildeo inundar

Repassar a todas as interfaces exceto agravequelapor onde chegou o quadro

70

Exemplo

Suponha que C envia quadro para D

Switch recebe o quadro de Co registra na tabela que C estaacute na interface 1o como D natildeo estaacute na tabela repassa o quadro para as

interfaces 2 e 3

quadro recebido por D

hub hub hub

switch

A

B CD

EF G H

I

end interface

ABEG

1123

12 3

36

71

Exemplo

Suponha que D responde para C

Switch recebe o quadro de Do registra na tabela que D estaacute na interface 2o como C estaacute na tabela repassa o quadro apenas para a

interface 1

quadro recebido por C

hub hub hub

switch

A

B CD

EF G H

I

end interface

ABEGC

11231

72

Comutador isolamento de traacutefego A instalaccedilatildeo de um comutador divide uma subrede

em vaacuterios segmentos de LAN

Comutador filtra os quadroso segmentos tornam-se diferentes domiacutenios de colisatildeo

hub hub hub

switch

collision domain collision domain

collisiondomain

37

73

Comutador acesso dedicado Comutadores com muitas

interfaces Hospedeiros tecircm conexatildeo

direta com o comutador Sem colisotildees full duplex

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

switch

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

74

Comutador hellip

Alguns comutadores implementam cut-througho o quadro eacute repassado sem esperar a montagem do quadro inteiro no buffer do comutador bull pequena reduccedilatildeo da latecircncia

Combinaccedilotildees de interfaces compartilhadasdedicadas de 101001000 Mbps

38

75

Rede institucional

hub hubhub

comutador

para a rede externa

roteador

subrede IP

servidor de correio-e

servidor web

76

Comutadores vs Roteadores ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa

o roteadores dispositivos da camada de rede (examinam cabeccedilalhos da camada de rede)

o comutadores dispositivos da camada de enlace roteadores mantecircm tabelas de rotas e implementam algoritmos

de roteamento comutadores mantecircm tabelas de filtragem implementam

filtragem

39

77

Comparaccedilatildeo Sumaacuteria

hubs routers switches

traffic isolation

no yes yes

plug amp play yes no yes

optimal routing

no yes no

cut through

yes no yes

78

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Endereccedilamento na camada de enlace

55 Ethernet

56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

40

79

Controle de Enlace Ponto-a-Ponto

Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil que um enlace broadcasto natildeo haacute Controle de Acesso ao Meioo natildeo haacute necessidade de endereccedilamento MAC expliacutecito

o ex enlace discado linha ISDN protocolos ponto-a-ponto populares para camada

de enlaceo PPP (point-to-point protocol)o HDLC High-level Data Link Control(A camada de enlace costumava ser considerada de alto niacutevel na pilha de protocolos)

80

Protocolo Ponto-a-Ponto (PPP)

PPP eacute muito popular usado em conexotildees discadas entre sistema domeacutestico e provedor em conexotildees SONETSDH etc

PPP eacute extremamente simples (o mais simples dos protocolos de enlace de dados) e muito otimizado

41

81

PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]

Enquadramento de pacotes encapsulamento do datagrama da camada de rede no quadro da camada de enlace

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

Muacuteltiplos protocolos da camada de rede (natildeo apenas o IP) ao mesmo tempoo capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeoo Campo lsquotipo de protocolorsquo como no IP

Muacuteltiplos tipos de enlace seriais paralelos siacutencronos assiacutencronos eleacutetricos oacutepticos

Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo) connection livenes detecta e informa falhas do enlace para a

camada de rede Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede as camadas de rede

comuni9cantes devem poder aprender ou configurar mutuamente seus endereccedilos de rede

Simplicidade

82

Nem tudo foi requerido do PPP

natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros natildeo haacute controle de fluxo aceita entregas fora de ordem (embora seja pouco

comum) natildeo haacute necessidade de suportar enlaces multiponto

(ex polling)o HDLC os permite

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

42

83

PPP Formato do Quadro 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)

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

erros

endereccedilocontrole

tamanhovariaacutevelou ou

CRC

84

Byte Stuffing Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de

dados deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt01111110gt

Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte extra com o padratildeo lt 01111101gt (escape) antes de cada byte de dados lt 01111110gt

Receptoro dois bytes 01111101 seguidos descarta o primeiro e continua a recepccedilatildeo de dados

o um byte 01111110 flag Em enlaces siacutencronos orientados a bit usa-se bit

stuffing o depois de uma sequumlecircncia de 5 bits lsquo1rsquo o transmissor insere

um bit lsquo0rsquo

43

85

Byte Stuffing

byte como padratildeodo flag nosdados a enviar

byte com o padratildeo de flag seguido do byte inserido

86

PPP Protocolo de Controle de Enlace (LCP) e Controle de RedeAntes de trocar dados da camada

de rede os parceiros da camada de enlace devem

configurar o enlace PPP (PPP-LCP) (tamanho maacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo)

aprenderconfigurar informaccedilotildees da camada de redeo para o IP mensagens do

Protocolo de Controle IP (IPCP) para configurar aprender os endereccedilos IP

44

87

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Endereccedilamento na camada de enlace

55 Ethernet

56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)

57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

88

ATM e MPLS

ATM MPLS redes com arquiteturas proacutepriaso modelos de serviccedilo endereccedilamento e roteamento diferentes dos da Internet

Vistos pela Internet como enlaces loacutegicos conectando roteadores IPo assim como um enlace discado eacute parte de uma rede separada (a rede de telefonia)

ATM MPLS de interesse teacutecnico por si mesmas

45

89

Padratildeo dos anos 199000 para a arquitetura de alta velocidade (155 622Mbps hellip) da BroadbandIntegrated Service Digital Network (B-ISDN)

Objetivo transporte integrado fim-a-fim de voz viacutedeo e dadoso deve atender aos requisitos de tempoQoS para aplicaccedilotildees de voz e de viacutedeo (versus o serviccedilo de melhor esforccedilo da Internet)

o telefonia de ldquoproacutexima geraccedilatildeordquo fundamentos teacutecnicos no mundo da telefonia

o comutaccedilatildeo de pacotes (pacotes de tamanho fixo chamados ldquoceacutelulasrdquo) usando circuitos virtuais

ATM Modo de Transferecircncia Assiacutencrono

90

Arquitetura ATM

camada de adaptaccedilatildeo apenas na borda de uma rede ATM

o grosseiramente anaacuteloga agrave camada de transporte da Interneto ldquoadaptardquo camadas superiores (aplicaccedilotildees IP ou nativas ATM)

para a camada ATM abaixo camada ATM camada de ldquorederdquo

o comutaccedilatildeo de ceacutelulas roteamento camada fiacutesica

46

91

ATM camada de rede ou de enlaceVisatildeo transporte fim-a-fim

ldquoATM de computador a computadorrdquoo ATM eacute uma tecnologia

de rede

Realidade usada para conectar roteadores IP de backboneo ldquoIP sobre ATMrdquoo ATM como uma camada

de enlace comutada conectando roteadores IP

Rede ATM

rede IP

92

Camada ATMServiccedilo transporte de ceacutelulas atraveacutes da rede ATM

o anaacuteloga agrave camada de rede IPo Serviccedilos muito diferentes da camada de rede IP

Arquitetura

de Rede

Internet

ATM

ATM

ATM

ATM

Modelo

de Serviccedilo

melhor

esforccedilo

CBR

VBR

ABR

UBR

Banda

natildeo

taxa

constante

taxa

garantida

miacutenimo

garantido

natildeo

Perda

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Ordem

natildeo

sim

sim

sim

sim

Tempo

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Aviso de

Congestatildeo

natildeo (inferido

pelas perdas)

natildeo haacute

congestatildeo

natildeo haacute

congestatildeo

sim

natildeo

Garantias

47

93

Camada ATM Circuitos Virtuais Transporte em CV ceacutelulas (53 bytes) satildeo transportadas sobre CV

da fonte ao destinoo estabelecimento de conexatildeo necessaacuterio antes que o fluxo de dados

possa ser iniciadoo cada pacote transporta um identificador de CV (natildeo transporta o

endereccedilo do destino)o cada comutador no caminho entre a fonte e o destino manteacutem o

ldquoestadordquo para cada conexatildeo passanteo recursos do enlace e do comutador (banda passante buffers) podem

ser alocados aoCV para obter um comportamento semelhante ao de um circuito fiacutesico

CVs Permanentes (PVC)o conexotildees de longa duraccedilatildeo o tipicamente rota ldquopermanenterdquo entre roteadores IP

CVs Comutados (SVC)o conexotildees de curta duraccedilatildeoo dinamicamente criados com base nas chamadas

94

CVs ATM

Vantagens do uso de circuitos virtuais no ATMo Consegue garantir niacuteveis de QoS para conexotildees mapeadas em circuitos virtuais (banda passante atraso variacircncia de atraso)

Problemas no uso de circuitos virtuaiso O traacutefego de datagramas eacute ineficienteo um PVC entre cada par origemdestino natildeo eacuteescalaacutevel (N2 conexotildees satildeo necessaacuterias)

o SVC introduz latecircncia de estabelecimento de conexatildeo e atrasos de processamento para conexotildees de curta duraccedilatildeo

48

95

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

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

Cabeccedilalhoda ceacutelula

Formato daceacutelula

96

Camada ATM Cabeccedilalho da ceacutelula ATM

VCI identificador de canal virtual

o pode mudar de enlace para enlace atraveacutes da rede

PT Tipo de payload (carga)o Ex ceacutelula de gerenciamento versus ceacutelula de dados

CLP bit de Prioridade de Perda de Ceacutelula (Cell Loss Priority)

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

HEC Verificaccedilatildeo de Erros no Cabeccedilalho

o verificaccedilatildeo ciacuteclica de erros

49

97

Camada Fiacutesica ATM Compotildee-se de duas partes (subcamadas) Transmission Convergence Sublayer - TCS adapta a

camada ATM acima agrave subcamada fiacutesica abaixo (PMD Physical Medium Dependent Sublayer- PMD depende

do tipo de meio fiacutesico sendo empregado

98

IP-sobre-ATMApenas IP Claacutessico 3 ldquoredesrdquo (ex

segmentos de LAN) endereccedilos MAC

(8023) e IP

IP sobre ATM substitui ldquorederdquo (ex

segmento de LAN) por rede ATM

endereccedilos ATM endereccedilos IP

redeATM

EthernetLANs

EthernetLANs

50

99

IP-sobre-ATM

AALATMphyphy

Eth

IP

ATMphy

ATMphy

apptranspIPAALATMphy

apptranspIPEthphy

100

Viagem de um Datagrama numa Rede IP-sobre-ATM Hospedeiro de Origem

o Camada IP encontra um mapeamento entre o endereccedilo IP e o endereccedilo de destino ATM (usando ATM-ARP)

o passa o datagrama para a camada de adaptaccedilatildeo AAL5o AAL5 encapsula os dados (datagrama) segmenta em ceacutelulas e

passa para a camada ATM Rede ATM move a ceacutelula para o destino de comutador a

comutador de acordo com o seu CV (circuito virtual) Hospedeiro de Destino

o AAL5 remonta o datagrama original a partir das ceacutelulas recebidas

o se o CRC OK datagrama eacute passado ao IP

51

101

IP-sobre-ATM

datagramas IP emPDUs ATM AAL5

de endereccedilos IP paraendereccedilos ATMo como de endereccedilos IP paraendereccedilos MAC 8023

RedeATM

LANsEthernet

102

Multiprotocol label switching (MPLS)

Objetivo inicial acelerar o repasse de datagramas IP usando um roacutetulo de tamanho fixoo usa ideacuteias da abordagem de Circuitos Virtuais

PPP or Ethernet

headerIP header remainder of link-layer frameMPLS header

label Exp S TTL

20 3 1 8

52

103

Roteadores habilitados para MPLS

Roteadores de chaveamento de roacutetulos (label-switchedrouter)

Repassa pacotes para as interfaces de saiacuteda baseado apenas no valor do roacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP)o tabela de repasse o MPLS diferente da tabela de repasse IP

Necessaacuterio um protocolo de sinalizaccedilatildeoo RSVP-TEo Repasse possiacutevel atraveacutes de caminhos que o IP sozinho natildeo

permitiria (pex roteamento especifico para fonte - source-specific routing)

o MPLS pode ser usado para engenharia de traacutefego Deve coexistir com roteadores que entendem apenas

IP

104

R1R2

D

R3R4R5

0

1

00

A

R6

in out out

label label dest interface

6 - A 0

in out out

label label dest interface

10 6 A 1

12 9 D 0

in out out

label label dest interface

10 A 0

12 D 0

1

in out out

label label dest interface

8 6 A 0

0

8 A 1

Tabelas de repasse MPLS

53

105

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Endereccedilamento na camada de enlace

55 Ethernet

56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)

57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de

enlace ATM e MPLS

36

71

Exemplo

Suponha que D responde para C

Switch recebe o quadro de Do registra na tabela que D estaacute na interface 2o como C estaacute na tabela repassa o quadro apenas para a

interface 1

quadro recebido por C

hub hub hub

switch

A

B CD

EF G H

I

end interface

ABEGC

11231

72

Comutador isolamento de traacutefego A instalaccedilatildeo de um comutador divide uma subrede

em vaacuterios segmentos de LAN

Comutador filtra os quadroso segmentos tornam-se diferentes domiacutenios de colisatildeo

hub hub hub

switch

collision domain collision domain

collisiondomain

37

73

Comutador acesso dedicado Comutadores com muitas

interfaces Hospedeiros tecircm conexatildeo

direta com o comutador Sem colisotildees full duplex

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

switch

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

74

Comutador hellip

Alguns comutadores implementam cut-througho o quadro eacute repassado sem esperar a montagem do quadro inteiro no buffer do comutador bull pequena reduccedilatildeo da latecircncia

Combinaccedilotildees de interfaces compartilhadasdedicadas de 101001000 Mbps

38

75

Rede institucional

hub hubhub

comutador

para a rede externa

roteador

subrede IP

servidor de correio-e

servidor web

76

Comutadores vs Roteadores ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa

o roteadores dispositivos da camada de rede (examinam cabeccedilalhos da camada de rede)

o comutadores dispositivos da camada de enlace roteadores mantecircm tabelas de rotas e implementam algoritmos

de roteamento comutadores mantecircm tabelas de filtragem implementam

filtragem

39

77

Comparaccedilatildeo Sumaacuteria

hubs routers switches

traffic isolation

no yes yes

plug amp play yes no yes

optimal routing

no yes no

cut through

yes no yes

78

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Endereccedilamento na camada de enlace

55 Ethernet

56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

40

79

Controle de Enlace Ponto-a-Ponto

Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil que um enlace broadcasto natildeo haacute Controle de Acesso ao Meioo natildeo haacute necessidade de endereccedilamento MAC expliacutecito

o ex enlace discado linha ISDN protocolos ponto-a-ponto populares para camada

de enlaceo PPP (point-to-point protocol)o HDLC High-level Data Link Control(A camada de enlace costumava ser considerada de alto niacutevel na pilha de protocolos)

80

Protocolo Ponto-a-Ponto (PPP)

PPP eacute muito popular usado em conexotildees discadas entre sistema domeacutestico e provedor em conexotildees SONETSDH etc

PPP eacute extremamente simples (o mais simples dos protocolos de enlace de dados) e muito otimizado

41

81

PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]

Enquadramento de pacotes encapsulamento do datagrama da camada de rede no quadro da camada de enlace

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

Muacuteltiplos protocolos da camada de rede (natildeo apenas o IP) ao mesmo tempoo capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeoo Campo lsquotipo de protocolorsquo como no IP

Muacuteltiplos tipos de enlace seriais paralelos siacutencronos assiacutencronos eleacutetricos oacutepticos

Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo) connection livenes detecta e informa falhas do enlace para a

camada de rede Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede as camadas de rede

comuni9cantes devem poder aprender ou configurar mutuamente seus endereccedilos de rede

Simplicidade

82

Nem tudo foi requerido do PPP

natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros natildeo haacute controle de fluxo aceita entregas fora de ordem (embora seja pouco

comum) natildeo haacute necessidade de suportar enlaces multiponto

(ex polling)o HDLC os permite

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

42

83

PPP Formato do Quadro 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)

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

erros

endereccedilocontrole

tamanhovariaacutevelou ou

CRC

84

Byte Stuffing Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de

dados deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt01111110gt

Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte extra com o padratildeo lt 01111101gt (escape) antes de cada byte de dados lt 01111110gt

Receptoro dois bytes 01111101 seguidos descarta o primeiro e continua a recepccedilatildeo de dados

o um byte 01111110 flag Em enlaces siacutencronos orientados a bit usa-se bit

stuffing o depois de uma sequumlecircncia de 5 bits lsquo1rsquo o transmissor insere

um bit lsquo0rsquo

43

85

Byte Stuffing

byte como padratildeodo flag nosdados a enviar

byte com o padratildeo de flag seguido do byte inserido

86

PPP Protocolo de Controle de Enlace (LCP) e Controle de RedeAntes de trocar dados da camada

de rede os parceiros da camada de enlace devem

configurar o enlace PPP (PPP-LCP) (tamanho maacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo)

aprenderconfigurar informaccedilotildees da camada de redeo para o IP mensagens do

Protocolo de Controle IP (IPCP) para configurar aprender os endereccedilos IP

44

87

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Endereccedilamento na camada de enlace

55 Ethernet

56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)

57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

88

ATM e MPLS

ATM MPLS redes com arquiteturas proacutepriaso modelos de serviccedilo endereccedilamento e roteamento diferentes dos da Internet

Vistos pela Internet como enlaces loacutegicos conectando roteadores IPo assim como um enlace discado eacute parte de uma rede separada (a rede de telefonia)

ATM MPLS de interesse teacutecnico por si mesmas

45

89

Padratildeo dos anos 199000 para a arquitetura de alta velocidade (155 622Mbps hellip) da BroadbandIntegrated Service Digital Network (B-ISDN)

Objetivo transporte integrado fim-a-fim de voz viacutedeo e dadoso deve atender aos requisitos de tempoQoS para aplicaccedilotildees de voz e de viacutedeo (versus o serviccedilo de melhor esforccedilo da Internet)

o telefonia de ldquoproacutexima geraccedilatildeordquo fundamentos teacutecnicos no mundo da telefonia

o comutaccedilatildeo de pacotes (pacotes de tamanho fixo chamados ldquoceacutelulasrdquo) usando circuitos virtuais

ATM Modo de Transferecircncia Assiacutencrono

90

Arquitetura ATM

camada de adaptaccedilatildeo apenas na borda de uma rede ATM

o grosseiramente anaacuteloga agrave camada de transporte da Interneto ldquoadaptardquo camadas superiores (aplicaccedilotildees IP ou nativas ATM)

para a camada ATM abaixo camada ATM camada de ldquorederdquo

o comutaccedilatildeo de ceacutelulas roteamento camada fiacutesica

46

91

ATM camada de rede ou de enlaceVisatildeo transporte fim-a-fim

ldquoATM de computador a computadorrdquoo ATM eacute uma tecnologia

de rede

Realidade usada para conectar roteadores IP de backboneo ldquoIP sobre ATMrdquoo ATM como uma camada

de enlace comutada conectando roteadores IP

Rede ATM

rede IP

92

Camada ATMServiccedilo transporte de ceacutelulas atraveacutes da rede ATM

o anaacuteloga agrave camada de rede IPo Serviccedilos muito diferentes da camada de rede IP

Arquitetura

de Rede

Internet

ATM

ATM

ATM

ATM

Modelo

de Serviccedilo

melhor

esforccedilo

CBR

VBR

ABR

UBR

Banda

natildeo

taxa

constante

taxa

garantida

miacutenimo

garantido

natildeo

Perda

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Ordem

natildeo

sim

sim

sim

sim

Tempo

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Aviso de

Congestatildeo

natildeo (inferido

pelas perdas)

natildeo haacute

congestatildeo

natildeo haacute

congestatildeo

sim

natildeo

Garantias

47

93

Camada ATM Circuitos Virtuais Transporte em CV ceacutelulas (53 bytes) satildeo transportadas sobre CV

da fonte ao destinoo estabelecimento de conexatildeo necessaacuterio antes que o fluxo de dados

possa ser iniciadoo cada pacote transporta um identificador de CV (natildeo transporta o

endereccedilo do destino)o cada comutador no caminho entre a fonte e o destino manteacutem o

ldquoestadordquo para cada conexatildeo passanteo recursos do enlace e do comutador (banda passante buffers) podem

ser alocados aoCV para obter um comportamento semelhante ao de um circuito fiacutesico

CVs Permanentes (PVC)o conexotildees de longa duraccedilatildeo o tipicamente rota ldquopermanenterdquo entre roteadores IP

CVs Comutados (SVC)o conexotildees de curta duraccedilatildeoo dinamicamente criados com base nas chamadas

94

CVs ATM

Vantagens do uso de circuitos virtuais no ATMo Consegue garantir niacuteveis de QoS para conexotildees mapeadas em circuitos virtuais (banda passante atraso variacircncia de atraso)

Problemas no uso de circuitos virtuaiso O traacutefego de datagramas eacute ineficienteo um PVC entre cada par origemdestino natildeo eacuteescalaacutevel (N2 conexotildees satildeo necessaacuterias)

o SVC introduz latecircncia de estabelecimento de conexatildeo e atrasos de processamento para conexotildees de curta duraccedilatildeo

48

95

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

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

Cabeccedilalhoda ceacutelula

Formato daceacutelula

96

Camada ATM Cabeccedilalho da ceacutelula ATM

VCI identificador de canal virtual

o pode mudar de enlace para enlace atraveacutes da rede

PT Tipo de payload (carga)o Ex ceacutelula de gerenciamento versus ceacutelula de dados

CLP bit de Prioridade de Perda de Ceacutelula (Cell Loss Priority)

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

HEC Verificaccedilatildeo de Erros no Cabeccedilalho

o verificaccedilatildeo ciacuteclica de erros

49

97

Camada Fiacutesica ATM Compotildee-se de duas partes (subcamadas) Transmission Convergence Sublayer - TCS adapta a

camada ATM acima agrave subcamada fiacutesica abaixo (PMD Physical Medium Dependent Sublayer- PMD depende

do tipo de meio fiacutesico sendo empregado

98

IP-sobre-ATMApenas IP Claacutessico 3 ldquoredesrdquo (ex

segmentos de LAN) endereccedilos MAC

(8023) e IP

IP sobre ATM substitui ldquorederdquo (ex

segmento de LAN) por rede ATM

endereccedilos ATM endereccedilos IP

redeATM

EthernetLANs

EthernetLANs

50

99

IP-sobre-ATM

AALATMphyphy

Eth

IP

ATMphy

ATMphy

apptranspIPAALATMphy

apptranspIPEthphy

100

Viagem de um Datagrama numa Rede IP-sobre-ATM Hospedeiro de Origem

o Camada IP encontra um mapeamento entre o endereccedilo IP e o endereccedilo de destino ATM (usando ATM-ARP)

o passa o datagrama para a camada de adaptaccedilatildeo AAL5o AAL5 encapsula os dados (datagrama) segmenta em ceacutelulas e

passa para a camada ATM Rede ATM move a ceacutelula para o destino de comutador a

comutador de acordo com o seu CV (circuito virtual) Hospedeiro de Destino

o AAL5 remonta o datagrama original a partir das ceacutelulas recebidas

o se o CRC OK datagrama eacute passado ao IP

51

101

IP-sobre-ATM

datagramas IP emPDUs ATM AAL5

de endereccedilos IP paraendereccedilos ATMo como de endereccedilos IP paraendereccedilos MAC 8023

RedeATM

LANsEthernet

102

Multiprotocol label switching (MPLS)

Objetivo inicial acelerar o repasse de datagramas IP usando um roacutetulo de tamanho fixoo usa ideacuteias da abordagem de Circuitos Virtuais

PPP or Ethernet

headerIP header remainder of link-layer frameMPLS header

label Exp S TTL

20 3 1 8

52

103

Roteadores habilitados para MPLS

Roteadores de chaveamento de roacutetulos (label-switchedrouter)

Repassa pacotes para as interfaces de saiacuteda baseado apenas no valor do roacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP)o tabela de repasse o MPLS diferente da tabela de repasse IP

Necessaacuterio um protocolo de sinalizaccedilatildeoo RSVP-TEo Repasse possiacutevel atraveacutes de caminhos que o IP sozinho natildeo

permitiria (pex roteamento especifico para fonte - source-specific routing)

o MPLS pode ser usado para engenharia de traacutefego Deve coexistir com roteadores que entendem apenas

IP

104

R1R2

D

R3R4R5

0

1

00

A

R6

in out out

label label dest interface

6 - A 0

in out out

label label dest interface

10 6 A 1

12 9 D 0

in out out

label label dest interface

10 A 0

12 D 0

1

in out out

label label dest interface

8 6 A 0

0

8 A 1

Tabelas de repasse MPLS

53

105

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Endereccedilamento na camada de enlace

55 Ethernet

56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)

57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de

enlace ATM e MPLS

37

73

Comutador acesso dedicado Comutadores com muitas

interfaces Hospedeiros tecircm conexatildeo

direta com o comutador Sem colisotildees full duplex

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

switch

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

74

Comutador hellip

Alguns comutadores implementam cut-througho o quadro eacute repassado sem esperar a montagem do quadro inteiro no buffer do comutador bull pequena reduccedilatildeo da latecircncia

Combinaccedilotildees de interfaces compartilhadasdedicadas de 101001000 Mbps

38

75

Rede institucional

hub hubhub

comutador

para a rede externa

roteador

subrede IP

servidor de correio-e

servidor web

76

Comutadores vs Roteadores ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa

o roteadores dispositivos da camada de rede (examinam cabeccedilalhos da camada de rede)

o comutadores dispositivos da camada de enlace roteadores mantecircm tabelas de rotas e implementam algoritmos

de roteamento comutadores mantecircm tabelas de filtragem implementam

filtragem

39

77

Comparaccedilatildeo Sumaacuteria

hubs routers switches

traffic isolation

no yes yes

plug amp play yes no yes

optimal routing

no yes no

cut through

yes no yes

78

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Endereccedilamento na camada de enlace

55 Ethernet

56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

40

79

Controle de Enlace Ponto-a-Ponto

Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil que um enlace broadcasto natildeo haacute Controle de Acesso ao Meioo natildeo haacute necessidade de endereccedilamento MAC expliacutecito

o ex enlace discado linha ISDN protocolos ponto-a-ponto populares para camada

de enlaceo PPP (point-to-point protocol)o HDLC High-level Data Link Control(A camada de enlace costumava ser considerada de alto niacutevel na pilha de protocolos)

80

Protocolo Ponto-a-Ponto (PPP)

PPP eacute muito popular usado em conexotildees discadas entre sistema domeacutestico e provedor em conexotildees SONETSDH etc

PPP eacute extremamente simples (o mais simples dos protocolos de enlace de dados) e muito otimizado

41

81

PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]

Enquadramento de pacotes encapsulamento do datagrama da camada de rede no quadro da camada de enlace

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

Muacuteltiplos protocolos da camada de rede (natildeo apenas o IP) ao mesmo tempoo capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeoo Campo lsquotipo de protocolorsquo como no IP

Muacuteltiplos tipos de enlace seriais paralelos siacutencronos assiacutencronos eleacutetricos oacutepticos

Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo) connection livenes detecta e informa falhas do enlace para a

camada de rede Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede as camadas de rede

comuni9cantes devem poder aprender ou configurar mutuamente seus endereccedilos de rede

Simplicidade

82

Nem tudo foi requerido do PPP

natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros natildeo haacute controle de fluxo aceita entregas fora de ordem (embora seja pouco

comum) natildeo haacute necessidade de suportar enlaces multiponto

(ex polling)o HDLC os permite

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

42

83

PPP Formato do Quadro 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)

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

erros

endereccedilocontrole

tamanhovariaacutevelou ou

CRC

84

Byte Stuffing Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de

dados deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt01111110gt

Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte extra com o padratildeo lt 01111101gt (escape) antes de cada byte de dados lt 01111110gt

Receptoro dois bytes 01111101 seguidos descarta o primeiro e continua a recepccedilatildeo de dados

o um byte 01111110 flag Em enlaces siacutencronos orientados a bit usa-se bit

stuffing o depois de uma sequumlecircncia de 5 bits lsquo1rsquo o transmissor insere

um bit lsquo0rsquo

43

85

Byte Stuffing

byte como padratildeodo flag nosdados a enviar

byte com o padratildeo de flag seguido do byte inserido

86

PPP Protocolo de Controle de Enlace (LCP) e Controle de RedeAntes de trocar dados da camada

de rede os parceiros da camada de enlace devem

configurar o enlace PPP (PPP-LCP) (tamanho maacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo)

aprenderconfigurar informaccedilotildees da camada de redeo para o IP mensagens do

Protocolo de Controle IP (IPCP) para configurar aprender os endereccedilos IP

44

87

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Endereccedilamento na camada de enlace

55 Ethernet

56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)

57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

88

ATM e MPLS

ATM MPLS redes com arquiteturas proacutepriaso modelos de serviccedilo endereccedilamento e roteamento diferentes dos da Internet

Vistos pela Internet como enlaces loacutegicos conectando roteadores IPo assim como um enlace discado eacute parte de uma rede separada (a rede de telefonia)

ATM MPLS de interesse teacutecnico por si mesmas

45

89

Padratildeo dos anos 199000 para a arquitetura de alta velocidade (155 622Mbps hellip) da BroadbandIntegrated Service Digital Network (B-ISDN)

Objetivo transporte integrado fim-a-fim de voz viacutedeo e dadoso deve atender aos requisitos de tempoQoS para aplicaccedilotildees de voz e de viacutedeo (versus o serviccedilo de melhor esforccedilo da Internet)

o telefonia de ldquoproacutexima geraccedilatildeordquo fundamentos teacutecnicos no mundo da telefonia

o comutaccedilatildeo de pacotes (pacotes de tamanho fixo chamados ldquoceacutelulasrdquo) usando circuitos virtuais

ATM Modo de Transferecircncia Assiacutencrono

90

Arquitetura ATM

camada de adaptaccedilatildeo apenas na borda de uma rede ATM

o grosseiramente anaacuteloga agrave camada de transporte da Interneto ldquoadaptardquo camadas superiores (aplicaccedilotildees IP ou nativas ATM)

para a camada ATM abaixo camada ATM camada de ldquorederdquo

o comutaccedilatildeo de ceacutelulas roteamento camada fiacutesica

46

91

ATM camada de rede ou de enlaceVisatildeo transporte fim-a-fim

ldquoATM de computador a computadorrdquoo ATM eacute uma tecnologia

de rede

Realidade usada para conectar roteadores IP de backboneo ldquoIP sobre ATMrdquoo ATM como uma camada

de enlace comutada conectando roteadores IP

Rede ATM

rede IP

92

Camada ATMServiccedilo transporte de ceacutelulas atraveacutes da rede ATM

o anaacuteloga agrave camada de rede IPo Serviccedilos muito diferentes da camada de rede IP

Arquitetura

de Rede

Internet

ATM

ATM

ATM

ATM

Modelo

de Serviccedilo

melhor

esforccedilo

CBR

VBR

ABR

UBR

Banda

natildeo

taxa

constante

taxa

garantida

miacutenimo

garantido

natildeo

Perda

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Ordem

natildeo

sim

sim

sim

sim

Tempo

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Aviso de

Congestatildeo

natildeo (inferido

pelas perdas)

natildeo haacute

congestatildeo

natildeo haacute

congestatildeo

sim

natildeo

Garantias

47

93

Camada ATM Circuitos Virtuais Transporte em CV ceacutelulas (53 bytes) satildeo transportadas sobre CV

da fonte ao destinoo estabelecimento de conexatildeo necessaacuterio antes que o fluxo de dados

possa ser iniciadoo cada pacote transporta um identificador de CV (natildeo transporta o

endereccedilo do destino)o cada comutador no caminho entre a fonte e o destino manteacutem o

ldquoestadordquo para cada conexatildeo passanteo recursos do enlace e do comutador (banda passante buffers) podem

ser alocados aoCV para obter um comportamento semelhante ao de um circuito fiacutesico

CVs Permanentes (PVC)o conexotildees de longa duraccedilatildeo o tipicamente rota ldquopermanenterdquo entre roteadores IP

CVs Comutados (SVC)o conexotildees de curta duraccedilatildeoo dinamicamente criados com base nas chamadas

94

CVs ATM

Vantagens do uso de circuitos virtuais no ATMo Consegue garantir niacuteveis de QoS para conexotildees mapeadas em circuitos virtuais (banda passante atraso variacircncia de atraso)

Problemas no uso de circuitos virtuaiso O traacutefego de datagramas eacute ineficienteo um PVC entre cada par origemdestino natildeo eacuteescalaacutevel (N2 conexotildees satildeo necessaacuterias)

o SVC introduz latecircncia de estabelecimento de conexatildeo e atrasos de processamento para conexotildees de curta duraccedilatildeo

48

95

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

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

Cabeccedilalhoda ceacutelula

Formato daceacutelula

96

Camada ATM Cabeccedilalho da ceacutelula ATM

VCI identificador de canal virtual

o pode mudar de enlace para enlace atraveacutes da rede

PT Tipo de payload (carga)o Ex ceacutelula de gerenciamento versus ceacutelula de dados

CLP bit de Prioridade de Perda de Ceacutelula (Cell Loss Priority)

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

HEC Verificaccedilatildeo de Erros no Cabeccedilalho

o verificaccedilatildeo ciacuteclica de erros

49

97

Camada Fiacutesica ATM Compotildee-se de duas partes (subcamadas) Transmission Convergence Sublayer - TCS adapta a

camada ATM acima agrave subcamada fiacutesica abaixo (PMD Physical Medium Dependent Sublayer- PMD depende

do tipo de meio fiacutesico sendo empregado

98

IP-sobre-ATMApenas IP Claacutessico 3 ldquoredesrdquo (ex

segmentos de LAN) endereccedilos MAC

(8023) e IP

IP sobre ATM substitui ldquorederdquo (ex

segmento de LAN) por rede ATM

endereccedilos ATM endereccedilos IP

redeATM

EthernetLANs

EthernetLANs

50

99

IP-sobre-ATM

AALATMphyphy

Eth

IP

ATMphy

ATMphy

apptranspIPAALATMphy

apptranspIPEthphy

100

Viagem de um Datagrama numa Rede IP-sobre-ATM Hospedeiro de Origem

o Camada IP encontra um mapeamento entre o endereccedilo IP e o endereccedilo de destino ATM (usando ATM-ARP)

o passa o datagrama para a camada de adaptaccedilatildeo AAL5o AAL5 encapsula os dados (datagrama) segmenta em ceacutelulas e

passa para a camada ATM Rede ATM move a ceacutelula para o destino de comutador a

comutador de acordo com o seu CV (circuito virtual) Hospedeiro de Destino

o AAL5 remonta o datagrama original a partir das ceacutelulas recebidas

o se o CRC OK datagrama eacute passado ao IP

51

101

IP-sobre-ATM

datagramas IP emPDUs ATM AAL5

de endereccedilos IP paraendereccedilos ATMo como de endereccedilos IP paraendereccedilos MAC 8023

RedeATM

LANsEthernet

102

Multiprotocol label switching (MPLS)

Objetivo inicial acelerar o repasse de datagramas IP usando um roacutetulo de tamanho fixoo usa ideacuteias da abordagem de Circuitos Virtuais

PPP or Ethernet

headerIP header remainder of link-layer frameMPLS header

label Exp S TTL

20 3 1 8

52

103

Roteadores habilitados para MPLS

Roteadores de chaveamento de roacutetulos (label-switchedrouter)

Repassa pacotes para as interfaces de saiacuteda baseado apenas no valor do roacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP)o tabela de repasse o MPLS diferente da tabela de repasse IP

Necessaacuterio um protocolo de sinalizaccedilatildeoo RSVP-TEo Repasse possiacutevel atraveacutes de caminhos que o IP sozinho natildeo

permitiria (pex roteamento especifico para fonte - source-specific routing)

o MPLS pode ser usado para engenharia de traacutefego Deve coexistir com roteadores que entendem apenas

IP

104

R1R2

D

R3R4R5

0

1

00

A

R6

in out out

label label dest interface

6 - A 0

in out out

label label dest interface

10 6 A 1

12 9 D 0

in out out

label label dest interface

10 A 0

12 D 0

1

in out out

label label dest interface

8 6 A 0

0

8 A 1

Tabelas de repasse MPLS

53

105

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Endereccedilamento na camada de enlace

55 Ethernet

56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)

57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de

enlace ATM e MPLS

38

75

Rede institucional

hub hubhub

comutador

para a rede externa

roteador

subrede IP

servidor de correio-e

servidor web

76

Comutadores vs Roteadores ambos satildeo dispositivos do tipo armazena-e-repassa

o roteadores dispositivos da camada de rede (examinam cabeccedilalhos da camada de rede)

o comutadores dispositivos da camada de enlace roteadores mantecircm tabelas de rotas e implementam algoritmos

de roteamento comutadores mantecircm tabelas de filtragem implementam

filtragem

39

77

Comparaccedilatildeo Sumaacuteria

hubs routers switches

traffic isolation

no yes yes

plug amp play yes no yes

optimal routing

no yes no

cut through

yes no yes

78

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Endereccedilamento na camada de enlace

55 Ethernet

56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

40

79

Controle de Enlace Ponto-a-Ponto

Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil que um enlace broadcasto natildeo haacute Controle de Acesso ao Meioo natildeo haacute necessidade de endereccedilamento MAC expliacutecito

o ex enlace discado linha ISDN protocolos ponto-a-ponto populares para camada

de enlaceo PPP (point-to-point protocol)o HDLC High-level Data Link Control(A camada de enlace costumava ser considerada de alto niacutevel na pilha de protocolos)

80

Protocolo Ponto-a-Ponto (PPP)

PPP eacute muito popular usado em conexotildees discadas entre sistema domeacutestico e provedor em conexotildees SONETSDH etc

PPP eacute extremamente simples (o mais simples dos protocolos de enlace de dados) e muito otimizado

41

81

PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]

Enquadramento de pacotes encapsulamento do datagrama da camada de rede no quadro da camada de enlace

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

Muacuteltiplos protocolos da camada de rede (natildeo apenas o IP) ao mesmo tempoo capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeoo Campo lsquotipo de protocolorsquo como no IP

Muacuteltiplos tipos de enlace seriais paralelos siacutencronos assiacutencronos eleacutetricos oacutepticos

Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo) connection livenes detecta e informa falhas do enlace para a

camada de rede Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede as camadas de rede

comuni9cantes devem poder aprender ou configurar mutuamente seus endereccedilos de rede

Simplicidade

82

Nem tudo foi requerido do PPP

natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros natildeo haacute controle de fluxo aceita entregas fora de ordem (embora seja pouco

comum) natildeo haacute necessidade de suportar enlaces multiponto

(ex polling)o HDLC os permite

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

42

83

PPP Formato do Quadro 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)

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

erros

endereccedilocontrole

tamanhovariaacutevelou ou

CRC

84

Byte Stuffing Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de

dados deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt01111110gt

Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte extra com o padratildeo lt 01111101gt (escape) antes de cada byte de dados lt 01111110gt

Receptoro dois bytes 01111101 seguidos descarta o primeiro e continua a recepccedilatildeo de dados

o um byte 01111110 flag Em enlaces siacutencronos orientados a bit usa-se bit

stuffing o depois de uma sequumlecircncia de 5 bits lsquo1rsquo o transmissor insere

um bit lsquo0rsquo

43

85

Byte Stuffing

byte como padratildeodo flag nosdados a enviar

byte com o padratildeo de flag seguido do byte inserido

86

PPP Protocolo de Controle de Enlace (LCP) e Controle de RedeAntes de trocar dados da camada

de rede os parceiros da camada de enlace devem

configurar o enlace PPP (PPP-LCP) (tamanho maacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo)

aprenderconfigurar informaccedilotildees da camada de redeo para o IP mensagens do

Protocolo de Controle IP (IPCP) para configurar aprender os endereccedilos IP

44

87

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Endereccedilamento na camada de enlace

55 Ethernet

56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)

57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

88

ATM e MPLS

ATM MPLS redes com arquiteturas proacutepriaso modelos de serviccedilo endereccedilamento e roteamento diferentes dos da Internet

Vistos pela Internet como enlaces loacutegicos conectando roteadores IPo assim como um enlace discado eacute parte de uma rede separada (a rede de telefonia)

ATM MPLS de interesse teacutecnico por si mesmas

45

89

Padratildeo dos anos 199000 para a arquitetura de alta velocidade (155 622Mbps hellip) da BroadbandIntegrated Service Digital Network (B-ISDN)

Objetivo transporte integrado fim-a-fim de voz viacutedeo e dadoso deve atender aos requisitos de tempoQoS para aplicaccedilotildees de voz e de viacutedeo (versus o serviccedilo de melhor esforccedilo da Internet)

o telefonia de ldquoproacutexima geraccedilatildeordquo fundamentos teacutecnicos no mundo da telefonia

o comutaccedilatildeo de pacotes (pacotes de tamanho fixo chamados ldquoceacutelulasrdquo) usando circuitos virtuais

ATM Modo de Transferecircncia Assiacutencrono

90

Arquitetura ATM

camada de adaptaccedilatildeo apenas na borda de uma rede ATM

o grosseiramente anaacuteloga agrave camada de transporte da Interneto ldquoadaptardquo camadas superiores (aplicaccedilotildees IP ou nativas ATM)

para a camada ATM abaixo camada ATM camada de ldquorederdquo

o comutaccedilatildeo de ceacutelulas roteamento camada fiacutesica

46

91

ATM camada de rede ou de enlaceVisatildeo transporte fim-a-fim

ldquoATM de computador a computadorrdquoo ATM eacute uma tecnologia

de rede

Realidade usada para conectar roteadores IP de backboneo ldquoIP sobre ATMrdquoo ATM como uma camada

de enlace comutada conectando roteadores IP

Rede ATM

rede IP

92

Camada ATMServiccedilo transporte de ceacutelulas atraveacutes da rede ATM

o anaacuteloga agrave camada de rede IPo Serviccedilos muito diferentes da camada de rede IP

Arquitetura

de Rede

Internet

ATM

ATM

ATM

ATM

Modelo

de Serviccedilo

melhor

esforccedilo

CBR

VBR

ABR

UBR

Banda

natildeo

taxa

constante

taxa

garantida

miacutenimo

garantido

natildeo

Perda

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Ordem

natildeo

sim

sim

sim

sim

Tempo

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Aviso de

Congestatildeo

natildeo (inferido

pelas perdas)

natildeo haacute

congestatildeo

natildeo haacute

congestatildeo

sim

natildeo

Garantias

47

93

Camada ATM Circuitos Virtuais Transporte em CV ceacutelulas (53 bytes) satildeo transportadas sobre CV

da fonte ao destinoo estabelecimento de conexatildeo necessaacuterio antes que o fluxo de dados

possa ser iniciadoo cada pacote transporta um identificador de CV (natildeo transporta o

endereccedilo do destino)o cada comutador no caminho entre a fonte e o destino manteacutem o

ldquoestadordquo para cada conexatildeo passanteo recursos do enlace e do comutador (banda passante buffers) podem

ser alocados aoCV para obter um comportamento semelhante ao de um circuito fiacutesico

CVs Permanentes (PVC)o conexotildees de longa duraccedilatildeo o tipicamente rota ldquopermanenterdquo entre roteadores IP

CVs Comutados (SVC)o conexotildees de curta duraccedilatildeoo dinamicamente criados com base nas chamadas

94

CVs ATM

Vantagens do uso de circuitos virtuais no ATMo Consegue garantir niacuteveis de QoS para conexotildees mapeadas em circuitos virtuais (banda passante atraso variacircncia de atraso)

Problemas no uso de circuitos virtuaiso O traacutefego de datagramas eacute ineficienteo um PVC entre cada par origemdestino natildeo eacuteescalaacutevel (N2 conexotildees satildeo necessaacuterias)

o SVC introduz latecircncia de estabelecimento de conexatildeo e atrasos de processamento para conexotildees de curta duraccedilatildeo

48

95

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

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

Cabeccedilalhoda ceacutelula

Formato daceacutelula

96

Camada ATM Cabeccedilalho da ceacutelula ATM

VCI identificador de canal virtual

o pode mudar de enlace para enlace atraveacutes da rede

PT Tipo de payload (carga)o Ex ceacutelula de gerenciamento versus ceacutelula de dados

CLP bit de Prioridade de Perda de Ceacutelula (Cell Loss Priority)

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

HEC Verificaccedilatildeo de Erros no Cabeccedilalho

o verificaccedilatildeo ciacuteclica de erros

49

97

Camada Fiacutesica ATM Compotildee-se de duas partes (subcamadas) Transmission Convergence Sublayer - TCS adapta a

camada ATM acima agrave subcamada fiacutesica abaixo (PMD Physical Medium Dependent Sublayer- PMD depende

do tipo de meio fiacutesico sendo empregado

98

IP-sobre-ATMApenas IP Claacutessico 3 ldquoredesrdquo (ex

segmentos de LAN) endereccedilos MAC

(8023) e IP

IP sobre ATM substitui ldquorederdquo (ex

segmento de LAN) por rede ATM

endereccedilos ATM endereccedilos IP

redeATM

EthernetLANs

EthernetLANs

50

99

IP-sobre-ATM

AALATMphyphy

Eth

IP

ATMphy

ATMphy

apptranspIPAALATMphy

apptranspIPEthphy

100

Viagem de um Datagrama numa Rede IP-sobre-ATM Hospedeiro de Origem

o Camada IP encontra um mapeamento entre o endereccedilo IP e o endereccedilo de destino ATM (usando ATM-ARP)

o passa o datagrama para a camada de adaptaccedilatildeo AAL5o AAL5 encapsula os dados (datagrama) segmenta em ceacutelulas e

passa para a camada ATM Rede ATM move a ceacutelula para o destino de comutador a

comutador de acordo com o seu CV (circuito virtual) Hospedeiro de Destino

o AAL5 remonta o datagrama original a partir das ceacutelulas recebidas

o se o CRC OK datagrama eacute passado ao IP

51

101

IP-sobre-ATM

datagramas IP emPDUs ATM AAL5

de endereccedilos IP paraendereccedilos ATMo como de endereccedilos IP paraendereccedilos MAC 8023

RedeATM

LANsEthernet

102

Multiprotocol label switching (MPLS)

Objetivo inicial acelerar o repasse de datagramas IP usando um roacutetulo de tamanho fixoo usa ideacuteias da abordagem de Circuitos Virtuais

PPP or Ethernet

headerIP header remainder of link-layer frameMPLS header

label Exp S TTL

20 3 1 8

52

103

Roteadores habilitados para MPLS

Roteadores de chaveamento de roacutetulos (label-switchedrouter)

Repassa pacotes para as interfaces de saiacuteda baseado apenas no valor do roacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP)o tabela de repasse o MPLS diferente da tabela de repasse IP

Necessaacuterio um protocolo de sinalizaccedilatildeoo RSVP-TEo Repasse possiacutevel atraveacutes de caminhos que o IP sozinho natildeo

permitiria (pex roteamento especifico para fonte - source-specific routing)

o MPLS pode ser usado para engenharia de traacutefego Deve coexistir com roteadores que entendem apenas

IP

104

R1R2

D

R3R4R5

0

1

00

A

R6

in out out

label label dest interface

6 - A 0

in out out

label label dest interface

10 6 A 1

12 9 D 0

in out out

label label dest interface

10 A 0

12 D 0

1

in out out

label label dest interface

8 6 A 0

0

8 A 1

Tabelas de repasse MPLS

53

105

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Endereccedilamento na camada de enlace

55 Ethernet

56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)

57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de

enlace ATM e MPLS

39

77

Comparaccedilatildeo Sumaacuteria

hubs routers switches

traffic isolation

no yes yes

plug amp play yes no yes

optimal routing

no yes no

cut through

yes no yes

78

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Endereccedilamento na camada de enlace

55 Ethernet

56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)

57 PPP

58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

40

79

Controle de Enlace Ponto-a-Ponto

Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil que um enlace broadcasto natildeo haacute Controle de Acesso ao Meioo natildeo haacute necessidade de endereccedilamento MAC expliacutecito

o ex enlace discado linha ISDN protocolos ponto-a-ponto populares para camada

de enlaceo PPP (point-to-point protocol)o HDLC High-level Data Link Control(A camada de enlace costumava ser considerada de alto niacutevel na pilha de protocolos)

80

Protocolo Ponto-a-Ponto (PPP)

PPP eacute muito popular usado em conexotildees discadas entre sistema domeacutestico e provedor em conexotildees SONETSDH etc

PPP eacute extremamente simples (o mais simples dos protocolos de enlace de dados) e muito otimizado

41

81

PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]

Enquadramento de pacotes encapsulamento do datagrama da camada de rede no quadro da camada de enlace

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

Muacuteltiplos protocolos da camada de rede (natildeo apenas o IP) ao mesmo tempoo capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeoo Campo lsquotipo de protocolorsquo como no IP

Muacuteltiplos tipos de enlace seriais paralelos siacutencronos assiacutencronos eleacutetricos oacutepticos

Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo) connection livenes detecta e informa falhas do enlace para a

camada de rede Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede as camadas de rede

comuni9cantes devem poder aprender ou configurar mutuamente seus endereccedilos de rede

Simplicidade

82

Nem tudo foi requerido do PPP

natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros natildeo haacute controle de fluxo aceita entregas fora de ordem (embora seja pouco

comum) natildeo haacute necessidade de suportar enlaces multiponto

(ex polling)o HDLC os permite

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

42

83

PPP Formato do Quadro 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)

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

erros

endereccedilocontrole

tamanhovariaacutevelou ou

CRC

84

Byte Stuffing Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de

dados deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt01111110gt

Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte extra com o padratildeo lt 01111101gt (escape) antes de cada byte de dados lt 01111110gt

Receptoro dois bytes 01111101 seguidos descarta o primeiro e continua a recepccedilatildeo de dados

o um byte 01111110 flag Em enlaces siacutencronos orientados a bit usa-se bit

stuffing o depois de uma sequumlecircncia de 5 bits lsquo1rsquo o transmissor insere

um bit lsquo0rsquo

43

85

Byte Stuffing

byte como padratildeodo flag nosdados a enviar

byte com o padratildeo de flag seguido do byte inserido

86

PPP Protocolo de Controle de Enlace (LCP) e Controle de RedeAntes de trocar dados da camada

de rede os parceiros da camada de enlace devem

configurar o enlace PPP (PPP-LCP) (tamanho maacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo)

aprenderconfigurar informaccedilotildees da camada de redeo para o IP mensagens do

Protocolo de Controle IP (IPCP) para configurar aprender os endereccedilos IP

44

87

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Endereccedilamento na camada de enlace

55 Ethernet

56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)

57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

88

ATM e MPLS

ATM MPLS redes com arquiteturas proacutepriaso modelos de serviccedilo endereccedilamento e roteamento diferentes dos da Internet

Vistos pela Internet como enlaces loacutegicos conectando roteadores IPo assim como um enlace discado eacute parte de uma rede separada (a rede de telefonia)

ATM MPLS de interesse teacutecnico por si mesmas

45

89

Padratildeo dos anos 199000 para a arquitetura de alta velocidade (155 622Mbps hellip) da BroadbandIntegrated Service Digital Network (B-ISDN)

Objetivo transporte integrado fim-a-fim de voz viacutedeo e dadoso deve atender aos requisitos de tempoQoS para aplicaccedilotildees de voz e de viacutedeo (versus o serviccedilo de melhor esforccedilo da Internet)

o telefonia de ldquoproacutexima geraccedilatildeordquo fundamentos teacutecnicos no mundo da telefonia

o comutaccedilatildeo de pacotes (pacotes de tamanho fixo chamados ldquoceacutelulasrdquo) usando circuitos virtuais

ATM Modo de Transferecircncia Assiacutencrono

90

Arquitetura ATM

camada de adaptaccedilatildeo apenas na borda de uma rede ATM

o grosseiramente anaacuteloga agrave camada de transporte da Interneto ldquoadaptardquo camadas superiores (aplicaccedilotildees IP ou nativas ATM)

para a camada ATM abaixo camada ATM camada de ldquorederdquo

o comutaccedilatildeo de ceacutelulas roteamento camada fiacutesica

46

91

ATM camada de rede ou de enlaceVisatildeo transporte fim-a-fim

ldquoATM de computador a computadorrdquoo ATM eacute uma tecnologia

de rede

Realidade usada para conectar roteadores IP de backboneo ldquoIP sobre ATMrdquoo ATM como uma camada

de enlace comutada conectando roteadores IP

Rede ATM

rede IP

92

Camada ATMServiccedilo transporte de ceacutelulas atraveacutes da rede ATM

o anaacuteloga agrave camada de rede IPo Serviccedilos muito diferentes da camada de rede IP

Arquitetura

de Rede

Internet

ATM

ATM

ATM

ATM

Modelo

de Serviccedilo

melhor

esforccedilo

CBR

VBR

ABR

UBR

Banda

natildeo

taxa

constante

taxa

garantida

miacutenimo

garantido

natildeo

Perda

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Ordem

natildeo

sim

sim

sim

sim

Tempo

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Aviso de

Congestatildeo

natildeo (inferido

pelas perdas)

natildeo haacute

congestatildeo

natildeo haacute

congestatildeo

sim

natildeo

Garantias

47

93

Camada ATM Circuitos Virtuais Transporte em CV ceacutelulas (53 bytes) satildeo transportadas sobre CV

da fonte ao destinoo estabelecimento de conexatildeo necessaacuterio antes que o fluxo de dados

possa ser iniciadoo cada pacote transporta um identificador de CV (natildeo transporta o

endereccedilo do destino)o cada comutador no caminho entre a fonte e o destino manteacutem o

ldquoestadordquo para cada conexatildeo passanteo recursos do enlace e do comutador (banda passante buffers) podem

ser alocados aoCV para obter um comportamento semelhante ao de um circuito fiacutesico

CVs Permanentes (PVC)o conexotildees de longa duraccedilatildeo o tipicamente rota ldquopermanenterdquo entre roteadores IP

CVs Comutados (SVC)o conexotildees de curta duraccedilatildeoo dinamicamente criados com base nas chamadas

94

CVs ATM

Vantagens do uso de circuitos virtuais no ATMo Consegue garantir niacuteveis de QoS para conexotildees mapeadas em circuitos virtuais (banda passante atraso variacircncia de atraso)

Problemas no uso de circuitos virtuaiso O traacutefego de datagramas eacute ineficienteo um PVC entre cada par origemdestino natildeo eacuteescalaacutevel (N2 conexotildees satildeo necessaacuterias)

o SVC introduz latecircncia de estabelecimento de conexatildeo e atrasos de processamento para conexotildees de curta duraccedilatildeo

48

95

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

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

Cabeccedilalhoda ceacutelula

Formato daceacutelula

96

Camada ATM Cabeccedilalho da ceacutelula ATM

VCI identificador de canal virtual

o pode mudar de enlace para enlace atraveacutes da rede

PT Tipo de payload (carga)o Ex ceacutelula de gerenciamento versus ceacutelula de dados

CLP bit de Prioridade de Perda de Ceacutelula (Cell Loss Priority)

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

HEC Verificaccedilatildeo de Erros no Cabeccedilalho

o verificaccedilatildeo ciacuteclica de erros

49

97

Camada Fiacutesica ATM Compotildee-se de duas partes (subcamadas) Transmission Convergence Sublayer - TCS adapta a

camada ATM acima agrave subcamada fiacutesica abaixo (PMD Physical Medium Dependent Sublayer- PMD depende

do tipo de meio fiacutesico sendo empregado

98

IP-sobre-ATMApenas IP Claacutessico 3 ldquoredesrdquo (ex

segmentos de LAN) endereccedilos MAC

(8023) e IP

IP sobre ATM substitui ldquorederdquo (ex

segmento de LAN) por rede ATM

endereccedilos ATM endereccedilos IP

redeATM

EthernetLANs

EthernetLANs

50

99

IP-sobre-ATM

AALATMphyphy

Eth

IP

ATMphy

ATMphy

apptranspIPAALATMphy

apptranspIPEthphy

100

Viagem de um Datagrama numa Rede IP-sobre-ATM Hospedeiro de Origem

o Camada IP encontra um mapeamento entre o endereccedilo IP e o endereccedilo de destino ATM (usando ATM-ARP)

o passa o datagrama para a camada de adaptaccedilatildeo AAL5o AAL5 encapsula os dados (datagrama) segmenta em ceacutelulas e

passa para a camada ATM Rede ATM move a ceacutelula para o destino de comutador a

comutador de acordo com o seu CV (circuito virtual) Hospedeiro de Destino

o AAL5 remonta o datagrama original a partir das ceacutelulas recebidas

o se o CRC OK datagrama eacute passado ao IP

51

101

IP-sobre-ATM

datagramas IP emPDUs ATM AAL5

de endereccedilos IP paraendereccedilos ATMo como de endereccedilos IP paraendereccedilos MAC 8023

RedeATM

LANsEthernet

102

Multiprotocol label switching (MPLS)

Objetivo inicial acelerar o repasse de datagramas IP usando um roacutetulo de tamanho fixoo usa ideacuteias da abordagem de Circuitos Virtuais

PPP or Ethernet

headerIP header remainder of link-layer frameMPLS header

label Exp S TTL

20 3 1 8

52

103

Roteadores habilitados para MPLS

Roteadores de chaveamento de roacutetulos (label-switchedrouter)

Repassa pacotes para as interfaces de saiacuteda baseado apenas no valor do roacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP)o tabela de repasse o MPLS diferente da tabela de repasse IP

Necessaacuterio um protocolo de sinalizaccedilatildeoo RSVP-TEo Repasse possiacutevel atraveacutes de caminhos que o IP sozinho natildeo

permitiria (pex roteamento especifico para fonte - source-specific routing)

o MPLS pode ser usado para engenharia de traacutefego Deve coexistir com roteadores que entendem apenas

IP

104

R1R2

D

R3R4R5

0

1

00

A

R6

in out out

label label dest interface

6 - A 0

in out out

label label dest interface

10 6 A 1

12 9 D 0

in out out

label label dest interface

10 A 0

12 D 0

1

in out out

label label dest interface

8 6 A 0

0

8 A 1

Tabelas de repasse MPLS

53

105

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Endereccedilamento na camada de enlace

55 Ethernet

56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)

57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de

enlace ATM e MPLS

40

79

Controle de Enlace Ponto-a-Ponto

Um transmissor um receptor um enlace mais faacutecil que um enlace broadcasto natildeo haacute Controle de Acesso ao Meioo natildeo haacute necessidade de endereccedilamento MAC expliacutecito

o ex enlace discado linha ISDN protocolos ponto-a-ponto populares para camada

de enlaceo PPP (point-to-point protocol)o HDLC High-level Data Link Control(A camada de enlace costumava ser considerada de alto niacutevel na pilha de protocolos)

80

Protocolo Ponto-a-Ponto (PPP)

PPP eacute muito popular usado em conexotildees discadas entre sistema domeacutestico e provedor em conexotildees SONETSDH etc

PPP eacute extremamente simples (o mais simples dos protocolos de enlace de dados) e muito otimizado

41

81

PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]

Enquadramento de pacotes encapsulamento do datagrama da camada de rede no quadro da camada de enlace

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

Muacuteltiplos protocolos da camada de rede (natildeo apenas o IP) ao mesmo tempoo capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeoo Campo lsquotipo de protocolorsquo como no IP

Muacuteltiplos tipos de enlace seriais paralelos siacutencronos assiacutencronos eleacutetricos oacutepticos

Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo) connection livenes detecta e informa falhas do enlace para a

camada de rede Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede as camadas de rede

comuni9cantes devem poder aprender ou configurar mutuamente seus endereccedilos de rede

Simplicidade

82

Nem tudo foi requerido do PPP

natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros natildeo haacute controle de fluxo aceita entregas fora de ordem (embora seja pouco

comum) natildeo haacute necessidade de suportar enlaces multiponto

(ex polling)o HDLC os permite

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

42

83

PPP Formato do Quadro 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)

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

erros

endereccedilocontrole

tamanhovariaacutevelou ou

CRC

84

Byte Stuffing Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de

dados deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt01111110gt

Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte extra com o padratildeo lt 01111101gt (escape) antes de cada byte de dados lt 01111110gt

Receptoro dois bytes 01111101 seguidos descarta o primeiro e continua a recepccedilatildeo de dados

o um byte 01111110 flag Em enlaces siacutencronos orientados a bit usa-se bit

stuffing o depois de uma sequumlecircncia de 5 bits lsquo1rsquo o transmissor insere

um bit lsquo0rsquo

43

85

Byte Stuffing

byte como padratildeodo flag nosdados a enviar

byte com o padratildeo de flag seguido do byte inserido

86

PPP Protocolo de Controle de Enlace (LCP) e Controle de RedeAntes de trocar dados da camada

de rede os parceiros da camada de enlace devem

configurar o enlace PPP (PPP-LCP) (tamanho maacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo)

aprenderconfigurar informaccedilotildees da camada de redeo para o IP mensagens do

Protocolo de Controle IP (IPCP) para configurar aprender os endereccedilos IP

44

87

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Endereccedilamento na camada de enlace

55 Ethernet

56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)

57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

88

ATM e MPLS

ATM MPLS redes com arquiteturas proacutepriaso modelos de serviccedilo endereccedilamento e roteamento diferentes dos da Internet

Vistos pela Internet como enlaces loacutegicos conectando roteadores IPo assim como um enlace discado eacute parte de uma rede separada (a rede de telefonia)

ATM MPLS de interesse teacutecnico por si mesmas

45

89

Padratildeo dos anos 199000 para a arquitetura de alta velocidade (155 622Mbps hellip) da BroadbandIntegrated Service Digital Network (B-ISDN)

Objetivo transporte integrado fim-a-fim de voz viacutedeo e dadoso deve atender aos requisitos de tempoQoS para aplicaccedilotildees de voz e de viacutedeo (versus o serviccedilo de melhor esforccedilo da Internet)

o telefonia de ldquoproacutexima geraccedilatildeordquo fundamentos teacutecnicos no mundo da telefonia

o comutaccedilatildeo de pacotes (pacotes de tamanho fixo chamados ldquoceacutelulasrdquo) usando circuitos virtuais

ATM Modo de Transferecircncia Assiacutencrono

90

Arquitetura ATM

camada de adaptaccedilatildeo apenas na borda de uma rede ATM

o grosseiramente anaacuteloga agrave camada de transporte da Interneto ldquoadaptardquo camadas superiores (aplicaccedilotildees IP ou nativas ATM)

para a camada ATM abaixo camada ATM camada de ldquorederdquo

o comutaccedilatildeo de ceacutelulas roteamento camada fiacutesica

46

91

ATM camada de rede ou de enlaceVisatildeo transporte fim-a-fim

ldquoATM de computador a computadorrdquoo ATM eacute uma tecnologia

de rede

Realidade usada para conectar roteadores IP de backboneo ldquoIP sobre ATMrdquoo ATM como uma camada

de enlace comutada conectando roteadores IP

Rede ATM

rede IP

92

Camada ATMServiccedilo transporte de ceacutelulas atraveacutes da rede ATM

o anaacuteloga agrave camada de rede IPo Serviccedilos muito diferentes da camada de rede IP

Arquitetura

de Rede

Internet

ATM

ATM

ATM

ATM

Modelo

de Serviccedilo

melhor

esforccedilo

CBR

VBR

ABR

UBR

Banda

natildeo

taxa

constante

taxa

garantida

miacutenimo

garantido

natildeo

Perda

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Ordem

natildeo

sim

sim

sim

sim

Tempo

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Aviso de

Congestatildeo

natildeo (inferido

pelas perdas)

natildeo haacute

congestatildeo

natildeo haacute

congestatildeo

sim

natildeo

Garantias

47

93

Camada ATM Circuitos Virtuais Transporte em CV ceacutelulas (53 bytes) satildeo transportadas sobre CV

da fonte ao destinoo estabelecimento de conexatildeo necessaacuterio antes que o fluxo de dados

possa ser iniciadoo cada pacote transporta um identificador de CV (natildeo transporta o

endereccedilo do destino)o cada comutador no caminho entre a fonte e o destino manteacutem o

ldquoestadordquo para cada conexatildeo passanteo recursos do enlace e do comutador (banda passante buffers) podem

ser alocados aoCV para obter um comportamento semelhante ao de um circuito fiacutesico

CVs Permanentes (PVC)o conexotildees de longa duraccedilatildeo o tipicamente rota ldquopermanenterdquo entre roteadores IP

CVs Comutados (SVC)o conexotildees de curta duraccedilatildeoo dinamicamente criados com base nas chamadas

94

CVs ATM

Vantagens do uso de circuitos virtuais no ATMo Consegue garantir niacuteveis de QoS para conexotildees mapeadas em circuitos virtuais (banda passante atraso variacircncia de atraso)

Problemas no uso de circuitos virtuaiso O traacutefego de datagramas eacute ineficienteo um PVC entre cada par origemdestino natildeo eacuteescalaacutevel (N2 conexotildees satildeo necessaacuterias)

o SVC introduz latecircncia de estabelecimento de conexatildeo e atrasos de processamento para conexotildees de curta duraccedilatildeo

48

95

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

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

Cabeccedilalhoda ceacutelula

Formato daceacutelula

96

Camada ATM Cabeccedilalho da ceacutelula ATM

VCI identificador de canal virtual

o pode mudar de enlace para enlace atraveacutes da rede

PT Tipo de payload (carga)o Ex ceacutelula de gerenciamento versus ceacutelula de dados

CLP bit de Prioridade de Perda de Ceacutelula (Cell Loss Priority)

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

HEC Verificaccedilatildeo de Erros no Cabeccedilalho

o verificaccedilatildeo ciacuteclica de erros

49

97

Camada Fiacutesica ATM Compotildee-se de duas partes (subcamadas) Transmission Convergence Sublayer - TCS adapta a

camada ATM acima agrave subcamada fiacutesica abaixo (PMD Physical Medium Dependent Sublayer- PMD depende

do tipo de meio fiacutesico sendo empregado

98

IP-sobre-ATMApenas IP Claacutessico 3 ldquoredesrdquo (ex

segmentos de LAN) endereccedilos MAC

(8023) e IP

IP sobre ATM substitui ldquorederdquo (ex

segmento de LAN) por rede ATM

endereccedilos ATM endereccedilos IP

redeATM

EthernetLANs

EthernetLANs

50

99

IP-sobre-ATM

AALATMphyphy

Eth

IP

ATMphy

ATMphy

apptranspIPAALATMphy

apptranspIPEthphy

100

Viagem de um Datagrama numa Rede IP-sobre-ATM Hospedeiro de Origem

o Camada IP encontra um mapeamento entre o endereccedilo IP e o endereccedilo de destino ATM (usando ATM-ARP)

o passa o datagrama para a camada de adaptaccedilatildeo AAL5o AAL5 encapsula os dados (datagrama) segmenta em ceacutelulas e

passa para a camada ATM Rede ATM move a ceacutelula para o destino de comutador a

comutador de acordo com o seu CV (circuito virtual) Hospedeiro de Destino

o AAL5 remonta o datagrama original a partir das ceacutelulas recebidas

o se o CRC OK datagrama eacute passado ao IP

51

101

IP-sobre-ATM

datagramas IP emPDUs ATM AAL5

de endereccedilos IP paraendereccedilos ATMo como de endereccedilos IP paraendereccedilos MAC 8023

RedeATM

LANsEthernet

102

Multiprotocol label switching (MPLS)

Objetivo inicial acelerar o repasse de datagramas IP usando um roacutetulo de tamanho fixoo usa ideacuteias da abordagem de Circuitos Virtuais

PPP or Ethernet

headerIP header remainder of link-layer frameMPLS header

label Exp S TTL

20 3 1 8

52

103

Roteadores habilitados para MPLS

Roteadores de chaveamento de roacutetulos (label-switchedrouter)

Repassa pacotes para as interfaces de saiacuteda baseado apenas no valor do roacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP)o tabela de repasse o MPLS diferente da tabela de repasse IP

Necessaacuterio um protocolo de sinalizaccedilatildeoo RSVP-TEo Repasse possiacutevel atraveacutes de caminhos que o IP sozinho natildeo

permitiria (pex roteamento especifico para fonte - source-specific routing)

o MPLS pode ser usado para engenharia de traacutefego Deve coexistir com roteadores que entendem apenas

IP

104

R1R2

D

R3R4R5

0

1

00

A

R6

in out out

label label dest interface

6 - A 0

in out out

label label dest interface

10 6 A 1

12 9 D 0

in out out

label label dest interface

10 A 0

12 D 0

1

in out out

label label dest interface

8 6 A 0

0

8 A 1

Tabelas de repasse MPLS

53

105

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Endereccedilamento na camada de enlace

55 Ethernet

56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)

57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de

enlace ATM e MPLS

41

81

PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557]

Enquadramento de pacotes encapsulamento do datagrama da camada de rede no quadro da camada de enlace

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

Muacuteltiplos protocolos da camada de rede (natildeo apenas o IP) ao mesmo tempoo capacidade de separar os protocolos na recepccedilatildeoo Campo lsquotipo de protocolorsquo como no IP

Muacuteltiplos tipos de enlace seriais paralelos siacutencronos assiacutencronos eleacutetricos oacutepticos

Detecccedilatildeo de erros (mas natildeo correccedilatildeo) connection livenes detecta e informa falhas do enlace para a

camada de rede Negociaccedilatildeo de endereccedilo da camada de rede as camadas de rede

comuni9cantes devem poder aprender ou configurar mutuamente seus endereccedilos de rede

Simplicidade

82

Nem tudo foi requerido do PPP

natildeo haacute correccedilatildeo nem recuperaccedilatildeo de erros natildeo haacute controle de fluxo aceita entregas fora de ordem (embora seja pouco

comum) natildeo haacute necessidade de suportar enlaces multiponto

(ex polling)o HDLC os permite

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

42

83

PPP Formato do Quadro 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)

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

erros

endereccedilocontrole

tamanhovariaacutevelou ou

CRC

84

Byte Stuffing Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de

dados deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt01111110gt

Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte extra com o padratildeo lt 01111101gt (escape) antes de cada byte de dados lt 01111110gt

Receptoro dois bytes 01111101 seguidos descarta o primeiro e continua a recepccedilatildeo de dados

o um byte 01111110 flag Em enlaces siacutencronos orientados a bit usa-se bit

stuffing o depois de uma sequumlecircncia de 5 bits lsquo1rsquo o transmissor insere

um bit lsquo0rsquo

43

85

Byte Stuffing

byte como padratildeodo flag nosdados a enviar

byte com o padratildeo de flag seguido do byte inserido

86

PPP Protocolo de Controle de Enlace (LCP) e Controle de RedeAntes de trocar dados da camada

de rede os parceiros da camada de enlace devem

configurar o enlace PPP (PPP-LCP) (tamanho maacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo)

aprenderconfigurar informaccedilotildees da camada de redeo para o IP mensagens do

Protocolo de Controle IP (IPCP) para configurar aprender os endereccedilos IP

44

87

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Endereccedilamento na camada de enlace

55 Ethernet

56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)

57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

88

ATM e MPLS

ATM MPLS redes com arquiteturas proacutepriaso modelos de serviccedilo endereccedilamento e roteamento diferentes dos da Internet

Vistos pela Internet como enlaces loacutegicos conectando roteadores IPo assim como um enlace discado eacute parte de uma rede separada (a rede de telefonia)

ATM MPLS de interesse teacutecnico por si mesmas

45

89

Padratildeo dos anos 199000 para a arquitetura de alta velocidade (155 622Mbps hellip) da BroadbandIntegrated Service Digital Network (B-ISDN)

Objetivo transporte integrado fim-a-fim de voz viacutedeo e dadoso deve atender aos requisitos de tempoQoS para aplicaccedilotildees de voz e de viacutedeo (versus o serviccedilo de melhor esforccedilo da Internet)

o telefonia de ldquoproacutexima geraccedilatildeordquo fundamentos teacutecnicos no mundo da telefonia

o comutaccedilatildeo de pacotes (pacotes de tamanho fixo chamados ldquoceacutelulasrdquo) usando circuitos virtuais

ATM Modo de Transferecircncia Assiacutencrono

90

Arquitetura ATM

camada de adaptaccedilatildeo apenas na borda de uma rede ATM

o grosseiramente anaacuteloga agrave camada de transporte da Interneto ldquoadaptardquo camadas superiores (aplicaccedilotildees IP ou nativas ATM)

para a camada ATM abaixo camada ATM camada de ldquorederdquo

o comutaccedilatildeo de ceacutelulas roteamento camada fiacutesica

46

91

ATM camada de rede ou de enlaceVisatildeo transporte fim-a-fim

ldquoATM de computador a computadorrdquoo ATM eacute uma tecnologia

de rede

Realidade usada para conectar roteadores IP de backboneo ldquoIP sobre ATMrdquoo ATM como uma camada

de enlace comutada conectando roteadores IP

Rede ATM

rede IP

92

Camada ATMServiccedilo transporte de ceacutelulas atraveacutes da rede ATM

o anaacuteloga agrave camada de rede IPo Serviccedilos muito diferentes da camada de rede IP

Arquitetura

de Rede

Internet

ATM

ATM

ATM

ATM

Modelo

de Serviccedilo

melhor

esforccedilo

CBR

VBR

ABR

UBR

Banda

natildeo

taxa

constante

taxa

garantida

miacutenimo

garantido

natildeo

Perda

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Ordem

natildeo

sim

sim

sim

sim

Tempo

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Aviso de

Congestatildeo

natildeo (inferido

pelas perdas)

natildeo haacute

congestatildeo

natildeo haacute

congestatildeo

sim

natildeo

Garantias

47

93

Camada ATM Circuitos Virtuais Transporte em CV ceacutelulas (53 bytes) satildeo transportadas sobre CV

da fonte ao destinoo estabelecimento de conexatildeo necessaacuterio antes que o fluxo de dados

possa ser iniciadoo cada pacote transporta um identificador de CV (natildeo transporta o

endereccedilo do destino)o cada comutador no caminho entre a fonte e o destino manteacutem o

ldquoestadordquo para cada conexatildeo passanteo recursos do enlace e do comutador (banda passante buffers) podem

ser alocados aoCV para obter um comportamento semelhante ao de um circuito fiacutesico

CVs Permanentes (PVC)o conexotildees de longa duraccedilatildeo o tipicamente rota ldquopermanenterdquo entre roteadores IP

CVs Comutados (SVC)o conexotildees de curta duraccedilatildeoo dinamicamente criados com base nas chamadas

94

CVs ATM

Vantagens do uso de circuitos virtuais no ATMo Consegue garantir niacuteveis de QoS para conexotildees mapeadas em circuitos virtuais (banda passante atraso variacircncia de atraso)

Problemas no uso de circuitos virtuaiso O traacutefego de datagramas eacute ineficienteo um PVC entre cada par origemdestino natildeo eacuteescalaacutevel (N2 conexotildees satildeo necessaacuterias)

o SVC introduz latecircncia de estabelecimento de conexatildeo e atrasos de processamento para conexotildees de curta duraccedilatildeo

48

95

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

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

Cabeccedilalhoda ceacutelula

Formato daceacutelula

96

Camada ATM Cabeccedilalho da ceacutelula ATM

VCI identificador de canal virtual

o pode mudar de enlace para enlace atraveacutes da rede

PT Tipo de payload (carga)o Ex ceacutelula de gerenciamento versus ceacutelula de dados

CLP bit de Prioridade de Perda de Ceacutelula (Cell Loss Priority)

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

HEC Verificaccedilatildeo de Erros no Cabeccedilalho

o verificaccedilatildeo ciacuteclica de erros

49

97

Camada Fiacutesica ATM Compotildee-se de duas partes (subcamadas) Transmission Convergence Sublayer - TCS adapta a

camada ATM acima agrave subcamada fiacutesica abaixo (PMD Physical Medium Dependent Sublayer- PMD depende

do tipo de meio fiacutesico sendo empregado

98

IP-sobre-ATMApenas IP Claacutessico 3 ldquoredesrdquo (ex

segmentos de LAN) endereccedilos MAC

(8023) e IP

IP sobre ATM substitui ldquorederdquo (ex

segmento de LAN) por rede ATM

endereccedilos ATM endereccedilos IP

redeATM

EthernetLANs

EthernetLANs

50

99

IP-sobre-ATM

AALATMphyphy

Eth

IP

ATMphy

ATMphy

apptranspIPAALATMphy

apptranspIPEthphy

100

Viagem de um Datagrama numa Rede IP-sobre-ATM Hospedeiro de Origem

o Camada IP encontra um mapeamento entre o endereccedilo IP e o endereccedilo de destino ATM (usando ATM-ARP)

o passa o datagrama para a camada de adaptaccedilatildeo AAL5o AAL5 encapsula os dados (datagrama) segmenta em ceacutelulas e

passa para a camada ATM Rede ATM move a ceacutelula para o destino de comutador a

comutador de acordo com o seu CV (circuito virtual) Hospedeiro de Destino

o AAL5 remonta o datagrama original a partir das ceacutelulas recebidas

o se o CRC OK datagrama eacute passado ao IP

51

101

IP-sobre-ATM

datagramas IP emPDUs ATM AAL5

de endereccedilos IP paraendereccedilos ATMo como de endereccedilos IP paraendereccedilos MAC 8023

RedeATM

LANsEthernet

102

Multiprotocol label switching (MPLS)

Objetivo inicial acelerar o repasse de datagramas IP usando um roacutetulo de tamanho fixoo usa ideacuteias da abordagem de Circuitos Virtuais

PPP or Ethernet

headerIP header remainder of link-layer frameMPLS header

label Exp S TTL

20 3 1 8

52

103

Roteadores habilitados para MPLS

Roteadores de chaveamento de roacutetulos (label-switchedrouter)

Repassa pacotes para as interfaces de saiacuteda baseado apenas no valor do roacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP)o tabela de repasse o MPLS diferente da tabela de repasse IP

Necessaacuterio um protocolo de sinalizaccedilatildeoo RSVP-TEo Repasse possiacutevel atraveacutes de caminhos que o IP sozinho natildeo

permitiria (pex roteamento especifico para fonte - source-specific routing)

o MPLS pode ser usado para engenharia de traacutefego Deve coexistir com roteadores que entendem apenas

IP

104

R1R2

D

R3R4R5

0

1

00

A

R6

in out out

label label dest interface

6 - A 0

in out out

label label dest interface

10 6 A 1

12 9 D 0

in out out

label label dest interface

10 A 0

12 D 0

1

in out out

label label dest interface

8 6 A 0

0

8 A 1

Tabelas de repasse MPLS

53

105

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Endereccedilamento na camada de enlace

55 Ethernet

56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)

57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de

enlace ATM e MPLS

42

83

PPP Formato do Quadro 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)

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

erros

endereccedilocontrole

tamanhovariaacutevelou ou

CRC

84

Byte Stuffing Requisito de ldquotransparecircncia de dadosrdquo o campo de

dados deve poder incluir o padratildeo correspondente ao flag lt01111110gt

Transmissor acrescenta (ldquostuffsrdquo) um byte extra com o padratildeo lt 01111101gt (escape) antes de cada byte de dados lt 01111110gt

Receptoro dois bytes 01111101 seguidos descarta o primeiro e continua a recepccedilatildeo de dados

o um byte 01111110 flag Em enlaces siacutencronos orientados a bit usa-se bit

stuffing o depois de uma sequumlecircncia de 5 bits lsquo1rsquo o transmissor insere

um bit lsquo0rsquo

43

85

Byte Stuffing

byte como padratildeodo flag nosdados a enviar

byte com o padratildeo de flag seguido do byte inserido

86

PPP Protocolo de Controle de Enlace (LCP) e Controle de RedeAntes de trocar dados da camada

de rede os parceiros da camada de enlace devem

configurar o enlace PPP (PPP-LCP) (tamanho maacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo)

aprenderconfigurar informaccedilotildees da camada de redeo para o IP mensagens do

Protocolo de Controle IP (IPCP) para configurar aprender os endereccedilos IP

44

87

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Endereccedilamento na camada de enlace

55 Ethernet

56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)

57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

88

ATM e MPLS

ATM MPLS redes com arquiteturas proacutepriaso modelos de serviccedilo endereccedilamento e roteamento diferentes dos da Internet

Vistos pela Internet como enlaces loacutegicos conectando roteadores IPo assim como um enlace discado eacute parte de uma rede separada (a rede de telefonia)

ATM MPLS de interesse teacutecnico por si mesmas

45

89

Padratildeo dos anos 199000 para a arquitetura de alta velocidade (155 622Mbps hellip) da BroadbandIntegrated Service Digital Network (B-ISDN)

Objetivo transporte integrado fim-a-fim de voz viacutedeo e dadoso deve atender aos requisitos de tempoQoS para aplicaccedilotildees de voz e de viacutedeo (versus o serviccedilo de melhor esforccedilo da Internet)

o telefonia de ldquoproacutexima geraccedilatildeordquo fundamentos teacutecnicos no mundo da telefonia

o comutaccedilatildeo de pacotes (pacotes de tamanho fixo chamados ldquoceacutelulasrdquo) usando circuitos virtuais

ATM Modo de Transferecircncia Assiacutencrono

90

Arquitetura ATM

camada de adaptaccedilatildeo apenas na borda de uma rede ATM

o grosseiramente anaacuteloga agrave camada de transporte da Interneto ldquoadaptardquo camadas superiores (aplicaccedilotildees IP ou nativas ATM)

para a camada ATM abaixo camada ATM camada de ldquorederdquo

o comutaccedilatildeo de ceacutelulas roteamento camada fiacutesica

46

91

ATM camada de rede ou de enlaceVisatildeo transporte fim-a-fim

ldquoATM de computador a computadorrdquoo ATM eacute uma tecnologia

de rede

Realidade usada para conectar roteadores IP de backboneo ldquoIP sobre ATMrdquoo ATM como uma camada

de enlace comutada conectando roteadores IP

Rede ATM

rede IP

92

Camada ATMServiccedilo transporte de ceacutelulas atraveacutes da rede ATM

o anaacuteloga agrave camada de rede IPo Serviccedilos muito diferentes da camada de rede IP

Arquitetura

de Rede

Internet

ATM

ATM

ATM

ATM

Modelo

de Serviccedilo

melhor

esforccedilo

CBR

VBR

ABR

UBR

Banda

natildeo

taxa

constante

taxa

garantida

miacutenimo

garantido

natildeo

Perda

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Ordem

natildeo

sim

sim

sim

sim

Tempo

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Aviso de

Congestatildeo

natildeo (inferido

pelas perdas)

natildeo haacute

congestatildeo

natildeo haacute

congestatildeo

sim

natildeo

Garantias

47

93

Camada ATM Circuitos Virtuais Transporte em CV ceacutelulas (53 bytes) satildeo transportadas sobre CV

da fonte ao destinoo estabelecimento de conexatildeo necessaacuterio antes que o fluxo de dados

possa ser iniciadoo cada pacote transporta um identificador de CV (natildeo transporta o

endereccedilo do destino)o cada comutador no caminho entre a fonte e o destino manteacutem o

ldquoestadordquo para cada conexatildeo passanteo recursos do enlace e do comutador (banda passante buffers) podem

ser alocados aoCV para obter um comportamento semelhante ao de um circuito fiacutesico

CVs Permanentes (PVC)o conexotildees de longa duraccedilatildeo o tipicamente rota ldquopermanenterdquo entre roteadores IP

CVs Comutados (SVC)o conexotildees de curta duraccedilatildeoo dinamicamente criados com base nas chamadas

94

CVs ATM

Vantagens do uso de circuitos virtuais no ATMo Consegue garantir niacuteveis de QoS para conexotildees mapeadas em circuitos virtuais (banda passante atraso variacircncia de atraso)

Problemas no uso de circuitos virtuaiso O traacutefego de datagramas eacute ineficienteo um PVC entre cada par origemdestino natildeo eacuteescalaacutevel (N2 conexotildees satildeo necessaacuterias)

o SVC introduz latecircncia de estabelecimento de conexatildeo e atrasos de processamento para conexotildees de curta duraccedilatildeo

48

95

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

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

Cabeccedilalhoda ceacutelula

Formato daceacutelula

96

Camada ATM Cabeccedilalho da ceacutelula ATM

VCI identificador de canal virtual

o pode mudar de enlace para enlace atraveacutes da rede

PT Tipo de payload (carga)o Ex ceacutelula de gerenciamento versus ceacutelula de dados

CLP bit de Prioridade de Perda de Ceacutelula (Cell Loss Priority)

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

HEC Verificaccedilatildeo de Erros no Cabeccedilalho

o verificaccedilatildeo ciacuteclica de erros

49

97

Camada Fiacutesica ATM Compotildee-se de duas partes (subcamadas) Transmission Convergence Sublayer - TCS adapta a

camada ATM acima agrave subcamada fiacutesica abaixo (PMD Physical Medium Dependent Sublayer- PMD depende

do tipo de meio fiacutesico sendo empregado

98

IP-sobre-ATMApenas IP Claacutessico 3 ldquoredesrdquo (ex

segmentos de LAN) endereccedilos MAC

(8023) e IP

IP sobre ATM substitui ldquorederdquo (ex

segmento de LAN) por rede ATM

endereccedilos ATM endereccedilos IP

redeATM

EthernetLANs

EthernetLANs

50

99

IP-sobre-ATM

AALATMphyphy

Eth

IP

ATMphy

ATMphy

apptranspIPAALATMphy

apptranspIPEthphy

100

Viagem de um Datagrama numa Rede IP-sobre-ATM Hospedeiro de Origem

o Camada IP encontra um mapeamento entre o endereccedilo IP e o endereccedilo de destino ATM (usando ATM-ARP)

o passa o datagrama para a camada de adaptaccedilatildeo AAL5o AAL5 encapsula os dados (datagrama) segmenta em ceacutelulas e

passa para a camada ATM Rede ATM move a ceacutelula para o destino de comutador a

comutador de acordo com o seu CV (circuito virtual) Hospedeiro de Destino

o AAL5 remonta o datagrama original a partir das ceacutelulas recebidas

o se o CRC OK datagrama eacute passado ao IP

51

101

IP-sobre-ATM

datagramas IP emPDUs ATM AAL5

de endereccedilos IP paraendereccedilos ATMo como de endereccedilos IP paraendereccedilos MAC 8023

RedeATM

LANsEthernet

102

Multiprotocol label switching (MPLS)

Objetivo inicial acelerar o repasse de datagramas IP usando um roacutetulo de tamanho fixoo usa ideacuteias da abordagem de Circuitos Virtuais

PPP or Ethernet

headerIP header remainder of link-layer frameMPLS header

label Exp S TTL

20 3 1 8

52

103

Roteadores habilitados para MPLS

Roteadores de chaveamento de roacutetulos (label-switchedrouter)

Repassa pacotes para as interfaces de saiacuteda baseado apenas no valor do roacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP)o tabela de repasse o MPLS diferente da tabela de repasse IP

Necessaacuterio um protocolo de sinalizaccedilatildeoo RSVP-TEo Repasse possiacutevel atraveacutes de caminhos que o IP sozinho natildeo

permitiria (pex roteamento especifico para fonte - source-specific routing)

o MPLS pode ser usado para engenharia de traacutefego Deve coexistir com roteadores que entendem apenas

IP

104

R1R2

D

R3R4R5

0

1

00

A

R6

in out out

label label dest interface

6 - A 0

in out out

label label dest interface

10 6 A 1

12 9 D 0

in out out

label label dest interface

10 A 0

12 D 0

1

in out out

label label dest interface

8 6 A 0

0

8 A 1

Tabelas de repasse MPLS

53

105

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Endereccedilamento na camada de enlace

55 Ethernet

56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)

57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de

enlace ATM e MPLS

43

85

Byte Stuffing

byte como padratildeodo flag nosdados a enviar

byte com o padratildeo de flag seguido do byte inserido

86

PPP Protocolo de Controle de Enlace (LCP) e Controle de RedeAntes de trocar dados da camada

de rede os parceiros da camada de enlace devem

configurar o enlace PPP (PPP-LCP) (tamanho maacuteximo do quadro autenticaccedilatildeo)

aprenderconfigurar informaccedilotildees da camada de redeo para o IP mensagens do

Protocolo de Controle IP (IPCP) para configurar aprender os endereccedilos IP

44

87

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Endereccedilamento na camada de enlace

55 Ethernet

56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)

57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

88

ATM e MPLS

ATM MPLS redes com arquiteturas proacutepriaso modelos de serviccedilo endereccedilamento e roteamento diferentes dos da Internet

Vistos pela Internet como enlaces loacutegicos conectando roteadores IPo assim como um enlace discado eacute parte de uma rede separada (a rede de telefonia)

ATM MPLS de interesse teacutecnico por si mesmas

45

89

Padratildeo dos anos 199000 para a arquitetura de alta velocidade (155 622Mbps hellip) da BroadbandIntegrated Service Digital Network (B-ISDN)

Objetivo transporte integrado fim-a-fim de voz viacutedeo e dadoso deve atender aos requisitos de tempoQoS para aplicaccedilotildees de voz e de viacutedeo (versus o serviccedilo de melhor esforccedilo da Internet)

o telefonia de ldquoproacutexima geraccedilatildeordquo fundamentos teacutecnicos no mundo da telefonia

o comutaccedilatildeo de pacotes (pacotes de tamanho fixo chamados ldquoceacutelulasrdquo) usando circuitos virtuais

ATM Modo de Transferecircncia Assiacutencrono

90

Arquitetura ATM

camada de adaptaccedilatildeo apenas na borda de uma rede ATM

o grosseiramente anaacuteloga agrave camada de transporte da Interneto ldquoadaptardquo camadas superiores (aplicaccedilotildees IP ou nativas ATM)

para a camada ATM abaixo camada ATM camada de ldquorederdquo

o comutaccedilatildeo de ceacutelulas roteamento camada fiacutesica

46

91

ATM camada de rede ou de enlaceVisatildeo transporte fim-a-fim

ldquoATM de computador a computadorrdquoo ATM eacute uma tecnologia

de rede

Realidade usada para conectar roteadores IP de backboneo ldquoIP sobre ATMrdquoo ATM como uma camada

de enlace comutada conectando roteadores IP

Rede ATM

rede IP

92

Camada ATMServiccedilo transporte de ceacutelulas atraveacutes da rede ATM

o anaacuteloga agrave camada de rede IPo Serviccedilos muito diferentes da camada de rede IP

Arquitetura

de Rede

Internet

ATM

ATM

ATM

ATM

Modelo

de Serviccedilo

melhor

esforccedilo

CBR

VBR

ABR

UBR

Banda

natildeo

taxa

constante

taxa

garantida

miacutenimo

garantido

natildeo

Perda

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Ordem

natildeo

sim

sim

sim

sim

Tempo

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Aviso de

Congestatildeo

natildeo (inferido

pelas perdas)

natildeo haacute

congestatildeo

natildeo haacute

congestatildeo

sim

natildeo

Garantias

47

93

Camada ATM Circuitos Virtuais Transporte em CV ceacutelulas (53 bytes) satildeo transportadas sobre CV

da fonte ao destinoo estabelecimento de conexatildeo necessaacuterio antes que o fluxo de dados

possa ser iniciadoo cada pacote transporta um identificador de CV (natildeo transporta o

endereccedilo do destino)o cada comutador no caminho entre a fonte e o destino manteacutem o

ldquoestadordquo para cada conexatildeo passanteo recursos do enlace e do comutador (banda passante buffers) podem

ser alocados aoCV para obter um comportamento semelhante ao de um circuito fiacutesico

CVs Permanentes (PVC)o conexotildees de longa duraccedilatildeo o tipicamente rota ldquopermanenterdquo entre roteadores IP

CVs Comutados (SVC)o conexotildees de curta duraccedilatildeoo dinamicamente criados com base nas chamadas

94

CVs ATM

Vantagens do uso de circuitos virtuais no ATMo Consegue garantir niacuteveis de QoS para conexotildees mapeadas em circuitos virtuais (banda passante atraso variacircncia de atraso)

Problemas no uso de circuitos virtuaiso O traacutefego de datagramas eacute ineficienteo um PVC entre cada par origemdestino natildeo eacuteescalaacutevel (N2 conexotildees satildeo necessaacuterias)

o SVC introduz latecircncia de estabelecimento de conexatildeo e atrasos de processamento para conexotildees de curta duraccedilatildeo

48

95

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

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

Cabeccedilalhoda ceacutelula

Formato daceacutelula

96

Camada ATM Cabeccedilalho da ceacutelula ATM

VCI identificador de canal virtual

o pode mudar de enlace para enlace atraveacutes da rede

PT Tipo de payload (carga)o Ex ceacutelula de gerenciamento versus ceacutelula de dados

CLP bit de Prioridade de Perda de Ceacutelula (Cell Loss Priority)

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

HEC Verificaccedilatildeo de Erros no Cabeccedilalho

o verificaccedilatildeo ciacuteclica de erros

49

97

Camada Fiacutesica ATM Compotildee-se de duas partes (subcamadas) Transmission Convergence Sublayer - TCS adapta a

camada ATM acima agrave subcamada fiacutesica abaixo (PMD Physical Medium Dependent Sublayer- PMD depende

do tipo de meio fiacutesico sendo empregado

98

IP-sobre-ATMApenas IP Claacutessico 3 ldquoredesrdquo (ex

segmentos de LAN) endereccedilos MAC

(8023) e IP

IP sobre ATM substitui ldquorederdquo (ex

segmento de LAN) por rede ATM

endereccedilos ATM endereccedilos IP

redeATM

EthernetLANs

EthernetLANs

50

99

IP-sobre-ATM

AALATMphyphy

Eth

IP

ATMphy

ATMphy

apptranspIPAALATMphy

apptranspIPEthphy

100

Viagem de um Datagrama numa Rede IP-sobre-ATM Hospedeiro de Origem

o Camada IP encontra um mapeamento entre o endereccedilo IP e o endereccedilo de destino ATM (usando ATM-ARP)

o passa o datagrama para a camada de adaptaccedilatildeo AAL5o AAL5 encapsula os dados (datagrama) segmenta em ceacutelulas e

passa para a camada ATM Rede ATM move a ceacutelula para o destino de comutador a

comutador de acordo com o seu CV (circuito virtual) Hospedeiro de Destino

o AAL5 remonta o datagrama original a partir das ceacutelulas recebidas

o se o CRC OK datagrama eacute passado ao IP

51

101

IP-sobre-ATM

datagramas IP emPDUs ATM AAL5

de endereccedilos IP paraendereccedilos ATMo como de endereccedilos IP paraendereccedilos MAC 8023

RedeATM

LANsEthernet

102

Multiprotocol label switching (MPLS)

Objetivo inicial acelerar o repasse de datagramas IP usando um roacutetulo de tamanho fixoo usa ideacuteias da abordagem de Circuitos Virtuais

PPP or Ethernet

headerIP header remainder of link-layer frameMPLS header

label Exp S TTL

20 3 1 8

52

103

Roteadores habilitados para MPLS

Roteadores de chaveamento de roacutetulos (label-switchedrouter)

Repassa pacotes para as interfaces de saiacuteda baseado apenas no valor do roacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP)o tabela de repasse o MPLS diferente da tabela de repasse IP

Necessaacuterio um protocolo de sinalizaccedilatildeoo RSVP-TEo Repasse possiacutevel atraveacutes de caminhos que o IP sozinho natildeo

permitiria (pex roteamento especifico para fonte - source-specific routing)

o MPLS pode ser usado para engenharia de traacutefego Deve coexistir com roteadores que entendem apenas

IP

104

R1R2

D

R3R4R5

0

1

00

A

R6

in out out

label label dest interface

6 - A 0

in out out

label label dest interface

10 6 A 1

12 9 D 0

in out out

label label dest interface

10 A 0

12 D 0

1

in out out

label label dest interface

8 6 A 0

0

8 A 1

Tabelas de repasse MPLS

53

105

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Endereccedilamento na camada de enlace

55 Ethernet

56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)

57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de

enlace ATM e MPLS

44

87

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Endereccedilamento na camada de enlace

55 Ethernet

56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)

57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de enlace ATM e MPLS

88

ATM e MPLS

ATM MPLS redes com arquiteturas proacutepriaso modelos de serviccedilo endereccedilamento e roteamento diferentes dos da Internet

Vistos pela Internet como enlaces loacutegicos conectando roteadores IPo assim como um enlace discado eacute parte de uma rede separada (a rede de telefonia)

ATM MPLS de interesse teacutecnico por si mesmas

45

89

Padratildeo dos anos 199000 para a arquitetura de alta velocidade (155 622Mbps hellip) da BroadbandIntegrated Service Digital Network (B-ISDN)

Objetivo transporte integrado fim-a-fim de voz viacutedeo e dadoso deve atender aos requisitos de tempoQoS para aplicaccedilotildees de voz e de viacutedeo (versus o serviccedilo de melhor esforccedilo da Internet)

o telefonia de ldquoproacutexima geraccedilatildeordquo fundamentos teacutecnicos no mundo da telefonia

o comutaccedilatildeo de pacotes (pacotes de tamanho fixo chamados ldquoceacutelulasrdquo) usando circuitos virtuais

ATM Modo de Transferecircncia Assiacutencrono

90

Arquitetura ATM

camada de adaptaccedilatildeo apenas na borda de uma rede ATM

o grosseiramente anaacuteloga agrave camada de transporte da Interneto ldquoadaptardquo camadas superiores (aplicaccedilotildees IP ou nativas ATM)

para a camada ATM abaixo camada ATM camada de ldquorederdquo

o comutaccedilatildeo de ceacutelulas roteamento camada fiacutesica

46

91

ATM camada de rede ou de enlaceVisatildeo transporte fim-a-fim

ldquoATM de computador a computadorrdquoo ATM eacute uma tecnologia

de rede

Realidade usada para conectar roteadores IP de backboneo ldquoIP sobre ATMrdquoo ATM como uma camada

de enlace comutada conectando roteadores IP

Rede ATM

rede IP

92

Camada ATMServiccedilo transporte de ceacutelulas atraveacutes da rede ATM

o anaacuteloga agrave camada de rede IPo Serviccedilos muito diferentes da camada de rede IP

Arquitetura

de Rede

Internet

ATM

ATM

ATM

ATM

Modelo

de Serviccedilo

melhor

esforccedilo

CBR

VBR

ABR

UBR

Banda

natildeo

taxa

constante

taxa

garantida

miacutenimo

garantido

natildeo

Perda

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Ordem

natildeo

sim

sim

sim

sim

Tempo

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Aviso de

Congestatildeo

natildeo (inferido

pelas perdas)

natildeo haacute

congestatildeo

natildeo haacute

congestatildeo

sim

natildeo

Garantias

47

93

Camada ATM Circuitos Virtuais Transporte em CV ceacutelulas (53 bytes) satildeo transportadas sobre CV

da fonte ao destinoo estabelecimento de conexatildeo necessaacuterio antes que o fluxo de dados

possa ser iniciadoo cada pacote transporta um identificador de CV (natildeo transporta o

endereccedilo do destino)o cada comutador no caminho entre a fonte e o destino manteacutem o

ldquoestadordquo para cada conexatildeo passanteo recursos do enlace e do comutador (banda passante buffers) podem

ser alocados aoCV para obter um comportamento semelhante ao de um circuito fiacutesico

CVs Permanentes (PVC)o conexotildees de longa duraccedilatildeo o tipicamente rota ldquopermanenterdquo entre roteadores IP

CVs Comutados (SVC)o conexotildees de curta duraccedilatildeoo dinamicamente criados com base nas chamadas

94

CVs ATM

Vantagens do uso de circuitos virtuais no ATMo Consegue garantir niacuteveis de QoS para conexotildees mapeadas em circuitos virtuais (banda passante atraso variacircncia de atraso)

Problemas no uso de circuitos virtuaiso O traacutefego de datagramas eacute ineficienteo um PVC entre cada par origemdestino natildeo eacuteescalaacutevel (N2 conexotildees satildeo necessaacuterias)

o SVC introduz latecircncia de estabelecimento de conexatildeo e atrasos de processamento para conexotildees de curta duraccedilatildeo

48

95

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

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

Cabeccedilalhoda ceacutelula

Formato daceacutelula

96

Camada ATM Cabeccedilalho da ceacutelula ATM

VCI identificador de canal virtual

o pode mudar de enlace para enlace atraveacutes da rede

PT Tipo de payload (carga)o Ex ceacutelula de gerenciamento versus ceacutelula de dados

CLP bit de Prioridade de Perda de Ceacutelula (Cell Loss Priority)

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

HEC Verificaccedilatildeo de Erros no Cabeccedilalho

o verificaccedilatildeo ciacuteclica de erros

49

97

Camada Fiacutesica ATM Compotildee-se de duas partes (subcamadas) Transmission Convergence Sublayer - TCS adapta a

camada ATM acima agrave subcamada fiacutesica abaixo (PMD Physical Medium Dependent Sublayer- PMD depende

do tipo de meio fiacutesico sendo empregado

98

IP-sobre-ATMApenas IP Claacutessico 3 ldquoredesrdquo (ex

segmentos de LAN) endereccedilos MAC

(8023) e IP

IP sobre ATM substitui ldquorederdquo (ex

segmento de LAN) por rede ATM

endereccedilos ATM endereccedilos IP

redeATM

EthernetLANs

EthernetLANs

50

99

IP-sobre-ATM

AALATMphyphy

Eth

IP

ATMphy

ATMphy

apptranspIPAALATMphy

apptranspIPEthphy

100

Viagem de um Datagrama numa Rede IP-sobre-ATM Hospedeiro de Origem

o Camada IP encontra um mapeamento entre o endereccedilo IP e o endereccedilo de destino ATM (usando ATM-ARP)

o passa o datagrama para a camada de adaptaccedilatildeo AAL5o AAL5 encapsula os dados (datagrama) segmenta em ceacutelulas e

passa para a camada ATM Rede ATM move a ceacutelula para o destino de comutador a

comutador de acordo com o seu CV (circuito virtual) Hospedeiro de Destino

o AAL5 remonta o datagrama original a partir das ceacutelulas recebidas

o se o CRC OK datagrama eacute passado ao IP

51

101

IP-sobre-ATM

datagramas IP emPDUs ATM AAL5

de endereccedilos IP paraendereccedilos ATMo como de endereccedilos IP paraendereccedilos MAC 8023

RedeATM

LANsEthernet

102

Multiprotocol label switching (MPLS)

Objetivo inicial acelerar o repasse de datagramas IP usando um roacutetulo de tamanho fixoo usa ideacuteias da abordagem de Circuitos Virtuais

PPP or Ethernet

headerIP header remainder of link-layer frameMPLS header

label Exp S TTL

20 3 1 8

52

103

Roteadores habilitados para MPLS

Roteadores de chaveamento de roacutetulos (label-switchedrouter)

Repassa pacotes para as interfaces de saiacuteda baseado apenas no valor do roacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP)o tabela de repasse o MPLS diferente da tabela de repasse IP

Necessaacuterio um protocolo de sinalizaccedilatildeoo RSVP-TEo Repasse possiacutevel atraveacutes de caminhos que o IP sozinho natildeo

permitiria (pex roteamento especifico para fonte - source-specific routing)

o MPLS pode ser usado para engenharia de traacutefego Deve coexistir com roteadores que entendem apenas

IP

104

R1R2

D

R3R4R5

0

1

00

A

R6

in out out

label label dest interface

6 - A 0

in out out

label label dest interface

10 6 A 1

12 9 D 0

in out out

label label dest interface

10 A 0

12 D 0

1

in out out

label label dest interface

8 6 A 0

0

8 A 1

Tabelas de repasse MPLS

53

105

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Endereccedilamento na camada de enlace

55 Ethernet

56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)

57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de

enlace ATM e MPLS

45

89

Padratildeo dos anos 199000 para a arquitetura de alta velocidade (155 622Mbps hellip) da BroadbandIntegrated Service Digital Network (B-ISDN)

Objetivo transporte integrado fim-a-fim de voz viacutedeo e dadoso deve atender aos requisitos de tempoQoS para aplicaccedilotildees de voz e de viacutedeo (versus o serviccedilo de melhor esforccedilo da Internet)

o telefonia de ldquoproacutexima geraccedilatildeordquo fundamentos teacutecnicos no mundo da telefonia

o comutaccedilatildeo de pacotes (pacotes de tamanho fixo chamados ldquoceacutelulasrdquo) usando circuitos virtuais

ATM Modo de Transferecircncia Assiacutencrono

90

Arquitetura ATM

camada de adaptaccedilatildeo apenas na borda de uma rede ATM

o grosseiramente anaacuteloga agrave camada de transporte da Interneto ldquoadaptardquo camadas superiores (aplicaccedilotildees IP ou nativas ATM)

para a camada ATM abaixo camada ATM camada de ldquorederdquo

o comutaccedilatildeo de ceacutelulas roteamento camada fiacutesica

46

91

ATM camada de rede ou de enlaceVisatildeo transporte fim-a-fim

ldquoATM de computador a computadorrdquoo ATM eacute uma tecnologia

de rede

Realidade usada para conectar roteadores IP de backboneo ldquoIP sobre ATMrdquoo ATM como uma camada

de enlace comutada conectando roteadores IP

Rede ATM

rede IP

92

Camada ATMServiccedilo transporte de ceacutelulas atraveacutes da rede ATM

o anaacuteloga agrave camada de rede IPo Serviccedilos muito diferentes da camada de rede IP

Arquitetura

de Rede

Internet

ATM

ATM

ATM

ATM

Modelo

de Serviccedilo

melhor

esforccedilo

CBR

VBR

ABR

UBR

Banda

natildeo

taxa

constante

taxa

garantida

miacutenimo

garantido

natildeo

Perda

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Ordem

natildeo

sim

sim

sim

sim

Tempo

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Aviso de

Congestatildeo

natildeo (inferido

pelas perdas)

natildeo haacute

congestatildeo

natildeo haacute

congestatildeo

sim

natildeo

Garantias

47

93

Camada ATM Circuitos Virtuais Transporte em CV ceacutelulas (53 bytes) satildeo transportadas sobre CV

da fonte ao destinoo estabelecimento de conexatildeo necessaacuterio antes que o fluxo de dados

possa ser iniciadoo cada pacote transporta um identificador de CV (natildeo transporta o

endereccedilo do destino)o cada comutador no caminho entre a fonte e o destino manteacutem o

ldquoestadordquo para cada conexatildeo passanteo recursos do enlace e do comutador (banda passante buffers) podem

ser alocados aoCV para obter um comportamento semelhante ao de um circuito fiacutesico

CVs Permanentes (PVC)o conexotildees de longa duraccedilatildeo o tipicamente rota ldquopermanenterdquo entre roteadores IP

CVs Comutados (SVC)o conexotildees de curta duraccedilatildeoo dinamicamente criados com base nas chamadas

94

CVs ATM

Vantagens do uso de circuitos virtuais no ATMo Consegue garantir niacuteveis de QoS para conexotildees mapeadas em circuitos virtuais (banda passante atraso variacircncia de atraso)

Problemas no uso de circuitos virtuaiso O traacutefego de datagramas eacute ineficienteo um PVC entre cada par origemdestino natildeo eacuteescalaacutevel (N2 conexotildees satildeo necessaacuterias)

o SVC introduz latecircncia de estabelecimento de conexatildeo e atrasos de processamento para conexotildees de curta duraccedilatildeo

48

95

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

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

Cabeccedilalhoda ceacutelula

Formato daceacutelula

96

Camada ATM Cabeccedilalho da ceacutelula ATM

VCI identificador de canal virtual

o pode mudar de enlace para enlace atraveacutes da rede

PT Tipo de payload (carga)o Ex ceacutelula de gerenciamento versus ceacutelula de dados

CLP bit de Prioridade de Perda de Ceacutelula (Cell Loss Priority)

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

HEC Verificaccedilatildeo de Erros no Cabeccedilalho

o verificaccedilatildeo ciacuteclica de erros

49

97

Camada Fiacutesica ATM Compotildee-se de duas partes (subcamadas) Transmission Convergence Sublayer - TCS adapta a

camada ATM acima agrave subcamada fiacutesica abaixo (PMD Physical Medium Dependent Sublayer- PMD depende

do tipo de meio fiacutesico sendo empregado

98

IP-sobre-ATMApenas IP Claacutessico 3 ldquoredesrdquo (ex

segmentos de LAN) endereccedilos MAC

(8023) e IP

IP sobre ATM substitui ldquorederdquo (ex

segmento de LAN) por rede ATM

endereccedilos ATM endereccedilos IP

redeATM

EthernetLANs

EthernetLANs

50

99

IP-sobre-ATM

AALATMphyphy

Eth

IP

ATMphy

ATMphy

apptranspIPAALATMphy

apptranspIPEthphy

100

Viagem de um Datagrama numa Rede IP-sobre-ATM Hospedeiro de Origem

o Camada IP encontra um mapeamento entre o endereccedilo IP e o endereccedilo de destino ATM (usando ATM-ARP)

o passa o datagrama para a camada de adaptaccedilatildeo AAL5o AAL5 encapsula os dados (datagrama) segmenta em ceacutelulas e

passa para a camada ATM Rede ATM move a ceacutelula para o destino de comutador a

comutador de acordo com o seu CV (circuito virtual) Hospedeiro de Destino

o AAL5 remonta o datagrama original a partir das ceacutelulas recebidas

o se o CRC OK datagrama eacute passado ao IP

51

101

IP-sobre-ATM

datagramas IP emPDUs ATM AAL5

de endereccedilos IP paraendereccedilos ATMo como de endereccedilos IP paraendereccedilos MAC 8023

RedeATM

LANsEthernet

102

Multiprotocol label switching (MPLS)

Objetivo inicial acelerar o repasse de datagramas IP usando um roacutetulo de tamanho fixoo usa ideacuteias da abordagem de Circuitos Virtuais

PPP or Ethernet

headerIP header remainder of link-layer frameMPLS header

label Exp S TTL

20 3 1 8

52

103

Roteadores habilitados para MPLS

Roteadores de chaveamento de roacutetulos (label-switchedrouter)

Repassa pacotes para as interfaces de saiacuteda baseado apenas no valor do roacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP)o tabela de repasse o MPLS diferente da tabela de repasse IP

Necessaacuterio um protocolo de sinalizaccedilatildeoo RSVP-TEo Repasse possiacutevel atraveacutes de caminhos que o IP sozinho natildeo

permitiria (pex roteamento especifico para fonte - source-specific routing)

o MPLS pode ser usado para engenharia de traacutefego Deve coexistir com roteadores que entendem apenas

IP

104

R1R2

D

R3R4R5

0

1

00

A

R6

in out out

label label dest interface

6 - A 0

in out out

label label dest interface

10 6 A 1

12 9 D 0

in out out

label label dest interface

10 A 0

12 D 0

1

in out out

label label dest interface

8 6 A 0

0

8 A 1

Tabelas de repasse MPLS

53

105

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Endereccedilamento na camada de enlace

55 Ethernet

56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)

57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de

enlace ATM e MPLS

46

91

ATM camada de rede ou de enlaceVisatildeo transporte fim-a-fim

ldquoATM de computador a computadorrdquoo ATM eacute uma tecnologia

de rede

Realidade usada para conectar roteadores IP de backboneo ldquoIP sobre ATMrdquoo ATM como uma camada

de enlace comutada conectando roteadores IP

Rede ATM

rede IP

92

Camada ATMServiccedilo transporte de ceacutelulas atraveacutes da rede ATM

o anaacuteloga agrave camada de rede IPo Serviccedilos muito diferentes da camada de rede IP

Arquitetura

de Rede

Internet

ATM

ATM

ATM

ATM

Modelo

de Serviccedilo

melhor

esforccedilo

CBR

VBR

ABR

UBR

Banda

natildeo

taxa

constante

taxa

garantida

miacutenimo

garantido

natildeo

Perda

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Ordem

natildeo

sim

sim

sim

sim

Tempo

natildeo

sim

sim

natildeo

natildeo

Aviso de

Congestatildeo

natildeo (inferido

pelas perdas)

natildeo haacute

congestatildeo

natildeo haacute

congestatildeo

sim

natildeo

Garantias

47

93

Camada ATM Circuitos Virtuais Transporte em CV ceacutelulas (53 bytes) satildeo transportadas sobre CV

da fonte ao destinoo estabelecimento de conexatildeo necessaacuterio antes que o fluxo de dados

possa ser iniciadoo cada pacote transporta um identificador de CV (natildeo transporta o

endereccedilo do destino)o cada comutador no caminho entre a fonte e o destino manteacutem o

ldquoestadordquo para cada conexatildeo passanteo recursos do enlace e do comutador (banda passante buffers) podem

ser alocados aoCV para obter um comportamento semelhante ao de um circuito fiacutesico

CVs Permanentes (PVC)o conexotildees de longa duraccedilatildeo o tipicamente rota ldquopermanenterdquo entre roteadores IP

CVs Comutados (SVC)o conexotildees de curta duraccedilatildeoo dinamicamente criados com base nas chamadas

94

CVs ATM

Vantagens do uso de circuitos virtuais no ATMo Consegue garantir niacuteveis de QoS para conexotildees mapeadas em circuitos virtuais (banda passante atraso variacircncia de atraso)

Problemas no uso de circuitos virtuaiso O traacutefego de datagramas eacute ineficienteo um PVC entre cada par origemdestino natildeo eacuteescalaacutevel (N2 conexotildees satildeo necessaacuterias)

o SVC introduz latecircncia de estabelecimento de conexatildeo e atrasos de processamento para conexotildees de curta duraccedilatildeo

48

95

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

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

Cabeccedilalhoda ceacutelula

Formato daceacutelula

96

Camada ATM Cabeccedilalho da ceacutelula ATM

VCI identificador de canal virtual

o pode mudar de enlace para enlace atraveacutes da rede

PT Tipo de payload (carga)o Ex ceacutelula de gerenciamento versus ceacutelula de dados

CLP bit de Prioridade de Perda de Ceacutelula (Cell Loss Priority)

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

HEC Verificaccedilatildeo de Erros no Cabeccedilalho

o verificaccedilatildeo ciacuteclica de erros

49

97

Camada Fiacutesica ATM Compotildee-se de duas partes (subcamadas) Transmission Convergence Sublayer - TCS adapta a

camada ATM acima agrave subcamada fiacutesica abaixo (PMD Physical Medium Dependent Sublayer- PMD depende

do tipo de meio fiacutesico sendo empregado

98

IP-sobre-ATMApenas IP Claacutessico 3 ldquoredesrdquo (ex

segmentos de LAN) endereccedilos MAC

(8023) e IP

IP sobre ATM substitui ldquorederdquo (ex

segmento de LAN) por rede ATM

endereccedilos ATM endereccedilos IP

redeATM

EthernetLANs

EthernetLANs

50

99

IP-sobre-ATM

AALATMphyphy

Eth

IP

ATMphy

ATMphy

apptranspIPAALATMphy

apptranspIPEthphy

100

Viagem de um Datagrama numa Rede IP-sobre-ATM Hospedeiro de Origem

o Camada IP encontra um mapeamento entre o endereccedilo IP e o endereccedilo de destino ATM (usando ATM-ARP)

o passa o datagrama para a camada de adaptaccedilatildeo AAL5o AAL5 encapsula os dados (datagrama) segmenta em ceacutelulas e

passa para a camada ATM Rede ATM move a ceacutelula para o destino de comutador a

comutador de acordo com o seu CV (circuito virtual) Hospedeiro de Destino

o AAL5 remonta o datagrama original a partir das ceacutelulas recebidas

o se o CRC OK datagrama eacute passado ao IP

51

101

IP-sobre-ATM

datagramas IP emPDUs ATM AAL5

de endereccedilos IP paraendereccedilos ATMo como de endereccedilos IP paraendereccedilos MAC 8023

RedeATM

LANsEthernet

102

Multiprotocol label switching (MPLS)

Objetivo inicial acelerar o repasse de datagramas IP usando um roacutetulo de tamanho fixoo usa ideacuteias da abordagem de Circuitos Virtuais

PPP or Ethernet

headerIP header remainder of link-layer frameMPLS header

label Exp S TTL

20 3 1 8

52

103

Roteadores habilitados para MPLS

Roteadores de chaveamento de roacutetulos (label-switchedrouter)

Repassa pacotes para as interfaces de saiacuteda baseado apenas no valor do roacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP)o tabela de repasse o MPLS diferente da tabela de repasse IP

Necessaacuterio um protocolo de sinalizaccedilatildeoo RSVP-TEo Repasse possiacutevel atraveacutes de caminhos que o IP sozinho natildeo

permitiria (pex roteamento especifico para fonte - source-specific routing)

o MPLS pode ser usado para engenharia de traacutefego Deve coexistir com roteadores que entendem apenas

IP

104

R1R2

D

R3R4R5

0

1

00

A

R6

in out out

label label dest interface

6 - A 0

in out out

label label dest interface

10 6 A 1

12 9 D 0

in out out

label label dest interface

10 A 0

12 D 0

1

in out out

label label dest interface

8 6 A 0

0

8 A 1

Tabelas de repasse MPLS

53

105

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Endereccedilamento na camada de enlace

55 Ethernet

56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)

57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de

enlace ATM e MPLS

47

93

Camada ATM Circuitos Virtuais Transporte em CV ceacutelulas (53 bytes) satildeo transportadas sobre CV

da fonte ao destinoo estabelecimento de conexatildeo necessaacuterio antes que o fluxo de dados

possa ser iniciadoo cada pacote transporta um identificador de CV (natildeo transporta o

endereccedilo do destino)o cada comutador no caminho entre a fonte e o destino manteacutem o

ldquoestadordquo para cada conexatildeo passanteo recursos do enlace e do comutador (banda passante buffers) podem

ser alocados aoCV para obter um comportamento semelhante ao de um circuito fiacutesico

CVs Permanentes (PVC)o conexotildees de longa duraccedilatildeo o tipicamente rota ldquopermanenterdquo entre roteadores IP

CVs Comutados (SVC)o conexotildees de curta duraccedilatildeoo dinamicamente criados com base nas chamadas

94

CVs ATM

Vantagens do uso de circuitos virtuais no ATMo Consegue garantir niacuteveis de QoS para conexotildees mapeadas em circuitos virtuais (banda passante atraso variacircncia de atraso)

Problemas no uso de circuitos virtuaiso O traacutefego de datagramas eacute ineficienteo um PVC entre cada par origemdestino natildeo eacuteescalaacutevel (N2 conexotildees satildeo necessaacuterias)

o SVC introduz latecircncia de estabelecimento de conexatildeo e atrasos de processamento para conexotildees de curta duraccedilatildeo

48

95

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

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

Cabeccedilalhoda ceacutelula

Formato daceacutelula

96

Camada ATM Cabeccedilalho da ceacutelula ATM

VCI identificador de canal virtual

o pode mudar de enlace para enlace atraveacutes da rede

PT Tipo de payload (carga)o Ex ceacutelula de gerenciamento versus ceacutelula de dados

CLP bit de Prioridade de Perda de Ceacutelula (Cell Loss Priority)

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

HEC Verificaccedilatildeo de Erros no Cabeccedilalho

o verificaccedilatildeo ciacuteclica de erros

49

97

Camada Fiacutesica ATM Compotildee-se de duas partes (subcamadas) Transmission Convergence Sublayer - TCS adapta a

camada ATM acima agrave subcamada fiacutesica abaixo (PMD Physical Medium Dependent Sublayer- PMD depende

do tipo de meio fiacutesico sendo empregado

98

IP-sobre-ATMApenas IP Claacutessico 3 ldquoredesrdquo (ex

segmentos de LAN) endereccedilos MAC

(8023) e IP

IP sobre ATM substitui ldquorederdquo (ex

segmento de LAN) por rede ATM

endereccedilos ATM endereccedilos IP

redeATM

EthernetLANs

EthernetLANs

50

99

IP-sobre-ATM

AALATMphyphy

Eth

IP

ATMphy

ATMphy

apptranspIPAALATMphy

apptranspIPEthphy

100

Viagem de um Datagrama numa Rede IP-sobre-ATM Hospedeiro de Origem

o Camada IP encontra um mapeamento entre o endereccedilo IP e o endereccedilo de destino ATM (usando ATM-ARP)

o passa o datagrama para a camada de adaptaccedilatildeo AAL5o AAL5 encapsula os dados (datagrama) segmenta em ceacutelulas e

passa para a camada ATM Rede ATM move a ceacutelula para o destino de comutador a

comutador de acordo com o seu CV (circuito virtual) Hospedeiro de Destino

o AAL5 remonta o datagrama original a partir das ceacutelulas recebidas

o se o CRC OK datagrama eacute passado ao IP

51

101

IP-sobre-ATM

datagramas IP emPDUs ATM AAL5

de endereccedilos IP paraendereccedilos ATMo como de endereccedilos IP paraendereccedilos MAC 8023

RedeATM

LANsEthernet

102

Multiprotocol label switching (MPLS)

Objetivo inicial acelerar o repasse de datagramas IP usando um roacutetulo de tamanho fixoo usa ideacuteias da abordagem de Circuitos Virtuais

PPP or Ethernet

headerIP header remainder of link-layer frameMPLS header

label Exp S TTL

20 3 1 8

52

103

Roteadores habilitados para MPLS

Roteadores de chaveamento de roacutetulos (label-switchedrouter)

Repassa pacotes para as interfaces de saiacuteda baseado apenas no valor do roacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP)o tabela de repasse o MPLS diferente da tabela de repasse IP

Necessaacuterio um protocolo de sinalizaccedilatildeoo RSVP-TEo Repasse possiacutevel atraveacutes de caminhos que o IP sozinho natildeo

permitiria (pex roteamento especifico para fonte - source-specific routing)

o MPLS pode ser usado para engenharia de traacutefego Deve coexistir com roteadores que entendem apenas

IP

104

R1R2

D

R3R4R5

0

1

00

A

R6

in out out

label label dest interface

6 - A 0

in out out

label label dest interface

10 6 A 1

12 9 D 0

in out out

label label dest interface

10 A 0

12 D 0

1

in out out

label label dest interface

8 6 A 0

0

8 A 1

Tabelas de repasse MPLS

53

105

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Endereccedilamento na camada de enlace

55 Ethernet

56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)

57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de

enlace ATM e MPLS

48

95

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

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

Cabeccedilalhoda ceacutelula

Formato daceacutelula

96

Camada ATM Cabeccedilalho da ceacutelula ATM

VCI identificador de canal virtual

o pode mudar de enlace para enlace atraveacutes da rede

PT Tipo de payload (carga)o Ex ceacutelula de gerenciamento versus ceacutelula de dados

CLP bit de Prioridade de Perda de Ceacutelula (Cell Loss Priority)

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

HEC Verificaccedilatildeo de Erros no Cabeccedilalho

o verificaccedilatildeo ciacuteclica de erros

49

97

Camada Fiacutesica ATM Compotildee-se de duas partes (subcamadas) Transmission Convergence Sublayer - TCS adapta a

camada ATM acima agrave subcamada fiacutesica abaixo (PMD Physical Medium Dependent Sublayer- PMD depende

do tipo de meio fiacutesico sendo empregado

98

IP-sobre-ATMApenas IP Claacutessico 3 ldquoredesrdquo (ex

segmentos de LAN) endereccedilos MAC

(8023) e IP

IP sobre ATM substitui ldquorederdquo (ex

segmento de LAN) por rede ATM

endereccedilos ATM endereccedilos IP

redeATM

EthernetLANs

EthernetLANs

50

99

IP-sobre-ATM

AALATMphyphy

Eth

IP

ATMphy

ATMphy

apptranspIPAALATMphy

apptranspIPEthphy

100

Viagem de um Datagrama numa Rede IP-sobre-ATM Hospedeiro de Origem

o Camada IP encontra um mapeamento entre o endereccedilo IP e o endereccedilo de destino ATM (usando ATM-ARP)

o passa o datagrama para a camada de adaptaccedilatildeo AAL5o AAL5 encapsula os dados (datagrama) segmenta em ceacutelulas e

passa para a camada ATM Rede ATM move a ceacutelula para o destino de comutador a

comutador de acordo com o seu CV (circuito virtual) Hospedeiro de Destino

o AAL5 remonta o datagrama original a partir das ceacutelulas recebidas

o se o CRC OK datagrama eacute passado ao IP

51

101

IP-sobre-ATM

datagramas IP emPDUs ATM AAL5

de endereccedilos IP paraendereccedilos ATMo como de endereccedilos IP paraendereccedilos MAC 8023

RedeATM

LANsEthernet

102

Multiprotocol label switching (MPLS)

Objetivo inicial acelerar o repasse de datagramas IP usando um roacutetulo de tamanho fixoo usa ideacuteias da abordagem de Circuitos Virtuais

PPP or Ethernet

headerIP header remainder of link-layer frameMPLS header

label Exp S TTL

20 3 1 8

52

103

Roteadores habilitados para MPLS

Roteadores de chaveamento de roacutetulos (label-switchedrouter)

Repassa pacotes para as interfaces de saiacuteda baseado apenas no valor do roacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP)o tabela de repasse o MPLS diferente da tabela de repasse IP

Necessaacuterio um protocolo de sinalizaccedilatildeoo RSVP-TEo Repasse possiacutevel atraveacutes de caminhos que o IP sozinho natildeo

permitiria (pex roteamento especifico para fonte - source-specific routing)

o MPLS pode ser usado para engenharia de traacutefego Deve coexistir com roteadores que entendem apenas

IP

104

R1R2

D

R3R4R5

0

1

00

A

R6

in out out

label label dest interface

6 - A 0

in out out

label label dest interface

10 6 A 1

12 9 D 0

in out out

label label dest interface

10 A 0

12 D 0

1

in out out

label label dest interface

8 6 A 0

0

8 A 1

Tabelas de repasse MPLS

53

105

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Endereccedilamento na camada de enlace

55 Ethernet

56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)

57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de

enlace ATM e MPLS

49

97

Camada Fiacutesica ATM Compotildee-se de duas partes (subcamadas) Transmission Convergence Sublayer - TCS adapta a

camada ATM acima agrave subcamada fiacutesica abaixo (PMD Physical Medium Dependent Sublayer- PMD depende

do tipo de meio fiacutesico sendo empregado

98

IP-sobre-ATMApenas IP Claacutessico 3 ldquoredesrdquo (ex

segmentos de LAN) endereccedilos MAC

(8023) e IP

IP sobre ATM substitui ldquorederdquo (ex

segmento de LAN) por rede ATM

endereccedilos ATM endereccedilos IP

redeATM

EthernetLANs

EthernetLANs

50

99

IP-sobre-ATM

AALATMphyphy

Eth

IP

ATMphy

ATMphy

apptranspIPAALATMphy

apptranspIPEthphy

100

Viagem de um Datagrama numa Rede IP-sobre-ATM Hospedeiro de Origem

o Camada IP encontra um mapeamento entre o endereccedilo IP e o endereccedilo de destino ATM (usando ATM-ARP)

o passa o datagrama para a camada de adaptaccedilatildeo AAL5o AAL5 encapsula os dados (datagrama) segmenta em ceacutelulas e

passa para a camada ATM Rede ATM move a ceacutelula para o destino de comutador a

comutador de acordo com o seu CV (circuito virtual) Hospedeiro de Destino

o AAL5 remonta o datagrama original a partir das ceacutelulas recebidas

o se o CRC OK datagrama eacute passado ao IP

51

101

IP-sobre-ATM

datagramas IP emPDUs ATM AAL5

de endereccedilos IP paraendereccedilos ATMo como de endereccedilos IP paraendereccedilos MAC 8023

RedeATM

LANsEthernet

102

Multiprotocol label switching (MPLS)

Objetivo inicial acelerar o repasse de datagramas IP usando um roacutetulo de tamanho fixoo usa ideacuteias da abordagem de Circuitos Virtuais

PPP or Ethernet

headerIP header remainder of link-layer frameMPLS header

label Exp S TTL

20 3 1 8

52

103

Roteadores habilitados para MPLS

Roteadores de chaveamento de roacutetulos (label-switchedrouter)

Repassa pacotes para as interfaces de saiacuteda baseado apenas no valor do roacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP)o tabela de repasse o MPLS diferente da tabela de repasse IP

Necessaacuterio um protocolo de sinalizaccedilatildeoo RSVP-TEo Repasse possiacutevel atraveacutes de caminhos que o IP sozinho natildeo

permitiria (pex roteamento especifico para fonte - source-specific routing)

o MPLS pode ser usado para engenharia de traacutefego Deve coexistir com roteadores que entendem apenas

IP

104

R1R2

D

R3R4R5

0

1

00

A

R6

in out out

label label dest interface

6 - A 0

in out out

label label dest interface

10 6 A 1

12 9 D 0

in out out

label label dest interface

10 A 0

12 D 0

1

in out out

label label dest interface

8 6 A 0

0

8 A 1

Tabelas de repasse MPLS

53

105

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Endereccedilamento na camada de enlace

55 Ethernet

56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)

57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de

enlace ATM e MPLS

50

99

IP-sobre-ATM

AALATMphyphy

Eth

IP

ATMphy

ATMphy

apptranspIPAALATMphy

apptranspIPEthphy

100

Viagem de um Datagrama numa Rede IP-sobre-ATM Hospedeiro de Origem

o Camada IP encontra um mapeamento entre o endereccedilo IP e o endereccedilo de destino ATM (usando ATM-ARP)

o passa o datagrama para a camada de adaptaccedilatildeo AAL5o AAL5 encapsula os dados (datagrama) segmenta em ceacutelulas e

passa para a camada ATM Rede ATM move a ceacutelula para o destino de comutador a

comutador de acordo com o seu CV (circuito virtual) Hospedeiro de Destino

o AAL5 remonta o datagrama original a partir das ceacutelulas recebidas

o se o CRC OK datagrama eacute passado ao IP

51

101

IP-sobre-ATM

datagramas IP emPDUs ATM AAL5

de endereccedilos IP paraendereccedilos ATMo como de endereccedilos IP paraendereccedilos MAC 8023

RedeATM

LANsEthernet

102

Multiprotocol label switching (MPLS)

Objetivo inicial acelerar o repasse de datagramas IP usando um roacutetulo de tamanho fixoo usa ideacuteias da abordagem de Circuitos Virtuais

PPP or Ethernet

headerIP header remainder of link-layer frameMPLS header

label Exp S TTL

20 3 1 8

52

103

Roteadores habilitados para MPLS

Roteadores de chaveamento de roacutetulos (label-switchedrouter)

Repassa pacotes para as interfaces de saiacuteda baseado apenas no valor do roacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP)o tabela de repasse o MPLS diferente da tabela de repasse IP

Necessaacuterio um protocolo de sinalizaccedilatildeoo RSVP-TEo Repasse possiacutevel atraveacutes de caminhos que o IP sozinho natildeo

permitiria (pex roteamento especifico para fonte - source-specific routing)

o MPLS pode ser usado para engenharia de traacutefego Deve coexistir com roteadores que entendem apenas

IP

104

R1R2

D

R3R4R5

0

1

00

A

R6

in out out

label label dest interface

6 - A 0

in out out

label label dest interface

10 6 A 1

12 9 D 0

in out out

label label dest interface

10 A 0

12 D 0

1

in out out

label label dest interface

8 6 A 0

0

8 A 1

Tabelas de repasse MPLS

53

105

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Endereccedilamento na camada de enlace

55 Ethernet

56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)

57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de

enlace ATM e MPLS

51

101

IP-sobre-ATM

datagramas IP emPDUs ATM AAL5

de endereccedilos IP paraendereccedilos ATMo como de endereccedilos IP paraendereccedilos MAC 8023

RedeATM

LANsEthernet

102

Multiprotocol label switching (MPLS)

Objetivo inicial acelerar o repasse de datagramas IP usando um roacutetulo de tamanho fixoo usa ideacuteias da abordagem de Circuitos Virtuais

PPP or Ethernet

headerIP header remainder of link-layer frameMPLS header

label Exp S TTL

20 3 1 8

52

103

Roteadores habilitados para MPLS

Roteadores de chaveamento de roacutetulos (label-switchedrouter)

Repassa pacotes para as interfaces de saiacuteda baseado apenas no valor do roacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP)o tabela de repasse o MPLS diferente da tabela de repasse IP

Necessaacuterio um protocolo de sinalizaccedilatildeoo RSVP-TEo Repasse possiacutevel atraveacutes de caminhos que o IP sozinho natildeo

permitiria (pex roteamento especifico para fonte - source-specific routing)

o MPLS pode ser usado para engenharia de traacutefego Deve coexistir com roteadores que entendem apenas

IP

104

R1R2

D

R3R4R5

0

1

00

A

R6

in out out

label label dest interface

6 - A 0

in out out

label label dest interface

10 6 A 1

12 9 D 0

in out out

label label dest interface

10 A 0

12 D 0

1

in out out

label label dest interface

8 6 A 0

0

8 A 1

Tabelas de repasse MPLS

53

105

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Endereccedilamento na camada de enlace

55 Ethernet

56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)

57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de

enlace ATM e MPLS

52

103

Roteadores habilitados para MPLS

Roteadores de chaveamento de roacutetulos (label-switchedrouter)

Repassa pacotes para as interfaces de saiacuteda baseado apenas no valor do roacutetulo (natildeo inspeciona o endereccedilo IP)o tabela de repasse o MPLS diferente da tabela de repasse IP

Necessaacuterio um protocolo de sinalizaccedilatildeoo RSVP-TEo Repasse possiacutevel atraveacutes de caminhos que o IP sozinho natildeo

permitiria (pex roteamento especifico para fonte - source-specific routing)

o MPLS pode ser usado para engenharia de traacutefego Deve coexistir com roteadores que entendem apenas

IP

104

R1R2

D

R3R4R5

0

1

00

A

R6

in out out

label label dest interface

6 - A 0

in out out

label label dest interface

10 6 A 1

12 9 D 0

in out out

label label dest interface

10 A 0

12 D 0

1

in out out

label label dest interface

8 6 A 0

0

8 A 1

Tabelas de repasse MPLS

53

105

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Endereccedilamento na camada de enlace

55 Ethernet

56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)

57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de

enlace ATM e MPLS

53

105

Camada de Enlace

51 Introduccedilatildeo e serviccedilos

52 Detecccedilatildeo e correccedilatildeo de erros

53 Protocolos de acesso muacuteltiplo

54 Endereccedilamento na camada de enlace

55 Ethernet

56 Distribuidores e comutadores (Hubs and switches)

57 PPP 58 Virtualizaccedilatildeo de

enlace ATM e MPLS